第四章 放大器基礎(chǔ)g

1、 按信號(hào)強(qiáng)弱分：按信號(hào)強(qiáng)弱分：小信號(hào)放大器小信號(hào)放大器 大信號(hào)放大器大信號(hào)放大器 按電路結(jié)構(gòu)分：按電路結(jié)構(gòu)分：直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器（線性放大器）（線性放大器） （非線性放大器）（非線性放大器） （多用于集成電路）（多用于集成電路）（多用于分立元件電路）（多用于分立元件電路）q 放大器分類放大器分類 按信號(hào)特征分：按信號(hào)特征分：寬帶寬帶放大器放大器音頻放大器音頻放大器視頻放大器視頻放大器脈沖放大器脈沖放大器諧振放大器諧振放大器（放大語(yǔ)音信號(hào)）（放大語(yǔ)音信號(hào)）（放大圖像信號(hào)）（放大圖像信號(hào)）（放大脈沖信號(hào)）（放大脈沖信號(hào)）（放大高頻載波信號(hào)）（放大高頻載波信號(hào)）保證半導(dǎo)體器件保

2、證半導(dǎo)體器件工作在放大模式工作在放大模式 q 放大器組成框圖放大器組成框圖耦合電路耦合電路耦合電路耦合電路輸出負(fù)載輸出負(fù)載輸入信號(hào)輸入信號(hào)直流偏置電路直流偏置電路外外 圍圍 電電 路路具有正向受控作用的半導(dǎo)具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件是整個(gè)電路的核心體器件是整個(gè)電路的核心將放大器輸出將放大器輸出端與輸出負(fù)載端與輸出負(fù)載進(jìn)行連接。進(jìn)行連接。將輸入信號(hào)源將輸入信號(hào)源與放大器輸入與放大器輸入端進(jìn)行連接。端進(jìn)行連接。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。q 對(duì)偏置電路的要求對(duì)偏置電路的要求 提供合適的提供合適的Q點(diǎn)，保證器件工作在放大模式。點(diǎn)，保證器件工作在放

3、大模式。例如：偏置電路須保證三極管例如：偏置電路須保證三極管E結(jié)正偏、結(jié)正偏、C結(jié)反偏。結(jié)反偏。 當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的Q點(diǎn)點(diǎn)。例如：溫度升高，三極管參數(shù)例如：溫度升高，三極管參數(shù) 、ICBO 、VBE(on) 而這些參數(shù)的變化將直接引起而這些參數(shù)的變化將直接引起Q點(diǎn)發(fā)生變化。點(diǎn)發(fā)生變化。當(dāng)當(dāng)Q點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。截止失真。Q點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：QiC tICQ tvCE0VCEQibQ點(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。點(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最

4、大，輸出波形不易失真。Q點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCE0Qq 三極管三極管偏置電路偏置電路（1 1） 固定偏流電路固定偏流電路VCCRCRBIBIC Q點(diǎn)估算：點(diǎn)估算：BBE(on)CCBQRVVIBQCBOBQCQ)1 (IIIICCQCCCEQRIVV 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)： Q點(diǎn)設(shè)置方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。點(diǎn)設(shè)置方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。 電路缺點(diǎn)電路缺點(diǎn)： 不具有穩(wěn)定不具有穩(wěn)定Q點(diǎn)的功能。點(diǎn)的功能。T 時(shí)時(shí) 、ICBO 、VBE(on) IC

5、Q Q點(diǎn)升高點(diǎn)升高（2 2） 分壓偏置電路分壓偏置電路 Q點(diǎn)估算：點(diǎn)估算：B2B1CCB2BQRRVRVEBE(on)BQCQRVVI)(ECCQCCCEQRRIVV 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)：T ICQ VCCRCRB1IBQI1RB2RECE（固定）（固定）/CQBQII具有穩(wěn)定具有穩(wěn)定Q點(diǎn)的功能。點(diǎn)的功能。 VEQ (=(=ICQRE) ) VBEQ (=(=VBQ- -VEQ) )IBQ ICQ 假設(shè)假設(shè)I1 IBQ則則 存在問(wèn)題存在問(wèn)題：工程規(guī)定工程規(guī)定：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大越大 VBEQ越大越大 Q點(diǎn)越穩(wěn)定點(diǎn)越穩(wěn)定VCEQ越小越小 輸出動(dòng)態(tài)范圍越小輸出動(dòng)態(tài)范圍越

