課件-第7章半導(dǎo)體三極管放大電路

1、1第第7章章 半導(dǎo)體三極管放大電路半導(dǎo)體三極管放大電路7.1 共射極放大電路共射極放大電路7.1.1 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)1.放大倍數(shù)放大倍數(shù)放大倍數(shù)也稱增益，常用的放大倍數(shù)有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)。放大倍數(shù)也稱增益，常用的放大倍數(shù)有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)。 iouuuA 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 常用分貝（常用分貝（dB）來表示電壓放大倍數(shù)）來表示電壓放大倍數(shù) 電壓增益電壓增益)( |lg20dBAu 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) ioiiiA 電流增益電流增益)( |lg20dBAi 功率放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)

2、 iopPPA2功率增益功率增益)( |lg10dBAp2.2.輸入電阻輸入電阻iR是從放大電路的是從放大電路的輸入端看進(jìn)去輸入端看進(jìn)去的的交流等效電阻交流等效電阻，常假設(shè)在輸入端加一測試電壓，常假設(shè)在輸入端加一測試電壓 ，tu算出相應(yīng)測試電流算出相應(yīng)測試電流 。 tittiiuR 圖圖7-2 放大電路放大電路的輸入電阻的輸入電阻 3.輸出電阻輸出電阻Ro是輸出端看進(jìn)去的是輸出端看進(jìn)去的交流等效電阻交流等效電阻 。LsRuttoiuR, 0|圖圖7-3 放大電路的輸出電阻放大電路的輸出電阻相當(dāng)于相當(dāng)于以前講以前講的有受的有受控源的控源的情況。情況。3oRou越小越小，放大電路的，放大電路的帶負(fù)

3、載能力就越強(qiáng)帶負(fù)載能力就越強(qiáng)，即放大電路的，即放大電路的輸出電壓輸出電壓 受負(fù)載的影響越小受負(fù)載的影響越小。 7.1.2 共射極放大電路共射極放大電路1.共射極放大電路組成共射極放大電路組成圖圖7-4 基本共射極原理性電路基本共射極原理性電路2.放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的實(shí)質(zhì)放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的實(shí)質(zhì)-能量放大轉(zhuǎn)換，電能量放大轉(zhuǎn)換，電流同相，電壓反相。流同相，電壓反相。圖圖7-5 放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大的工作過程大的工作過程 放大器放大的放大器放大的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)小能量是實(shí)現(xiàn)小能量對大能量的控制和轉(zhuǎn)換作用對大能量的控制和轉(zhuǎn)換作用。電源電源 為輸出信號(hào)提供能量。為輸出信號(hào)提供能量。C

4、CU信號(hào)的信號(hào)的放大僅對交流量而言放大僅對交流量而言。 47.1.3 共射極放大電路的靜態(tài)（共射極放大電路的靜態(tài)（直流直流）分析）分析1.靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算 放大電路在放大電路在靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)，電路中的，電路中的電容視為開路電容視為開路，電感視為短路，電感視為短路，圖圖7-5可改畫為圖可改畫為圖7-6的直流通路形式。的直流通路形式。 圖圖7-6 共射放大電路的直流通路共射放大電路的直流通路 CCBEQBQbUUIRCCCEQCQcUUIRbBEQCCBQRUUI 三極管在正常工作狀態(tài)，三極管在正常工作狀態(tài)， 的變化范圍很小，的變化范圍很小，硅管可硅管可近似為近似為0.6V，

5、鍺管可近似為鍺管可近似為0.2V BEQUBQBQCQIIICQcCCCEQIRUU52.圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)由于由于輸入特性曲線輸入特性曲線不易準(zhǔn)確測得，不易準(zhǔn)確測得，一般采用估算法求得一般采用估算法求得 、輸出回路輸出回路的靜態(tài)工作點(diǎn)可在輸出特性曲線上通過作直流負(fù)載線求得。的靜態(tài)工作點(diǎn)可在輸出特性曲線上通過作直流負(fù)載線求得。BQIBEQU圖圖7-6-1的帶負(fù)載的帶負(fù)載的直流通路的直流通路)(LcCQCCLcLCEQRRIURRRU對于如圖對于如圖7-6-1的帶負(fù)載的直流通路。的帶負(fù)載的直流通路。CQcCCCEQIRUU（對比：（對比： ）利用疊加原理可得利用疊加原理可得

