第三章放大電路基礎(chǔ)

第三章放大電路基礎(chǔ)第三章放大電路基礎(chǔ)3.1、放大電路的基礎(chǔ)知識3.2、三種基本組態(tài)放大電路3.3、差分放大電路3.4、功率放大電路3.5、多級放大電路3.1放大電路的基本知識⑵放大的本質(zhì)是一、放大基本知識⑴放大的對象是變化量；⑶放大的前提是不失真，只有在不失真的情況下放大才有意義。對能量的控制和轉(zhuǎn)換二放大電路的組成uS為信號源，RS為信號源內(nèi)阻，RL為負載，ui、uo為放大電路的輸入電壓，輸出電壓。三放大電路的性能指標將放大電路用有源四端網(wǎng)絡(luò)表示電壓放大倍數(shù)（增益）電流放大倍數(shù)（增益）互阻放大倍數(shù)（增益）互導(dǎo)放大倍數(shù)（增益）1、放大倍數(shù)※放大電路的交流輸出量和交流輸入量之比。三放大電路的性能指標工程上常用分貝表示電壓、電流、功率增益。功率放大倍數(shù)（增益）三放大電路的性能指標1、放大倍數(shù)Ri>>RS，此時為恒壓輸入輸入電阻Ri等于交流輸入電壓與交流輸入電流的比值。即2、輸入電阻三放大電路的性能指標Ri<<RS，此時為恒流輸入Ri=RS，此時輸入功率最大輸出電阻Ro為從放大器的輸出端看進去的等效電阻。3、輸出電阻三放大電路的性能指標

首先，令us=0，即電壓源短路（或Is=0，電流源開路）,保留信號源內(nèi)阻。輸出電阻的計算方法三放大電路的性能指標

其次將負載RL去掉，在輸出端加一個信號電壓U，若輸出端電流為I，則輸出電阻為：放大器對負載而言，就相當于負載的信號源。而放大器的輸出電阻就相當于信號源的內(nèi)阻。三放大電路的性能指標4、通頻帶通頻帶是衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。放大電路的增益是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當電壓放大倍數(shù)下降到中頻電壓放大倍數(shù)Aum的時，相應(yīng)的頻率fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。三放大電路的性能指標三放大電路的性能指標3.2三種基本組態(tài)放大電路一共發(fā)射極放大電路二共集電極放大電路三共基極放大電路四場效應(yīng)管放大電路RB1、RB2—分壓電阻，保證VB恒定。RE——穩(wěn)定電路。CE——保證RE不影響交流參數(shù)。一共發(fā)射極放大電路3.2三種基本組態(tài)放大電路1電路組成C1C2—隔直通交，為耦合電容分壓偏置放大電路