6、小VEQ= =0.2VCC或或 VEQ= =1 3VRB1、RB2過(guò)大過(guò)大不滿足不滿足I1 IBQ工程規(guī)定工程規(guī)定：I1= =（5 10）IBQ則則 VBQ不穩(wěn)定不穩(wěn)定RB1、RB2過(guò)小過(guò)小 放大器放大器Ri 減小減小 放大器與信號(hào)源、放大器與負(fù)載、以及放大放大器與信號(hào)源、放大器與負(fù)載、以及放大器級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱耦合方式。器級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱耦合方式。 交流信號(hào)正常傳輸。交流信號(hào)正常傳輸。 為保證交流信號(hào)正常傳輸、不失真放大，耦合為保證交流信號(hào)正常傳輸、不失真放大，耦合 盡量減小有用信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失。盡量減小有用信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損失。實(shí)際電路常采用兩種耦合方式：實(shí)際電路常采用

7、兩種耦合方式：集成電路中廣泛采用的一種耦合方式集成電路中廣泛采用的一種耦合方式直接耦合。直接耦合。具有隔直流作用的耦合方式具有隔直流作用的耦合方式電容耦合、變壓器耦合。電容耦合、變壓器耦合。 方式必須保證：方式必須保證： 電容耦合電容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+- - -+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+ 直流工作時(shí)：直流工作時(shí)：由于由于CB、CC具有隔直流作用具有隔直流作用因此信號(hào)源不影響放大器因此信號(hào)源不影響放大器Q點(diǎn)正常設(shè)置，且各級(jí)點(diǎn)正常設(shè)置，且各級(jí)Q點(diǎn)相互獨(dú)立。點(diǎn)相互獨(dú)立。 交流工作時(shí)：交流工作時(shí)：由于由于CB較大，在信號(hào)頻率上近似看作短路。較大，在信號(hào)頻率上近似看作短

8、路。因此，因此，CB的接入不會(huì)影響信號(hào)的正常傳輸。的接入不會(huì)影響信號(hào)的正常傳輸。 電路缺點(diǎn)：電路缺點(diǎn)：體積大，不易集成。體積大，不易集成。 直接耦合直接耦合VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn各級(jí)之間不經(jīng)過(guò)任何元件直接相連。各級(jí)之間不經(jīng)過(guò)任何元件直接相連。直接耦合方式直接耦合方式: :電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn): :頻率特性好，便于集成。頻率特性好，便于集成。 存在問(wèn)題存在問(wèn)題: :級(jí)間級(jí)間直流直流電平配置問(wèn)題。電平配置問(wèn)題。零點(diǎn)漂移問(wèn)題。零點(diǎn)漂移問(wèn)題。q 級(jí)間直流電平配置級(jí)間直流電平配置問(wèn)題一問(wèn)題一 VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn結(jié)果：結(jié)果

9、：T1管管Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)，輸出易出現(xiàn)失真。點(diǎn)靠近飽和區(qū)，輸出易出現(xiàn)失真。 由圖由圖E2CQ2BE(on)2CEQ1RIVV若若0E2R則則V7 . 0BE(on)2CEQ1VV后級(jí)接入后級(jí)接入RE，擴(kuò)大前級(jí)動(dòng)態(tài)范圍。，擴(kuò)大前級(jí)動(dòng)態(tài)范圍。 解決方法：解決方法：q 級(jí)間直流電平配置級(jí)間直流電平配置問(wèn)題二問(wèn)題二VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式時(shí)工作在放大模式時(shí): : 加電平位移電路加電平位移電路解決方法：解決方法：BQ1BQ2BQ3CQ3VVVV)(E3C3CQ3CCCEQ3RRIVV由圖由圖E3CQ3BE(on)3BQ3RIVV越往后級(jí)越往后級(jí)VBQ3

10、 ICQ3 VCEQ3 輸出動(dòng)態(tài)范圍輸出動(dòng)態(tài)范圍 采用采用PNP管的電平位移電路：管的電平位移電路： 利用利用NPN管與管與PNP管電位極性相反的特點(diǎn)，將直管電位極性相反的特點(diǎn)，將直流電平下移，擴(kuò)大后級(jí)的輸出動(dòng)態(tài)范圍。流電平下移，擴(kuò)大后級(jí)的輸出動(dòng)態(tài)范圍。VCCRC2RET2RC1T1RB+- - -+VBQ1VCQ2+- -VCQ1VCQ1VBQ1放大模式放大模式NPN管管放大模式放大模式PNP管管VCQ2 fH 的區(qū)域的區(qū)域頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：原因：原因： 極間電容容抗極間電容容抗 分流分流 不能視為開(kāi)路。不能視為開(kāi)路。即即極間電

