《低频电子线路分析》-低频电子线路分析-第三章

3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标

内容提要:本章主要介绍了晶体三极管、场效应管放大电路的基本应用组态，并对典型单元电路作了详细分析。通过学习，要熟悉三极管、场效应管的放大作用，掌握典型电子线路的分析、计算方法，学会使用该器件设计、制作相关实际应用电路。晶体管的主要用途之一是利用其放大作用组成放大电路。本章所介绍的是由分立元件组成的各种常用基本放大电路，并讨论它们的电路结构、工作原理、分析方法以及特点和应用。下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标3.1.1放大的基本概念

放大电路应用十分广泛，无论是日常使用的收音机、打音机或者精密的测量仪器和复杂的自动控制系统，都有各种各样的放大电路。在这些电子设备中放大电路的作用是将微弱的电信号进行放大，输出的电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强，以便于测量和利用。例如，从收音机天线接收到的信号，或者从传感器得到的信号，有时只有微伏或毫伏数量级，必须经过放大，才能驱动喇叭或者进行观察、记录和控制。上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标放大电路输入微弱的小信号，在输出端得到放大的电压或电流信号。如果从能量观点来看，输入信号的能量是较小的，而输出的能量是较大的，但这不是说放大电路把输入的能量放大了。能量是守恒的，不能放大，输出的较大能量来自直流电源。也就是能量较小的输入信号通过晶体管的控制作用，去控制直流电源所供给的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。

放大电路的结构不意框图如图3.1所示。上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标

所以说放大电路放大的本质是能量的控制和转换。

对于放大电路的要求有两个方面，第一是放大倍数要大，因为在总的放大倍数一定的情况下，每一级的放大倍数越大，电子设备的级数就可以越少，机器可以做得体积小、重量轻、耗电量小;第二是失真要小，放大电路的首要任务是把信号放大，但在放大信号的同时，还必须尽可能地保持原来信号的波形不变，即输出波形应和输入波形尽可能地保持一致。若放大电路的输出波形与输入波形有差异，这种差异就称为放大电路的失真。失真使收音机和扩音机的声音难听、电视机图像走样、自动控制系统发生误动作，这样就失去了放大的意义。下一页返回上一页3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标3.1.2放大电路的性能指标

先定性地看看什么样的放大电路算是比较好的。以扩音机为例。首先，希望能把说话的声音变得大一些好，那就是要放大电路放大倍数足够大。另外，还希望经过扩音机放出的说话的声音或乐曲不走调，这称为不失真。此外，还有最大能输出多少功率等。这些都是衡量放大电路性能的标准。放大电路的性能指标可以衡量一个放大器性能的好坏和特点。性能指标主要包括放大倍数(或增益)、输入电阻、输出电阻、通频带等。上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标由于放大电路可一以看成是一个有源四端双日网络，为讨论放大电路的性能指标，采用图3.2所示的放大电路的等效网络，并按双日网络的一般约定画出电流的方向和电压的极性，同时假定输入信号为正弦波，图中的电流和电压均采用相量表不。这样，就可以由这个网络的端日特性来描述放大电路的性能指标。放大电路的性能指标可以分成3种类型:第一种是对应于一个幅值已定、频率已定的信号输入时的性能，这是放大电路的基本性能;第二种是对应于幅值不变而频率改变的信号输入时的性能;第三种是对应于频率不变而幅值改变的信号输入时的性能。上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标

1.第一种类型的指标

1)放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它定义为输出变化量的幅值与输入变化量的幅值之比，有时也称之为增益。电压放大倍数用Au，定义为上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标上一页下一页返回电流放大倍数用Ai表示，定义为功率放大倍数用Ap

表示，定义为3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标工程上常用分贝（dB）来表示放大倍数，称为增益，它们的定义分别为电压增益电流增益功率增益例如，某放大电路的电压放大倍数为100，则电压增益为40dB上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标

2)输入电阻ri

作为一个放大电路，一定要有信号源来提供输入信号。放大电路与信号源相连，就要从信号源取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度，所以定义输入阻抗，来衡量放大电路对信号源的影响。当信号频率不是很高时，输入电流与输入电压基本同相，因此通常用输入电阻来表不。从放大电路的输入端看进去的等效电阻被称为放大电路的输入电阻，定义为上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标输入电阻的大小决定了放大电路从信号源得到的信号幅度的大小。如图3.2所示，可得上一页下一页返回3)输出电阻ro输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻。定义为3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标

式(3-7)表不输出电阻被定义为在输入电压源短路(电流源开路)并保留和负载开路(因为负载并不属于放大电路)的情况下，如图3.3(a)所示，放大电路的输出端所加测试电压与其产生的测试电流的比值。输出电阻的大小，决定了放大电路带负载的能力。在图3.3(b)中，放大电路的输出信号相当于负载的信号源，放大电路的输出电阻相当于信号源内阻。可以看出，负载上得到的输出电压并不与放大电路开路输出电压相等，它们之间符合这样的关系:上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标通常测定输出电阻的办法是在输入端加正弦波信号，测出负载开路时的输出电压，再测出接入负载RL,时的输出电压uo，则输出电阻可由式(3-9)来决定。上一页下一页返回

2.第二种类型的指标:

通频带:由于放大电路存在电抗元件或等效电抗元件，信号频率过高或过低，放大倍数都要明显地下降。但是，在中间一段频率范围内，各种电抗的影响都可忽略，放大倍数基本不变，将此放大倍数称为中频放大倍数，记作Aum

。使放大倍数下降至时所对应的高、低频率，分别称上限频率fH及下限频率fL，如图3-4所示。3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标通频带为通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应能力越强。

3.第三种类型的指标1）最大输出幅值在不失真的情况下，放大电路的最大输出电压或电流的大小用Uom和Iom表示。

2)最大输出功率和效率三极管是一个能量控制器件，它能通过三极管的控制作用把直流电源提供的能量转换成交流电能输出。所以，放大电路的最大输出功率就是在输出信号不失真时，放大电路向负载提供的最大交流功率，用只来Pom表示。上一页下一页返回3.1放大的概念和放大电路的主要性能指标规定放大器的最大输出功率与直流电源提供的功率之比称为放大器的效率，其表达式为

效率越高，在交流输入信号的控制下，能量转换能力就越强。3)非线性失真系数三极管的输入、输出特性曲线是非线性的，即使在放大区也不是完全的线性。因此，输出波形不口1避免地要发生失真。这种由于二极管的非线性造成的输出信号失真称为非线性失真。具体表现为:当输入某一频率的正弦交流信号时，输出波形中除了含有被放大的该频率的基波外，还含有一定数量的谐波。谐波的总量与基波成分的比值称为非线性失真系数。上一页返回

