第4章 放大器基礎(chǔ)

第四章放大器基礎(chǔ)第四章放大器基礎(chǔ)1放大器功能：將輸入信號(hào)進(jìn)行不失真地放大2放大器類型：結(jié)構(gòu)，信號(hào)3放大器的基本組成直流電源和相應(yīng)的偏置電路輸入信號(hào)源輸入耦合電路有源器件輸出耦合電路輸出負(fù)載?C?E?BRBBRcVCCVBB++--+-RSC1C2RLν?νCE?B?Cνottttt+-νoνs-+ν?4.1偏置電路和耦合方式偏置電路1）對偏置電路的要求*1提供放大器所需的Q。

截止失真飽和失真*2Q穩(wěn)定。熱穩(wěn)定性.主要減小β變化對ICQ的影響。

QQQ'Q'Q"Q"?BνBEνCEVCEQ?CVIQν?00VCCVCCRCRC++++----VIQνBEνOν??B?CVCC2）分壓式偏置電路*1I1=（5~10）IBQ*2RE對ICQ的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用

T℃↑→ICQ↑（IEQ↑）→VEQ↑→VBEQ↓→IBQ↓ICQ↓工程上取VEQ=0.2VCC或VEQ=（1~3）VIBQRB1RB2RERCVBQVCCTVEQI1C*3場效應(yīng)管偏置電路RG1RG2RSRDVDDI1TRGRSRDVDDTRGRDVDDT（a）分壓式（b）自偏置式（c）零偏置式2耦合方式1）放大器與輸入信號(hào)源的連接*1有效地將信號(hào)源的信號(hào)（功率，電壓或電流）加到放大器輸入端。a)若要求加到放大器輸入端的信號(hào)功率最大，則放大器與信號(hào)源之間插入匹配網(wǎng)絡(luò)b)若要求加到放大器輸入端的信號(hào)電壓最大，則Z＞＞ZS+-νsZS。。。。Z信號(hào)源放大器IBQRB1RB2RERCVCCTVEQI1CECBRSνs+-+-+-ν?VBQ·····*2信號(hào)源的接入不影響放大器的Q點(diǎn)且保證信號(hào)特性——采用電容耦合

CE—旁路電容，防止交流（信號(hào)）電流在RE處產(chǎn)生交流壓降。2)級間連接*1電容耦合優(yōu)點(diǎn)：①各級的Q點(diǎn)相互獨(dú)立；②只要耦合電容CB，CC，CL容量足夠大，放大器交流信號(hào)損失就小，放大倍數(shù)也高。缺點(diǎn)：①耦合電容隔斷直流，不能放大直流信號(hào)，且當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，放大倍數(shù)下降；②耦合電容容量大，不易集成。R1R2R4R3T1CBRSνs+-+-+-ν?··R5R6R8R7VCCT2CC·········CLRL。。。νo+-*2直接耦合優(yōu)點(diǎn)：①電路中沒有電容，易于集成；②能放大交流信號(hào)，同時(shí)也能放大直流和變化緩慢的信號(hào)。缺點(diǎn)：①各級Q點(diǎn)相互影響，必須合理解決級間電平配置問題。RC1VCQ1·REnRCnVCC·RE2RC2VCQ2··RE3T3VCQ3·TnT2T1RC3VBQ1+--+--++RC1VCQ1·RC2RE2VCQ2··T2T1+--+VBEQ1+-。。。。。VCC。②產(chǎn)生零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移——如果將直接耦合放大電路的輸入對地短接，并調(diào)整電路使輸出電壓等于零，從理論上來講，輸出電壓應(yīng)一直為零保持不變，但實(shí)際上，輸出電壓將離開零點(diǎn)，緩慢地發(fā)生不規(guī)則的變化，這種現(xiàn)象稱為~。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因——放大電路中器件的參數(shù)隨溫度變化而變化，導(dǎo)致放大器Q點(diǎn)不穩(wěn)定。這種不穩(wěn)定可看作緩慢變化的干擾信號(hào)，由放大器逐級傳遞并放大。*放大器中的第一級對整個(gè)放大器的零點(diǎn)漂移影響最大；放大器的級數(shù)越多，零點(diǎn)漂移問題越嚴(yán)重。抑制零點(diǎn)漂移措施：①引入直流負(fù)反饋來穩(wěn)定Q點(diǎn)，如采用分壓式Q點(diǎn)穩(wěn)定電路；②采用差分放大結(jié)構(gòu)，使輸出端的零點(diǎn)漂移相互抵消。4.2放大器的性能指標(biāo)1輸入電阻輸出電阻增益1）小信號(hào)放大器的一般電路模型

