電子線路高教第四電子課件一零

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構分：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結正偏、C結反偏。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氏而言，涉各種小再信號放即大器均紋可統(tǒng)一牌表示為汗有源線革性四端賓網(wǎng)絡：4.2歇放大諒器的性待能指標線性有源四端網(wǎng)絡RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映面放大筐器性他能的先主要農指標冊有：增益A。輸入電港阻Ri、輸出蘭電阻Ro、第翼4僻章拜放大睬器基拜礎輸入電課阻、輸齊出電阻睡、增益輸入電嚇阻對輸入質信號源夸而言，罪放大器洽相當于樓它的一劍個負載孝，而這墨個等效京負載電贏阻就是動放大器舍輸入電筍阻Ri?；騌SRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定義上式中群，Ri表示本訓級電路賭對輸入跳信號源甲的影響專程度。第皆4扣章揀放大震器基染礎輸出鍵電阻對輸出嗓負載而遭言(根據(jù)訴戴維寧餡定理和番諾頓定闊理)，任何放辯大器均圾可看作們它的信熊號源，踢該信號概源內阻妄即放大叢器輸出制電阻Ro?；騌oRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot：負載井開路吼時vi或ii在電路粥輸出端微產生的怨開路電壘壓。ion：負載短嗚路時vi或ii在電路臨輸出端膀產生的捕短路電滴流。第4宏章新放大器般基礎輸出限電阻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)令負遇載電毒阻RL開路殃，信血號源姥為零唯。在輸下出端享外加柔電壓v，則產生它電流i。定義Ro反映放嬌大器受巷負載電毅阻RL的影響盜程度。第展4謹章龜放大蔑器基宇礎小信號廢放大器灣四種電熔路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器RSRivS+-+-vi互導放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第伙4事章喉放大答器基續(xù)礎放大割器的毯增益毫：增益(放大稅倍數(shù))不同壯類型惜放大狐器輸累入、填輸出沈電量升不同喉，故罰增益越的含概義不機同。即放竊大器框輸出懇信號石變化衰量與虎輸入叛信號腫變化皆量的大比值氣。A=xo/xi電壓放糾大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓秩增益邀：開路私電壓告增益票：源電義壓增倍益：Ro越小，RL對Av影響告越小摧。Ri越大，RS對Avs影響懶越小珍。第峽4籃章匯放大愉器基蓋礎電流放介大器電流增花益：短路電念流增益璃：源電流崇增益：RoRLionioRSRiiSiiRi越小食，RS對Ais影響即越小宣。Ro越大葡，RL對Ai影響疏越小舉?；Я舴糯髢?yōu)器互導增搭益：互阻放截大器互阻椅增益嫂：第4闊章齒放大器砌基礎理想放笨大器性邪能特點電壓放查大器：Ri0攀、Ro喚、Ai大且不建隨RL和信號矩源而變茂化。電流涂放大先器：Ri青、Ro0標、Av大且不害隨RL和信號安源而變吩化?；Х帕执笃鳎篟i疑、Ro霧、Ag大且畢不隨RL和信號鏈源而變加化?；プ栝T放大沃器：Ri0鼓、Ro嬸0、Ar大且不害隨RL和信號梯源而變經化。第棟4芹章昨放大納器基市礎多級蓋放大宮器可嗓拆分唯成單濫級電煩路進特行分寸析：將后級蓄輸入電裁阻作為羅前級的診負載電詞阻。多級放也大器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2將前懸級帶鍵負載跟后的牛輸出勾電壓界作為施后級厲輸入盲電壓坡。Ri2+-+-vo1=vi2第暮4洽章椒放大里器基礎礎放大希器的體失真頻率旁失真放大器代的失真神是指輸戴出信號嘗不能重童現(xiàn)輸入映信號波淹形的一誕種物理芹現(xiàn)象。失真類僅型頻率失真瞬變失真線性失真非線性失真一般而導言，放持大器中搭含有電邀抗元件禿。在正奪弦信號芳激勵下概，不同租頻率呈盛現(xiàn)不同軋電抗，捐因而放未大器增腿益應為富頻率的賴復函數(shù)若：第距4遵章鬼放大罪器基臨礎波特圖在半對晉數(shù)坐標愛紙上描典繪的頻毫率特性窗曲線即券波特圖然。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅頻特性相頻特性(對賴數(shù)刻代度)(對數(shù)弓刻度)(線團性刻駁度)(線性蔽刻度)增益分御貝值：通頻械帶：對應上俯限頻率fH及下限禁頻率fL。AIAI2fHfL第4霸章茂放大器懂基礎頻率金特性鋒的三葡個頻胳段中頻奔段：傍通頻壤帶以始內的召區(qū)域蠻。放大大器的性增益長、相竹角均爬為常柿數(shù)，課不隨f變化。特點：原因毒：所有電柿抗影響伐均可忽闊略不計鹽。高頻段州：f日>匯fH的區(qū)域森。頻率慎增大禾，增卡益減蠶小并什產生湯附加頑相移粘。特點爸：原因：極間尿電容墊容抗分流蟲不能嫁視為恰開路恒。即極間腸電容開融路、耦壘合旁路謙電容短淹路。低頻段露：f<霜fL的區(qū)虎域。頻率減問小，增鄉(xiāng)豐益降低潮并產生役附加相德移。特點：原因耽：耦、男旁電假容容脂抗分壓不能澆視為個短路海。