3.2晶体三极管放大电路的基本形式

模拟电子电路中的晶体三极管通常都工作在放大状态，它和电路中的其他元件构成各种用途的放大电路。而基本放大电路又是构成各种复杂放大电路和线性集成电路的基本单元。晶体管基本放大电路按结构有共射、共集和共基3种组态。判断放大电路属于哪一种组态，要根据输入信号与输出信号的公共端来判断，公共端为三极管的哪一端即为哪一种组态的放大电路。下一页返回

3.2晶体三极管放大电路的基本形式

1.共射放大电路

图3.5所示为单管共射放大电路，输入端接低频交流电压信号ui,输出端接负载电阻R1，输出电压用uo表示。电路中各元件及其作用如下。(1)集电极电源VCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，使晶体管工作在放大区。VCC取值一般为几伏到几十伏。

(2)晶体管T是放大电路的核心元件。利用晶体管在放大区的电流控制作用，即ic=βib的电流放大作用，将微弱的电信号进行放大。

(3)集电极电阻RO是晶体管的集电极负载电阻，它将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用。RO一般为几千欧到几十千欧。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式（4）基极电阻RB可以保证晶体管工作在放大状态。改变RB使晶体管有合适的静态工作点。RB一般取几十千欧到几百千欧。（5）耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用。在信号频率范围内，认为容抗近似为零。所以分析电路时，在直流通路中电容视为开路，在交流通路中电容视为短路。C1、C2一般为十几微法到几十微法的有极性的电解电容。2.共集放大电路

图3.6(a)所示为阻容耦合共集电极放大电路。由图可见，放大电路的交流信号由晶体管的发射极经祸合电容C2输出，故名射极输出器。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式由图3.6(c)所示的射极输出器的交流通路可见，集电极是输入回路和输出回路的公共端。输入回路为基极到集电极的回路，输出回路为发射极到集电极的回路。所以，射极输出器从电路连接特点而言，为共集电极放大电路。射极输出器与共射放大电路相比，有着明显的特点，学习时务必注意。由于射极输出器输入电阻高，常被用于多级放大电路的输入级。这样可减轻信号源的负担，又可获得较大的信号电压。这对内阻较高的电压信号来讲更有意义。在电子测量仪器的输入级采用共集电极放大电路作为输入级，较高的输入电阻可减小对测量电路的影响。由于射极输出器的输出电阻低，常被用于多级放大电路的输出级。当负载变动时，因为射极输出器具有几乎为恒压源的特性，输出电压不随负载变动而保持稳定，具有较强的带负载能力。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式射极输出器也常作为多级放大电路的中间级。射极输出器的输入电阻大，即前一级的负载电阻大，可提高前一级的电压放大倍数;射极输出器的输出电阻小，即后一级的信号源内阻小可提高后一级的电压放大倍数。这对于多级共射放大电路来讲，射极输出器起了阻抗变换作用，提高了多级共射放大电路的总的电压放大倍数，改善了多级共射放大电路的工作性能。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式

3.共基放大电路共基极放大电路如图3.7(a)所示，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2,接地，因此输入信号ui，由发射极引入，输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端，故称为共基极放大电路。从直流通路看，它和共发射极放大电路一样，也构成分压式电流负反馈偏置电路。共基极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、输出电阻大等特点。由于共基极电路有较好的高频特性，故广泛用于高频或宽带放大电路中。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式

4.放大电路三种组态的比较上述共射接法、共基接法和共集接法3种连接方式组成的放大电路，都是三极管放大电路的基本放大电路，其他类型的单级放大电路，归根结底都是由这3种基本放大电路变化而来的，3种基本放大的主要特点列于表3.1中，以便于比较。

三种基本放大电路的主要特点及应用大致归纳如下。（1）共射极放大电路电压和电流增益都大于1,输入电阻在3种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。（2）共集电极放大电路只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在3种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。上一页下一页返回3.2晶体三极管放大电路的基本形式

(3)共基极放大电路只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。上一页返回3.3基本放大电路的分析通过对放大电路基本概念及3种组态放大电路的介绍，口1一以了解到放大的实质是小的能量(输入)控制大的能量(输出)，而放大的对象是变化量。概括起来，放大电路有生大特点:放大器件的非线性;电流、电压信号交、直流并存;放大的实质是能量的控制(放大电路通常把放大器件等效为受控电流源，所以要掌握受控源的特点);放大器件对温度的变化非常敏感，有时要考虑温度的影响。钊对以上特点，分析放大电路的常用的方法有图解法和等效电路法。图解法就是用作图的方法确定放大电路的静态工作点，研究放大电路的工作状态，求得最大输出电压幅值，它的优点是形象直观、物理概念清晰。但它也有局限性，因为对于毫伏以下的微弱信号无法准确作图，对于复杂电路作图也十分困难。等效电路法就是用数学运算的方法来分析放大电路。所谓“等效”，是指在一定的条件下，用线性等效电路代替基本放大电路的非线性器件—三极管。本节以共射放大电路为例来分析基本放大电路。下一页返回3.3基本放大电路的分析3.3.1静态分析放大电路末接入ui，前称静态。动态则指加入ui后的工作状态。静态分析就是确定静态值，即直流电量，由电路中的IB、IC和UCE一组数据来表不。这组数据是晶体管输入、输出特性曲线上的某个工作点，习惯上称静态工作点，用Q(IB、IC、

UCE)表示。放大电路的质量与静态工作点的合适与否关系甚大。动态分析则是在已设置了合适的静态工作点的前提下讨论放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等技术指标。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析1.由放大电路的直流通路确定静态工作点

将祸合电容C1、C2视为开路，画出图3.8（b）所示的共发射极放大电路的直流通路，由电路得上一页下一页返回用式(3－12)可以近似估算此放大电路的静态作点。晶体管导通后硅管UCE的大小为0.6～0.7V（锗管UCE的大小为-0.2～-0.3V）。而当VCC较大时，UBE可忽略不计。3.3基本放大电路的分析上一页下一页返回2.由图解法求静态工作点Q1)用输入特性曲线确定IBQ和UBEQ根据图3.8(b)中的输入回路，可列出输入回路电压方程同时UBE

和IB还符合晶体管输入特性曲线所描述的关系，输入特性曲线用函数式表不为

用作图的方法在输入特性曲线所在的UBE---IB

,平面上作出式(3-15)对应的直线，那么求得两线的交点就是静态工作点Q，如图3.9(a)所示，Q点的坐标就是静态时的基极电流.IBQ和基—射极间电压UBEQ3.3基本放大电路的分析上一页下一页返回