T分壓偏置放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的過程一共發(fā)射極放大電路由于電路設(shè)計時，應(yīng)保證即RB1和RB2近似串聯(lián)，則2直流分析一共發(fā)射極放大電路方法2：用戴維南定理2直流分析一共發(fā)射極放大電路輸出電阻Ro=Rc輸入電阻電壓放大倍數(shù)一共發(fā)射極放大電路3動態(tài)分析—主要性能指標分析思考：發(fā)射極旁路電容去掉后，電路的動態(tài)參數(shù)輸出電阻輸入電阻電壓放大倍數(shù)Ri’一共發(fā)射極放大電路共射放大電路的特點1、既能放大電壓又能放大電流，常作為放大電路的中間級。2、輸入電阻居中，輸出電阻較大3、頻帶較窄。二共集組態(tài)基本放大電路1電路組成2直流分析(2)交流分析①中頻電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻射極輸出器的特點1、不能放大電壓信號2、具有很大的輸入電阻，因此可以從電壓信號源獲得更多的信號，常用在放大電路的輸入級。3、具有較小的輸出電阻，因此帶負載能力較強，常用在放大電路的輸出級。4、由于其輸入電阻高，輸出電阻低常用來連接電路，起到緩沖作用。三共基組態(tài)基本放大電路共基放大電路的特點1、只能放大電壓不能放大電流。2、輸入電阻較小中，輸出電阻和電壓放大倍數(shù)和共射級放大電路相當。3、頻帶較寬。共基極共集電極共射極電壓增益高低高電流增益低高高輸入電阻低高中輸出電阻高低高輸入和輸出相位關(guān)系同相同相反相復(fù)合管1、每只管子均工作在放大區(qū)。2、將第一管子的集電極或發(fā)射極電流作為第二管子的基極電流。復(fù)合管的組成原則1、提高電流放大系數(shù)。2、提高輸入電阻。復(fù)合管的作用：下面哪些接法可以構(gòu)成復(fù)合管？標出它們的等效類型及管腳?！窠?、晶體管正常工作時的電流方向如圖所示。2、發(fā)現(xiàn)結(jié)點A只有流出的電流，沒有流入的電流。這種接法不能構(gòu)成復(fù)合管。例題解1、晶體管正常工作時的電流方向如圖所示。2、發(fā)現(xiàn)每個管子的電流的流向都很順暢3、該復(fù)合管等效于NPN管子。1對應(yīng)基極、2對應(yīng)集電極、3對應(yīng)發(fā)射極。解1、晶體管正常工作時的電流方向如圖所示。2、發(fā)現(xiàn)第2管腳的電流不能確定。3、第1管子正常放大時第二個管子的VE2<VB2,第二管子截止。解1、晶體管正常工作時的電流方向如圖所示。2、發(fā)現(xiàn)每個管子的電流的流向都很順暢。3、該復(fù)合管等效于PNP管子。1對應(yīng)基極、3對應(yīng)集電極、2對應(yīng)發(fā)射極。幾個晶體管能構(gòu)成復(fù)合管，則它的等效類型與第一個管子的類型相同。總結(jié)四場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管是通過柵-源電壓來控制漏極電流的器件。它的柵-源之間的電阻非常大，所以用場效應(yīng)管的放大電路常做為高阻抗放大器的輸入級。場效應(yīng)管放大電路按交流信號的輸入端和輸出端的連接方式分共源放大電路、共柵放大電路、共漏放大電路。共源電路1)自給偏壓放大電路UG=UGS+IDQRS=0

IDQ=IDSS[1－(UGSQ/UGS(off))]2

UDSQ=UDD－IDQ(RD+RS)可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ靜態(tài)分析動態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻微變等效電路2)分壓式自偏壓放大電路(1)直流分析直流通道UG=VDDRG2/(RG1+RG2)UGSQ=UG－US=UG－IDQRS

IDQ=IDSS[1－(UGSQ/UGS(off))]2

UDSQ=VDD－IDQ(RD+RS)于是可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ(2)交流分析畫出微變等效電路①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻

③輸出電阻2共漏組態(tài)基本放大電路直流通路(1)直流分析UG=UDDRg2/(Rg1+Rg2)UGS=UG－US=UG－IDR

ID=IDSS[1－(UGS/UGS(off))]2

UDS=UDD－IDR由此可以解出UGS、ID和UDS(2)交流分析畫出微變等效電路①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻

③輸出電阻

3.3差分放大電路一工作原理二差分放大電路的輸入、輸出方式三差分放大電路的分析兩半電路完全對稱，有兩個輸入端，兩個輸出端1)結(jié)構(gòu)特點：1原理電路2）對零點漂移的抑制作用T℃IC1IC2∵對稱⊿IC1=⊿IC2⊿UC1=⊿UC2⊿UO=⊿UC1

