第15章基本放大電路

第15章基本放大電路15.1

共發(fā)射極放大電路的組成15.2

放大電路的靜態(tài)分析15.4

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定15.6

射極輸出器16.8

互補對稱功率放大電路16.9

場效應(yīng)管及其放大電路15.3

放大電路的動態(tài)分析15.5

放大電路的頻率特性15.7

差分放大電路本章要求：1.理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、共集電極放大電路的性能特點。掌握靜態(tài)工作點的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。了解放大電路輸入、輸出電阻的概念，了解放大電路的頻率特性、互補功率放大電路的工作原理。5.了解差分放大電路的工作原理和性能特點。6.了解場效應(yīng)管的電流放大作用、主要參數(shù)的意義。第15章基本放大電路放大的概念:放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。放大的實質(zhì):

用小能量的信號通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。

對放大電路的基本要求：

1.要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。

2.盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。本章主要討論電壓放大電路，同時介紹功率放大電路。15.1

共發(fā)射極放大電路的組成15.1.1共發(fā)射極基本放大電路組成共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–15.1.2基本放大電路各元件作用晶體管T--放大元件,iC=

iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)。基極電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–15.1.2基本放大電路各元件作用集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?。耦合電容C1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，使交流信號順利輸入、輸出。信號源負(fù)載共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–單電源供電時常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE直流量：大字母，大下標(biāo)，如IB交流量：小字母，小下標(biāo)，如ib混合量：小字母，大下標(biāo)，如iB15.1.3共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時:uBE

=UBEuCE

=UCE

uo

=0+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：

(1)無輸入信號電壓時，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號(ui

=0)時:？有輸入信號(ui

≠0)時

uCE

=UCC－iC

RCuBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uo

uo

0IC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO=ube結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個交流量。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析結(jié)論：(3)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，

即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO1.實現(xiàn)放大的條件(1)晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(2)正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使晶體管工作于放大區(qū)。(3)輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。(4)輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦合只輸出交流信號。2.直流通路和交流通路因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交、直流分量所走的通路是不同的。直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路，用來計算靜態(tài)工作點。交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能指標(biāo)。例：畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q(IB

、IC

、UCE)對直流信號電容C可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量)

XC0，C可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。短路短路對地短路交流通路用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能指標(biāo)。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE15.2

放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)：放大電路無信號輸入（ui

=0）時的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：各極電壓、電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點的目的：

(1)

使放大電路的放大信號不失真；

(2)

使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動態(tài)的基礎(chǔ)?！o態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE

。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。15.2.1

用估算法確定靜態(tài)值1.

直流通路估算IB根據(jù)電流放大作用2.由直流通路估算UCE當(dāng)UBE<<UCC時，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以

UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法計算靜態(tài)工作點。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法計算圖示電路的靜態(tài)工作點。由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB15.2.2

用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟：

1.用估算法確定IB優(yōu)點：

能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。2.由輸出特性確定IC

和UCEUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負(fù)載線方程

直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點就是Q點O15.3

放大電路的動態(tài)分析動態(tài)：放大電路有信號輸入（ui

0）時的工作狀態(tài)。分析方法：微變等效電路法，圖解法。動態(tài)分析:計算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對象：各極電壓和電流的交流分量。目的：找出Au、

ri、

ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計打基礎(chǔ)。所用電路：放大電路的交流通路。15.3.1微變等效電路法

微變等效電路：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號（微變量）情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。當(dāng)信號很小時，在靜態(tài)工作點附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。1.晶體管的微變等效電路

UBE

IB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。(1)輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和ib之間的關(guān)系。IBUBEO(2)輸出回路rce愈大，恒流特性愈好。因rce阻值很高，一般忽略不計。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù)晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源

ic=

ib等效代替，即由

來確定ic和ib之間的關(guān)系。

一般在20～200之間。OibicicBCEib

ib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-rbeBEC晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=

ib等效代替。2.

放大電路的微變等效電路將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii分析時假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2.

放大電路的微變等效電路將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbe

ibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。式中的負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.電壓放大倍數(shù)的計算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時，計算電壓放大倍數(shù)Au

的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出

ui與ib的關(guān)系、uo與ic

的關(guān)系。4.放大電路輸入電阻的計算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個負(fù)載，可用一個電阻來等效代替。這個電阻是信號源的負(fù)載電阻，也就是放大電路的輸入電阻。定義：輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻越大越好。放大電路信號源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri

5.

