放大电路基础.docx
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放大电路基础
第三章放大电路基础
3.1放大电路的基本知识
教学要求：
1.放大电路放大倍数的意义及其求法；
2.放大电路输入电阻的意义及其求法；
3.握放大电路输出电阻的意义及其求法.
一、放大电路的组成
1.电路组成方框图
图中信号源提供需放大的电信号，可由换能器提供，也可是前一级电路的输出信号；负载接受输出信
号，可由输出换能器构成，也可为下一级电路的输入电阻；直流电源给放大电路提供能量；放大电路进行信号放大，一般由基本放大单元组成的多级放大电路，如上图（c）所示。
二、放大电路的主要性能指标
1.放大倍数：
量放大电路的放大能力。
3.输出电阻：
大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。
其中，uot为负载开路时的输出电压；uo带负载时的输出电压，Ro越小，uot和uo越接近。
4.通频带与频率失真：
大电路中含有的电抗元件（外接或有源器件内部寄生）使放大电路对不同频率的输入信号有不同的放大能力，这就是放大电路的频率特性，可分为幅频特性和相频特性。
幅频特性和相频特性：
， Au（f）为幅频特性；（f）为相频特性
频带宽度（带宽）BW：
当放大倍数下降到最大放大倍数的0.7倍时低端频率和高端频率称为放大电路的下限频率和上限频率，分别用fH和fL表示。
BW0.7（BandWidth）=fH–fL
放大电路所需的通频带由输入信号的频带来确定，为了不失真地放大信号，要求放大电路的通频带应大于信号的频带。
如果放大电路的通频带小于信号的频带，由于信号低频段或高频段的放大倍数下降过多，放大后的信号不能重现原来的形状，也就是输出信号产生了失真。
这种失真称为放大电路的频率失真，由于它是线性的电抗元件引起的，在输出信号中并不产生新的频率成分，仅是原有各频率分量的相对大小和相位发生了变化，故这种失真是一种线性失真。
5.最大输出功率和效率
3.2三种基本组态放大电路
教学要求：
1.三进行分析极管三种组态放大电路的工作原理；
2.放大电路的主要性能指标；
3.场效应管放大电路的工作原理。
一、共发射极放大电路
（一）电路的组成：
流电源VCC通过RB1、RB2、RC、RE使三极管获得合适的偏置，为三极管的放大作用提供必要的条件，RB1、RB2称为基极偏置电阻，RE称为发射极电阻，RC称为集电极负载电阻，利用RC的降压作用，将三极管集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。
与RE并联的电容CE，称为发射极旁路电容，用以短路交流，使RE对放大电路的电压放大倍数不产生影响，故要求它对信号频率的容抗越小越好，因此，在低频放大电路中ＣＥ通常也采用电解电容器。
VCC（直流电源） 使发射结正偏，集电结反偏；向负载和各元件提供功率
C1、C2（耦合电容） 隔直流、通交流；
RB1、RB2（基极偏置电阻）：
提供合适的基极电流
RC（集电极负载电阻）：
将ICUC，使电流放大电压放大
RE（发射极电阻）：
稳定静态工作点“Q”
CE（发射极旁路电容）：
短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响8
（二）直流分析：
开放大电路中的所有电容，即得和到直流通路，如下图所示，此电路又称为分压偏置式工作点稳定直电流通路。
电路工作要求：
I1（510）IBQ，UBQ（510）UBEQ
求静态工作点Q：
方法1.估算
工作点Q不稳定的主要原因：
Vcc波动，管子老化，温度变化 稳定Q点的原理：
方法2.利用戴维宁定理求IBQ
（三）性能指标分析
将放大电路中的C1、C2、CE短路，电源VCC短路，得到交流通路，然后将三极管用H参数小信号电路模型代入，便得到放大电路小信号电路模型如下图所示。
1.电压放大倍数
2.输入电阻
3.输出电阻 Ro=RC
没有旁路电容CE时：
1.电压放大倍数
源电压放大倍数
2.输入电阻
3.输出电阻 Ro=RC
二、共集电极放大电路（射极输出器、射极跟随器）
（一）电路组成与静态工作点
共集电极放大电路如下图（a）所示，图（b）、（c）分别是它的直流通路和交流通路。
由交流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号ui和输出信号uo以它为公共端，故称它为共集电极放大电路，同时由于输出信号uo取自发射极，又叫做射极输出器。
IBQ=（VCC–UBEQ）/[RB+（1+）RE] ICQ=IBQ，
UCEQ=VCC–ICQRE
（二）性能指标分析
1.电压放大倍数
2.输入电阻
RL=RE//RL
3.输出电阻
共集电极电路特点 共集电极电路用途
1.Uo与Ui同相，具有电压跟随作用 1.高阻抗输入级
2.无电压放大作用Au<1 2.低阻抗输出级
