模拟电子技术 课件 第二章 基本放大电路

模拟电子技术第二章基本放大电路2.1放大电路组成 2.2放大电路的主要性能指标2.3基本组态放大电路2.4差分放大电路 2.5复合管（也称达林顿管）放大电路2.1放大电路组成放大电路：由晶体管、场效应管、集成运放等有源器件构成。直流电源：提供能量。偏置电路：提供适合的静态工作点，保证放大电路正常工作。

2.2放大电路的主要性能指标1.放大倍数（2）电流放大倍数（1）电压放大倍数（3）互阻放大倍数（4）互导放大倍数（5）功率放大倍数工程上常用增益来表示放大倍数，他们的定义分别为电压增益电流增益功率增益电压放大倍数1(0dB)10(20dB)102(40dB)103(60dB)104(80dB)电流放大倍数1(0dB)10(20dB)102(40dB)103(60dB)104(80dB)功率放大倍数1(0dB)10(10dB)102(20dB)103(30dB)104(40dB)

2.2放大电路的主要性能指标

2.2放大电路的主要性能指标2.输入电阻反映了放大电路对信号源的影响。对信号源而言，

就是其等效负载，，，恒压输入。时，，恒流输入时，输入功率最大，阻抗匹配。测量输入电阻常用方法

2.2放大电路的主要性能指标3.输出电阻由分压原理可得这是一种测量输出电阻的方法越小，输出电压

受负载

的影响就越小。若，几乎不受负载影响，称之为带负载的能力很强。

则和与电路参数有关，而且还与有关，与

有关，它们是在线性运用情况下的动态电阻。

2.2放大电路的主要性能指标3.通频带

放大电路对不同频率的信号放大能力不同，且产生不同的相移，放大电路的放大倍数是信号频率的函数。频率响应特性：幅频特性和相频特性通频带（也称为带宽）

通频带范围以内的信号才能被有效放大3dB

2.2放大电路的主要性能指标5.效率PDC：直流电源提供的功率Po：

放大电路的输出功率越大，放大电路的效率越高，电源的利用率就越高。敬业创新勤奋求实模拟电子技术

2.3基本组态放大电路2.3.1共发射极放大电路2.3.2共集电极放大电路2.3.3共基极放大电路2.3.4共源放大电路

2.3.5共漏放大电路2.3.6

共栅极放大电路2.3.7共发射极放大电路（CE）的仿真2.3.8基本组态放大电路的应用

2.3基本组态放大电路共发射极CE

共基极

CB

共集电极CC共源极CS

共栅极CG

共漏极CD六种基本组态放大电路

2.3.1共发射极放大电路1.基本共射放大电路

共射放大电路，输入信号加在基极，输出信号从集电极取出，发射极是公共端。要使晶体管具有放大作用，必须保证发射结正偏，集电结反偏，NPN管基极和集电极需要加上正电压。直接耦合（能放大变化缓慢的信号，集成电路常用）阻容耦合（不能放大变化缓慢的信号，适合放大高频信号，不便于集成化。