放大電路輸出電阻的計算放大電路對負(fù)載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個信號源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：輸出電阻是動態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻越小越好。RSRL+_Au放大電路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點：

1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.例3：求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求外加2)令或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求2)令或動態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。

15.3.2

非線性失真如果Q設(shè)置不合適，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過高，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo適當(dāng)減小基極電流（增大RB）可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1若Q設(shè)置過低，晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。適當(dāng)增加基極電流（減小RB）可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設(shè)置合適，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。15.4

靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

合理設(shè)置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點常因外界條件的變化而發(fā)生變動。前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點的變動，嚴(yán)重時將使放大電路不能正常工作，其中溫度變化的影響最大。15.4.1溫度變化對靜態(tài)工作點的影響在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時，

UBE

、

、ICBO

。

上式表明，當(dāng)UCC和

RB一定時，IC與UBE、

以及

ICEO有關(guān)，而這三個參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時，

IC將增加，使Q點沿負(fù)載線上移。iCuCEQ溫度升高時，輸出特性曲線上移Q′固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使IC

增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。結(jié)論：

當(dāng)溫度升高時，

IC將增加，使Q點沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O15.4.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點的原理

基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–RB2

：使VB基本不變RE：使IC基本不變CE：使Au不下降15.4.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點的原理VB集電極電流基本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–若滿足：I2

IB﹥﹥從Q點穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I(xiàn)2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。VB過高必使VE也增高，在UCC一定時，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍。在估算時一般選取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–Q點穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：溫度補償電阻

對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點效果越好；

對交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。2.靜態(tài)工作點的計算估算法:VBRB1RCRB2REI1I2IB+UCCIC旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–3.動態(tài)分析3.動態(tài)分析對交流：旁路電容CE

將RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro與固定偏置電路相同。RB=RB1//RB2rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS微變等效電路RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREAuri無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri

提高ro不變對信號源電壓的放大倍數(shù)？信號源考慮信號源內(nèi)阻RS時RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點IB、IC及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)ri、ro及Au；(4)若輸入信號為

能輸出正常波形，則UO多大？

(5)若測得輸出波形為判斷放大器出現(xiàn)的是何種失真，如何消除失真？

RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2

tuoO解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(3)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1

若要消除失真必須改變RB1與RB2的比例，適當(dāng)抬高放大器的靜態(tài)工作點，如：適當(dāng)調(diào)節(jié)RB1使其變小，則抬高了IB。（5）因為共射極單級放大器的uo

與ui

反相，據(jù)uo

的波形可以判斷出ui的波形為因此可以判斷出由于放大器的靜態(tài)工作點太低，在

ui

的前半個周期當(dāng)ui>UBE時，三極管發(fā)生了截止，使uo

失真，因此該失真為截止失真。uito（4）15.5

放大電路的頻率特性

阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當(dāng)信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。頻率特性幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的模|Au|與頻率f

的關(guān)系相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的相位移

與頻率f的關(guān)系通頻帶f|Au

|0.707|Auo

|fLfH|Auo

|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成三極管結(jié)電容、

造成f

–270°

–180°

–90°相頻特性

O在中頻段：

所以，在中頻段可認(rèn)為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數(shù)與信號頻率無關(guān)。

(前面所討論的均是指中頻段情況)

三極管的極間電容和導(dǎo)線的分布電容很小，可認(rèn)為它們的等效電容CO與負(fù)載并聯(lián)，且對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量較大，對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-在低頻段：

CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至實際送到三極管輸入端的電壓

比輸入信號

要小，故放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生越前的相位移。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C2耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗很小，視作短路。在高頻段：

CO的容抗將減小，它與負(fù)載并聯(lián)，使總負(fù)載阻抗減小，在高頻時三極管的電流放大系數(shù)

也下降，因而使輸出電壓減小，電壓放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生滯后的相位移。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo15.6

射極輸出器因?qū)涣餍盘柖?，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS求Q點：15.6.1靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS15.6.2動態(tài)分析1.

電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)Au

1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.

輸入電阻射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。

ri

與負(fù)載有關(guān)3.

輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE例1:.在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點IB、IE及UCE；(2)

畫出微變等效電路；(3)

Au、ri

和ro

。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微變等效電路求Au、

ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路共集電極放大電路(射極輸出器)的特點：1.

電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2.

輸入電阻高；3.

輸出電阻低；4.輸出與輸入同相。射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點。

1.

因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負(fù)擔(dān)。

2.

因輸出電阻低，它常被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。

3.

利用ri

大、ro小以及Au

1的特點，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。

15.6.3

多級放大電路耦合方式：信號源與放大電路之間、兩級放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動態(tài):傳送信號減少壓降損失靜態(tài)：保證各級有合適的Q點波形不失真第二級

推動級

輸入級輸出級輸入輸出多級放大電路的框圖對耦合電路的要求阻容耦合：第一級第二級負(fù)載信號源兩級之間通過耦合電容

C2與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（1）靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用，所以每級放大電路的直流通路互不相通，每級的靜態(tài)工作點互相獨立，互不影響，可以各級單獨計算。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（2）動態(tài)分析第一級第二級rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1例1:

如圖所示的兩級電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。(1)計算前、后級放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2)求放大電路的輸入電阻和輸出電阻；

(3)

求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:

(1)兩級放大電路的靜態(tài)值可分別計算。第一級是射極輸出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:第二級是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