11、容開(kāi)路極間電容開(kāi)路、耦合旁路電容短路。、耦合旁路電容短路。低頻段：低頻段： f rb e0iinLRAA短路電流增益短路電流增益LooiRRRA則則 共發(fā)電路共發(fā)電路電壓增益電壓增益rb egmvb eRCRBvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virce開(kāi)路電壓增益開(kāi)路電壓增益iovvAvebvRRvg)/(LoebmLmRgisiLmisiRRRRgARRRAvvs源電壓增益源電壓增益omtLRgAARvvLCLCceL/RRRRrR其中1 1）既有電壓放大作用、又有電流放大作用。）既有電壓放大作用、又有電流放大作用。 2 2）輸出電壓與輸入電壓反相。）輸出電壓與輸入電壓反相。

12、共發(fā)電路提供的最大共發(fā)電路提供的最大電壓增益電壓增益)/(CcemomtRrgRgAv已知已知 若采用有源負(fù)載作為若采用有源負(fù)載作為RC, , 可使可使 RC rce 因此因此 cemtmaxrgAvTACQATCQVVIVVI由于厄爾利電壓由于厄爾利電壓| |VA| |VT ，因此共發(fā)電路提供的，因此共發(fā)電路提供的Av很大，且其值與靜態(tài)電流很大，且其值與靜態(tài)電流ICQ無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 共發(fā)電路特點(diǎn)共發(fā)電路特點(diǎn)q 共基電路性能分析共基電路性能分析iiiivR 畫微變等效電路畫微變等效電路( (忽略忽略rce影響影響) ) 共基電路輸入電阻共基電路輸入電阻ebeiv1)(ebcbebbriiri因此

13、因此iEii/RRRR（?。ㄐ。㏑i vs+ - -RL+ - -voRERSRCvi+ - -0sv令令0ebmvg則則 共基電路輸出電阻共基電路輸出電阻 共基電路電流增益共基電路電流增益ioiiAiiEEiiCLCieCLCibCLC)1 ()1 (RRRiiRRRiiRRRiiRRR由于由于EiRR LCCRRRAi因此因此0iinLRAA短路電流增益短路電流增益Ri 因此因此CoRR 共基電路電壓增益共基電路電壓增益iovvAvebLCebm)/(vRRvgLmRg 共基電路特點(diǎn)共基電路特點(diǎn)1 1）有電壓放大作用、但無(wú)電流放大作用。）有電壓放大作用、但無(wú)電流放大作用。 2 2）輸出電

14、壓與輸入電壓同相。）輸出電壓與輸入電壓同相。 3 3）輸入電阻低、輸出電阻高。）輸入電阻低、輸出電阻高。 考慮考慮rce時(shí)共基電路輸出電阻時(shí)共基電路輸出電阻令令vs=0、RL開(kāi)路，畫出求開(kāi)路，畫出求Ro的等效電路的等效電路becebem)(vrvgiv)/(ebESberRRiv則則ceebSSo)1 (rrRRivR得得因此因此oCo/ RRRq 共集電路性能分析共集電路性能分析biiivR 畫微變等效電路畫微變等效電路 共集電路輸入電阻共集電路輸入電阻( (忽略忽略rce) )bLEbebb)/()1 (iRRiri因此因此Bii/ RRR（大）（大）Ri RERB1vs+ - -RL+

15、- -voRB2RS+ - -virb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virceib- -)/)(1 (LEebRRr 共集電路輸出電阻共集電路輸出電阻rb e ibioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce- -令令vs=0、RL開(kāi)路，畫出求開(kāi)路，畫出求Ro的等效電路。的等效電路。rb e ibi RERB+ vRSrce- -iibRo RS =RS/RB)(SebbRriiv)/(SebbRrvi則則1ebSorRivR得得因此因此oEceoo/RRrRR（小）（?。?共集電路電流增益共集電路電流增益( (忽略忽略rce) )rb e

16、 ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virceib- -ioiiAiibboiiiiiBBLEE)1 (RRRRRR若若BiRR )1 (0iinLRAA短路電流增益短路電流增益 共集電路電壓增益共集電路電壓增益( (忽略忽略rce) )iovvAvibLEb)/()1 (RiRRiLebL)1 ()1 (RrR三極管差放的三極管差放的VIO 完整描述差模輸出電流隨任意輸入差模電壓變化的特性。完整描述差模輸出電流隨任意輸入差模電壓變化的特性。q 雙極型差放雙極型差放_(tái)差模傳輸特性差模傳輸特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+- -vID假設(shè)電路對(duì)稱假設(shè)電