2)用输出特性曲线确定ICQ和UCEQ

由图3.8(b)电路中的输出回路，以及晶体管的输出特性曲线，可以写出式(3一15)和式(3一16)，即3.3基本放大电路的分析

晶体管的输出特性可由已选定管子型号在手册上查找，或从图示仪上描绘，而式(3一15)为直线方程，其斜率为

。在横轴的截距为VCC，在纵轴的截距为VCC/RC。这条直线很容易在图3.9(b)上作出。因为它是直流通路得出的，且与集电极负载电阻有关，故称之为直流负载线。由于已确定了IBQ的值，因此直流负载线与iB(=IBQ)所对应的那条输出特性曲线的交点就是静态工作点Q。如图3.9(b)所示，Q点的横坐标就是静态时晶体管的集电极电流ICQ和集一射极间电压以UCEQ。由图3.9可知，基极电流的大小影响静态工作点的位置。若IBQ偏低，则静态工作点Q靠近截止区;若IBQ偏高，则Q靠近饱和区。因此，在已确定直流电源VCC集电极电阻RC的情况下，静态工作点设置的合适与否取决于IB的大小，调节基极电阻RB，改变电流IB，可以调整静态工作点。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析3.3.2动态分析静态工作点确定以后，放大电路在输入电压信号ui

，的作用下，若晶体管能始终工作在特性曲线的放大区，则放大电路输出端就能获得基本上不失真的放大的输出电压信号uo。放大电路的动态分析，就是要对放大电路中信号的传输过程、放大电路的性能指标等问题进行分析讨论，这也是模拟电子电路所要讨论的主要问题。微变等效电路法和图解法是动态分析的基本方法。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析1.信号在放大电路中的传输与放大以图3.l0(a)为例来讨论，图中IB、IC、UCE表不直流分量(静态值)，ib、ic、uce表不输入信号作用下的交流分量(有效值用Ib、Ic、Uce)iB、iC、uCE表示总电流或总电压，这点务必搞清。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析设输入信号ui为正弦信号，通过耦合电容C1加到晶体管的基—射极，产生电流ib，因而基极电流iB=IB+ib。基电流受基极电流的控制，ic=IC+ic=β（IB+ib）。电阻RC上的压降为icRC,它随ic成比例的变化。而基—射极管压降uCE=VCC-icRC=VCC-(IC+ic)RC=UCE-icRC,它却随icRC的增大而减小。耦合电容C2阻隔直流分量UCE，将交流分量uce=-icRC送至输出端，这就是放大后信号电压uo=uce=-icRC。uo为负，说明ui、ib、iC为正半周时，uo为负半周，它与输入信号电压ui反相。图3.10(b)～(f)所示为放大电路中各有关电压和电流的信号波形。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

综上所述，可归纳以下几点。（1）无输入信号时，晶体管的电压、电流都是直流分量。有输入信号后，iB、iC、uCE

都在原来静态值的基础上叠加了一个交流分量。虽然iB、iC、uCE

的瞬时值是变化的，但它们的方向始终不变，即均是脉动直流量。（2）输出uo与输入ui，频率相同，且幅度uo,比ui大得多。(3)电流ib、ic与输入ui同相，输出电压uo与输入ui反相，即共发射极放大电路具有“倒相”作用。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

2.微变等效电路法

1）晶体管的微变等效电路所谓晶体管的微变等效电路，就是晶体管在小信号(微变量)的情况下工作在特性曲线直线段时，将晶体管(非线性元件)用一个线性电路代替。由图3.11(a)所不晶体管的输入特性曲线可知，在小信号作用下的静态工作点Q邻近的Q1一Q2工作范围内的曲线可视为直线，其斜率不变。两变量的比值称为晶体管的输入电阻，即上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

式(3-17)表不晶体管的输入回路可用管子的输入电阻汽rbe来等效代替，其等效电路如图3.12(b)所示。根据半导体理论及文献资料，工程中低频小信号下的rbe可用式(3一18)估算小信号低频下工作时的晶体管的rbe一般为几百到几千欧。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析由图3.11(b)所示和晶体管的输出特性曲线可知，在小信号作用下的静态工作点Q邻近的Q1～Q2工作范围内，放大区的曲线是一组近似等距的水平线，它反映了集电极电流ic只受基极电流iB控制而与管子两端电压基本uCE无关，因而晶体管的输出回路可等效为一个受控的恒流源，即上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析实际晶体管的输出特性并非与横轴绝对平行。当IB为常数时，ΔuCE

变化会引起Δi’c变化，这个线性关系就是晶体管的输出电阻rce,即

rce受控恒流βib并联。由于输出特性近似为水平线，rce又高达几十千欧到几百千欧，在微变等效电路中口1视为开路而不予考虑。图3.12(b)所示为简化了的微变等效电路。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

2)共射放大电路的微变等效电路放大电路的直流通路确定静态工作点。交流通路则反映了信号的传输过程并通过它可以分析计算放大电路的性能指标。图3.13（a）所示为图3.8（a）所示的共射放大电路的交流通路。

C1,C2的容抗对交流信号而言可忽略不计，在交流通路中视作短路，直流电源Vcc为恒压源两端无交流压降也可视作短路。据此作出图3.13(a)所不的交流通路。将交流通路中的晶体管用微变等效电路来取代可得图3.13(b)所示共射放大电路的微变等效电路。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

1）电压放大倍数Au电压放大倍数是小信号电压放大电路的主要技术指标。设输入为正弦信号，图3.13(b)所示电路中的电压和电流都可用向量表示。由图3.13(b)可列出式中，RL’=RC//RL;Au为复数，它反映了输出与输入电压之间大小和相位的关系。式(3-21)中的负号表示共射放大电路的输出电压与输入电压的相位反相。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析当放大电路输出端开路时(末接负载电阻RL，可得空载时的电压放大倍数(Auo)

比较式(3-21)和式(3-22)，可得出:放大电路接有负载电阻尺时的电压放大倍数比空载时降低了。RL越小，电压放大倍数越低。一般共射放大电路为提高电压放大倍数，总希望负载电阻RL大一些。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析输出电压输入信号源电压之比，称为源电压放大倍数(Aus)，则式子中，ri=RB//≈rbe（通常RB>>rbe）。般共射放大电路为提高电压放大倍数，总希望信号源内阻RS小一些。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

2)放大电路的输入电阻ri一个放大电路的输入端总是与信号源(或前一级放大电路)相连的，其输出端总是与负载(或后一级放大电路)相接的。因此，放大电路与信号源和负载之间(或前级放大电路与后级放大电路)，都是互相联系、互相影响的。图3.14所示为它们之间的联系。输入电阻ri也是放大电路的一个主要的性能指标。放大电路是信号源(或前一级放大电路)的负载，其输入端的等效电阻就是信号源(或前一级放大电路)的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri。其定义为为输入电压与输入电流之比，即上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