-⊿UC2=03）對信號的作用輸入信號加在1端和2端有兩種輸入方式⑴差模信號輸入：ui1=-ui2，即ui1和ui2為大小相等，相位相反的一對信號。uo1<0ui2<0ui1>0uo2>0uod=uo1-uo2≠0差模電壓放大倍數(shù)差模電壓放大倍數(shù)等于單管電壓放大倍數(shù)，說明用了兩倍的電路并沒有提高電壓放大倍數(shù)ui1=ui2，即ui1和ui2為大小相等，相位相同的一對信號。uo1>0ui2>0ui1>0uoc=uo1-uo2=0uo2>0(2)對共模信號輸入：3）對信號的作用共模電壓放大倍數(shù)對共模電壓放大倍數(shù)抑制4）共模抑制比理想：KCMRR→∞5）原理電路存在的問題靜態(tài)沒有調(diào)零每個管子的漂移沒有被抑制6)典型的差動放大電路——長尾電路（1）增加元件的作用調(diào)零電位器，使vi=0時vo=0共模反饋電阻，能區(qū)別對待共模和差模信號提供RE上的直流壓降，對共模信號有很強的負反饋作用，對差模信號短路二差分放大電路的分析1差分放大電路的輸入輸出方式2差分放大電路靜態(tài)計算3差分放大電路的差模動態(tài)計算1）差分放大電路的輸入方式若信號加到1端和2端之間，稱為雙端輸入.1差分放大電路的輸入輸出方式信號僅從一個輸入端和地之間加入，另一端接地，稱為單端輸入。2）差分放大電路的輸出方式僅從集電極C1或C2對地輸出，另一端開路，稱為單端輸出。從集電極C1和C2輸出，稱為雙端輸出。1差分放大電路的輸入輸出方式2差分放大電路的靜態(tài)計算1）雙端輸出時T2管的靜態(tài)工作點與T1管的相同由IB的計算式可知，RE對一半差分電路而言，只有2RE才能獲得相同的電壓降。思考：接入負載后，靜態(tài)工作點有無變化？2)單端輸出時畫半邊電路的直流等效電路3長尾電路的差模動態(tài)計算

差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種:1.雙端輸入、雙端輸出（雙----雙）2.雙端輸入、單端輸出（雙----單）3.單端輸入、雙端輸出（單----雙）4.單端輸入、單端輸出（單----單）主要討論的問題有：差模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻a雙端輸入雙端輸出差模輸入電阻輸出電阻差模電壓放大倍數(shù)

b單端輸入雙端輸出

單端輸入信號可以轉(zhuǎn)換為雙端輸入ui1=－ui2=ui/2單端輸入雙端輸出與雙端輸入雙端輸出結(jié)果一樣差模輸入電阻差模電壓放大倍數(shù)輸出電阻半邊電路的微變等效電路差模信號輸入時，RE上的交流信號抵消，雖然RE上沒并聯(lián)電容，但對交流信號仍短路。差模電壓放大倍數(shù)=單管的電壓放大倍數(shù)。說明c雙端輸入單端輸出這種方式適用于將差模信號轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號。若從3端輸出（同相輸出）若從4端輸出（反相輸出）d單端輸入單端輸出

單端輸入單端輸出與雙端輸入單端輸出一樣

輸出電阻差模電壓放大倍數(shù)

差模輸入電阻1RL對靜態(tài)工作點有影響。2差模電壓放大倍數(shù)=單管的電壓放大倍數(shù)的一半。3Ad可正可負：若信號從3端輸出，則1端為反相輸入端，2端為同相輸入端。若信號從4端輸出，則2端為反相輸入端，1端為同相輸入端。說明雙端輸出時對零點漂移抑制很強；單端輸出時，只靠射極電阻RE來抑制零漂，兩管零漂互相補償?shù)淖饔孟?，故其零漂較大，共模電壓放大倍數(shù)較大共模信號輸入為更好的抑制共模信號，常采用恒流源差分放大電路，恒流源的直流電阻很小，交流電阻很大。9.2.3電流源和具有電流源的差分放大電路由圖可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于UBE1

UBE2，則忽略基極電流，可得兩個三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。1、比例電流源+VCCRIREFV1V2IOIB1IB22IBIC1R1R22.鏡像電流源(CurrentMirror)基準電流：由于V1與V2參數(shù)基本相同，UBE1=UBE2，則：IB1=IB2=IB所以當滿足>>2時，則IC1=IC2=ICIC1V1V2IO3.具有電流源的差分放大電路簡化電路圖總結(jié)：二者比值為：