計算

r

i和r

0由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri

等于第一級的輸入電阻ri1。第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級輸入電阻

ri2。微變等效電路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

計算

r

i和r

0(2)計算

r

i和r

0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各級電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二級放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)直接耦合：將前級的輸出端直接接后級的輸入端。可用來放大緩慢變化的信號或直流量變化的信號。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2由于不采用電容，具有良好的低頻特性。適合于集成化的要求，在集成運放的內(nèi)部，級間都是直接耦合。2.零點漂移零點漂移：指輸入信號電壓為零時，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個問題：1.前后級靜態(tài)工作點相互影響零點漂移的危害：直接影響對輸入信號測量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。嚴(yán)重時，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。抑制零點漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個重要的問題。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。15.7.1差分放大電路的工作情況電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差動放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩個輸入、兩個輸出兩管靜態(tài)工作點相同15.7差分放大電路1.零點漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時

IC

VC

（兩管變化量相等）對稱差分放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.信號輸入兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1)共模信號

ui1=ui2

大小相等、極性相同差分電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號

ui1=–ui2

大小相等、極性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1即對差模信號有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號是有用信號(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號差模信號放大器只放大兩個輸入信號的差值信號—差分放大電路。這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。（CommonModeRejectionRatio)全面衡量差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強，而抑制共模信號的能力越強。3.共模抑制比共模抑制比

若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若電路不完全對稱，則Ac

0，實際輸出電壓

uo

=Acuic

+

Ad

uid

即共模信號對輸出有影響。15.7.2典型差分放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點，限制每個管子的漂移。EE的作用：用于補償RE上的壓降，以獲得合適的Q。+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2

例：已知：β=50，UBE=0.7V，輸入電壓ui1=7mV，ui2=3mV。(1)計算放大電路的靜態(tài)值IB、IC和各電極的電位VE、VC、VB；(2)把輸入電壓分解為共模分量uic1

、uic1和差模分量uid1、uid1

；(3)求單端共模輸出uoc1和uoc2

；(4)求單端差模輸出uod1

和uod2

；(5)求單端總輸出uo1

和uo2

；(6)求雙端共模輸出uoc

、雙端差模輸出uod和雙端總輸出uo。解：（1）單管直流通路為+UCC/6VRC/5.1kΩRB/10kΩRE/5.1kΩ-EE/-6Vuic1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uoc1RE/5.1kΩ+–解：（2）輸入信號分解為（3）單管共模信號通道為rbeRBRCEBC+-+-RE解：rbeRBRCEBC+-+-RE解：（4）單管差模信號通道為uid1RC/5.1kΩRB/10kΩ+–uod1+–rbeRBRCEBC+-+-解：+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2如果改為單端輸入呢？+UCC/6Vuoui1RC/5.1kΩRPT1RB/10kΩRC/5.1kΩui2RE/5.1kΩRB/10kΩ+–T2-EE/-6Vuo1uo2ui+–可把單端輸入看作雙端輸入,此時的uo1與ui

反相，為反相輸出端，uo2與ui

同相，為同相輸出端。15.8

互補對稱功率放大電路15.8.1

對功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級，去推動負(fù)載工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通，波形好，靜態(tài)IC較大，管耗大、效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，波形嚴(yán)重失真，靜態(tài)IC=0，管耗小、效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。15.8.2

互補對稱功率放大電路互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。1.

OTL電路(1)

特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuo++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)動態(tài)時設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號。T1導(dǎo)通、T2截止；同時給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負(fù)半周

(4)交越失真當(dāng)輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，即工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOuotOR1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2動態(tài)時，設(shè)ui

加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。靜態(tài)時T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時：ui

=0V,iC10，iC20uo=0V。動態(tài)時：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點：

雙電源供電、輸出無電容器。uoOCL原理電路15.9

場效應(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件（VCCS）。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分15.9.1

絕緣柵場效應(yīng)管漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應(yīng)管。金屬電極(1)

N溝道增強型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.

增強型絕緣柵場效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)GSD符號：由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014

。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。(2)N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SDEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當(dāng)UGS>0時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達(dá)表層，填補空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。當(dāng)UGS>UGS（th）時，將出現(xiàn)N型層，形成N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2)N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導(dǎo)電溝道當(dāng)UGS

UGS(th）后，場效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道開始導(dǎo)通。若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)（UGS越大，溝道越寬）。所以，場效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。(2)N溝道增強型管的工作原理(3)

特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無導(dǎo)電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強型SiO2絕緣層加電壓才形成

P型導(dǎo)電溝道增強型場效應(yīng)管只有當(dāng)UGS

UGS(th）時才形成導(dǎo)電溝道。2.

耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管GSD符號：如果MOS管在制造時導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導(dǎo)電溝道2.

耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流ID產(chǎn)生。當(dāng)UGS>0時，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS<0時，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減??；UGS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。

這時的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。(2)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS2.

耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管(3)P溝道耗盡型管符號：GSD予埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時就具有原始導(dǎo)電溝道3.場效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)開啟電壓UGS(th)：是增強型MOS管的參數(shù)(2)夾斷電壓UGS(off)：(3)飽和漏電流IDSS：是結(jié)型和耗盡型MOS管的參數(shù)(4)低頻跨導(dǎo)gm：表示場效應(yīng)管放大能力，衡量柵源電壓對漏極電流的控制能力極限參數(shù)：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。場效應(yīng)管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce