康第四章 4.5-4.7多級(jí)放大器和頻率特性和噪聲

單管(單級(jí))放大器，AV幾十倍。實(shí)際的電子設(shè)備要求AV很大。因此，需由若干單級(jí)放大器串接構(gòu)成:多級(jí)放大器。4.5多級(jí)放大器

多級(jí)放大電路中，輸入級(jí)：常用高Ri的共集電極電路或場(chǎng)效應(yīng)管放大

電路，且多采用低噪聲管；中間級(jí):多級(jí)共發(fā)射極放大電路，以獲得較大的電壓

放大倍數(shù)；輸出級(jí):輸出功率要大，常用大信號(hào)放大——功率放

大電路。

1、多級(jí)放大器的概念(以擴(kuò)音機(jī)為例)

放大的對(duì)象：變化量。

放大的本質(zhì)：能量的控制和轉(zhuǎn)換。直流電源的能量輸出信號(hào)正弦波的能量。放大電路的基本特征：功率放大。放大的前提：信號(hào)不失真。4.5.1多級(jí)放大器的基本問(wèn)題一、

耦合方式。

換能器：①擴(kuò)音器的話筒：聲音信號(hào)轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)。②收錄機(jī)的磁頭：磁信號(hào)轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)。③VCD、DVD的激光頭：光信號(hào)轉(zhuǎn)變成微弱電信號(hào)。例：收音機(jī)、擴(kuò)音機(jī)等電子設(shè)備中的各種放大電路。

擴(kuò)音機(jī)：放大微弱聲音的放大器。話筒將聲音信號(hào)變成微弱的電信號(hào)；經(jīng)放大電路，將電源提供的能量轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)的電信號(hào)輸出，并驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播出放大后的原聲音信號(hào)。1、多級(jí)放大器的概念(以擴(kuò)音機(jī)為例)vs2、3種連接方式。

放大器與信號(hào)源、放大器級(jí)與級(jí)之間、（以及放大器末級(jí)與負(fù)載：高頻）的連接方式稱耦合方式。交流信號(hào)正常傳輸。耦合方式必須保證：不失真放大。4.5.1多級(jí)放大器的基本問(wèn)題放大器組成框圖耦合電路耦合電路輸出負(fù)載輸入信號(hào)直流偏置電路外圍電路放大器輸出端與輸出負(fù)載的連接。輸入信號(hào)源與放大器輸入端的連接。保證三極管工作在放大模式

電隔離耦合方式：③變壓器耦合；④光電耦合(P44)。先介紹。實(shí)際電路常采用兩種耦合方式：①電容耦合（阻容耦合）。②直接耦合。1、放大器與換能器的連接。要求：（1）有效將換能器的輸出（P、V或I）加到放大器輸入端。如要Pimax，則插入匹配網(wǎng)絡(luò)。又如Vimax，則Ri??RS。（2）接入后不影響放大器的Q點(diǎn)。4.5.1多級(jí)放大器的基本問(wèn)題2、級(jí)、級(jí)間的連接。先介紹，電隔離耦合方式：兩級(jí)通過(guò)變壓器連接，由變壓器的磁路耦合，將原邊的前級(jí)交流輸出傳送到副邊，作為后級(jí)的輸入或傳送到負(fù)載電阻上。③變壓器耦合方式（電—磁—電轉(zhuǎn)換）：③可由所需的電壓放大倍數(shù)選擇合適的匝數(shù)比；

優(yōu)點(diǎn)：①Q(mào)點(diǎn)相互獨(dú)立便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試；②實(shí)現(xiàn)阻抗變換，最佳匹配。音頻功放電路中，輸出級(jí)與負(fù)載間用變壓器耦合，可實(shí)現(xiàn)阻抗變換，使負(fù)載獲得最高的輸出功率?；ゲ挥绊懀种茰仄?；很多缺點(diǎn)：①變壓器體積大，重量大、笨重，不適合小型化和集成化；②低頻率特性差，直流、頻率低的信號(hào)不能通過(guò)變壓器，應(yīng)用局限性許多。③只能放大高頻率交流信號(hào)。③變壓器耦合方式（電—磁—電轉(zhuǎn)換）：適用場(chǎng)合：分立元件功率放大電路中?；蛐枰卮蠊β驶蚋哳l功率放大的場(chǎng)合。先介紹，電隔離耦合方式：器件由LED和光電三極管（又叫光敏三極管）構(gòu)成。光電耦合放大電路前級(jí)的負(fù)載就是發(fā)光二極管，前級(jí)輸出電流的變化決定發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)弱。通過(guò)光耦合，使光電三極管輸出電流也發(fā)生變化，經(jīng)后級(jí)放大后輸出。因?yàn)楣怆婑詈贤ㄟ^(guò)電—光—電的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)級(jí)間耦合，所以前后級(jí)間處于電隔離狀態(tài)。便于集成，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。④光電耦合方式：用光電耦合器件。書P44先介紹，電隔離耦合方式：1.靜態(tài)分析：2.動(dòng)態(tài)分析：確定Q點(diǎn)IDQ、ICQ、VCEQiD變化uRC變化uCE變化光敏元件發(fā)光元件交直流信號(hào)均能放大。

優(yōu)點(diǎn)：抗電干擾能力強(qiáng)。光電耦合放大電路①電容耦合方式：VCCR3R1R2R4RSvS+--+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+

直流工作時(shí)：耦合電容CB、CC具有“隔直流通交流”作用。信號(hào)源不影響放大器Q點(diǎn)正常設(shè)置，且各級(jí)Q點(diǎn)相互獨(dú)立。

交流工作時(shí)：CB、CC較大，近似看作短路。因此，CB、CC的接入不影響信號(hào)的正常傳輸。

又稱阻容耦合。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易調(diào)整，適合于交流放大電路。題4-，不2、級(jí)、級(jí)間的連接。缺點(diǎn)：①低頻特性差（不能放大變化緩慢的低頻信號(hào)）；

優(yōu)點(diǎn)：Q點(diǎn)相互獨(dú)立，抑制溫漂

便于分別分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試

②不易集成化。大容量電容體積大，難于集成。③只能放大高頻率交流信號(hào)。適用場(chǎng)合：分立元件電路中。

②直接耦合：沒(méi)大電容、變壓器，IC中廣泛采用。VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn各級(jí)間無(wú)任何元件（直接相連）。常見級(jí)間耦合：多級(jí)放大器級(jí)、級(jí)間的連接方式。優(yōu)點(diǎn)：①低頻特性好（可放大變化緩慢的信號(hào)）；②易集成化。

③交直流信號(hào)均能放大。

2、級(jí)、級(jí)間的連接。缺點(diǎn)：①級(jí)間直流電平配置問(wèn)題。各級(jí)間直流互

通，各級(jí)Q點(diǎn)相互影響。不便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。②Q點(diǎn)移動(dòng)問(wèn)題（簡(jiǎn)稱漂移）。2、級(jí)、級(jí)間的連接。級(jí)間耦合方式的優(yōu)、缺點(diǎn)及應(yīng)用比較

耦合方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用直流或交流放大，分立或集成電路。

可放大直流及緩慢變化的信號(hào)，低頻響應(yīng)好

便于集成

有嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移問(wèn)題

各級(jí)Q不獨(dú)立，設(shè)計(jì)計(jì)算及調(diào)試不便直接耦合阻容耦合各級(jí)Q獨(dú)立

體積小成本低

無(wú)法集成傳輸交流信號(hào)損失小，增益高

不能放大直流及緩慢變化的信號(hào)，低頻響應(yīng)差交流放大分立電路變壓器耦合

無(wú)法集成功率放大調(diào)諧放大高頻和低頻響應(yīng)差體積大，笨重各級(jí)Q獨(dú)立

可以改變交流信號(hào)的電壓、電流和阻抗

1.耦合方式①直接耦合②阻容耦合③變壓器耦合④光電耦合復(fù)習(xí)交直流信號(hào)均能放大。只能放大頻率較高的交流信號(hào)。交直流信號(hào)均能放大。

2.多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：Ri=Ri1輸出電阻：Ro=Ron（1）級(jí)間直流電平配置(問(wèn)題一)

VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn結(jié)果：T1管Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)，輸出易出現(xiàn)飽和失真。由圖若則用RE調(diào)節(jié)電位。Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2改進(jìn)電路—圖(1)

解決方法：(1)后級(jí)接入RE。擴(kuò)大前級(jí)動(dòng)態(tài)范圍,也提高了前級(jí)集電極靜態(tài)電壓（第一級(jí)），脫離飽和工作區(qū)。但等于提高了第二級(jí)的基級(jí)電位。使第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。

解決方法：(2)串聯(lián)二極管或穩(wěn)壓管，提高前級(jí)集電極電壓。圖(2)用二極管調(diào)節(jié)電位圖(2)用穩(wěn)壓管調(diào)節(jié)電位穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻很小，可使第二級(jí)放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+Rc2RVT2（1）級(jí)間直流電平配置

(但，接入RE后問(wèn)題二)VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式時(shí):由圖越往后級(jí)VBQ3ICQ3VCEQ3輸出動(dòng)態(tài)范圍改進(jìn)電路—右圖+VCCRc1Rb1+VT1+Rc2Rb2VT2VDz可降低第二級(jí)的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。解決方法:（1）接電阻或穩(wěn)壓管，利用R或穩(wěn)壓管的壓降使前級(jí)VO降低后,再接后級(jí)輸入，讓兩管均有較合適的Q點(diǎn)。解決方法：加電平位移電路。解決方法:（2）采用PNP管的電平位移電路：P221

利用NPN管與PNP管電位極性相反的特點(diǎn)，將直流電平下移，可擴(kuò)大后級(jí)的輸出動(dòng)態(tài)范圍。VCCRC2RET2RC1T1RB+--+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1>VBQ1放大模式NPN管：放大模式PNP管：VCQ2<VBQ2=VCQ1NPN與PNP交錯(cuò)組合方式，圖4-5-4(a)。PNP管集電極電位低于基級(jí)。NPN集電極電位高于基級(jí)③主要是溫度漂移。因溫度變化引起的漂移，簡(jiǎn)稱溫漂。晶體管參數(shù)隨溫度的變化而變化，使放大電路的Q點(diǎn)不穩(wěn)定產(chǎn)生漂移。在多級(jí)放大電路各級(jí)的漂移中，第一級(jí)漂移的影響最嚴(yán)重，因它將被逐級(jí)放大，以致影響整個(gè)放大電路的工作。（2）Q點(diǎn)漂移問(wèn)題。產(chǎn)生Q點(diǎn)漂移的原因：①電源電壓的波動(dòng)；②元件的老化；則第一級(jí)Q點(diǎn)變（VCEQ1+V）溫漂危害：若溫度變化例：假設(shè)直接耦合放大器原輸出端靜態(tài)電壓為VCEQV經(jīng)后級(jí)逐級(jí)放大