6、(I IC C看為電流源看為電流源):6圖圖7-7 直流負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)直流負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)CQcCCCEQIRUU不帶負(fù)載，不帶負(fù)載，有式有式【例【例7.1】 7.1.4 共射極放大電路的動(dòng)態(tài)（共射極放大電路的動(dòng)態(tài)（交交流流）分析）分析1.微變等效電路法微變等效電路法畫交流通路時(shí)有兩個(gè)要點(diǎn)畫交流通路時(shí)有兩個(gè)要點(diǎn)：耦合電容視為短路。耦合電容視為短路。直流電壓源（內(nèi)阻很小，忽略不計(jì)）直流電壓源（內(nèi)阻很小，忽略不計(jì)）視為短路。視為短路。圖圖7-8 圖圖7-4的共射放大電路的交流通路的共射放大電路的交流通路 7圖圖7-9 共射放大電路的微變等效電路共射放大電路的微變等效電路bebiriu LbL

7、coRiRiu其中其中LCLRRR/beLbebLbiorRriRiuuuAbetbttruRuibebttirRuiR111bebirRR/)()(26)1 (mAImVrrEQbbbe式中：式中： ，cttoRiuR【例【例7.2】 ut、it為測試電壓和為測試電壓和測試電流。測試電流。82.圖解法動(dòng)態(tài)分析圖解法動(dòng)態(tài)分析)(CQCLCEQCEIiRUuCLCQLCEQiRIRU圖圖7-10 交流負(fù)載線交流負(fù)載線圖圖7-11 動(dòng)態(tài)工作情況動(dòng)態(tài)工作情況97.1.5 放大電路的非線性失真放大電路的非線性失真1.截止失真截止失真圖圖7-12 截止失真截止失真2.飽和失真飽和失真10圖圖7-13 飽

8、和失真飽和失真 7.2 共集電極和共基極放大電路共集電極和共基極放大電路7.2.1 三極管在放大電路中的三種連接方式三極管在放大電路中的三種連接方式（a）共射極組態(tài)）共射極組態(tài) （b）共集電極組態(tài)）共集電極組態(tài) （c）共基極組態(tài)）共基極組態(tài)（略）（略）11 7.3 共射極放大電路共射極放大電路 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路(分壓式偏置分壓式偏置放大放大電路電路)7.3.1 溫度變化對溫度變化對Q點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 7.3.2 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定分析靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定分析1.工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的組成工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的組成分壓式偏置分壓式偏置放大電路放大電路具有

9、穩(wěn)定具有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用，點(diǎn)的作用， 圖圖7-19 分壓式偏置電路分壓式偏置電路2.工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的分析工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的分析（1） 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的估算的估算12BQIII212121bbCCRRUIICCbbbBQURRRU212 UBQ與晶體管的參數(shù)無關(guān)與晶體管的參數(shù)無關(guān) ，從而認(rèn)為從而認(rèn)為ICQ也是一個(gè)值，也是一個(gè)值，不受溫度影響。不受溫度影響。（2） 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析（a）交流通路）交流通路 （b）微變等效電路）微變等效電路 bebiriu bLcLoiRiRubeLiourRuuA與圖7-9的一樣coRR 【例【例7.3】 137.4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 構(gòu)成各種