雙端輸出和單端輸出時放大倍數(shù)的關(guān)系：一放大電路的工作狀態(tài)二乙類雙電源互補對稱功率放大電路三甲乙類互補對稱功率放大電路四單電源互補對稱功率放大電路3.4功率放大電路多級放大電路的末級是功率放大電路，功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。該電路應(yīng)達到的基本要求：基本要求1、為了獲得盡可能大的輸出功率，必須使輸出信號電壓和電流都要大；三極管工作在極限狀態(tài)，要選用功率管，放大電路的輸出電阻與負載匹配概述2、效率要高：放大電路輸出給負載的功率是由直流電源提供的，若效率不高，則能量浪費，管子溫度升高，減短管子的壽命，放大電路的效率用η表示，為：η=POMAX/PE，其中POMAX為最大輸出功率，等于輸出電壓和輸出電流有效值的乘積，PE為電源提供的功率4、要考慮管子的散熱3、盡量減小非線性失真一、功放的工作狀態(tài)三極管根據(jù)導(dǎo)通時間可分為如下三個狀態(tài)，

甲類-------三極管360°導(dǎo)電；甲乙類----三極管180°～360°導(dǎo)電乙類-------三極管180°導(dǎo)電

圖三極管的工作狀態(tài)tiCO

Icm2ICQ甲類(=2)tiCO

Icm2ICQ乙類(=)tiCO

IcmICQ2甲乙類(<<2)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。二乙類雙電源互補對稱功率放大電路電路如圖所示。它由一對NPN、PNP特性相同的互補三極管組成，采用雙電源供電，VCC=VEE,這種電路也稱為OCL互補功率放大電路。1電路組成2.工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

ui-VccV1V2uo+VccRLiL注意：T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作。動態(tài)：

ui

的正半周V1

管導(dǎo)通，

V2管截止，RL中通過iC1;靜態(tài)：IB=0，IC=0，uo=0ui的負半周V2管導(dǎo)通，V1管截止，RL中通過iC2。3OCL電路的分析計算（1）計算輸出功率PO和最大不失真輸出功率POMUO和IO為輸出電壓和輸出電流的有效值最大不失真輸出功率POM最大不失真輸出電壓波形（2）計算電源提供的功率PE最大不失真輸出時（3）效率η最大不失真輸出時ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLuiuououo′交越失真死區(qū)電壓缺點：產(chǎn)生交越失真。三甲乙類互補對稱功率放大電路1解決方法為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之工作在甲乙類。靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管V3、V4的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周V2截止，V1基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負半周V1截止，V2基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、V3、V4、R2支路帶前置放大級的功率放大器

缺點：不具有溫度補償作用

甲乙類互補對稱功放其中V3和V4的壓降作為V1和V2的靜態(tài)偏置電壓具有溫度補償作用缺點：電路偏置電壓不易調(diào)整甲乙類互補對稱功放由于

UBE固定，只要適當調(diào)節(jié)R1和R2的比值，就可以改變V1和V2的偏壓值2復(fù)合管互補對稱放大電路采用復(fù)合管的目的：擴大電流的驅(qū)動能力。cbeT1T2ibic1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibic復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型接有瀉放電阻的復(fù)合管：V1V2ICEO12ICEO1R瀉放電阻減小V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—穿透電流泄放電阻互補對稱電路:RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo+ui+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1、RE2—穩(wěn)定“Q”、過流保護取值0.10.5V5V7、RP—克服交越失真R4—使V3、V4輸入電阻平衡V8—構(gòu)成前置電壓放大RB1—引入負反饋，提高穩(wěn)定性。UEUB8IB8IC8UB3UE互補對稱電路:可以提高電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性準互補輸出功放電路：