輸出靜態(tài)電壓變?yōu)椋╒CEQn+

AvnV）

當(dāng)漂移電壓嚴(yán)重即V較大時(shí)，溫漂信號(hào)可能淹沒(méi)有用信號(hào)，無(wú)法分辯，使放大器無(wú)法正常工作。2、級(jí)、級(jí)間的連接。圖：零點(diǎn)漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級(jí)數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問(wèn)題愈嚴(yán)重。零點(diǎn)漂移：指vi=0時(shí)，輸出端靜態(tài)電壓vo不為零,且偏離原初值上下漂動(dòng)、緩慢地變化的現(xiàn)象。又稱抑制零點(diǎn)漂移的方法：①第一級(jí)采用低溫漂的差分放大器。廣泛采用在集成運(yùn)放電路中。用特性基本相同的管子構(gòu)成的對(duì)稱差分放大電路，可使輸出的零點(diǎn)漂移互相抵消。②引入直流負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定Q點(diǎn)以減小零漂。P85分壓式的例子。③利用非線性元件（熱敏）進(jìn)行溫度補(bǔ)償。1、組合放大器:CB-CB-CB，圖4-5-5(a)2、組合放大器:CC-CC-CC，圖4-5-5(b)3、實(shí)用的組合:CE-CC-CE，圖4-5-5(C)P222:三種組態(tài)電路的應(yīng)用分析二、放大器組態(tài)的選擇三、其他問(wèn)題1、Q點(diǎn)即ICQ設(shè)置問(wèn)題。2、共電耦合問(wèn)題。①Q(mào)點(diǎn)決定了混π等效電路的參數(shù)。②管子頻率參數(shù)正比于Q。③Q點(diǎn)合適，β才較大。④Q點(diǎn)與動(dòng)態(tài)范圍密切。⑤Q點(diǎn)與噪聲有關(guān)。R是電源的內(nèi)阻，通常很小，交流短路。但多級(jí)放大器中，各級(jí)共用電源，且不斷放大，R上壓降會(huì)耦合到輸入端，自激或振蕩（正反饋），破壞正常放大。用電容濾波，課設(shè)。1、電壓放大倍數(shù)前一級(jí)帶負(fù)載后的輸出電壓等于后一級(jí)的輸入電壓，即例:三級(jí)多級(jí)放大器可拆分成單級(jí)電路進(jìn)行分析；4.5.2多級(jí)放大器的性能指標(biāo)分析(4-5-1)

2、輸入電阻：3、輸出電阻：Ro=Ro34、電流放大倍數(shù)(4-5-2)

(4-5-3)

N級(jí)放大電路小結(jié)(1)前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。(2)后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。(3)AV∑=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。(4)總輸入Ri即為第一級(jí)的輸入Ri1。(5)總RO為最后一級(jí)的Ron。

電容隔直流，各級(jí)放大器Q點(diǎn)相互獨(dú)立，可分別估算。P225：不同類型放大器的多級(jí)組成電壓vi、主體：電流放大器(M塊)電壓vo互導(dǎo)放大io1

io2互阻放大已知：使用：集成電路常有3種外形：雙列直插式、圓殼式和扁平式，如圖4.1所示。圖4.1集成電路的外形4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器SO8(PlasticMicropackage)運(yùn)算放大器外形圖運(yùn)算放大器外形圖

運(yùn)算放大器引腳排列基本要求：了解集成運(yùn)算放大器的基本組成、原理。

集成運(yùn)放：實(shí)現(xiàn)高增益放大的一種集成器件。

集成運(yùn)放性能特點(diǎn)Av很大：（104~107或80~140dB）Ri很大：（幾k~105M或）共集—共基組合電路Ro很小：（幾十）共集。靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。P149：理想電壓放大器。4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器

集成運(yùn)放電路符號(hào)反相輸入端同相輸入端輸出端v-v+vo+-“+”同相輸入端：VO與該輸入端電壓信號(hào)同相；“-”反相輸入端：VO與該輸入端電壓信號(hào)反相。4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器

集成運(yùn)放電路組成

實(shí)際電路較復(fù)雜，讀圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路組成，把整個(gè)電子設(shè)備的電路，分成若干基本單元(子電路)來(lái)分析。輸入級(jí)中間增益級(jí)輸出級(jí)偏置電路采用改進(jìn)型差分放大器采用1~2級(jí)共發(fā)電路采用射隨器或互補(bǔ)對(duì)稱放大器采用電流源

另有，電平位移電路、短路保護(hù)電路等。P211分立元件電路：彼此獨(dú)立的三極管、二極管、電阻、電容等用導(dǎo)線連接成的電路。集成電路：三極管、二極管、電阻等元器件及連線全部集中制造在同一小塊半導(dǎo)體基片上，成為一個(gè)完整的固體電路。集成電路特點(diǎn)：成本低、體積小、元件密度高度集中、引線短、外部接線少，電子設(shè)備的可靠性高和靈活性好。此外，還有：