10、組態(tài)的放大電路，如構(gòu)成各種組態(tài)的放大電路，如共源極共源極、共漏極共漏極、共柵極放大電路共柵極放大電路。具有輸入阻。具有輸入阻抗高、溫度穩(wěn)定性能好、低噪聲、低功耗等特點(diǎn)抗高、溫度穩(wěn)定性能好、低噪聲、低功耗等特點(diǎn) 7.4.1 場效應(yīng)管放大電路的構(gòu)成場效應(yīng)管放大電路的構(gòu)成1.自偏壓電路自偏壓電路圖圖7-22 N溝道增強(qiáng)型自偏壓電路溝道增強(qiáng)型自偏壓電路2.分壓式自偏壓電路分壓式自偏壓電路圖圖7-23 N溝道耗盡型分壓式自偏壓電路溝道耗盡型分壓式自偏壓電路 147.4.2 共源極放大電路的分析共源極放大電路的分析N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管 圖圖7-24 分壓式自偏壓電路的微變等效電路分壓式自偏壓電

11、路的微變等效電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)2)1 (PGSQDSSDQUUIIDQsDDgggSQsGQGSQIRURRRIRUU212DQsDDDSQsDQDDDDSQIRRUIRIRUU)(2.動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析由圖由圖7-23為共源極放大電路為共源極放大電路 PDSSDQPGSQPDSSmUIIUUUIg2)1 (2gsiUU dLoIRUDLLRRR/LmgsdLiouRguiRUUA1521/gggiRRRR輸入電阻、輸出電阻分別為輸入電阻、輸出電阻分別為doRR 【例【例7.4】 7.4.3 共漏極放大電路的分析（略）共漏極放大電路的分析（略）共漏極放大電路與三極管共集電極放大電路的性

12、能特點(diǎn)相一致。共漏極放大電路與三極管共集電極放大電路的性能特點(diǎn)相一致。 圖圖7-25 共漏極電路共漏極電路圖圖7-26 共漏極電路的微變等效電路共漏極電路的微變等效電路16圖圖7-27 多級(jí)放大電路的組成框圖多級(jí)放大電路的組成框圖7.5.1 多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路的耦合方式1. 阻容耦合阻容耦合圖圖7-28 阻容耦合兩級(jí)放大電路阻容耦合兩級(jí)放大電路2.直接耦合直接耦合阻容耦合特點(diǎn)（略）阻容耦合特點(diǎn)（略） 圖圖7-29 直接耦合兩級(jí)放大電路直接耦合兩級(jí)放大電路直接耦合特點(diǎn)（略）直接耦合特點(diǎn)（略） 7.5 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路173.變壓器耦合變壓器耦合圖圖7-30 變壓器耦合放大

13、電路變壓器耦合放大電路變壓器耦合特點(diǎn)（略）變壓器耦合特點(diǎn)（略） 7.5.2 多級(jí)放大電路的分析多級(jí)放大電路的分析1.多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)AuunuuuAAAA.21圖圖7-31 多級(jí)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)框圖多級(jí)放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)框圖2.2.多級(jí)放大電路的輸多級(jí)放大電路的輸入電阻入電阻iR1 iiRR 3.3.多級(jí)放大電路的輸出電阻多級(jí)放大電路的輸出電阻oR末ooRR 7.6 差分放大電路差分放大電路7.6.1 差分放大電路的一般結(jié)構(gòu)差分放大電路的一般結(jié)構(gòu) 18差分式放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對稱的放大電路。差分式放大電路是一種具有兩個(gè)輸入端且電路結(jié)構(gòu)對稱的

14、放大電路。 基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)是只有兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)間有差值時(shí)才能進(jìn)行放大，即差分放大是只有兩個(gè)輸入端的輸入信號(hào)間有差值時(shí)才能進(jìn)行放大，即差分放大電路電路放大的是兩個(gè)輸入信號(hào)的差放大的是兩個(gè)輸入信號(hào)的差。 1.電路構(gòu)成與特點(diǎn)電路構(gòu)成與特點(diǎn) 圖圖7-32 基本差分放大電路基本差分放大電路特點(diǎn)：特點(diǎn)： 2. 差模差模信號(hào)信號(hào)與與共模共模信號(hào)信號(hào) (1) 兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的大小相等，而極性相反，即兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的大小相等，而極性相反，即ui1- - ui2，這種輸入稱為，這種輸入稱為差模輸入差模輸入。 差模電壓差模電壓 21iiiduuu19(2) 兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的大小相等，極性相同，即兩個(gè)輸

