電子線路高教第四電子課件二

第4章放大器基礎概述4.1偏置電路和耦合方式4.2放大器的性能指標4.3基本組態(tài)放大器4.4差分放大器4.5電流源電路及其應用4.6集成運算放大器4.7放大器的頻率響應概述在廣播、通信、自動控制、電子測量等各種電子設備中，放大器是必不可少的組成部分。放大器是應用最廣泛的一類電子線路。它的主要功能是將輸入信號進行不失真的放大。第4章放大器基礎按信號強弱分：小信號放大器大信號放大器按電路結(jié)構(gòu)分：直流放大器交流放大器(線性放大器)(非線性放大器)(多用于集成電路)(多用于分立元件電路)放大器分類按信號特征分：寬帶放大器音頻放大器視頻放大器脈沖放大器諧振放大器(放大語音信號)(放大圖像信號)(放大脈沖信號)(放大高頻載波信號)第4章放大器基礎保證半導體器件工作在放大模式放大器組成框圖耦合電路耦合電路輸出負載輸入信號直流偏置電路外圍電路具有正向受控作用的半導體器件是整個電路的核心將放大器輸出端與輸出負載進行連接。將輸入信號源與放大器輸入端進行連接。第4章放大器基礎4.1偏置電路和耦合方式4.1.1偏置電路設置靜態(tài)工作點的電路稱放大器的偏置電路。對偏置電路的要求提供合適的Q點，保證器件工作在放大模式。例如：偏置電路須保證三極管E結(jié)正偏、C結(jié)反偏。當環(huán)境溫度等因素變化時，能穩(wěn)定電路的Q點。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Q點發(fā)生變化。當Q點過高或過低時，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。第4章放大器基礎QiCtICQtvCEOVCEQibQ點在中點，動態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q點波動對輸出波形的影響：Q點升高，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q點降低，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCEOQ第4章放大器基礎O三極管偏置電路(1)固定偏流電路VCCRCRBIBIC

Q點估算：電路優(yōu)點：Q點設置方便，計算簡單。電路缺點：不具有穩(wěn)定Q點的功能。T時、ICBO、VBE(on)ICQQ點升高第4章放大器基礎(2)分壓偏置電路

Q點估算：電路優(yōu)點：T

ICQVCCRCRB1IBQI1RB2RECE(固定)具有穩(wěn)定Q點的功能。

VEQ(=ICQRE)VBEQ(=VBQ-

VEQ)IBQICQ假設I1>>IBQ則第4章放大器基礎存在問題：工程上，常選用：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大VBEQ越大Q點越穩(wěn)定VCEQ越小輸出動態(tài)范圍越小VEQ=0.2VCC或VEQ=1~3VRB1、RB2過大不滿足I1>>IBQ工程上，常選用：I1=(5~10)IBQ則VBQ不穩(wěn)定RB1、RB2過小放大器Ri

減小第4章放大器基礎場效應管偏置電路(1)分壓偏置電路

Q點估算：電路特點：分壓偏置電路不僅適用于三極管，同時適用于各種類型的場效應管。VDDTSRG1RG2RDRSGID第4章放大器基礎(2)自偏置電路

Q點估算：電路特點：故自偏置電路只適合于耗盡型場效應管。VDDSRGRDRSGID由于VDS與VGS極性始終相反，例如，JFET、DMOS管。第4章放大器基礎(3)零偏置電路

Q點估算：電路特點：由于VGS=0，故零偏置電路只適合耗盡型MOS管。VDDSRGRDGID由于RS=0，故該電路不具有穩(wěn)定Q點的功能。第4章放大器基礎4.1.2耦合方式放大器與信號源、放大器與負載以及放大器級與級之間的連接方式稱為耦合方式。交流信號正常傳輸。為保證交流信號正常傳輸、不失真放大，耦合方式必須保證：盡量減小有用信號在傳輸過程中的損失。實際電路常采用兩種耦合方式：集成電路中廣泛采用的一種耦合方式——直接耦合。具有隔直流作用的耦合方式——電容耦合、變壓器耦合。第4章放大器基礎電容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+--+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+直流工作時：由于CB、CC具有隔直流作用，因此信號源不影響放大器Q點正常設置，且各級Q點相互獨立。交流工作時：由于CB較大，在信號頻率上近似看作短路。因此，CB的接入不會影響信號的正常傳輸。電路缺點：體積大，不易集成。第4章放大器基礎直接耦合各級之間不經(jīng)過任何元件直接相連。直接耦合方式：電路優(yōu)點：頻率特性好，便于集成。存在問題：級間直流電平配置問題。零點漂移問題。第4章放大器基礎VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn級間直流電平配置問題一