(1)所有元件在同一塊硅片上用相同的工藝過(guò)程制造，誤差特性和溫度特性等參數(shù)相同，特別適用于制造對(duì)稱性較高的差分放大電路。P166：相對(duì)誤差小，絕對(duì)誤差大。集成電路制造工藝(2)集成電路中制造有源器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等），比制造大電阻占用的面積小，工藝簡(jiǎn)單。所以，集成放大電路中，常用三極管代替電阻，尤其是大電阻。(3)電阻由硅半導(dǎo)體的體電阻構(gòu)成，阻值范圍受限，一般在幾十歐到幾十千歐之間。制造過(guò)高或過(guò)低的電阻很困難。(4)為提高集成度（單位硅片面積上所集成的元件總數(shù)）和集成電路性能，一般集成電路的功耗要小。這樣，集成運(yùn)放各級(jí)的偏流通常較小。(5)集成工藝難制造大容量的電容、電感，所以，電路結(jié)構(gòu)大都采用直接耦合方式。集成電路制造工藝4.5.3FOO7（LM741）集成運(yùn)放介紹F007是集成運(yùn)放的第二代產(chǎn)品。它由24個(gè)三極管、10個(gè)電阻和1個(gè)電容組成。是性能好、放大倍數(shù)高、有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)耐ㄓ眯图蛇\(yùn)放（國(guó)外為uA741）。

集成運(yùn)放輸入級(jí)大都采用差分放大電路的形式，最常見的有3種：基本形式、長(zhǎng)尾式和恒流源式。第一代：F004（5G23、uA709）、5G922；第三代：4E325、MC1556、AD508L；第四代：5G7650；4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器LM741通用型集成電路運(yùn)算放大器LM741集成運(yùn)放的簡(jiǎn)化電路F007集成運(yùn)放的內(nèi)部電路（本書）△I△I△I2△IT1020uA、T11恒定一、輸入差分級(jí)：

T1、T3和T2、T4CC—CB組合電路，雙入單出。

T5、T6、T7改進(jìn)型比例鏡像電流源，作T3、T4管的有源負(fù)載RC1=RC2，且提高RC。提高輸入級(jí)AV、提高輸入阻抗，改善頻響。T8、T9鏡像電流源代替差放的射極REE，并提供偏流IEE。(4-2-51)(4-2-52)4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器二、中間增益級(jí)：共ET17共發(fā)放大器。

T13B、T12鏡像電流源作有源負(fù)載，代替集電極RC。電路特點(diǎn)：中間級(jí)是提供增益的主體，采用有源負(fù)載后，AV很高。隔離級(jí)：共C

T16射隨器作隔離級(jí)，Ri高，可提高輸入級(jí)AV=50db。輸入差分級(jí)原理：（1）雙入單出，但增益不變，與雙出的KCMR一樣。（2）共模負(fù)反饋環(huán)路。阻止T3、T4的C極共模電流↑。P227：T13A=1/4=180、T13B=3/4=550，

雙集電極三極管=730。T23A、T23B雙發(fā)射極三極管。隔離級(jí)：

T23A有源負(fù)載射隨器作隔離級(jí)，可提高中間級(jí)AV=55db。

T13A與T12鏡像電流源作有源負(fù)載，代替T23A的發(fā)射極電阻RE。4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器三、輸出級(jí)及其過(guò)流保護(hù)電路。

T14與T20

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大器，由兩個(gè)射隨器組合而成。過(guò)載保護(hù)電路：

T15、R6保護(hù)T14管，T21、T22、T24、R7保護(hù)T20管。正常情況保護(hù)電路不工作，只有過(guò)載時(shí)（輸出端意外短路或負(fù)載電流太大），保護(hù)電路才啟動(dòng)。輸出級(jí)特點(diǎn)：

1、直接與負(fù)載相連接,為提高帶負(fù)載能力強(qiáng),要求RO小。2、輸出級(jí)交流電壓、電流幅度大,輸出功率也大。3、三種組態(tài)中,RO低的共集(或共漏)功放器，最常作輸出級(jí)。RL

V1

V2

+UCC

－UCC

+

ui

－

+

uo

－

ic1

ic2

互補(bǔ):PNP與NPN,在信號(hào)的正、負(fù)半波輪流工作，互相補(bǔ)充，以此完成整個(gè)信號(hào)的功率放大。（1）輸出級(jí)工作原理：4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路T23AT14T20

對(duì)稱：兩管特性一致。射極跟隨器，共C。典型的無(wú)輸出變壓器功率放大器。（2）工作原理分析（設(shè)ui為正弦波）1.靜態(tài)分析

ui=0V→ic1、ic2均為0（乙類工作狀態(tài)）→uo=0V2.動(dòng)態(tài)分析ui>0→ T1導(dǎo)通，T2截止→iL=iC1ui<0→T1截止，T2導(dǎo)通→iL=iC2兩管交替工作得到完整的正弦波。ic1ic2RL

V1

V2

+UCC

－UCC

+

ui

－

+

uo

－

T23AT14T204.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路功率放大器工作狀態(tài)1、甲類：A2、乙類：B3、甲乙類：AB4、丙類：C一個(gè)周期內(nèi)360°，2∏均導(dǎo)通。導(dǎo)通角等于180°，∏導(dǎo)通。導(dǎo)通角大于180°～360°導(dǎo)通。導(dǎo)通角小于180°，導(dǎo)通。問(wèn)題：功率小、損耗大、效率低。5、戊類：D4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路

圖三極管的四種工作狀態(tài)乙類180°導(dǎo)通丙類<180°導(dǎo)通甲乙類180°～360°導(dǎo)通甲類360°導(dǎo)通（3）乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的缺點(diǎn)：

存在交越失真(交叉)交越失真4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路交越失真實(shí)際測(cè)試波形（4）產(chǎn)生交越失真的原因：