图3.8(a)共射放大电路的输入电阻可由图3.15所示的等效电路计算得出。由图可知所以有一般输入电阻越高越好。原因是:第一，较小的ri从电压信号源取用较大的电流而增加信号源的负担。第二，电压信号源内阻Rs和放大电路的输入电阻ri分压后,ri上得到的电压才是放大电路的输入电压(如图3.15所示),ri越小，相同的使放大电路的有效输入;ri减小，那么放大后的输出也就小。第三，若与前级放大电路相连，则本级的ri就是前级的负载电阻RL，若ri较小，则前级放大电路的电压放大倍数也就越小。总之，要求放大电路要有较高的输入电阻。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

3)输出电阻ro

放大电路是负载(或后级放大电路)的等效信号源，其等效内阻就是放大电路的输出电阻ro)，它是放大电路的性能参数。它的大小影响本级和后级的工作情况。放大电路的输出电阻ro)，即从放大电路输出端看进去的戴维宁等效电路的等效内阻，实际中可以采用如下方法计算输出电阻。将输入信号源短路，但保留信号源内阻，在输出端加一信号U’o，以产生一个电流I’O，则放大电路的输出电阻为上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

图3.8(a)所示共射放大电路的输出电阻可由

图3.16所示的等效电路计算得出。由图可知，当Us=0时,Ib=0,βIb=0,而在输出端加一信号U’o，产生的电流I’o。就是电阻Rc中的电流，取电压与电流之比为输出电阻，为上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析计算输出电阻的另一种方法是，假设放大电路负载开路(空载)时输出电压为，接上负载后输出端电压为,则上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析由此可见，输出电阻越小，负载得到的输出电压越接近于输出信号，或者说输出电阻越小，负载大小变化对输出电压的影响越小，带载能力就越强。一般输出电阻越小越好。原因是:第一，放大电路对后一级放大电路来说，相当于电压信号源的内阻，若ro较高，则使后一级放大电路的有效输入信号降低，使后一级放大电路的Aus降低。第二，放大电路的负载发生变动，若ro较高，必然引起放大电路输出电压有较大的变动，也即放大电路带负载能力较差。总之，希望放大电路的输出电阻ro越小越好。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析【例3.1】图3.8(a)所示的共射放大电路，已知Vcc=12V,RB=300kΩ,RC=4kΩ,Rs=100Ω

,晶体管β=40。求:①估算静态工作点:②计算电压放大倍数;③计算输入电阻和输出电阻。解：①估算静态工作点。由图3.8(b)所不直流通路得

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②计算电压放大倍数。首先画出图3.13(a)所示的交流通路，然后画图3.13(b)所示的微变等效电路，由图可得上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析③计算输入电阻和输出电阻。根据式(3-25)和式(3-27)得上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析

4.放大电路其他性能指标的介绍输入信号经放大电路放大后，输出波形与输入波形不完全一致称为波形失真，而由于晶体管特性曲线的非线性引起的失真称为非线性失真。下面分析当静态工作点位置不同时，对输出波形的影响。

1）波形的非线性失真

如果静态工作点太低，如图3.17所示Q’点，从输出特性可以看到，当输入信号ui在负半周时，晶体管的工作范围进入了截止区。这样就使i’c的负半周波形和u’o的正半周波形都严重失真(输入信号ui为正弦波)，如图3.17所示。这种失真称为截止失真。消除截止失真的方法是提高静态工作点的位置，适当减小输入信号ui的幅值。对于图3.8所示的共射极放大电路可以减小RB阻值，增大IBQ，使静态工作点上移，从而消除截止失真。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析如果静态工作点太高，如图3.17所示Q”点，从输出特性可以看到，当输入信号ui在正半周时，晶体管的工作范围进入了饱和区。这样就使i”c的正半周波形和u”o的负半周波形都严重失真，如图3.17所示。这种失真称为饱和失真。消除饱和失真的方法是降低静态工作点的位置，适当减小输入信号ui的幅值。对于图3.8所示的共射极放大电路可以增大RB阻值，减小IBQ，使静态工作点下移，从而消除饱和失真。总之，设置合适的静态工作点可避免放大电路产生非线性失真。如图3.17所示Q点选在放大区的中间，相应的ic和uo都没有失真。但是，还应注意到即使Q点设置合适，若输入ui的信号幅度过大，则可能既产生饱和失真又产生截止失真。上一页下一页返回3.3基本放大电路的分析上一页返回

2)最大输出幅度最大输出幅度是指输出波形的非线性失真在允许限度内，放大电路所能供给的最大输出电压(或输出电流)，一般指有效值，以Uomax或Iomax表示。

图解法能直观地分析放大电路的工作过程。估算电压放大倍数，清晰地观察到波形失真情况，估算出不失真时最大限度的输出幅度。但图解法也有局限性，作图过程烦琐，误差大，且不能计算输入、输出电阻、多级放大电路及反馈放大电路的性能指标等。图解法适用于分析大信号下工作的放大电路(功率放大电路)，对小信号放大电路用微变等效电路则简便得多。3.4基本放大电路的频率

在前面共射放大电路的动态分析过程中，忽略了晶体管结电容的作用，同时又把祸合电容视为短路，在这样的条件下得出的电压放大倍数Au与频率无关。但在实际放大电路中，由于祸合电容、旁路电容、晶体管结电容以及分布电容的存在，会使得放大电路的电压放大倍数与输入信号的频率存在一定的联系。下面以单管共射放大电路为例，讨论其频率响应及频率响应的改善方法。下一页返回3.4基本放大电路的频率3.4.1共射放大电路的频率响应

考虑电容影响时的单管共射放大电路如图3.18所示,C1,C2为耦合电容，CE为旁路电容，CBE、CBC认为三极管极间电容。实际电路中，耦合电容C1,C2:一般为几十微法，旁路电容CE一般为几百微法，三极管极间电容CBE、CBC一般为几百皮法。祸合电容、旁路电容与三极管极间电容在数值上相差较大，在电路中它们几乎不可能同时对放大电路产生明显的影响。因此对共射极放大电路频率特性的分析可以采用分频段的方法。上一页下一页返回3.4基本放大电路的频率上一页下一页返回

1.中频段在一定频率范围内，C1、C2和CE的容抗较小，可看做短路CBE、CBC的容抗较大，可看做断路。因此，频率对电压放大倍数Au的影响不大，输出电压与输入电压的相位差=-180º。这一频率范围称为共射放大电路的“中频区”。