結(jié)果：T1管Q點靠近飽和區(qū)，輸出易出現(xiàn)失真。由圖若RE2=0，后級接入RE，擴大前級動態(tài)范圍。解決方法：第4章放大器基礎VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn級間直流電平配置問題二工作在放大模式時：加電平位移電路解決方法：由圖越往后級VBQ3ICQ3VCEQ3輸出動態(tài)范圍第4章放大器基礎VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn采用PNP管的電平位移電路：利用NPN管與PNP管電位極性相反的特點，將直流電平下移，擴大后級的輸出動態(tài)范圍。VCCRC2RET2RC1T1RB+--+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1

>VBQ1放大模式NPN管放大模式PNP管VCQ2<VBQ2=VCQ1第4章放大器基礎零點漂移問題零點漂移：指vi

=0時，輸出端靜態(tài)電壓的波動。

第一級采用低溫漂的差分放大器。解決方法：則第一級Q點變(VCEQ1+V)，溫度漂移：因溫度變化引起的漂移，簡稱溫漂。溫漂危害：若溫度變淹沒有用信號。例如：假設直接耦合放大器原輸出端靜態(tài)電壓為VCEQn，V

經(jīng)后級逐級放大輸出靜態(tài)電壓變?yōu)?VCEQn

+

AvnV)當漂移嚴重即V

較大時，溫漂信號有可能淹沒有用信號，使電路喪失對有用信號的放大能力。電容耦合放大器由于電容的隔直作用，溫漂很小，可忽略。第4章放大器基礎放大器的組成原則：直流偏置電路(即直流通路)要保證器件工作在放大模式。交流通路要保證信號能正常傳輸，即有輸入信號vi時，應有vo輸出。判斷一個電路是否具有放大作用，關鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，則該電路就不具有放大作用。元件參數(shù)的選擇要保證信號能不失真地放大，即電路需提供合適的Q點及足夠的放大倍數(shù)。第4章放大器基礎就信號而陪言，各種襯小信號放壺大器均可拆統(tǒng)一表示寺為有源線算性四端網(wǎng)獵絡：4.2字放大器的運性能指標線性有源四端網(wǎng)絡RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放沉大器性享能的主導要指標董有：增益A。輸入電阻Ri、輸出電阻Ro、第4融章恭放大器惑基礎4.2.靠1輸入釣電阻、輸貪出電阻、撲增益輸入電飛阻對輸入訴信號源謊而言，尺放大器別相當于巡壽它的一術個負載享，而這督個等效貴負載電益阻就是尋放大器估輸入電白阻Ri?；騌SRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定義上式中，Ri表示本甲級電路混對輸入建信號源奶的影響脹程度。第4訪章放大肌器基礎輸出電心阻對輸出押負載而糟言(根據(jù)段戴維寧焰定理和尤諾頓定近理)，任何放害大器均舅可看作洞它的信稼號源，粉該信號可源內(nèi)阻尼即放大牲器輸出飼電阻Ro?；騌oRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot：負載開拔路時vi或ii在電路輸靈出端產(chǎn)生地的開路電轉(zhuǎn)壓。ion：負載短路鳳時vi或ii在電路好輸出端是產(chǎn)生的歌短路電階流。第4責章庭放大器科基礎輸出電阻Ro計算：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框圖)iv+-放大器RS(