1.基本共射放大电路（1）直流分析（静态分析

）

直流通路：直流信号流经的路径对于直流分析，频率f=0Hz,电容的容抗很大，电容相当于开路；电感的感抗很小，电感相当于短路。（1）直流分析（静态分析

）

可利用上面这三个式子计算静态工作点。基本共射放大电路电路简单，

基本固定，但与温度和管子有关，稳定性差。

1.基本共射放大电路当

和

取值合适时，才能保证晶体管可靠地工作在放大区。（2）交流分析（动态分析

）

交流通路：交流信号流经的路径由于耦合电容C1和C2的容量均较大，对交流信号可视为短路，直流电源VCC的内阻很小，对交流信号也可视为短路。

1.基本共射放大电路（a）交流通路

（b）小信号等效电路①

输入电阻注意：求输入电阻

时不考虑信号源内阻。

1.基本共射放大电路②

输出电阻

任何系统的输出电阻

定义为断开负载

，全部独立电源等于零时输出端的等效电阻。断开负载

输出电阻

1.基本共射放大电路③

电压放大倍数负号表示

与

反相。

1.基本共射放大电路

Q点不合适或信号幅度过大会造成信号失真。（a）截止失真

（b）饱和失真

（c）输入信号大截止失真和饱和失真

1.基本共射放大电路【例2.3.1】图2.3.4（a）所示硅晶体管电路中，β=80，输入电压为一矩形波波，如图2.3.4（b）所示，画出输出电压波形。

1.基本共射放大电路解：时，晶体管发射结零偏截止，

,

故时，晶体管导通设晶体管饱和，

，此时

称为集电极饱和电流

1.基本共射放大电路显然

，晶体管确实可靠饱和，与

呈反相关系，所以该电路称为反相电路，在数字电路中又称“非门”。晶体管放大电路的作用不仅限于放大信号，只要设计合理，它们可以用作计算机和自动控制电路的开关。

放大和临界饱和时管子有电流放大作用，饱和和截止时晶体管没有电流放大作用。

1.基本共射放大电路

2.射极偏置共射放大电路（1）直流分析（静态分析

）达到了稳定静态工作点的作用（2）交流分析（动态分析

）①

输入电阻②

输出电阻注意：求输出电阻时不包括负载

2.射极偏置共射放大电路③

电压放大倍数负号表示

与

反相

虽然工作点要比基本共射放大电路稳定，但电压放大倍数有所下降。

2.射极偏置共射放大电路

3.共射集电极反馈放大电路3.共射集电极反馈放大电路（1）直流分析（静态分析

）（2）交流分析（动态分析

）①

输入电阻式中

3.共射集电极反馈放大电路②

输出电阻

3.共射集电极反馈放大电路③

电压放大倍数此电路所用元件少，工作点稳定负号表示

与

反相。

3.共射集电极反馈放大电路4.典型的静态工作点稳定共射放大电路4.典型的静态工作点稳定共射放大电路（1）直流分析（静态分析

）①利用戴维南定理①利用戴维南定理4.典型的静态工作点稳定共射放大电路①利用戴维南定理4.典型的静态工作点稳定共射放大电路其中4.典型的静态工作点稳定共射放大电路②

近似分析

由于

，从而可以得到

串联，利用分压原理可得基极电位由于

很小，在近似分析中可忽略，即

，

和4.典型的静态工作点稳定共射放大电路

当电路满足

，可采用近似方法

计算该电路的静态工作点。基本不随温度变化当温度上升时，

从而使得

基本不随温度变化，所以这种电路在共射放大电路中应用广泛。4.典型的静态工作点稳定共射放大电路（2）交流分析（动态分析

）①

输入电阻断开负载，让

，从而

，受控源开路

注意：求输出电阻时不包括负载。②

输出电阻4.典型的静态工作点稳定共射放大电路③电压放大倍数式中4.典型的静态工作点稳定共射放大电路【例2.3.2】如图2.3.15所示电路中，已知晶体管的

，

，

，

，

，，各电容的容量，，，足够大。求：（1）静态工作点；（2）求输入电阻、输出电阻、电压放大倍数和源电压放大倍数；（3）如果发射极旁路电容开路，画出此时放大电路的交流通路和小信号等效电路，并再次求放大电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数。4.典型的静态工作点稳定共射放大电路解：（1）计算静态工作点满足（2）计算动态参数4.典型的静态工作点稳定共射放大电路不接负载，电路的电压放大倍数

不考虑信号源内阻，不接负载时电压放大倍数最大；考虑信号源内阻，接入负载时电压放大倍数最小。源电压放大倍数4.典型的静态工作点稳定共射放大电路（3）断开

后去掉旁路电容后，电压放大倍数下降很多。4.典型的静态工作点稳定共射放大电路5.共射放大电路的特点

共射放大电路输入电阻和输出电阻大小适中，输出电压与输入电压反相。由于共射放大电路的电压、电流和功率增益都比较大，因而应用广泛，适用于一般放大电路或用作多级放大电路的中间级。