第4透章遍放大器拌基礎幅度失哀真與相銳位失真實際輸查入信號典含有眾東多頻率芳分量，井當通過棟放大器劑時：若不鐵同頻斜率信籃號呈端現(xiàn)不順同增憂益幅度失而真相位失擋真幅度綱失真扣與相品位失南真統(tǒng)鉆稱放雹大器察的頻來率失繪真。若不昂同頻梨率信玩號呈伶現(xiàn)不榮同相與角由于頻荷率失真共由線性蛛電抗元雅件引起安，故稱周線性失罩真。注意竹：線性失腦真不產滾生新的夜頻率成拖分。一般冬音頻民放大懶器的鵝頻率豆失真趕主要撫指幅篇度失獅真。視頻放薯大器的缸頻率失戶真則包口括幅度耀失真與助相位失和真。第4圣章抗放大器卵基礎指放遞大脈器沖信耐號時別，電尖抗元蔽件上杜的電累壓或眉電流資不能專突變宣而引至起的齡失真猛。瞬變失賴真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第4干章算放大器連基礎非線濾性失尺真非線性嚇失真由遲三極管千產生，沒它產生毛了新的身頻率成捉份。假設三船極管基鍛射間外刮加電壓迷：則利用傅聾里葉級京數(shù)展開立得：非線屢性失贊真系簽數(shù)：第4掛章談放大器輝基礎根據(jù)搶三極洲管(罪場效炎應管第)在鴿放大蚊器中廟的不汽同接敗法，磁放大今器分照為三登種基墻本組莫態(tài)。4.飲3膽基本墳組態(tài)療放大遣器T+-+-VCCRCvivo(共發(fā))T+-+-VCCREvivo(共集)T+-+-VCCRCvivo(共基)無論村何種征組態(tài)摸放大炸器，賢分析激方法瞇均相放同。1)由直駕流通路路確定電輛路靜態(tài)彈工作點正。注意：2)由木交流熟通路戶畫出拘小信習號等煤效電臟路，阿并進柱行分岸析。第4嘩章醬放大器屑基礎共發(fā)郊射極灣放大始器三種籃組態(tài)皆放大概器的魚實際彈電路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4款章扁放大器責基礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C2共基炒極放瓦大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第前4苗章班放大浮器基須礎RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC共集電鉗極放大疾器VCCRB1RB2RE直流通路第4縣章海放大器孫基礎交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2共發(fā)電歐路性掠能分廁析共發(fā)翼、共秩基和魂共集臟放大耳器的衫性能畫微變等效電擇路分析紗電路紗輸入互、輸蒼出電診阻故rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib第賢4盯章意放大曠器基肝礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-vi共發(fā)電輕路電流拳增益rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第撫4紡章版放大搞器基我礎短路漆電流掉增益共發(fā)電撿路電壓逆增益rbegmvbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virce開路電凍壓增益源電棄壓增姜益第4孕章謙放大器況基礎1)既有慶電壓估放大衰作用序、又納有電弦流放遙大作故用。2)輸出電瓦壓與輸割入電壓堤反相。共發(fā)譜電路丑提供垂的最篇大電釀壓增娘益若采脖用有難源負綱載作稀為RC，可氣使RC>>rce因此由于厄睛爾利電擠壓|VA|>貨>VT，因此搜共發(fā)電架路提供隱的Av很大姻，且機其值嘗與靜徒態(tài)電堵流ICQ無關。共發(fā)電孝路特點第尺4皇章伸放大菊器基幣礎共基電版路性禾能分倆析畫微變等效銅電路(忽略rce影響)共基電揀路輸入崗電阻vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibecii因此(小)Ri第4擁章胃放大器掠基礎vs+-RL+-voRERSRCvi+-共基電晚路輸出帳電阻共基擔電路婦電流泥增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibeciiRi

短路記電流是增益第4粥章轉放大器光基礎共基電詳路電壓麻增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibec共基殘電路誤特點1)有柏電壓監(jiān)放大遵作用青、但再無電錄流放餃大作由用。2)輸出早電壓與誤輸入電鄰壓同相旨。3)輸入維電阻低宏、輸出膜電阻高臉。第4藥章脫放大器途基礎考慮rce時共基帆電路輸景出電阻令vs=0倍、RL開路玩，畫咱出求Ro的等版效電米路。vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibecrce則得因此+-vRERSRCrbegmvbeberceiiRoRS=RS//RE第4大章砍放大器霉基礎共集電路懂性能分輔析畫微變等效電腥路共集電路靜輸入電丹阻(忽略rce)因此(大)第4禽章備放大器籍基礎RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri共集電路鑒輸出電邪阻令vs=0扛、RL開路，午畫出求Ro的等效蠶電路。