Ro的定義)令負載鴉電阻RL開路，額信號源完為零。在輸出端歸外加電壓v，則產(chǎn)生順電流i。定義Ro反映放樹大器受首負載電返阻RL的影響程帽度。第4膚章撇放大器袖基礎小信號驢放大器懷四種電攏路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器RSRivS+-+-vi互導放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4胃章放大遺器基礎放大器啟的增益散：增益(放大倍熔數(shù))不同類吃型放大懷器輸入渠、輸出淺電量不冤同，故然增益的浪含義不描同。即放大補器輸出費信號變揚化量與跑輸入信賓號變化百量的比摸值。A=xo/xi電壓放大受器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓增源益：開路電壓培增益：源電壓增的益：Ro越小，RL對Av影響越小泳。Ri越大，RS對Avs影響越旋小。第4帥章放大擊器基礎電流放吧大器電流增栗益：短路電懶流增益唇：源電流增竟益：RoRLionioRSRiiSiiRi越小，RS對Ais影響越刑小。Ro越大，RL對Ai影響越待小。互導放大診器互導增益店：互阻放匠大器互阻增益腳：第4墨章放大堪器基礎理想放渠大器性吧能特點電壓放大咱器：Ri0餅、Ro葛、Ai大且不混隨RL和信號延源而變拼化。電流放襖大器：Ri滅、Ro0、Av大且不隨RL和信號船源而變趨化?；Х鸥璐笃鳎篟i、Ro涉、Ag大且不怠隨RL和信號源秧而變化。互阻放膜大器：Ri0、Ro0、Ar大且不隨RL和信號源盜而變化。第4關章?lián)糯笃髂刍A多級放大臉器可拆分敬成單級電姐路進行分筍析：將后級沾輸入電坑阻作為禾前級的毯負載電陣阻。多級放大零器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2將前級帶澆負載后的嬸輸出電壓懼作為后級勁輸入電壓情。Ri2+-+-vo1=vi2第4孝章希放大器訓基礎4.2.犯2放大肅器的失真頻率失款真放大器腹的失真梳是指輸拉出信號尚不能重銷現(xiàn)輸入蘿信號波葡形的一朗種物理話現(xiàn)象。失真類屑型頻率失真瞬變失真線性失真非線性失真一般而言延，放大器稀中含有電癥抗元件。拖在正弦信裝號激勵下尊，不同頻勝率呈現(xiàn)不捐同電抗，垂因而放大跳器增益應成為頻率的宰復函數(shù)：第4跨章笑放大器攜基礎波特圖在半對齡數(shù)坐標因紙上描府繪的頻故率特性醒曲線即窄波特圖鐘。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅頻特性相頻特性(對數(shù)刻蝴度)(對數(shù)刻權度)(線性刻辨度)(線性錘刻度)增益分貝校值：通頻帶步：對應上衣限頻率fH及下限頻培率fL。AIAI2fHfL第4泳章程放大器悔基礎頻率特寧性的三鍋個頻段中頻段：浮通頻帶以曾內(nèi)的區(qū)域唱。放大器的致增益、相希角均為常植數(shù)，不隨f變化。特點：原因：所有電炊抗影響廁均可忽茫略不計練。高頻段梁：f>鈔fH的區(qū)域架。頻率增大租，增益減軍小并產(chǎn)生膝附加相移揀。特點：原因：極間電圓容容抗分流不能視成為開路測。即極間專電容開其路、耦綱合旁路河電容短蹦路。低頻段帥：f<廉fL的區(qū)域素。頻率減宴小，增危益降低惱并產(chǎn)生罪附加相凝移。特點：原因：耦、旁電來容容抗分壓不能視為緩短路。第4終章謎放大器期基礎幅度失真霉與相位失織真實際輸形入信號被含有眾抖多頻率旨分量，搶當通過序放大器甩時：若不同次頻率信態(tài)號呈現(xiàn)劫不同增于益幅度失戰(zhàn)真相位失真幅度失真冷與相位失貌真統(tǒng)稱放田大器的頻災率失真。若不同嚷頻率信輩號呈現(xiàn)隙不同相黎角由于頻品率失真恢由線性部電抗元反件引起適，故稱啞線性失醉真。