2.低频区当输入信号的频率很低时，CBE、CBC相对于中频区容抗更大，仍可视为断路，而C1、C2和CE的容抗是不能忽略的，C1、C2分别与输入电阻、负载串联，CE折算到输入回路也与电路中电阻串联，其影响可将输入或输出回路等效为RC高通电路。随着频率的下降，电压放大倍数Au减小，在相位上越来越超前于。3.4基本放大电路的频率3.高频区当输入信号的频率很高时，C1、C2和CE的容抗很小，可看作短路，而CBE和CBC认的容抗随频率升高而减小，对信号电流起分流作用，其影响可将输入或输出回路等效为RC低通电路。随着频率的升高，电压放大倍数Au减小，

在相位上越来越滞后于

。上一页下一页返回3.4基本放大电路的频率

4.单管共射放大电路的频率特性曲线根据上述定性分析可以大致画出单管共射放大电路的频率特性曲线。

1）幅频特性曲线如图3.19(a)所示，特性曲线趋于水平的区域为中频区，其电压放大倍数为︱Aum

︱

将放大倍数Au下降到

︱Aum

︱的两个频率fL和fH分另}J称为下限截止频率和上限截止频率，上下限截止频率之间的频率范围称为通频带或带宽BW。

当信号处在通频带以内，Au是常数，能对输入信号进行不失真的放大，因此，通频带是放大电路的重要技术指标。上一页下一页返回3.4基本放大电路的频率

2)相频特性曲线如图3.19(b)所示，中频区相位差=-180º

，以此为基准，附加相移△=(-180º)=+180º，低频区Uo超前Ui

相位角△,高频区Uo滞后Ui相位角︱△︱。而fL和fH，处相应的附加相移分别45º和-45º。上一页下一页返回3.4基本放大电路的频率3.4.2放大电路频率响应的改善通过前面的介绍可以知道在实际电路中，由于耦合电容、旁路电容、分布电容以及晶体管极间结电容的存在，使得放大电路的电压放大倍数与输入信号的频率存在一定的联系，若上述相关元件参数选择不当，就有可能导致频率失真现象的发生，无法保证放大电路正常工作。根据低频区放大电路频率特性的定量分析可知，下限截止频率fL由C1,C2和CE等所在RC回路的时间常数决定，时间常数越小，fL越大，低频响应越差，考虑到CE所在回路的等效电阻较小，故低频特性的下降主要是旁路电容CE引起的。所以在选择耦合电容和旁路电容时，CE要比C1,C2大得多。设计电路时，上述3个电容可按式(3-29)进行选择。上一页下一页返回3.4基本放大电路的频率上一页返回在高频区，上限频率fH由CBE、CEC,所在RC回路的时间常数决定，取两者中的较小值作为整个电路的fH

。当电路fH不满足要求时，除了改善电路结构，降低杂散电容外，应考虑换用结电容小的晶体管和特征频率fT(参照半导体手册)高的晶体管来增大通频带。3.5放大电路静态工作点的稳定分析下一页返回

前面的讨论已明确:放大必须有个合适的静态工作点，以保证较好的放大效果，并不引起非线性失真。下面讨论影响静态工作点变动的主要原因以及能够稳定工作点的偏置电路。3.5放大电路静态工作点的稳定分析3.5.1静态工作不稳定的原因（1）温度升高会使三极管的参数β和IcEO

增大、UBE减小，结果使集电极电流Ic增大。静态工作点不稳定的主要原因是温度变化和更换晶体管的影响。下面着重讨论温度变化对静态工作点的影响。图3.8(a)所示的共发射极放大电路的偏置电流为上一页下一页返回3.5放大电路静态工作点的稳定分析可见，当Vcc及RB一经选定IB就被确定，故称为固定偏置放大电路。此电路简单、易于调整，但温度变化导致集电极电流IC增大时，输出特性曲线族将向上平移，如图3.20中虚线所示。因为当温度升高时，IcBO要增大。由于IcEO

=（l+β）IcBO，IcEO也要增大。又因为Ic=βIB+IcEO

，IcEO显见的增大将使整个输出特性曲线族向上平移。如图3.20所示，这时静态工作点将从Q点移到Q2点。Ic增大，UCE减小，工作点向饱和区移动。这是造成静态工作点随温度变化的主要原因。上一页下一页返回3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回（2）电源电压的变化会使管子的工作电压UCE,和电流Ic发生变化。（3）维修时更换不同β值的管子或电路兀件老化引起参数的改变均会使静态工作点偏移。因此，实际应用时很少采用固定偏置放大电路，大多采用能自动稳定静态工作点的放大电路，使用很广泛的电路是分压式偏置放大电路。3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回3.5.2典型的静态工作点稳定电路

实际工程应用中，典型的静态工作点稳定电路为图3.21(a)所示的分压式偏置电路。3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回

1.稳定原理通过前面的分析可以知道:晶体管的参数IcEO随温度升高对工作点的影响，最终都表现在使静态工作点电流Ic的增加，流过Rc后静态工作点电压UCE下降。所以设法使Ic在温度变化时能维持恒定，则静态工作点就口1一以得到稳定了。

图3.21(a)所示的分压式偏置共射放大电路，正是基于这一思想，首先利用RB1,RB2的分压为基极提供一个固定电压。在图3.21(b)所示直流通路中，当I1>>IB（5倍以上)时，则认为IB不影响UB，基极电位为其次，在发射极串接一个电阻RE，使得温度T（℃）↑→Ic↑→IE↑→UE

↑→UBE↓→IB

↓→Ic↓3.5放大电路静态工作点的稳定分析当温度升高使Ic增加，电阻RE上的压降IERE增加，即发射极电位UE升高，而基极电位UB固定，所以净输入电压以UBE=UB-UE减小，从而使输入电流IB减小，最终导致集电极电流入Ic也减小，这样在温度变化时静态工作点便得到了稳定。但是由于RE的存在使得输入电压ui，不能全部加在B、E两端，使uo,减小，造成了Au的减小，为了克服这一不足，在RE两端再并联一个旁路电容CE，使得对于直流CE相当于开路，仍能稳定工作点。而对于交流信号，CE相当于短路，这使输入信号不受损失，电路的放大倍数不至于因为稳定了工作点而下降。一般旁路电容CE取几十微法到几百微法。图中RE越大，稳定性越好。但过大的RE会使uCE下降，影响输出uo的幅度，通常小信号放大电路中RE取几百到几千欧。上一页下一页返回3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回下面对此电路的性能进行具体分析。2.静态工作点分析图3.21（b）所不为分压式偏置放大电路的直流通路，由直流通路得3.5放大电路静态工作点的稳定分析

