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1、4.2 4.2 放大器的性能指标放大器的性能指标4.4 4.4 差分放大器差分放大器4.3 4.3 基本组态放大器基本组态放大器4.7 4.7 放大器的频率响应放大器的频率响应4.1 4.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式第四章第四章 放大器基础放大器基础4.5 4.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用4.6 4.6 集成运算放大器集成运算放大器概概 述述 在在广广播播、通通信信、自自动动控控制制、电电子子测测量量等等各各种种电电子子设设备备中中，放放大大器器是是必必不不可少的组成部分。可少的组成部分。放大器是应用最广泛的一类电子线放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是路。
2、它的主要功能是将输入信号进行将输入信号进行不失真的放大。不失真的放大。按信号强弱分：按信号强弱分：小信号放大器小信号放大器 大信号放大器大信号放大器 按电路结构分：按电路结构分：直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器（线性放大器）（线性放大器）（非线性放大器）（非线性放大器）（多用于集成电路）（多用于集成电路）（多用于分立元件电路）（多用于分立元件电路）q 放大器分类放大器分类 按信号特征分：按信号特征分：宽带宽带放大器放大器音频放大器音频放大器视频放大器视频放大器脉冲放大器脉冲放大器谐振放大器谐振放大器（放大语音信号）（放大语音信号）（放大图像信号）（放大图像信号）（放大脉冲信号）（放大脉
3、冲信号）（放大高频载波信号）（放大高频载波信号）保证半导体器件保证半导体器件工作在放大模式工作在放大模式 q 放大器组成框图放大器组成框图耦耦合合电电路路耦耦合合电电路路输输出出负负载载输输入入信信号号直流偏直流偏置置电路电路外外 围围 电电 路路具有正向受控作用的半导具有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心体器件是整个电路的核心将放大器输出将放大器输出端与输出负载端与输出负载进行连接。进行连接。将输入信号源将输入信号源与放大器输入与放大器输入端进行连接。端进行连接。4.1 4.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式4.1.1 4.1.1 偏置电路偏置电路 设置静态工作点的电路称放大器的
4、偏置电路。设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。q 对偏置电路的要求对偏置电路的要求 提供合适的提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、结正偏、C结反偏。结反偏。当环境温度等因素变化时，能稳定电路的当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点点。例如：温度升高，三极管参数例如：温度升高，三极管参数 、ICBO、VBE(on)而而这些参数的变化将直接引起这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。点发生变化。当当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。截止失真。Q
5、iC tICQ tvCE0VCEQibQ点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。Q点波动对输出波形的影响：点波动对输出波形的影响：Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。QibibiCvCE0Qq 三极管三极管偏置电路偏置电路（1 1）固定偏流电路固定偏流电路VCCRCRBIBIC Q点估算：点估算：电路优点电路优点：Q点设置方便，计算简单。点设置方便，计算简单。电路缺点电路缺点：不不具有稳定具有稳定Q点的功能。
6、点的功能。T 时时 、ICBO、VBE(on)ICQ Q点升高点升高（2 2）分压偏置电路分压偏置电路 Q点估算：点估算：电路优点电路优点：T ICQ VCCRCRB1IBQI1RB2RECE（固定）（固定）具有稳定具有稳定Q点的功能。点的功能。VEQ(=(=ICQRE)VBEQ(=(=VEQ-VEQ)IBQ ICQ 假设假设I1 IBQ则则 存在问题存在问题：工程规定工程规定：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大越大 VBEQ越大越大 Q点越点越稳定稳定VCEQ越小越小 输出动态范围越小输出动态范围越小VEQ=0.2VCC或或 VEQ=1 3VRB1、RB2过大过大不满足不满足I
7、1 IBQ工程规定工程规定：I1=（5 10）IBQ则则 VBQ不稳定不稳定RB1、RB2过小过小 放大器放大器Ri 减小减小q 场效应管场效应管偏置电路偏置电路（1 1）分压偏置电路）分压偏置电路 Q点估算：点估算：电路特点电路特点：分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用于各种类型的场效应管。于各种类型的场效应管。VDDTSRG1RG2RDRSGID（2 2）自偏置电路）自偏置电路 Q点估算：点估算：电路特点电路特点：故自偏置电路只适合于耗尽型故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管场效应管VDDSRGRDRSGID 由于由于VDS与与VGS极性始终相反极性始
8、终相反 例如：例如：JFET、DMOS管管（3 3）零偏置电路）零偏置电路 Q点估算：点估算：电路特点电路特点：由于由于VGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。管。VDDSRGRDGID由于由于RS=0，故该电路不具有稳定故该电路不具有稳定Q点的功能点的功能。4.1.2 4.1.2 耦合方式耦合方式 放放大大器器与与信信号号源源、放放大大器器与与负负载载、以以及及放放大大器级与级之间的连接方式称耦合方式。器级与级之间的连接方式称耦合方式。交流信号正常传输。交流信号正常传输。为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合 尽量减小有
