模擬電子電路第3章

第三章雙極型模擬集成電路的基本單元電路單管共射放大電路的構成放大電路的分析方法頻率響應的基本概念共集放大電路共基放大電路電流源電路………第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)放大的概念放大是基本放大電路最重要的功能之一。放大現(xiàn)象存在于各種場合：例如：1.

利用放大鏡放大微小物體，這是光學中的放大；2.利用杠桿原理用小力移動重物，這是力學中的放大；3.利用變壓器將低電壓變換為高電壓，這是電學中的放大。它們的共同點:都是將“原物”形狀或大小按一定比例放大了。放大前后能量守恒。例如：杠桿原理中前后端做功相同，理想變壓器的原、副邊功率相同等。1.晶體管正向運用；2.合理的偏置；3.交流通路?；窘M成如下：三極管T——起放大作用，CE組態(tài)。負載電阻RC、RL——將變化的集電極電流轉換為電壓輸出。偏置電路UCC、Rb——使三極管有一個合適的靜態(tài)工作點，從而工作在線性放大區(qū)。耦合電容C1、C2——隔直，通交。

共射極基本放大電路

三極管是放大元件，但不能單獨使用，要按一定的原則組成放大電路：B或E極作放大電路的輸入端。發(fā)射結正偏，集電結反偏。使放大器有合適的靜態(tài)工作點。第一節(jié)單管共射放大電路的構成使信號有一定的傳輸路徑。Ui～Uo(二)共射極基本放大電路的原理解：判斷分兩個步驟進行：首先將電容開路，看直流電路是否合理;第二將電容和直流電源短路，看交流信號通路是否合理。【例3—1】判斷下圖所示電路是否具有電壓放大作用。(a)C1的隔直作用使發(fā)射結的正向偏置無法加入，不能放大；(b)C1旁路作用使輸入交流信號無法加入，不能放大；(c)無Rc，使輸出只有電流，電壓信號無法取出，不能放大；(d)N溝道JFET要求UGS<0，而圖中UGS>0，不能放大。

一、放大電路的靜止工作狀態(tài)靜態(tài):

Ui=0時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大電路建立合適的靜態(tài)值，是保證動態(tài)工作的前提。正確的區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，是分析放大電路的關鍵。注意第二節(jié)放大電路的分析方法靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值IBQ、ICQ、UCEQ，即靜態(tài)工作點Q。靜態(tài)工作點的位置直接影響放大電路的質量。1.解析法：——利用直流通路來求解。直流通路：是能通過直流的通道。將電路中的電容視為開路，電感線圈視為短路（忽略線圈電阻），交流信號源視為短路（保留其內阻），即可得到電路的直流通路。UoUiEC靜態(tài)分析方法：解析法圖解分析法工作原理二、放大電路的靜態(tài)分析工作原理用解析法分析ECIBQICQUBEQUCEQSi管:UBEQ=0.6V~0.7VGe管:UBEQ=0.2V~0.3V（2）求靜態(tài)值：（1）首先畫出直流通路求解順序是先求IBQ→ICQ→UCEQUCEQ=EC-ICQRC工作原理放大電路的輸入和輸出直流負載線三極管的輸入和輸出特性曲線確定靜態(tài)工作點（1）由輸入特性曲線和輸入直流負載線求IBQ、UBEQECIBICUBEUCEUBE=EC-IBRb→直流負載線iBuBEEc/RbEcIBQUBEQQ-1/Rb作出直流負載線，直流負載線與輸入特性曲線的交點即是靜態(tài)工作點Q。由Q可確定IBQ、UBEQ。用圖解法分析2.圖解法：UCE=EC-ICRc→直流負載線→工作原理（2）由輸出特性曲線和輸出直流負載線求ICQ、UCEQECIBICUBEUCE求兩點IC=0UCE=ECUCE=0IC=EC/Rc作出直流負載線，直流負載線和輸出特性曲線的有多個交點。只有與iB=IBQ對應的那條曲線的交點才是靜態(tài)工作點。工作原理由圖可見：如改變Ib的數(shù)值，便可改變靜態(tài)工作點的位置，從而影響放大電路的放大質量。4.由直流通路輸出回路列出方程UCE=UCC－ICRc

；5.在輸出特性曲線上確定兩個特殊點,作出輸出負載線，并根據IBQ確定Q點。

圖解法的關鍵：直流負載線的確定方法：1.由直流通路輸入回路列方程UBE=UCC－IBRb

；2.在輸入特性曲線上確定兩個特殊點,作出輸入負載線，兩線的交點即是Q。6.得到Q點的參數(shù)IBQ、ICQ和UCEQ。工作原理3.得到Q點的參數(shù)IBQ。3.交流通路的畫法：(1)直流電源視為對地短路。(2)耦合電容對交流相當于短路。2.交流通道：交流信號流過的路徑。1.交流工作狀態(tài):有輸入信號時的工作狀態(tài)。二、放大電路的動態(tài)分析(3)