15、入信號(hào)電壓的大小相等，極性相同，即ui1ui2，這種輸入稱為，這種輸入稱為共模輸入共模輸入 共模電壓共模電壓 221iiicuuu7.6.2 基本差分放大電路的分析基本差分放大電路的分析1.差模特性分析差模特性分析beBSbeBbeCiodiiododidodudrRRrRrRuuuuuuuuA/22112121beSCudrRRA，由例，由例7.2的題解的題解 對于圖對于圖7-32， 當(dāng)集電極當(dāng)集電極C1、C2兩點(diǎn)間接負(fù)載兩點(diǎn)間接負(fù)載RL，負(fù)載，負(fù)載RL的中點(diǎn)為的中點(diǎn)為交流零電位點(diǎn)交流零電位點(diǎn)，此時(shí)，此時(shí)beSLudrRRA，其中，其中 2/LCLRRR20輸入電阻輸入電阻 )(2beSir

16、RR，輸出電阻，輸出電阻 CoRR22.共模特性分析共模特性分析（1）共模電壓放大倍數(shù)）共模電壓放大倍數(shù)ucA 0icocucuuA反映出它對零點(diǎn)漂移的抑制作用反映出它對零點(diǎn)漂移的抑制作用（2）共模抑制比）共模抑制比CMRKucudCMRAAK)(lg20dBAAKucudCMR 雙端輸出時(shí)，在理想情況下，差分放大電路的共模抑制比為無窮大，雙端輸出時(shí)，在理想情況下，差分放大電路的共模抑制比為無窮大，實(shí)際電路的共模抑制比一般為實(shí)際電路的共模抑制比一般為80dB以上。以上。 3. 任意輸入任意輸入兩個(gè)輸入信號(hào)電壓既非共模，又非差模，兩個(gè)輸入信號(hào)電壓既非共模，又非差模， 可以將這種信號(hào)分解為共模分量

17、和差模分量?？梢詫⑦@種信號(hào)分解為共模分量和差模分量。217.6.3 長尾式差分放大電路的分析長尾式差分放大電路的分析 若要求單端輸出，電路的對稱性優(yōu)點(diǎn)就無從體現(xiàn)。另外，當(dāng)零漂嚴(yán)重時(shí)，若要求單端輸出，電路的對稱性優(yōu)點(diǎn)就無從體現(xiàn)。另外，當(dāng)零漂嚴(yán)重時(shí)，由于信號(hào)過大，電路兩側(cè)很難做到完全抵消。引入長尾式差分放大電路由于信號(hào)過大，電路兩側(cè)很難做到完全抵消。引入長尾式差分放大電路 。加上一個(gè)加上一個(gè)射極電阻射極電阻RE 圖圖7-33長尾式差分放大電路長尾式差分放大電路 由于由于RE的的電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，使每個(gè)管子的漂移作用，使每個(gè)管子的漂移又得到了一定程度的抑制，這樣，輸出端的又得到了一定程度的抑

18、制，這樣，輸出端的漂移就進(jìn)一步減小了。漂移就進(jìn)一步減小了。 1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析222 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析1）差模特性分析）差模特性分析當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，idiiuuu2121 沒接負(fù)載時(shí)沒接負(fù)載時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)為的差模電壓放大倍數(shù)為 ：beSCbeSbebeCiodiiododidoudrRRrRrrRuuuuuuuuA11212122接負(fù)載后接負(fù)載后的差模電壓放大倍數(shù)為：的差模電壓放大倍數(shù)為： 圖圖7-34 圖圖7-33帶負(fù)載時(shí)的交流通路帶負(fù)載時(shí)的交流通路 232）共模特性分析）共模特性分析0icocucuuA7.6.4 恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路RE加大