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB則得因此(小)第非4若章屈放大丘器基箱礎rbeibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-共集電叉路電流暫增益(忽略rce)短路電流增益共集電路鋼電壓增瞞益(忽略rce)1其中第雷4乏章變放大孩器基連礎rbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-三種鋼組態(tài)沾電路蘭性能速比較小大小大大小大大1大中中共發(fā)共基共集RiRoAvAin第喘4閱章織放大局器基卸礎RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi三種告組態(tài)置電路摘的應輝用共發(fā)侵放大蜓器廣泛惠應用凳于多催級放騙大器寧提供誤增益舒的增僅益級封中。共基煎放大遺器由于峽頻率呢特性輪好，莊故常饞與共聯(lián)發(fā)電無路配辭合，澇組成墓寬帶范放大鳳器。共集知放大戴器利用Ri高的宜特點鳥，常盡作多擺級放投大器肝輸入再級；利用Ro低的特傾點，?；巫鞫嗉墠彿糯笃髦t輸出級介，提高從帶負載秀能力。利用Ri高、Ro低的月特點苦，常曬作緩泄沖級(隔離艙級)，以提高良前級電倉路的增仆益。第邁4五章幸放大逢器基暖礎共發(fā)-共基懂組合施放大崇器改進床型放恒大器三種基碰本組態(tài)狐放大器仙的性能運特點各嫁不相同滔，若將脊它們適鉤當組合絲式，可使紀放大器匹的性能飄更接近仆理想化犯。組合抱放大竟器第4籌章菠放大器濤基礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共發(fā)組馬合放大靠器利用共概發(fā)電路澤增益高喪、共基例電路Ri低、Ro高的內特性沃，使趁共發(fā)仰-共君基組范合電梢路更青接近慰理想架的電暖流放歪大器偷。利用澇共發(fā)足電路盡增益錫高、棟共集憐電路Ri高、Ro低的累特性舍，使秘共集增-共你發(fā)組鉗合電起路更瘋接近度理想檔的電促壓放叢大器糠。第4雪章程放大器睬基礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共基閘組合哪放大鑰器由于則(假設變兩管參店數(shù)相同出)其中(假設殲兩管參除數(shù)相同筋)第壘4柴章視放大洗器基致礎vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2接RE的共發(fā)墨放大器其中第4膨章眾放大器腦基礎rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微變等效電路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)共發(fā)電嗎路射極畫接電阻RE后：由于RE的負反效饋作用尾，使Ri增大架、Ro增大，盜放大器更接弄近理嬸想的魚互導谷放大住器。由于RE的負魚反饋咸作用誓，不說僅增凳益穩(wěn)下定性本提高特，而秘且且還便搭于集成穗化。當RE時，此時價，Avt近似等撒于兩電唱阻的比交值，與托三極管按參數(shù)無關協(xié)。存在臟問題州：交流工井作時：RCAv循但集成至困難；直流工陽作時：RCVCE羞Q易飽和符失真。第4棉章學放大器莫基礎采用攜有源既負載物的共辟發(fā)放床大器解決賤方法母：用嬸恒流鄭源(有源乒負載)取代電泳阻RC。恒流欺源特災點：諒直流初電阻濟小，偷交流習電阻俘大。RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效為第4泥章錦放大器申基礎共源放窄大器共源、缺共柵和況共漏放廢大器的表性能場效應媽管電路棄性能特克點、分現(xiàn)析方法鋪與三極追管放大惱器相似嚴。不同途之處僅朋在于，亡FET把或場腹效晶體記管的ig=給0。gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第4需章仗放大器握基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-vi接RS的共源終放大器不變經推導則增大減小第4凈章奇放大器典基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo共柵放吐大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因為所以而第4價章昂放大器家基礎vs+-RL+-voRSRSRDvi+-共漏放大港器經推包導第4角章廣放大器糾基礎RGvs+-RL+-voRS+-viRSgRSRGvs+-RL+voRS+-virds-gmvgssFET壁三種伙組態(tài)電莊路性能欠比較小大小大大1大大大共源共柵共漏RiRoAv第4趟章慨放大器嶄基礎RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSvs+-RL+-voRSRSRDvi+-RGvs+-RL+-voRS+-viRS集成袍MOS館放大蝦器集成局MOS啊放大紗器與分按立M仔OS童放大器氏電路結端構相同派，只是篩為了提店高集成巨度，集節(jié)成M轎OS暴放大器尖中的負秋載電阻稼采用了付以不同顛方法實亡現(xiàn)的有豎源電阻帆。集成糞MOS標放大泰器類型見：NM罰OS奇放果大器CM憐OS午放劉大器放大管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決章幟放大器囑基礎E/E航MOS放大巖器VDD+-vo+viT2T1-要求兩草管工作超在飽和議區(qū)，由于gm2vgs2=-gm2vo，則受控笨源gm2vgs茅2等效為些電阻：1/gm2因gmu2vus躁2=-gmu錄2vo，則受控窩源gmu2