RL′=

RL∥Rc為交流負載電阻。RL’通過作圖的方法求AU、AI及放大電路的最大不失真電壓。交流負載線

交流負載線確定方法：

1.通過輸出特性曲線上過Q點做一條斜率為1/RL'直線。

2.交流負載電阻RL′=

RL∥Rc

3.交流負載線是有交流輸入信號時，工作點Q的運動軌跡。

uouiiiicib比直流負載線要陡。放大電路的圖解分析方法圖解分析方法圖解分析1.求出靜態(tài)工作點Q。2.畫出交流通路，求出交流負載電阻RL'=Rc//RL3.以Q為基準，在輸入特性曲線上，根據ui的變化波形求出ib的波形及幅值Ibm。作出交流負載線。UoUiECUoUiIiIcIbIbmIcmUom圖解分析方法圖解分析不截止Ucm1不飽和Ucm2圖解分析方法圖解分析

求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim

確定放大器的最大工作范圍-最大不失真電壓Ucm=min(Ucm1,Ucm2)通過圖解分析，可得如下結論：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

uo

2.uO與ui相位相反；

3.可以量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

4.可以確定最大不失真輸出幅度。飽和失真截止失真由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)(工作點偏高)，而引起的非線性失真。由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)(工作點偏低)，而引起的非線性失真。波形的失真雙向失真放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位。2.要有合適的交流負載線。3.輸入信號的幅度不能太大。工作點位置合適，但輸入信號過大而引起的非線性失真?；竟采錁O放大電路的波形分析動畫演示四、放大原理(1)輸入信號通過耦合電容加在三極管的發(fā)射結有下列過程：三極管放大作用變化的ic通過Rc//RL

轉變?yōu)樽兓碾妷狠敵?。UiC1Ubeibic(ib)ic(Rc//RL)UoC2Ube當交流信號ui加到輸入端時：晶體管各點的電壓和電流將在靜態(tài)值基礎上疊加一交流分量。此時電路中的信號既有直流，又有交流。uiuBEUBEQtuCEUCEQuoIBQICQ(2)放大電路的在放大過程中，管子各極電壓與電流均為直流信號和交流信號疊加：uBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=IQ+ibuCE=UCEQ-(ic-ICQ)RL’uO=-icRL’直流分量：大寫字母大寫下標表示。交流分量：小寫字母小寫下標表示。交直流疊加：小寫字母大寫下標表示。其中：結論三極管各電極電流，電壓均由交直流分量疊加而成。

若放大的交流信號，交流分量幅值應小于直流分量。

輸入輸出反相。

雙極型晶體管交流小信號模型雙極型晶體管h模型共射混合模型單向近似模型1.雙極型晶體管h模型1.低頻－電路的輸入信號頻率遠小于三極管工作頻率，

模型可以不考慮結電容的影響。2.小信號－意味著三極管在線性條件下工作。輸入信號幅值的變化使三極管基極電流變化較小且變化近似為線性。基極電流所對應的輸出處于放大區(qū)。

晶體管h參數(shù)模型是分析低頻小信號放大器的重要工具。其應用條件為：條件共射（CE）組態(tài)h參數(shù)等效電路三極管可看成是如圖所示的二端口網絡:三極管的模型可以用網絡方程導出。討論共射極電路的輸入輸出時,已知三極管的電壓電流之間的函數(shù)關系：輸出交流短路時的輸入電阻輸入交流開路時的反向電壓傳輸系數(shù)輸入交流開路時的傳輸電導取全微分輸出交流短路時的正向電流傳輸系數(shù)對正弦交流信號輸入，有畫出輸入回路畫出輸出回路或hiehreUcehfeIbhoeUbeUceIbIc++--共射h參數(shù)等效電路共基（CB）組態(tài)h參數(shù)等效電路用同樣方法可得到CB組態(tài)h參數(shù)等效電路IeICUebUcb++--共基h參數(shù)等效電路注意：圖中電壓、電流均為標定方向，即：電流以流入管子為正方向；電壓以公共端為地端。hibhrbUcbhfbIehobUebUcbIeIc++--簡化h參數(shù)等效電路實際中，因為有hre0，hrb0,1/hoe>>RL’,1/hob>>RL’于是可得CE組態(tài)和CB組態(tài)簡化的h參數(shù)等效電路。CE組態(tài)簡化h參數(shù)等效電路CB組態(tài)簡化h參數(shù)等效電路hiehfeIeUbeUceIbIc++--hibhfbIeUebUcbIeIc++--CE、CB、CC三種組態(tài)的h參數(shù)之間的轉換例題3-1：試將晶體管的共射h參數(shù)換算為共基h參數(shù)，已知：hie=1.4k;hre=3.3710-4

;

hfe=44;hoe=27

10-6

s。

解：

hib=hie/(1+

hfe)=1.4/(1+44)=31

hrb=hiehoe/(1+

hfe)