2.3.2共集电极放大电路1.直流分析

2.3.2共集电极放大电路2.交流分析（1）输入电阻其中

2.3.2共集电极放大电路（2）输出电阻

将独立电源用短路代替，断开负载，信号源短路，在输出端口加电压源

2.3.2共集电极放大电路（3）电压放大倍数一般，因此共集电极电压放大倍数约等于1，共集电极放大电路的输出电压与输入电压不但大小近似相等，而且相位相同，故又称为“射极跟随器”。

2.3.2共集电极放大电路3.共集电极放大电路的特点

共集电极放大电路具有电压放大倍数小于1而接近1，输出电压与输入电压同相，输入电阻大，输出电阻小等特点。

对信号源的影响小，常用作多级放大电路的输入级，比如用于交流毫伏表、示波器等测量仪器的输入级。

共集电极放大电路输出电阻很小，因而具有较强的带负载能力，因此，它常用作多级放大电路的输出级，比如构成集成运放的输出级。

在级间起到隔离和阻抗变换的作用，这时候又称其为缓冲器。

2.3.2共集电极放大电路4.其他形式的共集电极放大电路（1）直流分析：与典型的静态工作点稳定共射放大电路相同。

4.其他形式的共集电极放大电路（2）交流分析：

4.其他形式的共集电极放大电路

4.其他形式的共集电极放大电路解：静态工作点

4.其他形式的共集电极放大电路

2.3.3共基极放大电路

输入信号

由发射极输入，输出信号

由集电极引出，基极是公共端，所以称之为共基极放大电路。（1）

直流分析2.交流分析

2.3.3共基极放大电路

2.3.3共基极放大电路3.共基放大电路的特点

共基放大电路具有输出电压与输入电压同相，电压放大倍数高，输入电阻小，输出电阻适中等特点。由于共基放大电路具有较好的高频特性，所以广泛应用于高频或宽带放大电路中。

2.3.3共基极放大电路【例2.3.4】图2.3.21（a）所示共基放大电路中，已知晶体管的，求：（1）静态工作点；（2）求输入电阻、输出电阻、电压放大倍数和源电压放大倍数。，，，，，，，，电容的容量足够大。2.3.4共源放大电路1.固定偏置电路（1）直流分析1.固定偏置共源放大电路（2）交流分析增强型场效应管工作于放大区耗尽型场效应管工作于放大区1.固定偏置共源放大电路（

，则受控源

，相当于受控源开路）

（2）交流分析2.自给偏压共源放大电路（1）直流分析2.自给偏压共源放大电路（2）交流分析去掉旁路电容后放大倍数会降低3.分压式自偏压共源放大电路（1）直流分析将

代入得：3.分压式自偏压共源放大电路（2）交流分析接入负载

，则电压放大倍数为3.分压式自偏压共源放大电路3.共源放大电路的特点

共源极放大电路输入电阻高，根据实际情况，输出电阻可以在几百Ω～十几kΩ之间，具有一定的电压放大能力，输出电压与输入电压反相。3.分压式自偏压共源放大电路【例2.3.5】由N沟道增强型场效应管组成的共源放大电路如图2.3.29所示，已知场效应管的开启电压，电源

，试求其静态工作点和放大电路的性能参数输入电阻、输出电阻和电压放大倍数。，3.分压式自偏压共源放大电路解：增强型N沟道场效应管放大区偏置条件3.分压式自偏压共源放大电路2.3.5共漏放大电路

输入信号从栅极G输入，输出信号从源极S输出，称之为共漏极放大电路，也称源极输出器。

直流通路与【例2.3.5】相同，静态工作点的计算也可用前面的方法完成。2.3.5共漏放大电路Ri高，Ro低，Au<1，输出电压uo与输入电压ui同相。2.3.6共栅极放大电路

输入信号由源极S输入，输出信号由漏极D输出，它们以栅极G为公共端，所以称为共栅极放大电路。2.3.6共栅极放大电路1.直流分析2.3.6共栅极放大电路2.交流分析(,,相当于受控源断开）2.3.6共栅极放大电路3.共栅极放大电路的特点

共栅极放大电路与晶体管共基极放大电路的特点类似，输入电阻小，输出电阻大，具有较大的电压放大倍数，输出电压与输入电压同相，多用于高频和宽带放大电路中。组态输出电压与输入电压的相位关系CE>100反相几百Ω