交越失真(交叉)

——輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電，在正、負(fù)半周交替過(guò)零處出現(xiàn)非線性失真，稱為交越失真

。圖交越失真原因：設(shè)VBE(on)=0，實(shí)際VBE(on)≠0

措施：對(duì)T1

，T2發(fā)射結(jié)適當(dāng)加入正偏壓。4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（5）消除交越失真的措施：

給三極管(功放管)稍加一點(diǎn)較小的偏置電流，使每管工作的導(dǎo)電角略大于180°，而小于360°（稱甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路）。（a）利用二極管提供偏置電壓。T14T20（5）消除交越失真的措施：甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路RLT14T20+VCC+uo－R1R2R3T19T18+UiT23A－（b）F007：利用三極管的恒壓2VBE（ON）提供偏置。4.5互補(bǔ)型乙類對(duì)稱功率放大電路

偏置電路一般包含在各級(jí)電路中，采用恒流源多路偏置的形式，向各級(jí)提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流。T10、T11構(gòu)成微電流源，作為整個(gè)集成運(yùn)放的主偏置。IR=(VCC-VEE-1.4)/R5=730μA（偏置電路基準(zhǔn)電流）

T10~T11（微電流源）—T10供給輸入級(jí)T3、T4偏置電流。

T8~T9（鏡像電流源）—T8供給輸入級(jí)T1、3、T2、4工作電流。

T12~T13B（鏡像電流源）—T13B是中間級(jí)T16、T17有源負(fù)載和偏置電流。T13A供給輸出級(jí)T14、T20偏流。四、偏置電路：4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器集成運(yùn)放組成框圖P229輸出級(jí)負(fù)載輸入級(jí)直流偏置電路中間增益級(jí)5、電平位移電路：在輸入級(jí)中，共C—共B組合電路，采用極性相反的NPN與PNP管進(jìn)行電平位移。不專門另設(shè)電平位移電路。THEEND4.5.3一個(gè)實(shí)際的多級(jí)放大器頻率失真(線性失真)由線性元件C、L引起,它和由放大管引起的非線性失真不同。放大器帶寬不是越寬越好。如帶寬太寬，放大器中的噪聲也被放大，會(huì)影響放大器的性能指標(biāo)如噪聲系數(shù)。一般，音頻放大器帶寬：50Hz～15kHz,視頻放大器帶寬：0～6MHz。1、放大器的帶寬4.6放大器的頻率響應(yīng)2、研究放大電路頻響的必要性在放大電路中電抗元件（C、L）晶體管極間電容f過(guò)高f過(guò)低放大倍數(shù)值減小并產(chǎn)生相移。半導(dǎo)體管的等效電路低頻等效電路

高頻等效電路

適用于高頻信號(hào)4.6放大器的頻率響應(yīng)頻響：衡量放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)適應(yīng)能力的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。放大電路中存在某些電抗元件(耦合電容、旁路電容、分布電容)，且放大管各電極間有極間電容。不同頻率的信號(hào)輸入時(shí)，電路的放大倍數(shù)不同。它通常是頻率的函數(shù)關(guān)系，叫放大電路的頻率特性（頻率響應(yīng)）。波特圖：半對(duì)數(shù)坐標(biāo)，放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系。4.6放大器的頻率響應(yīng)3、頻率響應(yīng)的基本概念4、通頻帶衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。幅頻特性曲線：下限截止頻率上限截止頻率fH-fL實(shí)際的信號(hào)＝多個(gè)正弦波的疊加3dB頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）3dB頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)5、頻響及帶寬（頻域指標(biāo)）新問(wèn)題：如何避免頻率失真？中頻區(qū)高頻區(qū)低頻區(qū)信號(hào)的帶寬放大器的帶寬

若輸入50kHz的正弦波是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真？從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，小信號(hào)放大器為線性時(shí)不變系統(tǒng)。一、傳遞函數(shù)和極零點(diǎn)4.6.1復(fù)頻域分析法輸入激勵(lì)信號(hào)x(t)輸出響應(yīng)信號(hào)y(t)若設(shè)拉氏變換X(s)Y(s)在初始條件為零時(shí)，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：(mn)式中：標(biāo)尺因子H0=bm/an

，分子Z為零點(diǎn)，分母p為極點(diǎn)。(4-6-1)(4-6-2)jωσ網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)和極零圖oo×××

在可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定、有源線性系統(tǒng)中，分母多項(xiàng)式各系數(shù)恒為正實(shí)數(shù)，極點(diǎn)=系統(tǒng)特征根，必為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)。

零點(diǎn)可以是正、負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛檎?、?fù)值的共軛復(fù)數(shù)。

在僅含容性電抗元件的系統(tǒng)中：只要沒(méi)有電容構(gòu)成的閉合回路，則極點(diǎn)數(shù)=電容數(shù)。若出現(xiàn)閉合回路，則極點(diǎn)數(shù)=獨(dú)立電容數(shù)（-1）。C1C2C3圖示閉合回路，極點(diǎn)數(shù)=2說(shuō)明1）寫出電路傳遞函數(shù)表達(dá)式

A(s)

頻率響應(yīng)分析步驟、計(jì)算實(shí)例復(fù)頻域內(nèi)，無(wú)零、多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式：

2）穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，令s=j，則頻率特性

A(j)設(shè)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)(

p

=

-p)，則4）確定上、下限角頻率。

3）繪制電路系統(tǒng)漸近波特圖(工程上)