-

hre

=5104

hfb=-hfe/(1+

hfe)=-44/(1+44)=-0.78hob=hoe/(1+

hfe)=27

10-6/(1+44)=0.610-6s各組態(tài)的h參數(shù)之間的變換關系，按書中P96表3-1換算。CE組態(tài)簡化h模型中參數(shù)的估算晶體管的輸入回路可用圖示簡化物理模型表示：rbb’-基區(qū)體電阻；re-發(fā)射結正向電阻；rb’c-集電結反向電阻。室溫下，re≈UT/IEQ=26mV/IEQube+-ibicie由和hfe的定義可知：hfe=由輸入電阻的定義:上式用h參數(shù)表示：低頻小功率管：rbb’100～300高頻小功率管：rbb’幾～幾十2.共射混合模型1.高頻－模型考慮管子結電容的影響。2.小信號－意味著管子在近似線性條件下工作?；旌夏Ｐ褪欠治龈哳l小信號放大器的重要工具。

其應用條件為：fT為特征頻率條件共射混合模型混合高頻模型由式CE組態(tài)h模型可表示為如下形式考慮管子結電容混合低頻模型hiehfeIbUbeUceIbIc++--rbb’Uberb’ehfeIbUceIbIc++--Erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BCECb’cCb’erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BC晶體管的高頻截頻（一）共射截頻f：當

下降到時對應的頻率,

0為中頻共射電流放大倍數(shù)（三）共基截頻f：當下降到時對應的頻率,

0為中頻共基電流放大倍數(shù)（二）特征頻率fT：當||=1時對應的頻率三種截頻的關系：

f

fT

f

fT=

0

f

三種截頻的關系根據電路連接組態(tài)的不同，管子的高頻截頻分為三種：1

ffTf

0.70700.707f0據定義，共射交流短路電流放大系數(shù)：共射高頻截頻fECb’cCb’erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BCrb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’EB’BCCb’cCb’e簡化共射高頻混合π等效電路所以，當f=fT

時,有:且fT>>f,因此,

fT

≈β0

f晶體管的特征頻率fT因為共基高頻截頻f將代入可得且f

>fT>>f設放大倍數(shù)A=U2/U1求Z1：求Z2：若Z為電容，則ZI1I2U1U2AZ1Z2I1I2U1U2A分析線性有源網絡時，可將跨接在輸入與輸出間的阻抗分別等效為并接在輸入和輸出的阻抗，保持其端口電流和電壓不變。（1）密勒定理---3.共射單向近似模型共射單向近似模型（2）單向近似模型rb’egmUb’eUbeUceIbIc++--rbb’EB’BCCb’cCb’erb’egmUb’eUbeUce++--rbb’EB’BCCMiCb’eCMo等效電路分析法基本思想：用合適的模型（等效電路）代替交流通路中的晶體管，再用解析電路的方法進行分析、計算。以CE放大電路為例步驟：（1）畫放大電路的交流通路（2）畫放大電路的交流等效電路交流通路等效電路分析法(3)由等效電路求輸入電阻和增益輸入電阻Ri=hie（4）按求輸出電阻的方法，畫出相應的等效電路，求輸出電阻輸出電阻Ri’=hie//RB電壓增益電流增益RiRi’RoRo’【例3－2】電路如圖所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。解：（1）畫放大電路的交流通路（2）畫放大電路的交流等效電路等效電路分析法舉例等效電路分析法舉例（3）為了計算hie,先求IBQ或ICQ：【例3－2】電路如圖所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。等效電路分析法舉例（4）輸入電阻（5）內電流增益（6）電壓增益【例3－2】電路如圖所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。等效電路分析法舉例（7）輸出電阻結論：（1）共射放大電路具有較高的電流增益和電壓增益；（2）共射放大電路具有居中的輸入電阻和輸出電阻；（3）共射放大電路輸出電壓和輸入電壓反相?！纠?－2】電路如圖所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。放大電路的分析方法小結1.作靜態(tài)分析畫出電路的直流通路計算法圖解法靜態(tài)值IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ2.作動態(tài)分析畫出電路的交流通路→放大電路的微變等效電路hie←AU(AUS)、Ri

、Ro

、Ri'、Ro'←圖解法：適合于大信號的分析等效電路法：適合于小信號的分析等效電路法：Si:UBEQ=0.6~0.7VGe:UBEQ=0.2~0.3V第三節(jié)共射放大電路的頻率響應頻率響應的分析方法共射放大器的高頻響應頻率響應的基本概念共射放大器的低頻響應這種描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律稱為相頻特性。即頻率響應的基本概念中頻段：AU=常數(shù)低頻段高頻段AU

下降中頻段：UO與Ui

間相位差=常數(shù)低頻段高頻段

改變這種描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律稱為幅頻特性。即fLfH0.707AUAU頻率響應曲線-180°-90°-270°A(jf)(jf)ff幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真;

相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真。頻率響應曲線幅度頻率特性：A(j)

或A(jf)把增益和相移隨頻率的變化特性分別稱為幅頻和相頻特性，統(tǒng)稱為頻率響應特性，是放大電路對輸入正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應。usUoUcc相位頻率特性：(j)或(jf)頻率響應定義BW=fh

-fl高頻截頻低頻截頻1.放大電路中存在電抗性元件，例如:耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等;2.電流放大系數(shù)是頻率的函數(shù)。低頻段AU

