电子线路高教第四电子课件一零

第4章放大器基础概述4.1偏置电路和耦合方式4.2放大器的性能指标4.3基本组态放大器4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器4.7放大器的频率响应概述在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。第4章放大器基础按信号强弱分：小信号放大器大信号放大器按电路结构分：直流放大器交流放大器(线性放大器)(非线性放大器)(多用于集成电路)(多用于分立元件电路)放大器分类按信号特征分：宽带放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器谐振放大器(放大语音信号)(放大图像信号)(放大脉冲信号)(放大高频载波信号)第4章放大器基础保证半导体器件工作在放大模式放大器组成框图耦合电路耦合电路输出负载输入信号直流偏置电路外围电路具有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心将放大器输出端与输出负载进行连接。将输入信号源与放大器输入端进行连接。第4章放大器基础4.1偏置电路和耦合方式偏置电路设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。对偏置电路的要求提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、C结反偏。当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。例如：温度升高，三极管参数、ICBO、VBE(on)，而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。第4章放大器基础QiCtICQtvCEOVCEQibQ点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。Q点波动对输出波形的影响：Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。QibibiCvCEOQ第4章放大器基础O三极管偏置电路(1)固定偏流电路VCCRCRBIBIC

Q点估算：电路优点：Q点设置方便，计算简单。电路缺点：不具有稳定Q点的功能。T时、ICBO、VBE(on)ICQQ点升高第4章放大器基础(2)分压偏置电路

Q点估算：电路优点：T

ICQVCCRCRB1IBQI1RB2RECE(固定)具有稳定Q点的功能。

VEQ(=ICQRE)VBEQ(=VBQ-

VEQ)IBQICQ假设I1>>IBQ则第4章放大器基础存在问题：工程上，常选用：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大VBEQ越大Q点越稳定VCEQ越小输出动态范围越小VEQ=0.2VCC或VEQ=1~3VRB1、RB2过大不满足I1>>IBQ工程上，常选用：I1=(5~10)IBQ则VBQ不稳定RB1、RB2过小放大器Ri

减小第4章放大器基础场效应管偏置电路(1)分压偏置电路

Q点估算：电路特点：分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用于各种类型的场效应管。VDDTSRG1RG2RDRSGID第4章放大器基础(2)自偏置电路

Q点估算：电路特点：故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管。VDDSRGRDRSGID由于VDS与VGS极性始终相反，例如，JFET、DMOS管。第4章放大器基础(3)零偏置电路

Q点估算：电路特点：由于VGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。VDDSRGRDGID由于RS=0，故该电路不具有稳定Q点的功能。第4章放大器基础耦合方式放大器与信号源、放大器与负载以及放大器级与级之间的连接方式称为耦合方式。交流信号正常传输。为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合方式必须保证：尽量减小有用信号在传输过程中的损失。实际电路常采用两种耦合方式：集成电路中广泛采用的一种耦合方式——直接耦合。具有隔直流作用的耦合方式——电容耦合、变压器耦合。第4章放大器基础电容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+--+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+直流工作时：由于CB、CC具有隔直流作用，因此信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级Q点相互独立。交流工作时：由于CB较大，在信号频率上近似看作短路。因此，CB的接入不会影响信号的正常传输。电路缺点：体积大，不易集成。第4章放大器基础直接耦合各级之间不经过任何元件直接相连。直接耦合方式：电路优点：频率特性好，便于集成。存在问题：级间直流电平配置问题。零点漂移问题。第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn级间直流电平配置问题一

结果：T1管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。由图若RE2=0，后级接入RE，扩大前级动态范围。解决方法：第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn级间直流电平配置问题二工作在放大模式时：加电平位移电路解决方法：由图越往后级VBQ3ICQ3VCEQ3输出动态范围第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn采用PNP管的电平位移电路：利用NPN管与PNP管电位极性相反的特点，将直流电平下移，扩大后级的输出动态范围。VCCRC2RET2RC1T1RB+--+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1

>VBQ1放大模式NPN管放大模式PNP管VCQ2<VBQ2=VCQ1第4章放大器基础零点漂移问题零点漂移：指vi

=0时，输出端静态电压的波动。

第一级采用低温漂的差分放大器。解决方法：则第一级Q点变(VCEQ1+V)，温度漂移：因温度变化引起的漂移，简称温漂。温漂危害：若温度变淹没有用信号。例如：假设直接耦合放大器原输出端静态电压为VCEQn，V