。5）瞬態(tài)分析時(shí)，Y(s)拉氏反變換得y(t)

。

將波特圖的曲線線性化。P213、例1：RC低通電路頻率響應(yīng)CR+-+-vi(t)vo(t)

由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式：回路時(shí)間常數(shù)式中，1、令s=j，則頻率特性表達(dá)式：幅值：或相角：0p0.1p10pAv()/dB-20-30p0.1p10pA()-45-90-5.7

繪制實(shí)際、漸近波特圖(工程上)：漸近波特圖畫法：P215(b)幅頻<<p時(shí)，>>p時(shí)，=p時(shí)，相頻<0.1p時(shí)，>10p時(shí)，=p時(shí)，-20dB/十倍頻-45/十倍頻上限（截止）頻率據(jù)畫出幅頻波特圖畫出相頻波特圖P215(a)P215(b)RC低通電路頻率響應(yīng)漸近波特圖

確定上限角頻率：0p0.1p10pAv()/dB-200p0.1p10pA()-45-90-20dB/十倍頻-45/十倍頻歸納一階因子漸近波特圖畫法：幅頻漸近波特圖：已知

自0dB水平線出發(fā)，經(jīng)p轉(zhuǎn)折成斜率為（–20dB/十倍頻）的直線。相頻漸近波特圖：

自0水平線出發(fā)，經(jīng)0.1p處轉(zhuǎn)折，斜率為(–45/十倍頻)，再經(jīng)10p處轉(zhuǎn)折為-90的水平線。因=p時(shí)，H=pP216、例2：RC高通電路頻率響應(yīng)

由右圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式：時(shí)間常數(shù)式中，

令s=j，則頻率特性表達(dá)式：幅值：相角：CR+-+-vi(t)vo(t)下限角頻率：因=p時(shí)，L=p0p0.1p10pA()4590

繪制實(shí)際、漸近波特圖(工程上)

：根據(jù)畫出幅頻波特圖畫出相頻波特圖0p0.1p10pAv()/dB-2020dB/十倍頻-45/十倍頻幅頻漸近波特圖：>p：0dB水平線；<p：斜率為(20dB/十倍頻）的直線。相頻漸近波特圖：<0.1p：+90的水平線。即：0.1p<<10p：斜率為(–45/十倍頻)的直線。>10p：0水平線。=p時(shí)，RC高通電路頻率響應(yīng)漸近波特圖P216、例3：多極點(diǎn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)

利用RC低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達(dá)式：C1R1+-+-vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3

圖示的三級(jí)理想電壓放大器，Ri，Ro0。試畫漸近波特圖，并求H。已知R1C1>R2C2>R3C3?

前級(jí)的開路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓。?

下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載。

頻率特性表達(dá)式：幅頻及相頻表達(dá)式：均為單階因子波特圖的疊加。假設(shè)0p20.1p110p3A()-90p1p3-180-2700p2p1p3Av()/dB204060-20p3-20dB/十倍頻-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻-45/十-90/十-45/十歸納多極點(diǎn)系統(tǒng)漸近波特圖畫法：幅頻漸近波特圖：

自中頻增益AvI(dB)的水平線出發(fā)，經(jīng)pn轉(zhuǎn)折成斜率為（–20ndB/十倍頻）的直線。相頻漸近波特圖：

自0水平線出發(fā)，經(jīng)0.1p1處開始轉(zhuǎn)折，斜率為：

(–45/十倍頻）乘以（單階因子重疊的段數(shù)），再經(jīng)10pn，轉(zhuǎn)折成-90n的水平線。已知

確定上限角頻率：根據(jù)定義，當(dāng)=H時(shí)：即整理并忽略高階小量得：上限角頻率若p24p1，則稱p1為主極點(diǎn)，p2、

p3為非主極點(diǎn)。上限角頻率取決于主極點(diǎn)角頻率：(4-7-3)復(fù)習(xí)上限頻率fH和下限頻率fL的計(jì)算公式：耦合電容或旁路電容放大管極間電容

【例】已知某電路均為共射放大電路。對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示。試求：fL、fH及。

【解】①fL=10Hz②fH≈0.52fH1=(0.52×2×105）Hz＝106kHz③或

前面三極管的∏參數(shù)微變等效電路只適合于低頻區(qū)域，在高頻時(shí)不適用。只有建立高頻的等效電路，才能分析放大器的高頻響應(yīng)。常用的混合∏型高頻等效電路是根據(jù)管子內(nèi)部發(fā)生的物理過(guò)程來(lái)擬定的，是一種物理參數(shù)模型的高頻等效電路,如圖2.23（a）所示。為克服Cb′c跨接在輸入、輸出回路中給分析帶來(lái)的麻煩，一般應(yīng)用密勒定理將其簡(jiǎn)化成圖2.23（b）所示的單向化的等效電路。一、密勒定理及其簡(jiǎn)化單向化近似4.6.2共源、共射放大器的頻率特性設(shè)原四端網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：一、密勒定理網(wǎng)絡(luò)+-+-V1(s)V2(s)Y