3.动态分析首先，问出微变等效电路如图3.21(d）所示，电路中的电容对于交流信号可视为短路，RE被已交流旁路掉了，图中RB=RB1//RB2。

（1）电压放大倍数为上一页下一页返回3.5放大电路静态工作点的稳定分析（2）输入电阻为上一页下一页返回3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回(3)输出电阻为若电路中无旁路电容CE，对于交流信号而言，RE末被CE交流旁路掉，其等效电路如图3.21(e)所示，图中RB=RB1//RB2分析如下。（1）电压放大倍数为3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回（2）输入电阻为（3）输出电阻为ro=Rc3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回

【例3.2】在图3.21所示的分压式偏置共射放大电路中，已知Vcc=24V,RB1=33kΩ，RB1=10kΩ，Rc=3.3kΩ,RE=l.5kΩ,RL=5.1kΩ,晶体管的β=66,设Rs=0。求:①估算静态工作点。②画微变等效电路。③计算电压放大倍数。④计算输入、输出电阻。⑤当RE两端末并联旁路电容时，画其微变等效电路，计算电压放大倍数，输入、输出电阻。解：①估算静态工作点，有3.5放大电路静态工作点的稳定分析上一页下一页返回②画微变等效电路，如图3.21(d）所示。③计算电压放大倍数。由微变等效电路得④计算输入、输出电阻，有ri=RB1//RB2//rbe=33//10//0.758=0.69kΩro=Rc=3.3kΩ⑤当RE两端末并联旁路电容时，其微变等效电路如图3.21(e)所示，电压放大倍数为3.5放大电路静态工作点的稳定分析输入、输出电阻为从计算结果可知，去掉旁路电容后，电压放大倍数大大降低了，输入电阻提高了。这是因为电路引入了串联负反馈，负反馈内容将在下一章讨论。上一页返回3.6场效应管放大电路3.6.1场效应管放大电路

场效应管放大电路最突出的优点是，共源、共漏和共栅电路的输入电阻均高于相应的共射、共集和共基电路的输入电阻。因为场效应管的低频跨导一般比较小，所以场效应管的放大能力较三极管差。场效应管共源放大电路的电压放大倍数的数值只有几到十几，而共射放大电路电压放大倍数的数值可达百倍以上。另外，由于场效应管栅源之间的等效电容只有几皮法到十几皮法，而栅源电阻又很大，若有感应电荷则不易释放，从而形成高电压，以至于将栅源间的绝缘层击穿，造成管子永久损坏。因此，使用时应注意保护。目前很多场效应管在制作时已在栅源之间并联一个二极管以限制栅一源电压的幅值，防止击穿。下一页返回3.6场效应管放大电路场效应管放大电路与三极管放大电路相比较主要有以下特点。（1）场效应管放大电路的共源电路、共漏电路、共栅电路分别与三极管放大电路的共射电路、共集电路、共基电路相对应。（2）共源电路与共射电路均有电压放大作用，即︱AuM︱>1，而且输出电压与输入电压相位相反。因此，这两种放大电路可统称为反相电压放大器。（3）共漏电路与共集电路均没有电压放大作用，即︱AuM︱<1。在一定条件下可认为︱AuM︱≈1，即︱

︱=︱

︱，而且输出电压与输入电压同相位。因此可将这两种放大电路称为电压跟随器。（4）共栅电路和共基电路均有输出电流与输入电流接近相等（）。因此，可将它们称为电流跟随器，而且，由于这两种放大电路的输入电流都比较大，因此，它们的输入电阻都比较小。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路

(5)在场效应管放大电路中，直流偏置电路常采用自偏压电路(仅适合于耗尽型场效应管)和分压式自偏压电路。由于结构和工作原理的不同，使得场效应管具有一些不同于三极管的特点，实际应用中可根据具体要求将场效应管放大电路与三极管放大电路进行适当的组合，取长补短，以构成高性能的放大电路。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路

3.6.2场效应管放大电路的基本组态与双极型三极管放大电路相对应，场效应管放大电路也有3种基本组态，即共源极、共漏极和共栅极放大电路，如图3.22所示。实际应用中，由于共栅连接时，栅极与沟道间的电阻很大，使电路不能发挥作用，故共栅电路很少使用。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路

3.6.2场效应管放大电路的基本组态用场效应管小信号模型分析其放大电路的步骤，与三极管放大电路的小信号模型分析法的步骤相同。下面仅对低频小信号共源极和共漏极场效应管放大电路进行静态和动态分析。

1.共源极放大电路

图3.23所示为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管放大电路。电路结构和晶体三极管共射极放大电路类似。其中源极对应发射极、漏极对应集电极和基极与控制栅极相对应。放大电路采用分压式偏置，RG1和RG2为分压电阻。RS为源极电阻，作用是稳定静态工作点，CS为旁路电容，RG远小于场效应管的输入电阻，它与静态工作点无关，却提高了放大电路的输入电阻。C1和C2为耦合电容。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路

1)静态分析由于场效应管的栅极电流为零，所以RG中无电流通过，两端压降为零。因此，按图3.23可求得栅极电位为只要参数选取得当，可使UGS为负值。当VGS(off)≦VGS≦0范围内，可用式（3一38)计算ID联立式(3-37)和式(3-38)方程，就可求得直流工作点ID和UGS。而上一页下一页返回3.6场效应管放大电路

2)动态分析小信号场效应管放大电路的动态分析也可用微变等效电路法，和晶体三极管放大电路一样，先作出场效应管的近似微变等效电路，如图3.24(a)所示。图3.24(b）所示为图3.23所示的放大电路的微变等效电路。(1)放大倍数Au(设输入为正弦量)为式中，负号表不输出电压与输入电压反相;R’L=RD//RL。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路(2)输入电阻ri为可见，RG的接入不影响静态工作点和电压放大倍数，却提高了放大电路的输入电阻（如无RG，则ri=RG1//RG2)。(3)计算输出电阻ro。显然，场效应管的输出电阻在忽略管子输出电阻rds时,ro为上一页下一页返回3.6场效应管放大电路【例3.3】在图3.23所示放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。已知场效应管的参数为IDSS=1mAUGS(Off)=-5v,gm=0.312mS，图中RG1=15kΩ，RG2=50kΩ,RG=lMΩ,RS=10kΩ,RD=10kΩ,RL=10kΩ,VDD=20V。解:(1)球静态工作点联立求解方程放大电路中的场效应管为结型场效应管，ID为上一页下一页返回3.6场效应管放大电路解得两组解为:①UGS=-11.4V,ID=1.64mA;②UGS=-1.1V,ID=0.61mA第①组解因为UGs<UGS(off)，管子已截止、应舍去。故静态工作点为UGS=—1.1VID=0.61mA