9、用信号在传输过程中的损失。尽量减小有用信号在传输过程中的损失。实际电路常采用两种耦合方式：实际电路常采用两种耦合方式：集成电路中广泛采用的一种耦合方式集成电路中广泛采用的一种耦合方式直接耦合。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电容耦合、变压器耦合。电容耦合、变压器耦合。方式必须保证：方式必须保证：电容耦合电容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+-+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+直流工作时：直流工作时：由于由于CB、CC具有隔直流作用具有隔直流作用因此信号源不影响放大器因此信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级点正常设置，且各级Q点相互独立。点相互独立。交流工作
10、时：交流工作时：由于由于CB较大，在信号频率上近似看作短路。较大，在信号频率上近似看作短路。因此，因此，CB的接入不会影响信号的正常传输的接入不会影响信号的正常传输。电路缺点：电路缺点：体积大，不易集成。体积大，不易集成。直接耦合直接耦合VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn各级之间不经过任何元件直接相连。各级之间不经过任何元件直接相连。直接耦合方式直接耦合方式:电路优点电路优点:频率特性好，便于集成。频率特性好，便于集成。存在问题存在问题:级间级间直流直流电平配置问题。电平配置问题。零点漂移问题。零点漂移问题。q 级间直流电平配置级间直流电平配置问题一问题一 VCC
11、RC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn结果：结果：T1管管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。点靠近饱和区，输出易出现失真。由图由图若若则则后级接入后级接入RE，扩大前级动态范围。扩大前级动态范围。解决方法：解决方法：q 级间直流电平配置级间直流电平配置问题二问题二VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式时工作在放大模式时:加电平位移电路加电平位移电路解决方法：解决方法：由图由图越往后级越往后级VBQ3 ICQ3 VCEQ3 输出动态范围输出动态范围 采用采用PNP管的电平位移电路：管的电平位移电路：利利用用NPN管管与与PNP管管电电位位
12、极极性性相相反反的的特特点点，将将直直流电平下移，扩大后级的输出动态范围。流电平下移，扩大后级的输出动态范围。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 的的区域区域频率增大，增益减小并产生附加相移。频率增大，增益减小并产生附加相移。特点：特点：原因：原因：极间电容容抗极间电容容抗 分流分流 不能视为开路。不能视为开路。即即极间电容开路极间电容开路、耦合旁路电容短路。、耦合旁路电容短路。低频段：低频段：f rb e短路电流增益短路电流增益则则 共发电路共发电路电压增益电压增益rb egm
13、vb eRCRBvs+-RL+-voRS+-virce开路电压增益开路电压增益源电压增益源电压增益其中1 1）既有电压放大作用、又有电流放大作用。）既有电压放大作用、又有电流放大作用。2 2）输出电压与输入电压反相。）输出电压与输入电压反相。共发电路提供的最大共发电路提供的最大电压增益电压增益已知已知 若采用有源负载作为若采用有源负载作为RC,可使可使 RC rce 因此因此 由由于于厄厄尔尔利利电电压压|VA|VT，因因此此共共发发电电路路提提供供的的Av很大，且其值与静态电流很大，且其值与静态电流ICQ无关。无关。共发电路特点共发电路特点q 共共基电路性能分析基电路性能分析 画画微变微变等
14、效电路等效电路(忽略忽略rce影响影响)共基电路输入电阻共基电路输入电阻vs+-RL+-voRERSRCrb egmveb iiio+-vib ecii 因此因此（小）（小）Ri vs+-RL+-voRERSRCvi+-令令则则 共基电路输出电阻共基电路输出电阻因此因此 共基电路电流增益共基电路电流增益vs+-RL+-voRERSRCrb egmveb iiio+-vib ecii Ri 由于由于因此因此短路电流增益短路电流增益 共基电路电压增益共基电路电压增益vs+-RL+-voRERSRCrb egmveb+-vib ec 共基电路特点共基电路特点1 1）有电压放大作用、但无电流放大作用。
15、）有电压放大作用、但无电流放大作用。2 2）输出电压与输入电压同相。）输出电压与输入电压同相。3 3）输入电阻低、输出电阻高。）输入电阻低、输出电阻高。考虑考虑rce时共基电路输出电阻时共基电路输出电阻令令vs=0、RL开路，画出求开路，画出求Ro的等效电路的等效电路vs+-RL+-voRERSRCrb egmveb+-vib ecrce则则得得因此因此+-vRERSRCrb egmvb eb erceii Ro RS=RS/REq 共共集电路性能分析集电路性能分析 画画微变微变等效电路等效电路 共共集电路输入电阻集电路输入电阻(忽略忽略rce)因此因此（大）（大）Ri RERB1vs+-RL
16、+-voRB2RS+-virb e ibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-共共集电路输出电阻集电路输出电阻rb e ibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-令令vs=0、RL开路，画出求开路，画出求Ro的等效电路。的等效电路。rb e ibi RERB+vRSrce-iibRo RS=RS/RB则则得得因此因此（小）（小）共共集电路电流增益集电路电流增益(忽略忽略rce)rb e ibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-若若短路电流增益短路电流增益 共共集电路电压增益集电路电压增益(忽略忽略rce)E/DMOS的的Av E/EMOS的的Av。