RSR?RLRονοt+-νsν????o++--+-νοRS?s。。。。?οnRo放大器RS放大器Roν?+-2）增益①②?。ⅲ?對Ro的要求ⅰ）輸出量為νo時(shí)，要求Ro＜＜RL，理想Ro→0ⅱ）輸出量為?o時(shí)，要求Ro＞＞RL，理想Ro→∞RSR?RLRονοt+-νsν?++--+-RSR?νsν?+--+νoRSR?RLRονο?s+-?οn???oRLRονο+-?οn?oRLRονοt+-+-νoRS?s??R?③源增益?。ⅲ?對R?的要求?。┹斎肓繛棣?時(shí)，要求R?＞＞Rs，理想R?

→∞ⅱ）輸出量為??時(shí)，要求R?＜＜Rs，理想R?

→0RSR?RLRονοt+-νsν?++--+-RSR?νsν?+--+νoRSR?RLRονο?s+-?οn???oRLRονο+-?οn?oRLRονοt+-+-RS?s??R?3）多級放大器第一級放大器第二級放大器第三級放大器RsRLνs+++++-----ν?1νo1νo2νoRSR?1RLRο1νοt1+-νsν?1++--+-R?2Rο2νοt2+-νo1=ν?2+-R?3Rο3νοt3+-νo2=ν?3+-νο4.3基本組態(tài)放大器1實(shí)際電路.性能1）共射①實(shí)際電路.交流通路C1RSνs+-+-+-ν?·RB1RB2RERCVCCTCE·····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-ν?RBRCTRL。。νo+-②性能ⅰ)R?

ⅱ)Ro

ⅲ)AνRSrb'eνsν?+--+RL。。νo+-gmνb‘eνb‘e+-rceRCRBceb'?b??RoRi?c?oⅳ)A?

未旁路RERSνs+-+-ν?RBRCTRL。。νo+-RERSrb'eνsν?+--+RL。。νo+-gmνb‘eνb‘e+-rceRCRBceb'?b??Ro?c?oR?RE①Aν

在C，E，B三個(gè)節(jié)點(diǎn)上有電流方程（忽略rce）②R?*3由于RE的存在，與旁路時(shí)相比R?大大增加了③A?④Ro

Ro≈RC

2）共基①實(shí)際電路C1RSνs+-+-ν?·RCRB2R8VCCTCE··C2RL。。νo+-。RB1··RSνs+-+-ν?··Tνo+。。-RLRC··R8??-α???o②性能?。〢?RSνs+-+-ν?·Tνo+。。-RLRC·???o····-α??*簡化電路（忽略rce）RS+-+-·o+。-RLRC·rb'erceeb'cνsνoRS+-+-·o+。-RLRC·rb'eeb'cνsνogmνb'eo+。-RLRCcνoRS+-+-··eνsb'regmνb'egmνb'eν?ν?ν????o?????o?ogmνb'eⅱ）R?ⅲ）RoRo=RCⅳ）Aν3）共集①實(shí)際電路C1RSνs+-+-+-ν?·RB1RB2R8VCCT·····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-ν?RBRETRL。。νo+-o+。-RLREeνoRS+-+-··bνsrb'eν????ogmνb'ercecRB②性能（移去RB）?。㏑?o+。-RLREeνoRS+-+-··b'νsrb'eν????ogmνb'ercecRSνs+-+-ν?RETRL。。νo+-ⅱ）Ro+-REeνRS+-··b'rb'eν????gmνb'ercec·ⅲ）A?ⅳ)Av三種基本組態(tài)放大器比較①共射.共基電路的電壓放大倍數(shù)較高，共集電路的電壓放大倍數(shù)小于1但接近1。共射電路的輸出電壓與輸入電壓反相。②共集電路的輸入電阻最大，共基電路的輸入電阻最小。③共集電路的輸出電阻最小，共基電路的輸出電阻最大。④共射電路多用作多級放大器的中間級，共集電路可用作輸入級，隔離級，輸出級。而共基電路頻率特性好，適用于寬頻帶放大器。2.改進(jìn)型放大器1）組合放大器①CE-CBCE：電壓放大倍數(shù)較高CB：共基電路的輸出電阻最大.RSRLT1T2νs+-②CC-CE：CC：電壓放大倍數(shù)接近1，輸入電阻大，輸出電阻小。CE：電壓放大倍數(shù)大。③CC-CB：CC：電流放大倍數(shù)大，輸入電阻大。CB：電流放大倍數(shù)接近1。.RSRLT1T2νs+-.RSRLT1T2νs+-2）發(fā)射極接RE的共射放大器3）采用有源負(fù)載的共射放大器T1。VCC。RC+-ν?ICQ1T1。VCC。+-ν?T2。IBQ1?C1?C2動(dòng)態(tài)（交流）：T2等效rce2R'L=rce2∥RLT1。+-ν?RL。T1。+-ν?T2RL。rce23共源.共柵和共漏放大器的性能1）共源放大器①實(shí)際電路.交流通路C1RSνs+-+-+ν?RG1RG2RZRDVDDTCZ····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-ν?RGRDTRL。。νo+-②性能ⅰ）AνRSνsν?+--+RL。。νo+-gmνgsνgs+-rdsRDRGdsg??RoRi?o-?dⅱ)R?ⅲ)Roⅳ)A?2)共柵放大器①實(shí)際電路C1RSνs+-+-ν?·RDRG2RZVDDTC3·C2RL。。νo+-。RG1·RSνs+-+-ν?·Tνo+。。-RLRD·RZ???o②性能?。〢νRS+-+-·+。-RLRD·RZrdssgdνsνogmνgsν????oⅱ)R?ⅲ)A?

3)共漏①實(shí)際電路②性能?。〢νC1RSνs+-+-+-ν?RG1RG2RZVDDT·C2RL。νo+-o+。-RLRZsνoRS+-+-·gνsν????ogmνgsrdsdRG+-νgsⅱ)R?ⅲ)A?ⅳ）Ro+。-RZsνRS·gν????gmνgsrdsdRG+-νgs*場效應(yīng)管放大器比較①共源.共柵和共漏場效應(yīng)管放大器的特性類似于共射.共基和共集雙極型晶體管放大器的特性。②共源放大器具有中等的Aν，A?，R?，Ro。③共柵放大器器具有低A?，R?。④共漏放大器器具有低Aν，Ro。3集成MOS放大器（帶有源負(fù)載的MOS場效應(yīng)管放大器）①NMOS，具有增強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)管和耗盡型負(fù)載管（E/DMOS放大器）。②NMOS，具有增強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)管和增強(qiáng)型負(fù)載管（E/EMOS放大器）。③NMOS，具有增強(qiáng)型驅(qū)動(dòng)管和PMOS電流源負(fù)載（CMOS放大器）。1）E/EMOS放大器1）E/EMOS放大器①電路νo+-RLν?+-。VDD。。。。。。T1T2-ν?+-。。T1+νo。。②性能。。。。。ν?+-νo+-。。。。ν?=νgs1+-νo+-。gm2νgs2gmu2νus2gm1νgs1rds1rds2rds1rds2gm1ν?gm21gmu21g1s1d1d2s2g2s2g1d1s1d2g2u22）E/DMOS放大器①電路νo+-RLν?+-VDD。。。。。。T1T2-ν?+-。。T1+νo。。T2②性能。。。。。ν?+-νo+-。。。。ν?=νgs1+-νo+-。gmu2νus2gm1νgs1rds1rds2rds1rds2gm1ν?gmu21g1s1d1d2s2g2s2g1d1s1d2g2u2CMOS放大器①電路(共源)νo+-RLν?+-VDD。。。。。。T1T2。。。+-VGG-ν?+-。。T1+νo。。。。。。。ν?+-νo+-gm1νgs1rds1rds2s2g1d1s1d2g2。。。。ν?=νgs1+-νo+-。rds1rds2gm1ν?g1s1d1d2s2g2＞＞2.改進(jìn)型放大器1）組合放大器①CE-CBCE：電壓放大倍數(shù)較高CB：共基電路的輸出電阻最大.RSRLT1T2νs+-②CC-CE：CC：電壓放大倍數(shù)接近1，輸入電阻大，輸出電阻小。CE：電壓放大倍數(shù)大。③CC-CB：CC：電流放大倍數(shù)大，輸入電阻大。CB：電流放大倍數(shù)接近1。.RSRLT1T2νs+-.RSRLT1T2νs+-2）發(fā)射極接RE的共射放大器3）采用有源負(fù)載的共射放大器T1。VCC。RC+-ν?ICQ1T1。VCC。+-ν?T2。IBQ1?C1?C2動(dòng)態(tài)（交流）：T2等效rce2R'L=rce2∥RLT1。+-ν?RL。T1。+-ν?T2RL。rce2