(s)網(wǎng)絡(luò)+-+-V1(s)V2(s)Y1(s)Y2(s)密勒定理等效后：(4-6-5)4.6.2共源、共射放大器的頻率響應(yīng)、單向化近似共發(fā)交流通路RC+-vo+-vsRLRS+-vi高頻等效電路rbbrberceCbeCbcgmVbe(s)bVo(s)RS+-RCRL+-Vs(s)ecIc(s)由等效電路整理得單向化近似條件則(4-6-11)二、共源放大器的頻率特性分析4.6.2共源、共射放大器的頻率響應(yīng)三、共射高頻等效電路及密勒近似密勒等效rbbrbeCbegmVbe(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)Y1(s)Y2(s)高頻等效電路rbbrberceCbeCbcgmVbe(s)bVo(s)RS+-RCRL+-Vs(s)ecrbbrbeCbegmVbe(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)CM1CM2簡(jiǎn)化等效電路中：密勒效應(yīng)倍增因子：CtgmVbe(s)bRt+-RL+-由簡(jiǎn)化等效電路得式中1、共發(fā)電路頻率響應(yīng)(4-6-18)(4-6-19)(4-6-20)(4-6-21)2、共發(fā)電路增益帶寬積GBW

定義其中1）選rbb小、Cbc小、T高的三極管使GBW。若D1，則HT，此時(shí)上限角頻率最高。2）管子選定后，

采用恒壓源（RS

0）激勵(lì)：

采用恒流源（RS

）激勵(lì)：D1時(shí)，H，上限頻率降低。3）RLD

H

，但AvsI

。需兼顧兩者。改善高頻特性（提高增益帶寬積）的措施：4）采用共基電路。BJT一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)。(4-6-22)提高共發(fā)電路上限頻率的方法：

在電路輸入端采用低阻節(jié)點(diǎn)（即RS?。?/p>

在電路輸出端也采用低阻節(jié)點(diǎn)（即RL?。?。

此時(shí)，共發(fā)電路上限角頻率H最高，且接近管子特征角頻率T。一、共漏、共集放大器4.6.3其他組態(tài)放大器的頻率響應(yīng)共集交流通路RE+-vo+-vsRLRS高頻等效電路rbbrberceCbeCbcgmVbe(s)bVo(s)RS+-RERL+-Vs(s)ec由于簡(jiǎn)化等效電路rbbrbeCbegmVbe(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)eIb(s)因此，Cbc可忽略不計(jì)。令RL=rce//RE//RL共集簡(jiǎn)化等效電路rbbrbeCbegmVbe(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)eIb(s)由簡(jiǎn)化等效電路：式中零點(diǎn)角頻率：

極點(diǎn)角頻率：

并聯(lián)在Cbe兩端的總電阻

采用恒壓源（RS

0）激勵(lì)：

共集電路輸入為低阻節(jié)點(diǎn)(RS小)時(shí)，上限角頻率H?？紤]到混型電路實(shí)際情況，共集電路應(yīng)工作在T/3以下。(4-7-24)二、共基放大器由圖高頻等效電路(忽略rbb、rce)rbeCbeCbcgmVeb(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)ecIe(s)整理得受控源其中共基交流通路+-vo+-vsRSRCRLreCbeCbc

(s)Ie(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)ecIe(s)共基簡(jiǎn)化等效電路由簡(jiǎn)化等效電路：式中共基電路輸出為低阻節(jié)點(diǎn)(RL小)時(shí)，上限角頻率HreCbeCbc

(s)Ie(s)bVo(s)RS+-RL+-Vs(s)ecIe(s)共基簡(jiǎn)化等效電路由于Cbc很小，因此當(dāng)RL較小時(shí):P2>>P1由主極點(diǎn)概念：HP1結(jié)論：三種組態(tài)電路中，共基電路頻率特性最好、共發(fā)最差。(4-6-23)

電子設(shè)備中，為改善電路頻率響應(yīng)，常要求放大器具有很高的上限頻率（幾MHz~幾千MHz）。4.6.4寬帶放大器擴(kuò)展上限頻率的方法：

改進(jìn)集成工藝，通過(guò)提高管子特征頻率fT擴(kuò)展

fH。

在放大電路中引入負(fù)反饋擴(kuò)展上限頻率fH。

利用電流模技術(shù)擴(kuò)展上限頻率fH。

利用組合電路擴(kuò)展上限頻率fH。一、組合電路寬帶放大器CE—CB組合電路

三種組態(tài)中，共發(fā)電路上限頻率最低，因此，組合電路上限頻率主要由共發(fā)電路決定。為擴(kuò)展整個(gè)電路上限頻率，應(yīng)設(shè)法使共發(fā)電路的輸入、輸出為低阻節(jié)點(diǎn)。Vs(s)+-RL+-RST1T2Vo(s)+-RL+-RST1T2Vs(s)Vo(s)CC—CE組合電路因?yàn)楣不娐稲i2小因此擴(kuò)展了上限頻率。則共發(fā)電路具有低阻輸出節(jié)點(diǎn)因?yàn)楣布娐稲O1小因此擴(kuò)展了上限頻率。則共發(fā)電路具有低阻輸入節(jié)點(diǎn)CA3040集成寬帶放大器：共集-共發(fā)-共基組合電路差放恒流偏置T7、T8射隨器作輸出級(jí)Av=30dB，fH=55MHzT1VCCvi1VEEvi2R5T4T2T3T5T6vo1vo2R6T7T8R7R8R9R2R1T9R3R4二、電流放大器和電流模電路1、電流放大器（跨導(dǎo)線性環(huán)）由圖則化簡(jiǎn)得改變輸入輸出偏置電流，即可改變電流增益。兩輸入節(jié)點(diǎn)B1、B2均為低阻節(jié)點(diǎn)，故上限頻率高。T1T2T3B1B22IOQiC1iC2iC3iC4(4-6-24)