经后级逐级放大输出静态电压变为(VCEQn

+

AvnV)当漂移严重即V

较大时，温漂信号有可能淹没有用信号，使电路丧失对有用信号的放大能力。电容耦合放大器由于电容的隔直作用，温漂很小，可忽略。第4章放大器基础放大器的组成原则：直流偏置电路(即直流通路)要保证器件工作在放大模式。交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号vi时，应有vo输出。判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。第4章放大器基础就信三号而三言，三各种三小信三号放三大器三均可三统一三表示三为有三源线三性四三端网三络：4.三2三放大三器的三性能三指标线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映三放大三器性三能的三主要三指标三有：增益A。输入三电阻Ri、输出三电阻Ro、第三4三章三放大三器基三础输入三电阻三、输三出电三阻、三增益输入三电阻对输三入信三号源三而言三，放三大器三相当三于它三的一三个负三载，三而这三个等三效负三载电三阻就三是放三大器三输入三电阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定义上式三中，Ri表示三本级三电路三对输三入信三号源三的影三响程三度。第三4三章三放大三器基三础输出三电阻对输三出负三载而三言(根三据戴三维宁三定理三和诺三顿定三理)三，任何三放大三器均三可看三作它三的信三号源三，该三信号三源内三阻即三放大三器输三出电三阻Ro。或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot：负载三开路三时vi或ii在电三路输三出端三产生三的开三路电三压。ion：负载三短路三时vi或ii在电三路输三出端三产生三的短三路电三流。第三4三章三放大三器基三础输出三电阻Ro计算三：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框图)iv+-放大器RS(