19、后如果還希望保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變，加大后如果還希望保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變，UEE的值就必須加大，的值就必須加大，RE換成一個(gè)理想電流源換成一個(gè)理想電流源 圖圖7-35 恒流源式差動(dòng)放大電路恒流源式差動(dòng)放大電路7.6.5 差分放大電路的其它輸入、輸出形式差分放大電路的其它輸入、輸出形式四種不同的工作狀態(tài)四種不同的工作狀態(tài)：雙端輸入，雙端輸出；：雙端輸入，雙端輸出；單端輸入，雙端輸出；雙端輸入，單端輸出；單端輸入，雙端輸出；雙端輸入，單端輸出；單端輸入，單端輸出。單端輸入，單端輸出。 247.7 功功 率率 放放 大大 電電 路路功率放大器是一種向負(fù)載提供功率的放大器。功率放大器是一種向負(fù)載提供功率的放

20、大器。 7.7.1 功率放大電路的幾個(gè)問題功率放大電路的幾個(gè)問題功率放大器主要考慮的是如何輸出功率放大器主要考慮的是如何輸出最大的不失真功率最大的不失真功率 1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)功率放大電路的特點(diǎn)及主要技術(shù)指標(biāo)（1） 輸出功率要足夠大輸出功率要足夠大（2）效率要高）效率要高 （3）盡量減小非線性失真）盡量減小非線性失真2.功率放大電路工作狀態(tài)的分類功率放大電路工作狀態(tài)的分類可分為可分為甲類甲類、乙類乙類和和甲乙類甲乙類等。等。甲類功放甲類功放在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流 ，導(dǎo)通角為，導(dǎo)通角為360o。 乙類功率放大電路乙類功率放大電路則僅在半個(gè)周期內(nèi)存在，導(dǎo)

21、通角為則僅在半個(gè)周期內(nèi)存在，導(dǎo)通角為180o CiCi 甲乙類功率放大電路甲乙類功率放大電路此時(shí)在大半個(gè)周期內(nèi)存在，導(dǎo)通角大于此時(shí)在大半個(gè)周期內(nèi)存在，導(dǎo)通角大于180o，而小于而小于360o，這種電路主要是為了克服交越失真。，這種電路主要是為了克服交越失真。 25圖圖7-37 三類功率放大電路工作狀態(tài)示意圖三類功率放大電路工作狀態(tài)示意圖7.7.2 互補(bǔ)對稱功率放大電路分析互補(bǔ)對稱功率放大電路分析1.OCL互補(bǔ)對稱功率放大電路互補(bǔ)對稱功率放大電路OCL（Out Capacitor less）互補(bǔ)對稱功率放大電路是指）互補(bǔ)對稱功率放大電路是指無輸出電容無輸出電容， （1）OCL互補(bǔ)對稱功率放大電路

22、結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱功率放大電路結(jié)構(gòu)（2）性能指標(biāo)估算）性能指標(biāo)估算26圖圖7-39 電壓和電流波形圖電壓和電流波形圖圖圖7-40 OCL乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路的圖解分析乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路的圖解分析 27輸出功率（輸出功率（RL上的上的）PoLomLomRURUPo2/)2(22效率效率電源的功率電源的功率 tRUURuUiUPLomCCLoCCCCCUsin電源的平均功率電源的平均功率 LomCCuURUUtdPP210電路的效率為：電路的效率為： CComUoUUPP4%5 .784單管最大平均管耗單管最大平均管耗PT1maxLomLomCCUTRURUUPoPP22228電源提供的功率與輸出功率之差基本上等于電源提供的功率與輸出功率之差基本上等于晶體管的管耗晶體管的管耗TPLomLomCCUTRURUUPoPP2220omTdUdP晶體管的最大管耗晶體管的最大管耗 CCCComUUU6 . 02，即當(dāng)，即當(dāng)CComUU2時(shí)時(shí) LCCCCLCCLCCTmRUURURUP2222)2(2122平均每只管耗（平均每只管耗（PTm/2）為）為omomLCCmTPPRUP2 . 0212221292功放管的選擇原則功放管的選擇原則303.OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路互補(bǔ)對稱功率放