下降的原因：耦合、旁路電容衰耗作用的影響。高頻段AU下降的原因：管子結電容及分布電容分流作用的影響。頻帶寬度影響放大器截頻的主要原因產生頻率失真的原因頻率失真包括幅度頻率失真和相位頻率失真，屬線性失真。1、傳輸函數(shù)（一）線性系統(tǒng)的分析：時域拉氏變換拉氏逆變換自變量：t自變量：s=+j（二）傳輸函數(shù)非標準式標準式復頻域頻率響應的分析方法上式中，Zj(j=1,2,···,m)–稱零點；Pi(i=1,2,···,n)-稱極點。二、頻率響應波特圖的漸近線畫法——（一）一階零點（或極點）的漸近線當0.11時，y≈0當=1

時，y≈±3dB當101時，y≈±20dB當0.11時，()≈0當=1

時，()=±45°當101時，()≈±90°2、相頻特性：()=

1、幅頻特性：=采用半對數(shù)坐標系（二）位于坐標原點的一階零點（或極點）的漸近線1、幅頻特性：=當0.11時，y=20dB當=1時，y=0當101時，y=±20dB頻率特性曲線2、相頻特性：()=±90°無誤差,不需要修正（三）畫波特圖的一般步驟：

1、寫出標準式：找常數(shù)項

2、畫出各個零、極點的漸近線

3、合成波形例1:波特圖解：AU=105=100dB0110102103104105106107108f/Hz20lg|AU|/dB20406080100(f)0110102103104105106107108f/Hz-45-90-135-180-225-270解：1）標準式：6040200-2020lgAU(j)lg

/ωi110102103104105幅頻特性曲線例2：試畫出幅頻特性曲線2）常數(shù)項：AU=1=0dB3）畫幅頻特性曲線共射放大器的高頻響應1.高頻增益函數(shù)由交流通路得到高頻等效電路用戴維南定理得到簡化高頻等效電路共射放大器的高頻響應1.高頻增益函數(shù)由輸出回路得其中：由此推得：式中中頻增益則高頻正弦增益函數(shù)可寫為：令S=j,有轉角頻率：,結論：1.單級CE電路的高頻增益函數(shù)具有兩個極點h1和h2（即每一個獨立電容都構成一個極點）。2.兩個極點h1和h2分別由輸入、輸出回路提供，其值為該回路時間常數(shù)的倒數(shù)。3.高頻增益函數(shù)的分子就是電路的中頻增益。'11SihRC=w2.高頻截頻的計算由高頻增益函數(shù)可求得高頻截頻，方法：{1.作波特圖法2.解析法1.作波特圖法3dBh1h2lg/i20lg|AUS(j)|/dB因為h1h2所以高頻截頻hh12.解析法由高頻截頻定義有：上式展開，忽略高次項，經整理近似得到共射放大器的高頻響應推廣到有n個極點的系統(tǒng)，求高頻截頻的公式為：3.低頻截頻的計算同理，由低頻截頻定義低頻增益函數(shù)的基本形式為可推導出有n個極點的系統(tǒng)求低頻截頻的公式為：4.放大器展寬帶寬的方法主要有以下三種方法：

1、補償電路法;2、負反饋法;3、組合電路法一、補償電路法：提升高頻截頻高頻時，Z，AU

，使頻帶適當展寬。UiU0二、負反饋法

放大電路加入負反饋后，增益下降，但通頻帶卻加寬了，如圖所示。負反饋對通頻帶的影響無反饋時的通頻帶BW=fH－fL;有反饋時的通頻帶BW=fHf－fLf。無反饋引入負反饋后20lgA020406080/dB101010101010101234567f/Hz三、組合電路法：改變時間常數(shù)以單級CE為例:分析：RS

RS’h1RL

Ci

h1RL’h2所以采用CE—CB或CC—CB組合電路可以得到很好的高頻特性。共集組態(tài)放大電路第四節(jié)共集(CC)放大電路直流通路共集放大電路的原理電路如圖所示。

由于輸出電壓從發(fā)射極輸出，所以又稱為射極輸出器。

1.直流分析直流通路如圖整理得到2.共集放大器的中頻特性分析CC放大電路的交流通路和微變等效電路如圖所示。②輸入電阻

Ri’=RB//[hie+(1+hfe)R’L)]

CC組態(tài)微變等效電路R’L=RL//

RE①電壓增益:③電流增益:③輸出電阻求Ro的微變等效電路式中，Rs'=Rs//RB。

求Ro的微變等效電路如圖。3.共集放大器的高頻響應共集放大器的高頻等效電路如圖:由圖可見，它有兩個獨立電容，對應有兩個極點。當s→時，1/（sCb’e）→0,相應的U(s)→0,表明有一個s→的零點，因此它是含有一個零點、兩個極點的二階系統(tǒng)。

忽略Cb′c，等效電路可簡化為一階系統(tǒng)?？梢酝频盟碾妷涸鲆婧瘮?shù)為:

式中若則結論：其高頻截頻遠比CE放大器的高頻截頻高。共集電路的特點電壓增益近似為1。Ri’=RB//[hie+(1+hfe)R’L)]輸入阻抗高。輸出阻抗低。電流增益大。頻響特性好。共基組態(tài)放大電路第五節(jié)共基(CB)放大電路直流通路共基放大電路的原理電路和直流通路如圖所示。