Ro的定义)令负三载电三阻RL开路三，信三号源三为零三。在输三出端三外加三电压v，则产三生电三流i。定义Ro反映三放大三器受三负载三电阻RL的影三响程三度。第三4三章三放大三器基三础小信三号放三大器三四种三电路三模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器RSRivS+-+-vi互导放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第三4三章三放大三器基三础放大三器的三增益三：增益(放大三倍数)不同三类型三放大三器输三入、三输出三电量三不同三，故三增益三的含三义不三同。即放三大器三输出三信号三变化三量与三输入三信号三变化三量的三比值三。A=xo/xi电压三放大三器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压三增益三：开路三电压三增益三：源电三压增三益：Ro越小三，RL对Av影响三越小三。Ri越大三，RS对Avs影响三越小三。第三4三章三放大三器基三础电流三放大三器电流三增益三：短路三电流三增益三：源电三流增三益：RoRLionioRSRiiSiiRi越小三，RS对Ais影响三越小三。Ro越大三，RL对Ai影响三越小三。互导三放大三器互导三增益三：互阻三放大三器互阻三增益三：第三4三章三放大三器基三础理想三放大三器性三能特三点电压三放大三器：Ri三0、Ro三、Ai大且三不随RL和信三号源三而变三化。电流三放大三器：Ri三、Ro三0、Av大且三不随RL和信三号源三而变三化。互导三放大三器：Ri三、Ro三、Ag大且三不随RL和信三号源三而变三化。互阻三放大三器：Ri三0、Ro三0、Ar大且三不随RL和信三号源三而变三化。第三4三章三放大三器基三础多级三放大三器可三拆分三成单三级电三路进三行分三析：将后三级输三入电三阻作三为前三级的三负载三电阻三。多级三放大三器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2将前三级带三负载三后的三输出三电压三作为三后级三输入三电压三。Ri2+-+-vo1=vi2第三4三章三放大三器基三础放大三器的三失真频率三失真放大三器的三失真三是指三输出三信号三不能三重现三输入三信号三波形三的一三种物三理现三象。失真三类型频率失真瞬变失真线性失真非线性失真一般三而言三，放三大器三中含三有电三抗元三件。三在正三弦信三号激三励下三，不三同频三率呈三现不三同电三抗，三因而三放大三器增三益应三为频三率的三复函三数：第三4三章三放大三器基三础波特三图在半三对数三坐标三纸上三描绘三的频三率特三性曲三线即三波特三图。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅频特性相频特性(对三数刻三度)(对三数刻三度)(线三性刻三度)(线三性刻三度)增益三分贝三值：通频三带：对应三上限三频率fH及下三限频三率fL。AIAI2fHfL第三4三章三放大三器基三础频率三特性三的三三个频三段中频三段：三通频三带以三内的三区域三。放大三器的三增益三、相三角均三为常三数，三不随f变化三。特点三：原因三：所有三电抗三影响三均可三忽略三不计三。高频三段：f三>三fH的区三域。频率三增大三，增三益减三小并三产生三附加三相移三。特点三：原因三：极间三电容三容抗三分流三不能三视为三开路三。即极三间电三容开三路、三耦合三旁路三电容三短路三。低频三段：f三<三fL的区三域。频率三减小三，增三益降三低并三产生三附加三相移三。特点三：原因三：耦、三旁电三容容三抗分压三不能三视为三短路三。第三4三章三放大三器基三础幅度三失真三与相三位失三真实际三输入三信号三含有三众多三频率三分量三，当三通过三放大三器时三：若不三同频三率信三号呈三现不三同增三益幅度三失真相位三失真幅度三失真三与相三位失三真统三称放三大器三的频三率失三真。若不三同频三率信三号呈三现不三同相三角由于三频率三失真三由线三性电三抗元三件引三起，三故称三线性三失真三。注意三：线性三失真三不产三生新三的频三率成三分。一般三音频三放大三器的三频率三失真三主要三指幅三度失三真。视频三放大三器的三频率三失真三则包三括幅三度失三真与三相位三失真三。第三4三章三放大三器基三础指放三大脉三冲信三号时三，电三抗元三件上三的电三压或三电流三不能三突变三而引三起的三失真三。瞬变三失真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第三4三章三放大三器基三础非线三性失三真非线三性失三真由三三极三管产三生，三它产三生了三新的三频率三成份三。假设三三极三管基三射间三外加三电压三：则利用三傅里三叶级三数展三开得三：非线三性失三真系三数：第三4三章三放大三器基三础根据三三极三管(三场效三应管三)在三放大三器中三的不三同接三法，三放大三器分三为三三种基三本组三态。4.三3三基本三组态三放大三器T+-+-VCCRCvivo(共发)T+-+-VCCREvivo(共集)T+-+-VCCRCvivo(共基)无论三何种三组态三放大三器，三分析三方法三均相三同。1)由三直流三通路三确定三电路三静态三工作三点。注意三：2)由三交流三通路三画出三小信三号等三效电三路，三并进三行分三析。第三4三章三放大三器基三础共发三射极三放大三器三种三组态三放大三器的三实际三电路VCCRCRB1RB2RE直流通路第三4三章三放大三器基三础RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C2共基三极放三大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第三4三章三放大三器基三础RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC共集三电极三放大三器VCCRB1RB2RE直流通路第三4三章三放大三器基三础交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2共发电三路性三能分三析共发三、共三基和三共集三放大三器的三性能画微变等效三电路分析三电路三输入三、输三出电三阻故rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib第三4三章三放大三器基三础RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-vi共发三电路三电流三增益rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第三4三章三放大三器基三础短路三电流三增益共发三电路三电压三增益rbegmvbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virce开路三电压三增益源电三压增三益第三4三章三放大三器基三础1)既有三电压三放大三作用三、又三有电三流放三大作三用。2)输出三电压三与输三入电三压反三相。共发三电路三提供三的最三大电三压增三益若采三用有三源负三载作三为RC，可三使RC>>rce因此由于三厄尔三利电三压三|VA|>三>VT，因三此共三发电三路提三供的Av很大三，且三其值三与静三态电三流ICQ无关三。共发三电路三特点第三4三章三放大三器基三础共基电三路性三能分三析画微变等三效电三路(忽略rce影响)共基三电路三输入三电阻vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibecii因此(小)Ri第三4三章三放大三器基三础vs+-RL+-voRERSRCvi+-共基三电路三输出三电阻共基三电路三电流三增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibeciiRi

短路三电流三增益第三4三章三放大三器基三础共基三电路三电压三增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibec共基三电路三特点1)有三电压三放大三作用三、但三无电三流放三大作三用。2)输三出电三压与三输入三电压三同相三。3)输三入电三阻低三、输三出电三阻高三。第三4三章三放大三器基三础考虑rce时共三基电三路输三出电三阻令vs=三0、RL开路三，画三出求Ro的等三效电三路。vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibecrce则得因此+-vRERSRCrbegmvbeberceiiRoRS=RS//RE第三4三章三放大三器基三础共集电三路性三能分三析画微变等效三电路共集电三路输三入电三阻(忽略rce)因此(大)第三4三章三放大三器基三础RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri共集电三路输三出电三阻令vs=三0、RL开路三，画三出求Ro的等三效电三路。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB则得因此(小)第三4三章三放大三器基三础rbeibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-共集三电路三电流三增益(忽略rce)短路电流增益共集电三路电三压增三益(忽略rce)1其中第三4三章三放大三器基三础rbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-三种三组态三电路三性能三比较小大小大大小大大1大中中共发共基共集RiRoAvAin第三4三章三放大三器基三础RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi三种三组态三电路三的应三用共发三放大三器广泛三应用三于多三级放三大器三提供三增益三的增三益级三中。共基三放大三器由于三频率三特性三好，三故常三与共三发电三路配三合，三组成三宽带三放大三器。共集三放大三器利用Ri高的三特点三，常三作多三级放三大器三输入三级；利用Ro低的三特点三，常三作多三级放三大器三输出三级，三提高三带负三载能三力。利用Ri高、Ro低的三特点三，常三作缓三冲级(隔三离级三)，以提三高前三级电三路的三增益三。第三4三章三放大三器基三础共发-共基三组合三放大三器改进三型放三大器三种三基本三组态三放大三器的三性能三特点三各不三相同三，若三将它三们适三当组三合，三可使三放大三器的三性能三更接三近理三想化三。组合三放大三器第三4三章三放大三器基三础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共发三组合三放大三器利用三共发三电路三增益三高、三共基三电路Ri低、Ro高的三特性三，使三共发三-共三基组三合电三路更三接近三理想三的电三流放三大器三。利用三共发三电路三增益三高、三共集三电路Ri高、Ro低的三特性三，使三共集三-共三发组三合电三路更三接近三理想三的电三压放三大器三。第三4三章三放大三器基三础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共基三组合三放大三器由于则(假三设两三管参三数相三同)其中(假三设两三管参三数相三同)第三4三章三放大三器基三础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2接RE的共三发放三大器其中第三4三章三放大三器基三础rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微变等效电路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)共发三电路三射极三接电三阻RE后：由于RE的负三反馈三作用三，使Ri增大三、Ro增大三，放三大器更接三近理三想的三互导三放大三器。由于RE的负三反馈三作用三，不三仅增三益稳三定性三提高三，而三且且还三便于三集成三化。当RE时，此时三，Avt近似三等于三两电三阻的三比值三，与三三极三管参三数无关三。存在三问题三：交流三工作三时：RCAv三但集三成困三难；直流三工作三时：RCVCE三Q三易饱三和失三真。第三4三章三放大三器基三础采用三有源三负载三的共三发放三大器解决三方法三：用三恒流三源(有源三负载)取代三电阻RC。恒流三源特三点：三直流三电阻三小，三交流三电阻三大。RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效为第三4三章三放大三器基三础共源放三大器共源三、共三栅和三共漏三放大三器的三性能场效三应管三电路三性能三特点三、分三析方三法与三三极三管放三大器三相似三。不三同之三处仅三在于三，F三ET三或三场效三晶体三管的ig=三0。gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第三4三章三放大三器基三础RDRGvs+-RL+-voRS+-vi接RS的共三源放三大器不变经推导则增大减小第三4三章三放大三器基三础RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo共栅放三大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因为所以而第三4三章三放大三器基三础vs+-RL+-voRSRSRDvi+-共漏放三大器经推三导第三4三章三放大三器基三础RGvs+-RL+-voRS+-viRSgRSRGvs+-RL+voRS+-virds-gmvgssFE三T三三种三组态三电路三性能三比较小大小大大三1大大大共源共栅共漏RiRoAv第三4三章三放大三器基三础RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSvs+-RL+-voRSRSRDvi+-RGvs+-RL+-voRS+-viRS集成三M三OS三放三大器集成三M三OS三放三大器三与分三立三MO三S三放大三器电三路结三构相三同，三只是三为了三提高三集成三度，三集成三M三OS三放三大器三中的三负载三电阻三采用三了以三不同三方法三实现三的有三源电三阻。集成三M三OS三放三大器三类型三：NM三OS三放三大器CM三OS三放三大器放大管NEMOS负载管NEMOS放大管NEMOS负载管NDMOSE/EMOS放大器E/DMOS放大器放大管、负载管均为E型但沟道互补第三4三章三放大三器基三础E/三EM三OS放大三器VDD+-vo+viT2T1-要求三两管三工作三在饱三和区三，由于gm2vgs三2=-gm2vo，则受三控源gm2vgs三2等效三为电三阻：1/gm2因gmu三2vus三2=-gmu三2vo，则受三控源gmu三2vus三2等效三