UDS=VDD–ID(RD+RS)=20-0.61×(10+10)=7.8V(2)动态性能计算(微变等效电路如图3.23(b)所所示)。上一页下一页返回3.6场效应管放大电路3.6.4共漏极放大电路——源极输出器图3.25(a)所示为场效应管的共漏极放大电路，也叫源极输出器或源极跟随器。现讨论其动态性能。图3.25(b)所示为源极输出器的微变等效电路。图3.25(c)所示为改画的微变等效电路。图中而所以上一页下一页返回3.6场效应管放大电路则电压放大倍数为(3一43)由图3.25(b)得输入电阻为用加压求流法或开路电压短路电流法可求出源极输出器的输出电阻为上一页下一页返回3.6场效应管放大电路分析结果可见，共漏极放大电路的电压放大倍数小于1，但接近1；输出电压与输入电压同相。具有输入电阻高、输出电阻低等特点。由于它与晶体三极管共集电极放大电路的特点相同，所以可用作多级放大电路的输入级，输出级和中间阻抗变换级。上一页返回3.7多极放大电路小信号放大电路的输入信号一般为毫伏甚至微伏量级，功率在1mW以下。单管放大电路的放大倍数一般只能达到几十倍，若要提高输入电阻或降低输出电阻，就要以降低放大倍数作为代价。在实际使用中会发现，这些基本放大电路的放大倍数不够高，性能不够稳定，输入电阻、输出电阻等技术指标达不到要求，所以实际电路常常将不同性能的单管放大电路连接成多级放大电路。多级放大电路的框图如图3.26所示。它通常包括输入级、中间级、推动级和输出级生个部分。多级放大电路的第一级称为输入级，对输入级的要求往往与输入信号有关。中间级的用途是进行信号放大，提供足够大的放大倍数，常由几级放大电路组成。多级放大电路的最后一级是输出级，它与负载相接。因此对输出级的要求要考虑负载的性质。推动级的用途就是实现小信号到大信号的缓冲和转换。下一页返回3.7多极放大电路耦合方式是指信号源和放大器之间、放大器中各级之间、放大器与负载之间的连接方式。最常用的耦合方式有3种:阻容耦合、直接祸合和变压器祸合。阻容耦合应用于分立元件多级交流放大电路中。放大缓慢变化的信号或直流信号则采用直接耦合的方式，变压器耦合在放大电路中的应用逐渐减少。本书只讨论前两种级间耦合方式。上一页下一页返回3.7多极放大电路

3.7.1阻容耦合放大电路

图3.27所示为两级阻容耦合共射放大电路。两级间的连接通过电容C2将前级的输出电压加在后级的输入电阻上(即前级的负载电阻)，故名阻容耦合放大电路。由于电容有隔直作用，因此两级放大电路的直流通路互不相通，即每一级的静态工作点各自独立。耦合电容的选择应使信号频率在中频段时容抗视为零。多级放大电路的静态和动态分析与单级放大电路时一样。两级放大电路的微变等效电路如图3.28所示。多级放大电路的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积。计算各级电压放大倍数时必须考虑到后级的输入电阻对前级的负载效应，因为后级的输入电阻就是前级放大电路的负载电阻，若不计其负载效应，各级的放大倍数仅是空载的放大倍数，它与实际耦合电路不符，这样得出的总电压放大倍数是错误的。耦合电容的存在，使阻容耦合放大电路只能放大交流信号，且只对低频信号的中频段才近似为电压放大倍数;同时阻容耦合多级放大电路比单级放大电路的通频带要窄。上一页下一页返回3.7多极放大电路【例3.4】图3.29（a）所示为一个阻容耦合两极放大电路，其中RB1=300kΩ，RE1=3kΩ，RB2=40kΩ，RC2=2kΩ，RB3=20kΩ，RE2=3.3kΩ，RL=2kΩ，VCC=12V。晶体管T1和T2的β=50，UBE=0.7V。各电容电量足够大。（1）计算各级的静态工作点（2）计算Au、ri和ro上一页下一页返回3.7多极放大电路解：(1)分别画出各级的直流通路，如图3.29(b）根据直流通路计算静态工作点。第一级:上一页下一页返回3.7多极放大电路第二级：上一页下一页返回3.7多极放大电路(2)画出这个两级放大电路的微变等效电路，如图3.29(c)所示。可得式中上一页下一页返回3.7多极放大电路所以上一页下一页返回3.7多极放大电路3.7.2直接耦合放大电路放大器各级之间，放大器与信号源或负载直接连起来，或者经电阻等能通过直流的元件连接起来，称为直接耦合方式。直接耦合方式不但能放大交流信号，而且能放大变化极其缓慢的超低频信号以及直流信号。现代集成放大电路都采用直接祸合方式，这种耦合方式得到了越来越广泛的应用。

然而，直接耦合方式有其特殊的问题，其中主要是前、后级静态工作点互相牵制和零点漂移两个问题。上一页下一页返回3.7多极放大电路

1.前、后级静态工作点的相互影响从图3.30可见，在静态时输入信号ui=0由于T1的集电极和T2的基极直接相连使的两点电位相等，即uCE1=uC1=uB2=Ube2=0.7V，则晶体管T1处于临界饱和状态;另外第一级的集电极电阻也是第二级的基极偏置电阻，因阻值偏小，必定IB2过大使T2处于饱和状态，电路无法正常工作。为了克服这个缺点，通常采用抬高T2管发射极电位的方法。有两种常用的改进方案，如图3.31所示。

图3.31(a)所示为利用RE2的压降来提高T2管发射极电位，从而提高T1管的集电极电位，增大T1管的输出幅度，以及减小电流iB2。但RE2的接入使第二级电的电压放大倍数大为降低，RE2越大，RE2上的信号压降越大，电压放大倍数降低的越多，因此要进一步改进电路。上一页下一页返回3.7多极放大电路

图3.31(b)所示为用稳压管DZ(也可以用二极管D)的端电压UZ来提高T2管的发射极电位，起到RE2的作用。但对信号而言，稳压管(或二极管)的动态电阻都比较很小，信号电流在动态电阻上产生的压降也小，因此不会引起放大倍数的明显下降。