1.直流分析2.共基放大器的中頻特性分析①電壓增益:②電流增益:CB放大電路的交流通路和微變等效電路如圖所示。

CB放大器微變等效電路

CB放大器的交流通路③輸入電阻

CB放大器微變等效電路輸出電阻3.共基放大器的高頻響應當考慮容性負載時，共基放大器的高頻小信號等效電路如圖:rbb’很小，忽略其影響

簡化后的等效電路

高頻小信號交流等效電路

合并后的等效電路兩個電容構成兩個極點。綜合得到電壓增益函數(shù):其中，中頻電壓增益:

合并后的等效電路若Rs>>re,則此時可能成為限制因素，因此CB放大器不宜帶容性負載。當CL=0時，很高，CB放大器具有很好的高頻響應特性。共基電路的特點電壓增益較高，輸出、輸入電壓同相。輸入阻抗低。輸出阻抗較高。電流增益小于約等于1。頻響特性好。第六節(jié)共射、共集、共基放大電路性能比較類別共射放大電路共集放大電路共基放大電路電壓增益AU較大?。?）較大Uo與Ui的相位關系反相（相差180o）同相同相最大電流增益AI較大較大小（1）輸入電阻Ri（Ri’）中等高阻低阻輸出電阻Ro（Ro’）中等低阻高阻頻響特性較差較好好用途多級放大電路的中間級輸入級、中間緩沖級、輸出級高頻或寬帶放大電路及恒流源電路第七節(jié)電流源電路及基本應用在集成電路中，電流源的應用十分廣泛，最主要的應用是作直流偏置電路和取代電阻作有源負載。適用范圍：主要用集成工藝制造的放大電路中。1.基本鏡像電流源則基準電流：若若,則有：故稱為鏡像電流源電路。IB1=IB2,Ic1=Ic2,電路優(yōu)點：結構簡單，兩管參數(shù)對稱，符合集成電路特點，動態(tài)電阻大。電路缺點：

Ic1數(shù)值仍受電源電壓、R和Ube影響，且不易得到小電流（μA級)。2.比例電流源在基本電流源的T1

、T2管接入射極電阻R1

、R2

，由于電路對稱：UE1=UE2所以IC1R1=IC2R2顯然，調整R1/R2比值，即可調整I0與IR的比例關系。所以稱為比例電流源。集成比例電流源電路如圖如圖SE2=2SE1,所以Io=2IR式中，W~基區(qū)寬度，N～基區(qū)雜質濃度，SE～發(fā)射極面積。若T1、T2的W、N相同，足夠大，則有3.微電流源（WidlarCurrentSource）電路如圖上式可近似表示為超越方程，可用圖解法或試探法求解。4.威爾遜電流源電路如圖若各管特性一致，可解得特點：傳輸精度高。5.多路恒流源基本電路如圖n越大，Δ越大，故可采用改進電路以使Io與IR接近相等。此時：集成多路恒流源如圖（n＝2）所示?；倦娐犯倪M電路電流源的主要應用作為直流偏置電路作為有源負載用電流源做直流偏置電路的CC放大器如圖。采用有源負載的CE放大器如圖。

第八節(jié)

差分放大電路差分放大電路改進型差分放大電路差分放大電路的失調與溫漂一、差分放大電路的工作原理及性能分析1.差分放大電路的組成

輸入信號Ui1和Ui2從差分對管的兩個基極加入（稱為雙端輸入），輸出信號從差分對管的兩個集電極取出（稱為雙端輸出），或從其中任一個集電極輸出（稱為單端輸出）。

由兩個對稱的CE放大電路組成。RB1=RB2=RB

RC1=RC2=RC

1=2

=hie1=hie2

=hie

對稱指兩個三極管特性一致、電路參數(shù)相等：IBQ1=IBQ2

ICQ1=ICQ2UBE1=UBE2UC1=UC2靜態(tài)參數(shù)一致：雙端輸出時：靜態(tài)輸出電壓Uo=UC1-UC2=0雙端輸入：輸入信號接在兩個輸入端間。單端輸入：輸入信號接在一個輸入端與地間，另一端接地。雙端輸出（平衡輸出）：輸出取自兩個集電極之間。單端輸出（不平衡輸出）：輸出取自一個集電極與地間。信號輸入方式差放輸出方式雙端輸入、雙端輸出。雙端輸入、單端輸出。單端輸入、雙端輸出。單端輸入、單端輸出。差放的四種組態(tài)差模信號：是指在差放兩個輸入端接入兩個幅度相等、極性相反的信號，記為，Uid1、Uid2，且Uid1=-Uid2。雙端輸入雙端輸出差放當輸入差模信號時：（動態(tài)）因此，可畫出差放在差模輸入情況下的交流等效電路。故RL的中點呈地電位，即等效為每管外接負載為RL/2。