二級(jí)寬帶放大器T1iC6VEET2T16T3T9R1VCCT10T11T12T13R2T15T14T4T17T18T5T6T7T8IEIE2IE2IEININININiC7-iid/2iid/2iC2iC3T1~T4第一級(jí)T9~T13鏡像電流源T5~T8第二級(jí)T14~T18鏡像電流源2、電流模電路概述以電壓作為電路中的處理變量電壓模電路。兩者主要區(qū)別：表現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)阻抗電平的高低上。電流放大器、跨導(dǎo)線性電路、開關(guān)電流電路、動(dòng)態(tài)電流鏡等。低阻節(jié)點(diǎn)上的變量：主要表現(xiàn)為電流量。以電流作為電路中的處理變量電流模電路。高阻節(jié)點(diǎn)上的變量：主要表現(xiàn)為電壓量。利用低節(jié)點(diǎn)阻抗的特點(diǎn)，電流模電路特點(diǎn)：頻帶寬、速度高、動(dòng)態(tài)范圍大、非線性失真小。常用的電流模電路：4.7放大器的噪聲(4-7-5)5.2.4系統(tǒng)波特圖的近似畫法1.一階極點(diǎn)和一階零點(diǎn)

dBωωz0.1ωz10ωz100ωz1020ωωz0.1ωz10ωz100ωz45O90Oωω(1)常數(shù)項(xiàng)Ａu(0)（如果設(shè)ωz<<ωp

，例ωp=100ωz）ω<<ω

z,Au2(ω)=20lg1=0dBω=ω

z,Au2(ω)=20lg2=3dB

ω>>ω

z,Au2(ω)=20lg(ω/ωz)

(20dB/+倍頻)直線ω<0.1ωz,Φ2(ω)=0°ω=ωz,Φ2(ω)=45°ω>10ωz,Φ2(ω)=90°0.1ω<ω<10ωz

45°/+倍頻直線10ωz100ωzωz0.1ωz90OωP10ωPω45O10ωP100ωzωP-10-20ωz0.1ωz10ωzdBω(３)一階極點(diǎn)因子

ω<<ωp,Au3=-20lg1=0dBω=ωp,Au3=-20lg2=-3dBω>10ωp,Au3=-20lg(ω/ωp)-20dB/+倍頻ω<0.1ωpΦ3(ω)=0°ω=ωpΦ3(ω)=-45°ω>10ωpΦ3(ω)=-90°0.1ωp<=ω<=10ωp,45°/＋倍頻(４)合成波特圖

+20ωz0.1ωz10ωz100ωzωP10ωPdB+10+40+30ωωωz0.1ωz10ωz100ωz45O90OωP10ωP+40ωωdB1020ωz0.1ωz10ωz100ωz100ωzωP-10-20ωz0.1ωz10ωz10ωPdBωωωωz0.1ωz10ωz100ωz45O90Oωz0.1ωz10ωz100ωz45O90OωP10ωPω2、在S平面坐標(biāo)原點(diǎn)處的零點(diǎn)或極點(diǎn)

ω45O10.1101020-2010.11090Oωω45O10.1101020-2090O10.110ωdB2、在S平面坐標(biāo)原點(diǎn)處的零點(diǎn)或極點(diǎn)

1、低頻特性的改善由可知，為使fLCR改善有限若信號(hào)f很低直接耦合fL=02、高頻特性的改善由可知，為使fHCπ′R由可知為使Cπ′改善放大電路頻率響應(yīng)2.場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的增益帶寬積

可以得出結(jié)論

在場(chǎng)效應(yīng)管被選定的情況下，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的增益帶寬積約為常數(shù)。

對(duì)通頻帶的要求：通頻帶應(yīng)與信號(hào)的頻段相適應(yīng)。改善高頻特性（提高增益帶寬積）的措施：選Cgd小的管子和減小Rg的阻值說(shuō)明場(chǎng)效應(yīng)管放大電路4.7.1網(wǎng)絡(luò)函數(shù)

線性網(wǎng)絡(luò)

H(s)2、復(fù)頻率Ｓ＝σ+jω的物理意義

i（t）i（t）i（t）σ>0σ<0σ=0休息2休息1

【例1】求如圖所示靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中由C1、C2、Ce所確定的fL表達(dá)式及電路fH的表達(dá)式。

【解】動(dòng)態(tài)電路如圖所示(若C1=C2=C3，則fLe>>fL1，fLe>>fL2)fL≈fLe為改善低頻特性應(yīng)使Ce>>C1，Ce>>C21、單級(jí)共發(fā)放大電路的低頻響應(yīng)RbviRcRL固定偏流共射極放大電路Cb1分析舉例2：分析過(guò)程：③求頻響表達(dá)式⑤確定

f

H、f

L（BW）④畫波特圖①求靜態(tài)工作點(diǎn)②畫小信號(hào)等效電路（保留電容）電路變換過(guò)程：1、單級(jí)共發(fā)放大電路的低頻響應(yīng)分析舉例2：③求頻響表達(dá)式(a)

Rb>>rbe

開路(b)輸出回路：諾頓戴維南1、單級(jí)共發(fā)放大電路的低頻響應(yīng)分析舉例2：下限頻率取決于即更精確的關(guān)系：⑤確定

f

H、f

L（BW）④畫波特圖分析舉例3：1、單級(jí)共發(fā)放大電路的低頻