2.零点漂移问题在直接耦合放大电路中，若将输入端短接(让输入信号为零)，在输出端接上记录仪，可发现输出端随时间仍有缓慢的无规则的信号输出，如图3.32所示，这种现象称为零点漂移。零点漂移现象严重时，能够淹没真正的输出信号，使电路无法正常工作。所以零点漂移的大小是衡量直接耦合放大器性能的一个重要指标。上一页下一页返回3.7多极放大电路衡量放大器零点漂移的大小不能单纯看输出零漂电压的大小，还要看它的放大倍数。因为放大倍数越高，输出零漂电压就越大，所以零漂一般都用输出零漂电压折合到输入端来衡量，称为输入等效零漂电压。引起零漂的原因很多，最主要的是温度对晶体管参数的影响所造成的静态工作点波动，而在多级直接耦合放大器中，前级静态工作点的微小波动都能像信号一样被后面逐级放大并且输出。因而，整个放大电路的零漂指标主要由第一级电路的零漂决定，所以，为了提高放大器放大微弱信号的能力，在提高放大倍数的同时，必须减小输入级的零点漂移。因温度变化对零漂影响最大，故常称零漂为温漂。减小零点漂移措施很多，但第一级采用差动放大电路是多级直接耦合放大电路的主要电路形式。上一页下一页返回3.7多极放大电路3.7.3差动放大电路

差动放大电路(又称差分放大电路)，是抑制零点漂移最有效的电路。因此，多级直接耦合放大电路的前置级广泛采用这种电路。

1.差动放大电路的工作情况差动放大电路如图3.33所示，它由两个共用一个发射极电阻RE的共射放大电路组成。它具有镜像对称的特点，在理想的情况下，两只晶体管的参数对称，集电极电阻对称，基极电阻对称，而且两个管子感受完全相同的温度，因而两管的静态工作点必然相同。信号从两管的基极输入，从两管的集电极输出。上一页下一页返回3.7多极放大电路1）零点漂移的抑制若将图3.33中两边输入端短路(ui1=ui2=0)，则电路工作在静态，此时IB1=IB2,IC1=IC2,UC1=UC2,输出电压为u0=Uc1-Uc2=0

当温度变化引起两管集电极电流发生变化时，两管的集电极电压也随之变化，这时两管的静态工作点都发生变化，但由于对称性，两管的集电极电压变化的大小、方向相同，所以输出电压Uo=△UC1一△UC2仍然等于0，所以说差动放大电路抑制了温度引起的零点漂移。2)信号的输入当有信号输入时，对差动放大电路(如图3.34所示)的工作情况可以分为下列几种输入类型来分析。上一页下一页返回3.7多极放大电路

(1)共模输入。当在两个管的基极加上一对大小相等、极性相同的共模信号(即ui1=ui2)，称为共模输入。这时引起的两管基极电流变化方向相同，集电极电流变化方向相同，集电极电压变化的方向与大小也相同，所以输出电压uo=△UC1-△UC2,可见差动放大电路抑制共模信号。前面讲到的差动放大电路抑制零点漂移就是该电路抑制共模信号的一个特例。因为输出的零漂电压折合到输入端，就相当于一对共模信号。上一页下一页返回3.7多极放大电路

(2)差模输入。当在两个管的基极加上一对大小相等、极性相反的差模信号(即ui1=-ui2)设ui1<0,ui2>0，这时ui1使T1管的基极电流减小△iB1，集电极电流减小△iC1，集电极电位增加△uC1；ui2使T2管的基极电流增加△iB2,集电极电流增加△iC2，集电极电位减小△uC2。这样，两个集电极电位一增一减，呈现异向变化，其差值即输出中压uo

=

△uC1-（-

△uC2）=2

△uC1

，可见差动放大中路放大差模信号。上一页下一页返回3.7多极放大电路

(3)差动输入(任意输入)。当两个输入信号中既有共模信号又有差模信号，称为差动信号。因为它们的大小和相对极性是任意的，有时也称为任意输入信号。差动信号可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合式中uid是差模信号，uic是共模信号。它们由下式定义上一页下一页返回3.7多极放大电路如果对于信号ui1=9mV,ui2=-3mV,则有：uic=3mV,uid=6mV。由以上分析可知，差动放大电路可以抑制温度引起的零点漂移，抑制共模信号，放大差模信号。差动放大电路只能放大差模信号，其差动放大名称的含义就在于此。3)发射极电阻RE,的作用对于共模信号，由于引起的两管集电极电流大小、方向一样，都流过该电阻，对于每个管来说就像是在发射极与地之间连接了一个2RE,:电阻。由前述共射放大电路可知电阻RE可以降低各个单管对共模信号的放大倍数。并且RE越大，抑制共模信号的能力就越强。在实用电路中，常用晶体管组成的恒流源代替电阻RE,，来提高电路抑制共模信号的能力。图3.34所示电路中用恒流源符号Is、来表示由晶体管组成的恒流源电路，因为恒流源的动态电阻为无穷大，即两端电压变化时，变化电流恒等于零，而保持Is为恒值，所以每管的共模输出电压将严格地等于零。上一页下一页返回3.7多极放大电路对于差模信号，由于引起的两管集电极电流大小一样，但是方向不同，所以电阻RE上的差模信号压降为零。可见电阻RE对差模信号无作用，对于差模信号而言，两管的发射极相当于接“地”。2.差动放大器的差模放大倍数

图3.35所示为双端输入--双端输出差动放大电路。当给差动放大电路输入差模信号时，由于两管的发射极电位VE维持不变，相当于发射极接“地”，而每一只晶体管相当于接一半的负载电阻RL

。设I1和I2每一单管电压放大倍数为Au1和Au2，且因电路对称Au1=Au2

。而，由图3.36所示的单管差模信号通路可得到单管差模电压放大倍数Ad上一页下一页返回3.7多极放大电路式中，负号表示在图不参考方向下输出电压与输入电压极性相反。3.差动放大器的共模放大倍数和共模抑制比差动放大电路在共模信号作用下的输出电压与输入电压之比称为共模电压放大倍数，用AOC表示。在理想情况下，电路完全对称，共模信号作用时，由于晶体管恒流源的作用，每管的集电极电流和集电极电压均不变化，因此u0=0即AC=0。上一页下一页返回3.7多极放大电路但实际上由于每管的零点漂移依然存在，电路不可能完全对称，因此共模电压放大倍数并不为零。通常将差模电压放大倍数Ad与共模电压放大倍数Ac之比定义为共模抑制比，用KCMR(CommonModeRejectionRatio)表示，即

共模抑制比反映了差动放大电路抑制共模信号的能力，其值越大，电路抑制共模信号(零点漂移)的能力越强。对于差动放大电路，不能单纯地说差模放大倍数大或是共模放大倍数小就是一个好的电路;而是差模放大倍数越大、共模放大倍数越小，换句话说就是共模抑制比越大越好。

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4.差动放大器的输入--输出方式除了上述双端输入--双端输出外，差动放大电路的输入--输出方式还有以下3种:输入和输出分别有一个接地的单端输入一单端输出方式，如图3.37(a)所示只有输出--端接地的双端输入--单端输出方式，如图3.37(b)所示;只有输入--端接地的单端输入--双端输出方式，如图