～

几kΩ几百Ω

～

十几kΩCC≈1，<1同相几十kΩ～几百kΩ小至十几ΩCB>100同相小至十几Ω几百Ω

～

十几kΩCS几

～

几十反相>1MΩ几百Ω

～

十几kΩCD<1同相>1MΩ几百Ω

～

几kΩCG>100同相很小较大，带负载能力不强2.3.7

共射放大电路（CE）的Multisim仿真

静态工作点测量2.3.7

共射放大电路（CE）的Multisim仿真

动态参数测量输入信号幅度100mV信号失真输入信号幅度10mV输出信号与输入信号反相输入信号幅度过大、静态工作点不合适工作点，输出信号会失真。2.3.7

共射放大电路（CE）的Multisim仿真2.3.8

基本组态放大电路的应用2.3.8

基本组态放大电路的应用简易遥控风扇敬业创新勤奋求实模拟电子技术

2.4差分放大电路2.4.1基本差分放大电路2.4.2电流源电路2.4.3电流源差分放大电路2.4.4差分放大电路的差模传输特性

2.4.1基本差分放大电路

特点：1.结构对称2.双电源供电3.抑制由于温度引起的零点漂移。

零点漂移：没有输入信号时，用灵敏的直流表测量输出端，也会

有变化缓慢的输出电压。

输入信号

和

从两个晶体管的基极加入，输出信号从两个集电极之间取出。RE为差分放大电路的公共发射极电阻，用来抑制零点漂移并决定晶体管的静态工作电流。

2.4.1基本差分放大电路

1.直流分析（静态分析

）输入信号为零时，输出也为零。具有稳定的静态工作点以及很小的温度漂移。

2.4.1基本差分放大电路

实际电路很难做到完全对称，实用中常在晶体管发射极加一个调零电阻

2.4.1基本差分放大电路

2.交流分析几个基本概念（1）差模输入电压（2）共模输入电压

（3）差模输出电压

（4）共模输出电压（5）输出电压

（6）共模抑制比

2.4.1基本差分放大电路

任意信号可以分解成共模信号和差模信号的组合

两种特殊情况：差模输入电压共模输入电压输出电压②①

2.4.1基本差分放大电路

差分放大电路的输入信号可以是直流信号，也可以是交流信号，但是需注意，输入信号幅度很小，不然放大电路容易进入非线性区，输出波形会失真。差模和共模电压放大倍数的测量（1）测量差模电压放大倍数假设差分放大电路两个输入端的信号差模输入电压共模输入电压输出电压差模增益

2.4.1基本差分放大电路

（2）测量共模电压放大倍数假设差分放大电路两个输入端的信号差模输入电压共模输入电压输出电压共模增益

2.4.1基本差分放大电路

当开关S1切换到左边时，测量的是差模电压放大倍数当开关S1切换到右边时，测量的是共模电压放大倍数

2.4.1基本差分放大电路

输入交流信号时的差分放大电路电压放大倍数仿真开关S1与左边相连测量差模电压放大倍数开关拨到右边测量共模电压放大倍数输入信号幅值为10mV，1、2结点电压有效值为14.142mV

2.4.1基本差分放大电路

【例2.4.1】已知差分放大电路输入信号，，（1）试求差模输入电压和共模输入电压。，，求该输出电压和（2）如解：（1）差模输入电压共模输入电压（2）输出电压共模抑制比