注意：線性失真建不產(chǎn)生新紫的頻率成細分。一般音頻貓放大器的違頻率失真框主要指幅獸度失真。視頻放大槽器的頻率森失真則包丈括幅度失擱真與相位左失真。第4算章放大屆器基礎指放大罰脈沖信交號時，知電抗元民件上的灑電壓或傍電流不悅能突變均而引起該的失真恭。瞬變失真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第4勝章遍放大器敞基礎非線性號失真非線性失耀真由三極機管產(chǎn)生，捏它產(chǎn)生了絹新的頻率務成份。假設三兩極管基賓射間外揪加電壓峰：則利用傅厲里葉級露數(shù)展開術得：非線性芹失真系女數(shù)：第4舅章豈放大器幫基礎根據(jù)三氧極管(波場效應巷管)在餓放大器水中的不貢同接法瞧，放大扔器分為扔三種基曬本組態(tài)義。4.3綁基本似組態(tài)放項大器T+-+-VCCRCvivo(共發(fā))T+-+-VCCREvivo(共集)T+-+-VCCRCvivo(共基)無論何志種組態(tài)識放大器耀，分析覽方法均任相同。1)由直犧流通路顧確定電沈路靜態(tài)牽工作點糾。注意：2)由交寺流通路鵲畫出小班信號等胞效電路姥，并進刊行分析列。第4名章爸放大器沃基礎共發(fā)射鞠極放大弊器4.3最.1三種組芒態(tài)放大谷器的實抵際電路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4次章放大胞器基礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C2共基極放賽大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第4悟章疫放大器食基礎RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC共集電極耳放大器VCCRB1RB2RE直流通路第4吹章放大悉器基礎交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2共發(fā)電路性槽能分析4.3廚.2共發(fā)、蔬共基和益共集放涉大器的泥性能畫微變等效電瞇路分析電予路輸入巡壽、輸出秒電阻故rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib第4灣章絡放大器禾基礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-vi共發(fā)電路揀電流增益rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第4飄章放大往器基礎短路電鄭流增益共發(fā)電蓋路電壓趴增益rbegmvbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virce開路電壓筍增益源電壓增鄰益第4惑章放大煌器基礎1)既有電壓羅放大作用墾、又有電眨流放大作硬用。2)輸出電朝壓與輸逼入電壓郵反相。共發(fā)電童路提供里的最大格電壓增垂益若采用有訊源負載作康為RC，可使RC>>rce因此由于厄爾挽利電壓局|VA|>>VT，因此匆共發(fā)電競路提供章的Av很大，倍且其值視與靜態(tài)釣電流ICQ無關。共發(fā)電路兩特點第4群章放大珠器基礎共基電路峰性能分直析畫微變等效陽電路(忽略rce影響)共基電路臉輸入電阻vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibecii因此(小)Ri第4柜章摧放大器欺基礎vs+-RL+-voRERSRCvi+-共基電帆路輸出凡電阻共基電路診電流增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibeciiRi

短路電揪流增益第4零章范放大器夠基礎共基電路怪電壓增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibec共基電路云特點1)有電壓仍放大作用遇、但無電零流放大作壘用。2)輸出凍電壓與音輸入電崇壓同相念。3)輸入電趕阻低、輸歇出電阻高槳。第4米章少放大器擴基礎考慮rce時共基電榮路輸出電肉阻令vs=0、RL開路，磨畫出求Ro的等效挽電路。vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibecrce則得因此+-vRERSRCrbegmvbeberceiiRoRS=RS//RE第4催章裕放大器孕基礎共集電路梯性能分燭析畫微變等效電路共集電路機輸入電絹阻(忽略rce)因此(大)第4配章床放大器士基礎RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri共集電路輸紋出電阻令vs=0童、RL開路，鎮(zhèn)畫出求Ro的等效電虛路。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB則得因此(小)第4軌章放大草器基礎rbeibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-共集電路懸電流增益(忽略rce)短路電流增益共集電路插電壓增起益(忽略rce)1其中第4糾章放大唯器基礎rbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-三種組態(tài)錢電路性能盛比較小大小大大小大大1大中中共發(fā)共基共集RiRoAvAin第4組章放大監(jiān)器基礎RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi三種組態(tài)洗電路的應鹿用共發(fā)放際大器廣泛應用否于多級放桿大器提供困增益的增慢益級中。共基放大廊器由于頻診率特性啦好，故灶常與共指發(fā)電路放配合，算組成寬贈帶放大占器。共集放大半器利用Ri高的特點識，常作多犧級放大器桃輸入級；利用Ro低的特點每，常作多餃級放大器爭輸出級，貞提高帶負泄載能力。利用Ri高、Ro低的特糠點，常犧作緩沖倘級(隔離級才)，以提高前緩級電路的腿增益。第4斜章放大掙器基礎共發(fā)-共基組張合放大蕉器4.3.爹3改進型放飾大器三種基本船組態(tài)放大送器的性能尺特點各不叢相同，若概將它們適古當組合，割可使放大辟器的性能流更接近理差想化。組合放大沒器第4僻章拼放大器奇基礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共發(fā)組圾合放大艱器利用共玩發(fā)電路夸增益高駕、共基臘電路Ri低、Ro高的特沾性，使鼓共發(fā)-黑共基組宅合電路辛更接近脈理想的尿電流放薯大器。利用共發(fā)便電路增益設高、共集賽電路Ri高、Ro低的特性典，使共集攏-共發(fā)組剝合電路更媽接近理想名的電壓放欲大器。第4爆章放大就器基礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共基組足合放大親器由于則(假設抄兩管參盆數(shù)相同淘)其中(假設覆兩管參滔數(shù)相同雹)第4桐章放大雷器基礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2接RE的共發(fā)放閃大器其中第4屑章放大類器基礎rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微變等效電路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)共發(fā)電路銳射極接電援阻RE后：由于RE的負反羊饋作用殺，使Ri增大、Ro增大，放膽大器更接近臂理想的撒互導放騎大器。由于RE的負反饋尚作用，不州僅增益穩(wěn)臟定性提高福，而且且還便增于集成叉化。當RE時，此時，Avt近似等于截兩電阻的脫比值，與墻三極管參旗數(shù)無關。存在問屯題：交流工作槽時：RCAv但集成轉(zhuǎn)困難；直流工奮作時：RCVCEQ易飽和暈失真。第4督章涌放大器失基礎采用有宗源負載冊的共發(fā)火放大器解決方雞法：用蝦恒流源(有源負載)取代電阻RC。恒流源水特點：強直流電的阻小，輪交流電普阻大。RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效為第4傭章幣放大器騎基礎共源放大厭器4.3.隸4共源、共煙柵和共漏諸放大器的喉性能場效應逝管電路季性能特斯點、分涌析方法泰與三極趙管放大迎器相似凱。不同協(xié)之處僅弦在于，儉FET籮或場渴效晶體咬管的ig=0抓。gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第4型章放大愿器基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-vi接RS的共源放吃大器不變經(jīng)推導則增大減小第4傭章放大控器基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo共柵放大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因為所以而第4躬章胸放大器月基礎vs+-RL+-voRSRSRDvi+-共漏放大溉器經(jīng)推導第4歐章廉放大器策基礎RGvs+-RL+-voRS+-viRSgRSRGvs+-RL+voRS+-virds-gmvgssFET貨三種組態(tài)綁電路性能秧比較小大小大大1大大大共源共柵共漏RiRoAv第4殘章放大樸器基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSvs+-RL+-voRSRSRDvi+-RGvs+-RL+-voRS+-viRS4.3宴.5集成M鍵OS放隙大器集成紛MOS壇放大緩器與分勞立M激OS辱放大器塌電路結(jié)義構(gòu)相同羨，只是草為了提畜高集成鋤度，集孕成M沸OS副放大器睜中的負誘載電阻犯采用了慮以不同喉方法實句現(xiàn)的有伙源電阻值。集成M因OS放套大器類型歉：NMO礎S放火大器CMO坊S放僵大器放大管NEMOS負載管NEMOS放大管NEMOS負載管NDMOSE/EMOS放大器E/DMOS放大器放大管、負載管均為E型但溝道互補第4灑章放大始器基礎E/E矮MOS放大器VDD+-vo+viT2T1-要求兩辰管工作盛在飽和域區(qū)，由