又因為：Uc1=-Uc2Ie1=-Ie2故UREE=0（交流接地）2.差模特性分析Ie1Ie2由于電路的對稱性有：1）差模電壓增益：

由差模輸入等效電路可求得:其中雙端輸入、雙端輸出時雙端輸入、單端輸出時與單邊電路的增益相同雙端輸出時，Rod=2[Rc//(1/hoe)]2Rc；

(當1/hoe>>Rc時)2）差模輸入電阻Rid：3）差模輸出電阻Rod：單端輸出時，Rod=[Rc//(1/hoe)]Rc；

(當1/hoe>>Rc時)共模信號：是指在差放兩個輸入端接入兩個幅度相等、極性相同的信號。記為：Uic1、Uic2；

Uic1=Uic2=Uic

。在共模信號下:

Ie=Ie1+Ie2=2Ie1=2Ie2UREE=2Ie1REE=2Ie2REE交流通路中等效為每個管子發(fā)射極接入一個2REE的電阻。其等效電路如圖所示。3.共模特性分析1）共模電壓增益Auc雙端輸出時，由于電路對稱，單端輸出時:當（1+hfe）2Re>>（Rb+hie）時，可見：REE越大共模增益越小。2）共模輸入電阻3）共模輸出電阻雙端輸出時，RoC=2[Rc//(1/hoe)]2Rc；

(當1/hoe>>Rc時)單端輸出時，RoC=[Rc//(1/hoe)]Rc；

(當1/hoe>>Rc時)定義：差放的差模增益與共模增益之比的絕對值被稱為共模抑制比。即:

KCMR=|AUd/AUc|或:

KCMR（dB）=20lg|AUd/AUc|

4.共模抑制比KCMR單端輸出時,KCMR(單)=|AUd(單)/AUc(單)|雙端輸出時,

KCMR可以認為等于無窮大差放電路的實際輸入信號如圖所示：

它既包含有差模輸入信號，又包含共模輸入信號，即結論：差放對共模信號的抑制作用有重要的意義：1.對電源擾動、及溫度變化，在直接耦合放大電路中被逐級放大，從而引起較大輸出誤差。(零點漂移)2.對差放電路，這些現(xiàn)象會引起兩管同時產生同樣的漂移，這種大小相等、極性相同的漂移電壓就是共模電壓。3.差放電路是利用電路對稱的特點，將一個管子產生的漂移用來補償另一只管子產生的漂移，從而抑制漂移。4.這種對稱性在集成工藝中較易實現(xiàn)。因此，集成電路中廣泛使用差分電路。輸入Ui1,

Ui2可寫為：Ui1=(Uic1+Uid1)Ui2=(Uic2+Uid2)若輸入為一對任意數(shù)值和極性的信號，則可分解為：一對差模信號和一對共模信號5.對任意輸入信號的分析分解任意輸入信號的一般公式為：Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2差放的差模輸入及總輸出電壓為相當于Ui1=Ui,Ui2=0,則可分解

為一對差模信號和一對共模信號。Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2=Ui/2Uic1=Uic2=(Ui1-Ui2)/2=Ui/26.單端輸入特性所以，Ui1和Ui2可用一對差模信號和共模信號來表示，即

可將單端輸入方式改畫為雙端方式如圖所示。單端輸入方式的工作狀態(tài)與雙端輸入相基本一致，效果相同。差放的指標與輸入方式無關。單端輸入方式與雙端輸入方式相比較，不同點在于：單端輸入時，增加了一對共模信號UiC=Ui/2。例題電路如圖所示。由硅管構成，已知UCC=12V,UEE=6V,=hfe=60,rbb‘=100,RC=RB=REE=RL=10K,輸入電壓Ui=5mV。求：(1)輸入差模電壓Uid1、Uid2和共模電壓Uic；(2)輸出電壓Uo；(3)共模抑制比KCMR解：（1）輸入差模電壓輸入共模電壓（2）為求hie，首先求IBQ或ICQ。由輸入回路可列出直流電壓方程：將已知數(shù)據代入上式，可解得可求得差模增益：共模增益：輸出電壓（3）共模抑制比KCMR

(約為33.7dB)總結：差放電路的主要性能指標只與輸出方式有關，而與輸

入方式無關。雙端輸出方式單端輸出方式差模電壓增益共模電壓增益共模抑制比差模輸入電阻共模輸入電阻差模輸出電阻7.差放的傳輸特性傳輸特性：集電極電流Ic或電壓Uo與差模電壓Ui的函數(shù)關系。(1)Ic

隨Ui的變化曲線:(2)Uo與Ui關系曲線:據此畫出Ic~Ui及UO~Ui傳輸特性曲線（如圖）差放的差模傳輸特性IO=Ic1+Ic21)當輸入信號Uid=0時（靜態(tài)工作點Q），差放處于平衡狀:

Ic1=Ic2=0.5Io

，

Uo=0。4)在Uid=±UT=26mV范圍內，Uo

與Uid呈線性，該范圍(約50mV)