4.4差分放大器1差分放大器的組成與原理1）電路（帶電阻負(fù)載的差動(dòng)雙極型晶體管放大器）2）差模信號(hào).共模信號(hào)?。┎钅Ｐ盘?hào)

ν?1=-ν?2

νo1=-νo2ⅱ）共模信號(hào)

ν?1=ν?2

νo1=νo2

。。VCCVEERCRCRE。。RLRLT1T2。。++--ν?2ν?1ⅲ）一般信號(hào)

。。VCCVEERCRCRERLRLT1T2++-ν?c---++ν?c0.5ν?d0.5ν?dνo1νo2++---+νo3）輸入.輸出方式雙端輸入ν?1≠0ν?2≠0單端輸入ν?1=0或ν?2=0雙端輸出νo=νo1-νo2單端輸出νo=νo1

或νo=νo24）抑制共模信號(hào)的原理?。㏑E的作用

（IE2↑）（VBE1↓）T↑或VIC↑→IE1↑→2IERE↑→

VBE1↓→IB1↓IE1↓(IB2↓)（IE2↓）*1RE對共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用。ⅱ)輸出取電壓差（νo1-νo2）抑制法

*2理想差放對共模信號(hào)沒有放大能力。ⅲ）共模抑制比

*3KCMR越大越好，抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。

2差分放大器的分析計(jì)算1）靜態(tài)計(jì)算。。VCCVEERCRCREE。。RLRLT1T2。。++--ν?2ν?1IEEνo1νo2++---+νo2)動(dòng)態(tài)分析①差模特性半電路法?。㏑?ⅱ）Ro單端輸出雙端輸出RCRLT1RCRLT1++++++------νo1νo2ν?2ν?1ν?dνod。。ⅲ）Aν單端輸出雙端輸出②共模特性單端輸出RCRLT1RCRLT1++++----νocνocν?cν?c。。。。2REE2REE＞＞＞＞*REE越大，Aνc越小，KCMR越大。REE越大，IEE越小，gm越小，KCMR越小。采用有源負(fù)載取代REE。雙端輸出③合成輸出信號(hào)2電路兩邊不對稱對性能的影響1）雙端輸出時(shí)的共模抑制比

2）失調(diào)①輸入失調(diào)電壓*1失調(diào)：零輸入時(shí)，雙端輸出電壓VO≠0。*2輸入失調(diào)電壓：VIO=VO/Aνd

*3產(chǎn)生輸入失調(diào)電壓的原因：電路兩邊的RC

IS不相等。*4補(bǔ)償電壓：②輸入失調(diào)電流*1輸入失調(diào)電流：IIO=∣IBQ1-IBQ2∣*2產(chǎn)生輸入失調(diào)電流的原因：電路兩邊的β

不相等。③VIO和IIO的溫漂。*1輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流隨溫度漂移的大小。*2輸入失調(diào)電壓溫漂△VIO/△T：在規(guī)定溫度范圍VIO的溫度系數(shù)，衡量電路溫漂的重要指標(biāo)。*3輸入失調(diào)電流溫漂△IIO/△T：在規(guī)定溫度范圍IIO的溫度系數(shù)，衡量電路溫漂的重要指標(biāo)。4）失調(diào)模型。。VCCVEERCRCRET1T2。。。。++---+VODVIOIIOνid5）調(diào)零電路。。VCCVEERCRCRET1T2。+-。RSRSVORW。。VCCVEERCRCRET1T2。+-。