2.4.1基本差分放大电路四种工作方式：单入单出、单入双出双入单出、双入双出

两输入端有一个端口直接接地的，称为单端输入。当信号从一只晶体管的集电极输出，负载电阻一端接地，称为单端输出。

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

差分放大电路动态参数的计算（1）单端输入单端输出

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

①电压放大倍数

由于结构的对称性，由差模部分产生的动态电流在流过时互相抵消。（a）差模输入

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

如果信号是从第二个晶体管的集电极输出，则差模电压放大倍数为（b）共模输入

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

越大，共模电压放大倍数就越小，共模抑制能力越强，各种干扰信号大多属于共模信号，所以差分放大电路的抗干扰能力强。②输入电阻

差模输入电阻加有调零电阻

2.4.1基本差分放大电路（单入单出）

共模输入电阻加有调零电阻③输出电阻令时，

差模和共模输出电阻都等于

2.4.1基本差分放大电路（双入单出）

（2）双端输入单端输出

电压放大倍数，输入电阻和输出电阻的计算公式与单端输入单端输出是一样的。

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

（3）双端输入双端输出

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

差模输入部分等效电路差模输入电压

两管集电极之间接的负载电阻RL，两管集电极电位一增一减，且变化量相等，负载电阻RL的中点电位为信号零电位，因此，每边电路的等效负载电阻为

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

①电压放大倍数差模电压放大倍数共模电压放大倍数电路完全对称，对于共模信号，有

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

②输入电阻差模输入电阻

2.4.1基本差分放大电路（双入双出）

③输出电阻断开负载，接上电压源

2.4.1基本差分放大电路（单入双出）

（4）单端输入双端输出

与双端输入双端输出相同

2.4.1基本差分放大电路

解：（1）单端输出静态工作点根据基尔霍夫电流定理，可得由于输出回路不对称，使得（2）双端输出静态工作点（3）单端输出差模和共模电压放大倍数、差模和共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比（4）双端输出差模和共模电压放大倍数、差模和共模输入电阻、输出电阻、共模抑制比2.4.2电流源电路提供恒定电流，交流等效电阻很大，而直流电阻较小。在差分电路中代替

，在模拟集成电路中常用作偏置电路和有源负载。1）比例电流源与成比例多路比例电流源2.4.2电流源电路2）镜像电流源2.4.2电流源电路2.4.2电流源电路

镜像电流源不适合设计微小电流。2.4.2电流源电路3）微电流源（Widlarcurrentsource）图2.4.18微电流源微电流源适合设计微小电流。电流源电路为放大电路提供合适的静态工作电流2.4.2电流源电路电流源电路具有很大的动态电阻空载时提高了电压放大倍数2.4.2电流源差分放大电路电流源具有很大的动态电阻，采用电流源的差分放大电路抑制共模的能力更强，在集成电路中应用广泛2.4.2电流源差分放大电路解：（1）求静态工作点2.4.2电流源差分放大电路思考：差分放大电路如何实现单端输出方式具有双端输出效果2.4.2电流源差分放大电路图2.4.21单端输出具有双端输出效果（a）差模输入

（b）共模输入2.4.3差分放大电路的差模传输特性差分放大电路应用非常广泛：1.多级放大电路的输入级，有效抑制温度对电路的影响。2.用作构成自动增益控制电路和模拟乘法器。3.用作构成大信号限幅电路和开关电路，可有效提高

开关速度。4.用作构成波形变换电路。差分放大电路*讨论1.差分放大电路的结构和性能有何特点？

2.差分放大电路中，公共发射极电阻RE对共模信号有何影响，为什么？对差模信号有何影响，为什么？为何要用电流源代替公共发射极电阻RE

？*3.差分放大电路中，单端输出与双端输出在性能上有何异同？单端输入与双端输入在性能上有何异同？

答案答案答案4.简述差分放大电路抑制零漂与共模干扰的原理。

答案讨论小结答：电路结构左右对称，具有两个输入端，可以双端输出。对差模输入电压具有放大作用，对共模信号和零点漂移具有很强的抑制作用。1.差分放大电路的结构和性能有何特点？返回答：RE对共模信号有很强的抑制作用。因为当加上共模输入信号时，两管电流均流过RE，RE通常又比较大，因此会产生很强的负反馈，迫使共模输出很小。理想情况下，RE对差模信号不产生影响。因为输入差模信号时，一管电流增大，另一管电流减小，当电路理想对称时，一管电流的增加量与另一管的减小量相等，流过RE的电流保持不变，即RE对差模信号不产生负反馈作用，故差模输出大小不受RE影响。从提高对共模信号抑制能力的角度讲，公共发射极电阻RE越大越好，但RE过大时，为保证三极管有合适的静态工作电流，必须加大负