是差放電路的小信號線性工作區(qū)。2)當Uid>±2UT時，Ic1

、Ic2基本

恒定，稱為大信號限幅特性。3)兩管集電極電流之和Io為一常數(shù)，一管電流增大，另一管電流

必然減小。差放的幾點重要特性：5)在T1

、T2管接入射極電阻RE會

使傳輸特性線性范圍加寬。二、改進型差分放大電路1.具有有源負載的差分放大電路在共模輸入電壓作用下，ic1=ic2,其中ic1通過T3管時，它將等值地轉移到T4管，因此，T2管集電極輸出的電流在差模輸入電壓作用下，ic1=-ic2,其中ic1通過T3管時，它將等值的轉移到T4管，因此，輸出電流io值近似等于雙端輸出時的差模輸出電流。結論：該電路雖為單端輸出，但卻有雙端輸出的性能。與雙端輸出時的共模輸出電流為零是一致的。(1)共射--共基組合差放T1,T2

----共射電路T3,T4

----共基電路完成雙端變單端輸出的轉換。T5,T6

----T3,T4集電極有源負載}2.組合差分放大電路Io-IIII工作原理(2)共集--共基組合差放----高β值NPN管----低β橫向PNP管特點：輸入電阻高，電流和電壓增益大，又稱為互補差分電路。利用NPN管β大彌補PNP管β小，利用PNP管反向擊穿電壓高提高差模輸入電壓范圍。差模輸入電阻差模電壓增益

第九節(jié)多級放大電路1.級間耦合方式實用放大器由多級放大電路組成，前一級的輸出通過一定的方式接到下一級；級間的連接方式稱為級間耦合方式。放大電路的級間耦合應滿足條件:必須要保證信號的傳輸；保證各級的靜態(tài)工作點正確。（1）阻容耦合:

級間采用電容耦合。優(yōu)點：電路簡單、各級工作點相互獨立。缺點：不能傳送直流及變化緩慢的信號；且不宜集成。2.常用耦合方式及特點電容的作用：傳送交流信號；阻隔直流。與下級輸入電阻構成阻容耦合。阻容耦合放大電路（2）變壓器耦合1.變壓器耦合可隔除直流，傳遞一定頻率的交流信號，因此各級的Q互相獨立。2.可以實現(xiàn)輸出級與負載的阻抗變換，以獲得有效的功率傳輸。兩級間利用變壓器來傳送信號的耦合方式稱變壓器耦合。優(yōu)點：變壓器耦合放大電路缺點：不能放大直流信號，體積大，不能集成。（3）光電耦合抗干擾能力強。兩級間利用光電耦合器件來傳送信號的耦合方式稱光電耦合。優(yōu)點：光電耦合放大電路UiUoRLU1U2（4）直接耦合兩級間不采用任何器件，直接相連的耦合方式稱直接耦合。直接耦合放大電路1.直接耦合使各放大級的工作點互相影響。2.溫度漂移嚴重。（逐級放大；采用差放可解決）直接耦合電路簡單、便于集成，且可傳送直流或變化緩慢的信號。優(yōu)點：缺點：3.直接耦合放大電路的問題

a.若E2直接接地：易造成T1和T2管飽和。解決方法：a.采用二極管或穩(wěn)壓管代替RE2。二極管動態(tài)電阻很小，對VT2的電壓增益影響不大，如果接入射極電阻，會使VT2級的電壓增益有明顯下降。集電極電位會逐級提高;后面放大級要加入更大的射極電阻而無法設置正確的工作點。只適用級數(shù)較少的電路。b.若E2接電阻RE2后接地：（1）級間直流電位匹配問題級間采用NPN管和PNP管搭配的方式:NPN和PNP管組合由于NPN管集電極電位高于基極電位，PNP管集電極電位低于基極電位。因此，它們的組合使用可避免集電極電位的逐級升高。b.采用NPN+PNP組合電平移動直接耦合放大電路。（2）零點漂移問題三極管的工作點隨時間而逐漸偏離原有靜態(tài)值的現(xiàn)象——零點漂移。產生零點漂移的主要原因是溫度,所以經常用溫度漂移來表示。解決方法：采用差分放大電路作為輸入級。多級放大電路的中頻特性分析注意(1)前級的輸出電壓是后一級的輸入電壓；(2)將后一級的輸入電阻作為前一級的負載。1.多級放大電路的增益：2.多級放大電路的輸入電阻：3.多級放大電路的輸出電阻：Ri’=Ri1’Ro’=Ron’【例題】直接耦合放大電路如圖所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。試求:(1)輸入電阻Ri‘;(2)輸出電阻Ro‘;(3)電壓增益AU。解：為求hie1和hie2，先求相應的IBQ或IEQ【例題】解：直接耦合放大電路如圖所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。試求:(1)輸入電阻Ri‘;(2)輸出電阻Ro‘;(3)電壓增益AU?！纠}】畫出交流等效電路如圖（1）輸入電阻Ri’直接耦合放大電路如圖所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。試求:(1)輸入電阻Ri‘;(2)輸出電阻Ro‘;(3)電壓增益AU。解：【例題】直接耦合放大電路如圖所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb'=200Ω，UBE1=0.7V，UBE2=－0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，

RB2=500Ω，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。試求（1）輸入電阻Ri'；（2）輸出電阻Ro'；(3)電壓增益AU。（2）輸出電阻Ri’Ro’（3）電壓增益第一級電壓增益解：【例4】一直接耦合放大電路如圖所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb'=200Ω，UBE1=0.7V，UBE2=－0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，