17、路對(duì)稱121TBE1eSC1VvIiTBE2eSC2VvIiC2C1EEiiIBE2BE1IDvvv則則TID/EEC2e1VvIiTID/EEC1e1VvIi得得)2(thTIDEEC2C1VvIii差模傳輸特性曲線差模傳輸特性曲線10iC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEE0iC1- - iC2vID/VTIEE- -IEE可以證明：可以證明： 當(dāng)當(dāng)| vID | 26mV 時(shí)，差放線性工作。時(shí)，差放線性工作。| vID | 100mV 后，一管截止、另一管導(dǎo)通，差放非線性工作。后，一管截止、另一管導(dǎo)通，差放非線性工作。說(shuō)明：說(shuō)明：若在兩管發(fā)射極上串聯(lián)電阻若在兩管發(fā)射極

18、上串聯(lián)電阻RE，則利用，則利用RE的負(fù)反饋的負(fù)反饋 作用，可擴(kuò)展線性范圍。作用，可擴(kuò)展線性范圍。RE 線性范圍線性范圍 但但 Avd 最大差模輸入電壓范圍：最大差模輸入電壓范圍：最大共模輸入電壓范圍：最大共模輸入電壓范圍：受受VBR（BEO）限制的最大差模輸入電壓。限制的最大差模輸入電壓。T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3 保證保證T1、T2、T3管工作在管工作在放大區(qū)，所對(duì)應(yīng)的最大共模放大區(qū)，所對(duì)應(yīng)的最大共模輸入電壓。輸入電壓。1.1.雙入雙出雙入雙出差模放大倍數(shù)：差模放大倍數(shù)：共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù): :輸入電阻：輸入電阻：輸出電阻：輸出電阻：beLcd)2/(

19、rRRRAbvAvc=0besid2rRRCRRO2 4.4. 4.4. 差分放大電路差分放大電路輸入電阻：輸入電阻：輸出電阻：輸出電阻： 共模放大倍數(shù)：共模放大倍數(shù)：差模放大倍數(shù)：差模放大倍數(shù)：2.2.單入雙出單入雙出 可將單端輸入等效雙端輸入，因?yàn)橛覀?cè)的可將單端輸入等效雙端輸入，因?yàn)橛覀?cè)的R Rb b+r+rbebe歸算到歸算到發(fā)射極回路的值發(fā)射極回路的值(Rs+r(Rs+rbebe) /(1+) /(1+ ) )2） 當(dāng)溫度變化時(shí)，由于當(dāng)溫度變化時(shí)，由于 、VBE(on)的影響，的影響，IO熱穩(wěn)定性降低。熱穩(wěn)定性降低。 IO精度及熱穩(wěn)定性精度及熱穩(wěn)定性/21RoII由由得知：得知：當(dāng)當(dāng)

20、較小時(shí)，較小時(shí)，IO與與IR之間不滿足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，之間不滿足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，IO精度降低。精度降低。 輸出電阻輸出電阻RO由由RVVIBE(on)CCR得知：得知：當(dāng)考慮基寬調(diào)制效應(yīng)時(shí)，當(dāng)考慮基寬調(diào)制效應(yīng)時(shí)，根據(jù)根據(jù))/1 (eACESCTBEVvIiVv)(BE(on)ACEQ2AC1C2VVVVii得得則則/21RoII)(BE(on)ACEQ2AVVVV VA除了降低除了降低IO精度外，精度外，IO恒流特性變差。恒流特性變差。RO= rce2T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)T1管管c c、b b之間插入一射隨器之間插入一射隨器T3。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)減小分流

21、減小分流 i ，提高，提高IO作為作為IR鏡像的精度。鏡像的精度。由圖由圖12B1C1C1RiiiiI)1(21O IR22O2II整理得整理得式中式中RVVIBE(on)CCR2RO= rce2輸出電阻輸出電阻T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩兩管管射極串接不同阻值的電阻射極串接不同阻值的電阻。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)RO增大，增大，IO恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。)/1 (1e2b222ce2ORRrRRrR由由（較大）2E2BE21E1BE1RivRiv)/ln(C2C1TBE2BE1iiVvvRC1E1IiiOC2E2Iii（較大）得得)/ln()/(/OR2T21ROIIRVRRII當(dāng)當(dāng))/ln(ORT1RIIVRI時(shí)時(shí)得得21RO/RRII式中式中1BE(on)CCRRRVVIT1VCCRT2IRIOR2iE2令比例鏡像