V1：電壓推動級（前置級）

V2、R1、R2：UBE擴大電路

V3、V4、V5、V6：復(fù)合管構(gòu)成互補對稱功放準互補：輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。+VCC-VCCR1R2RLuiV1V2V3V4V5V6合理選擇R1、R2大小，b3、b5間可得到UBE2任意倍數(shù)的電壓。四乙類單電源互補功率放大電路1電路組成.單電源供電；.輸出加有大電容。（電容相當于電源）當OTL電路當ui=0時:當ui>0時：V2導(dǎo)通，C放電，V2的等效電源電壓0.5VCC。當ui<0時：V1導(dǎo)通，C充電，V1的等效電源電壓+0.5VCC。應(yīng)用OCL電路有關(guān)公式時，要用VCC/2取代VCC。電容C的作用：1)充當VCC/2電源2)耦合交流信號工作原理若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真時，T1導(dǎo)通、T2截止；時，T1截止、T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號3OTL電路的分析計算（1）計算輸出功率PO和最大不失真輸出功率POMUO和IO為輸出電壓和輸出電流的有效值最大不失真輸出功率POM（2）計算電源提供的功率PE最大不失真輸出時VAVB（3）效率η最大不失真輸出時

調(diào)整R1、R2阻值的大小，可使此時電容上電壓4實際電路——克服交越失真前置放大正向偏置OCL電路和OTL電路的比較OCLOTL電源雙電源單電源信號交、直流交流頻率響應(yīng)好fL取決于輸出耦合電容C電路結(jié)構(gòu)較簡單較復(fù)雜Pomax例：在OTL和OCL電路中，VCC均為15V，RL=10Ω,UCES=1V，分別求兩電路最大不失真輸出時的最大輸出功率、電源提供的功率、效率.解：在OTL電路中，最大不失真輸出時最大輸出功率為：電源提供的功率和效率為：在OCL電路中，最大不失真輸出時最大輸出功率為：電源提供的功率和效率為：3.5多級放大電路一多級放大電路的組成及耦合方式二多級放大電路性能指標估算三集成運算放大器及基本應(yīng)用電路一多級放大電路的組成及耦合方式1組成第一級第二級第n-1級第n級RL輸入級中間級輸出級（末級）前置級（放大信號）放大功率2放大電路的耦合形式

1）耦合——兩單級放大電路間的連接2）對耦合電路的要求：耦合電路能保證不引起失真。盡量減小信號在耦合電路上的損失。耦合電路能保證各級有合適的靜態(tài)工作點。a電抗性元件耦合級間采用電容或變壓器耦合。阻容耦合各級靜態(tài)工作點不互相影響不易集成。不能傳送直流、變化緩慢的信號。3)耦合形式b直接耦合

耦合電路采用直接連接或電阻連接，不采用電抗性元件。各級靜態(tài)工作點互相影響產(chǎn)生零點漂移。可放大直流和變化緩慢的信號。便于集成。零點漂移2)產(chǎn)生零點漂移的主要原因是溫度的影響，所以有時也用溫度漂移或時間漂移來表示。在多數(shù)放大器中，前級的零點漂移影響最大，級數(shù)越多和放大倍數(shù)越大，則零點漂移越嚴重。1）零點漂移:是指當放大器的輸入端短路時，在輸出端有不規(guī)律的、變化緩慢的電壓產(chǎn)生的現(xiàn)象。輸入級采用差分可以有效的減小溫度漂移變壓器耦合不能傳送直流、變化緩慢或高頻信號。另變壓器需用有色金屬和磁性材料，體積大，成本高。傳遞電壓的同時，還可進行電壓、電流和阻抗變換各級靜態(tài)工作點不互相影響不能集成。二多級放大電路性能指標的估算1、阻容耦合多級放大電路的結(jié)構(gòu)特點a后一級的輸入電阻作為前一級的負載考慮，即RL1=Ri2b前一級的輸出電阻等效為后一級的信號源內(nèi)阻。2、阻容耦合多級放大電路的分析a靜態(tài)分析兩級電路分別分析，相當于分析兩個單級電路b、動態(tài)分析總電壓放大電路的放大倍數(shù)總輸入電阻總輸出電阻例：電路如圖，設(shè)：β1=β2=50，rbb’=300Ω，1、計算各級靜態(tài)工作點；設(shè)UBE=0.6V。2、畫微變等效電路。3、求兩個管子的總的電壓放大倍數(shù)，輸入電阻，輸出電阻。1、靜態(tài)分析動態(tài)分析uo1Ro1Ro1=Ri2uo1Ro1例：如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1=β2=50。

RB1C1C2RE1+++–