RB2=500Ω，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。試求（1）輸入電阻Ri'；（2）輸出電阻Ro'；(3)電壓增益AU。Ri’Ro’第二級電壓增益總電壓增益解：多級放大電路的頻響設第k（k=1,2….n）級放大器的高頻增益函數(shù)為:則多級放大電路的高頻增益函數(shù)為:則高頻截頻為1.轉換效率η：η＝Po/PDC2.非線性失真：在大信號下，晶體管、變壓器等非線性元件

的特性不呈線性，而是非線性的，故非線性失真不可忽略。3.晶體管的安全運用：在功放中，晶體管工作時電壓、電

流幅度變化大，接近極限運用，故應保證晶體管各電流、電

壓及集電極耗散功率不超過規(guī)定的極限值。第十節(jié)低頻功率放大電路功率放大器：放大設備中直接與負載相連并向負載提供信號功率的輸出級及其推動電路。工作原理：實質是能量轉換器。即在輸入信號控制下，通過晶體管將直流電源供給的能量轉換成輸出信號功率。設計低頻功放應考慮以下幾個特殊問題導通角：<丙類：導通角：<<2ICQ甲乙類：導通角：=2ICQ甲類：4.三極管的工作狀態(tài)為提高效率和改善失真，三極管可工作在不同的靜態(tài)工作點，根據導通時間可分為如下四個狀態(tài)，如圖所示。導通角：=乙類：一、乙類互補推挽功率放大電路原理：當Ui為正弦信號正半周，T2截止，T1導通，Uo隨Ui變化；結構：由T1(NPN管)和T2(PNP管)分別與負載RL連成射極跟隨器，T1

、T2管的輸出特性對稱。故輸出完整波形。當Ui為正弦信號負半周，T1截止，T2導通，Uo隨Ui變化：1.乙類互補推挽功率放大電路的工作原理2.乙類互補推挽功放的功率分析（1）交流輸出功率Po忽略三極管的飽和壓降，UomUCC,負載上的最大不失真功率為：（2）電源提供的直流功率PDC電源供給每管的直流功率為:電源提供給雙管的直流功率為:電源提供給雙管的最大直流功率為:2PDC(單)每管半周平均電流為：（3）功率轉換效率η當Uom=UCC

時效率最大，乙類推挽輸出級的最大效率可達78.5%，考慮到損耗和改善波形失真問題，實際<70%。（4）晶體管集電極功耗Pc

電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。

令，可求得pc=pcmax時的將此式代入上式可求得集電極最大功耗為：每個管子的集電極最大功耗為：5.PC與Po關系曲線（如圖）

P

Cmax=Po

η=50%O→MPo↑,PC↑;N點

Po=Pomax,η=ηmax=78.5%

此時，Pc僅為0.273Po。M→NPo↑PC↓,η↑;M點Pc與Po的關系poPCPc=Po,=0.5Pc=0.273Po=0.785MN3.乙類互補推挽功放電源與功率管選擇為確保功率管的安全和輸出功率的要求，電源及輸出功率管參數(shù)的選擇原則如下：（1）已知Pomax與RL，選擇電源UCC（2）已知Pomax，選擇管子允許的最大功耗PCM3.乙類互補推挽功放電源與功率管選擇（3）管子的反向擊穿電壓UCEO,B當信號最大時,一管趨于飽和，而另一管趨于截止，截止管承受的最大反壓為UCC－(－UCC)=2UCC,（4）管子允許的最大集電極電流ICM1.乙類推挽輸出級傳輸特性二、甲乙類互補推挽功率放大電路（也稱OCL電路）當時,Uo

0,

因此在Ui正、負半周交替過零處會出現(xiàn)非線性失真，這個失真稱為交越失真，如圖所示。輸入信號Ui很大時,T1

、T2進入飽和,造成輸出信號頂部失真,稱為飽和失真。2.消除交越失真的方法給兩個管子的發(fā)射結提供小的正向偏壓，使其工作在微導通狀態(tài)，即使電路工作在甲乙類。3.消除交越失真常用的直流偏置電路（a）利用T1的靜態(tài)電流流過T4、T5產生的直流壓降為T2、T3提供小的直流偏壓，即UBEQ4=UBEQ2,UBEQ5=UBEQ3。

（b）利用

T4、R1、R2組成的恒壓源電路為T2、T3管提供直流偏壓，UCEQ4=UBEQ2+UBEQ3。

三、準互補推挽功率放大電路（1）復合管的形式和參數(shù)由于推挽管的對稱性和大功率要求，通常將兩只及以上的晶體管進行合理的復合、等效為一個管子，稱為復合管（或達林頓管）。T1T1T1T1T2T2T2T2NPNNPNPNPPNP一般有四種復合形式：復合后分別等效為：結論：

1)復合管的管型與T1相同；2)復合管的參數(shù)分別為：hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2（2）準互補推挽功率放大電路準互補推挽功率輸出級只要求上下兩個復合管在總特性上相互匹配，不必一一對應匹配，也不強求上下兩個復合管管子數(shù)目相等。

T1、T2復合成NPN管T3、T4復合成PNP管圖中的R1和R2是為了給T2、T4的反向飽和電流提供泄放通道而加的電