3.输入电阻高；输出电阻低 3.中间隔离级
一、共基极放大电路
共基极放大电路如下图所示。
由图可见，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2接地，因此输入信号ui由发射极引入、输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端，故称共基极放大电路。
从直流通路看，也构成分压式电流负反馈偏置。
（一）求“Q”略
（二）性能指标分析
RO=RC
（三）特点：
共基极放大电路具有输出电压与输入电压同相，电压放大倍数高、输入电阻小、输出电阻大等特点。
由于共基极电路有较好的高频特性，故广泛用于高频或宽带放大电路中。
3.3差分放大电路
教学要求：
1.掌握差分放大电路的工作原理；
2.理解具有恒流源差分放大电路的工作原理；
3.熟悉差分放大电路的输入、输出方式及特点。
一、差分放大电路工作原理（DifferentialAmplifier）
（一）差分放大电路的组成及静态分析
电路组成：
T1T2电路对称；公用发射极电阻Re；采用双电源使UBQ＝0，直流不经交流信号源，以免信号源内阻不同时，影响Q点。
电路特点：
元件参数对称；两端输入，两端输出；双电源供电；ui1=ui2时，uo=0；能有效地克服零点漂移。
静态分析：
VEE=UBEQ+IEEREE， IEE=（VEE–UBEQ）/REE， ICQ1=ICQ2（VEE–UBEQ）/2REE，
UCQ1=VCC–ICQ1RC UCQ2=VCC–ICQ2RC Uo=UCQ1–UCQ2=0
（二）动态分析
1.差模输入与差模特性：
差模输入：
差分放大电路的两个输入信号大小相等，极性相反。
差模电压放大倍数：
差模输出电压uod与差模输入电压uid的比值。
差模输入电阻：
从放大电路两个输入端看进去所呈现的等效电阻。
差模输出电阻：
差分放大电路两管集电极之间对差模信号所呈现的电阻。
差模输入：
ui1=–ui2，大小相同，极性相反。
差模输入电压：
uid=ui1–ui2=2ui1使得 ic1=–ic2，uo1=–uo2
差模输出电压：
uod=uC1–uC2=uo1–（–uo2）=2uo1
差模电压放大倍数
差模输入电阻：
Rid=2rbe
差模输出电阻：
Rod=2RC
2.共模输入与共模拟制比
共模输入：
差分放大电路的两个输入信号大小相等，极性相同。
共模拟制比（KCMR）：
差分放大电路放大差模信号，拟制共模信号的能力。
在实际电路中，两管电路不可能完全相同，因此，uoc不等于零，但要求uoc越小越好。
双端共模输出电压uoc与共模输入电压uic之比，定义为差分放大电路的共模电压放大倍数Auc，即Auc=uoc/uic。
显然，完全对称的差分放大电路，Auc=0。
共模输入：
ui1=ui2，大小相同，极性相同
共模输入电压：
uic=ui1=ui2，使得ie1=ie2，ue=2ie1REE
共模输出电压：
uoc=uC1–uC2=0，
共模拟制比：
二、具有电流源的差分放大电路
（一）电流源电路：
提高电路共模拟制比的设计思想：
增大电阻REE，比较合理的方法是用恒流源来代替REE。
1.三极管电流源：
特点：
直流电阻为有限值，动态电阻无穷大。
2.比例型电流源：
为了提高电流源输出电流的温度稳定性，常利用二极管来补偿三极管的UBE随温度变化对输出电流的影响，如下图a）所示。
当二极管与三极管发射结具有相同的温度系数时，可达到较好的补偿效果。
在集成电路中，常用三极管接成二极管来实现温度补偿作用，如下图（b）所示。
其中IREF称为基准电流，由于I0与IREF成比例，故称为比例型电流源。
由图可知IREF≈（VCC－UBE1）/（R+R1）。
由此可见，比例型电流源中，基准电流IREF的大小主要由电阻R决定，改变两管发射极电阻的比值，可以调节输出电流与基准电流之间的比例。
用一个基准电流来获得多个不同的电流输出，称为多路输出比例电流源。
3.镜像和微电流源
如果把上图（b）中发射极电阻均短路，就可以得到下图所示镜像电流源。
由于V1、V2特性相同，基极电位也相同，因此它们的集电极电流相等，只要β»1，则I0=IREF，即I0与IREF之间成镜像关系。
若将比例型电流源中V1管发射极电阻R1短路，如下图（b）所示，即构成微电流源。
4.NMOS管电流源
当V1、V2特性相同，基极电位也相同时，IO=IREF；当V1、V2特性不相同时，I0IREF。
（二）具有电流源的差分放大电路
图中V3、V4构成比例镜流源电路，R1、V4、R2构成基准电流电路。
当R1、R2、R3、VEE一定时，IC3就为一恒定的电流。
由于电流源有很大的动态电阻，故采用电流源的差分放大电路其共模抑制比可提高1～2个数量级，所以在集成电路中得到广泛应用。
（三）差分放大电路的差模传输特性
特点：
1.iC1+iC2=I0
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