1、放大電路基礎第 3 章放大第 1 節放大電路的基本知識第 2 節三種基本組態放大電路第 3 節差分放大電路第 4 節互補對稱功率放大電路第 5 節多極放大電路 返回Email:plo ng_compa ny 第 1 節放大電路的基本知識1. 放大電路的組成2. 放大電路的主要性能參數 返回Email:plo ng_compa ny 放大電路的組成在生產實踐和科學研究中需要利用放大電路放大微弱的信號，以便觀察,測量和 利用.一個基本放大電路必須有如圖所示各組成部分：輸入信號源，晶體三極管，輸出負載以及直流 放大電路的主要性能參數1） 放大倍數放大倍數是衡量放大電路放大能力的指標，它有電壓放大倍數

2、，電流放大倍數和 功率放大倍數等表示方法，其中電壓放大倍數應用最多2） 輸入 是指從輸入端向放大電路內看進去的等效電路，等于輸出端接實際負載 電阻后,輸入電壓與輸入電流之比.3） 輸出電阻是指當信號源短路時，由輸出端向放大電路看進去的等效電阻.4） 通頻帶與頻率失真5） 最大輸出功率和效率放大電路的最大輸出功率是指在輸出信號基本不失真的情況下，能夠向負載提供的最大功率,用 Pom 表示.若直流電源提供的功率為 PDC 放大電路的輸出功率為 Po,則放大電路的效率為后者與前者的比值.比值越大，放大電路的效率越高. 返回Email:plo ng_compa ny 第 2 節三種基本組態放大電路1.

3、 共發射極放大電路2. 共集電極放大電路3. 共基極放大電路4. 場效應管放大電路 返回Email:plo ng_compa ny 共發射極放大電路圖 3.2.1返回Email:plo ng_compa ny 電路中各元件的作用如下：1) 集電極電源 UCC:其作用是為整個電路提供(2)基極偏置電阻 Rb:其作用是 為基極提供合適的偏置電流集電極電阻 Rc:其作用是將集電極電流的變化轉換成電壓的變耦合 1)電壓，電流正方向的規定2) 電壓,電流符號的規定圖 3.2.2 三極管基極的電流波形(a) 直流分量;(b)交流分量;(c)總變化量(1) 直流分量.如圖 3.2.2(a)所示波形,用大寫字

4、母和大寫下標表示.如 IB 表示 基極的直流電流(2) 交流分量.如圖 3.2.2(b)所示波形，用小寫字母和小寫下標表示.如 ib 表示 基極的交流電流(3) 總變化量.如圖 3.2.2(c)所示波形,是直流分量和交流分量之和,即交流疊加 在直流上，用小寫字母和大寫下標表示.如 iB 表示基極電流總的瞬時值，其數值 為 iB=IB+ib.(4) 交流有效值.用大寫字母和小寫下標表示.如 Ib 表示基極的正弦交流電流的 有效值圖 3.2.3基本共射放大電路的交,直流通路直流通路；(b) 交流通路直流通路和交流通路1) 直流通路所謂直流通路,是指當輸入信號 ui=0 時,在直流電源 UCC 的作

5、用下,直流電流所 流過的路徑.在畫直流通路時，電路中的電容開路，電感短路.圖 3.2.2 所對應的 直流通路如圖3.2.3(a)所示2) 交流通路所謂交流通路，是指在信號源 ui 的作用下，只有交流電流所流過的路徑.畫交流 通路時，放大電路中的耦合電容短路；由于直流電源 UCC 的內阻很小，對交流變化 量幾乎不起作用,故可看作短路.圖 3.2.2 所對應的交流通路如圖 3.2.3(b)所示. 放大電路的工作狀態分析1.靜態(ui=0)工作情況所謂靜態,是指輸入信號為零時放大電路的工作狀態靜態分析的目的是通過直流通路分析放大電路中三極管的工作狀態.圖 3.2.4 基本放大電路的靜態情況(a)電路

6、；(b)靜態工作點 Q動態工作情況所謂動態,是指放大電路輸入信號不為零時的工作狀態.當放大電路加入交流信 號 ui 時，電路中各電極的電壓，電流都是由直流量和交流量疊加而成的.其波形 如圖 3.2.5 所示圖 3.2.5 放大電路的動態工作情況共集電極放大電路返回圖 3.2.6-aEmail:plo ng_compa ny 圖 3.2.7 共集電極放大電路(a)電路；(b)交流通路1) 等效電路畫出電路的微變等效電路所示2) 參數估算電壓放大倍數的定義ri 的估算(1) Au 的估算圖 328 共集電極放大電路的微變等效電路圖 329 求 ro 的微變等效電路(3)ro 的估算.令 us=0,

7、并去掉負載RL ,在輸出端加一探察電壓 up,則可畫成如圖 3.2.8 所示 的形式由圖可得 共基電極放大電路返回圖 3.2.10Email:plo ng_compa ny 共基極放大電路的動態性能共基極放大電路(簡稱共基放大電路)如圖所示,直流通路采用的是分壓偏置式，交流信號經 C1 從發射極輸入，從集電極經 C2 輸出,C1,C2 為耦合電容,Cb 為基極 旁路電容,使基極交流接地，故稱為共基極放大器微變等效電路如圖所示(b)微變等效電路圖 3.2.11根據微變等效電路，同樣可分析得共基極放大電路的動態參數：三種基本放大電路的性能比較上述所講的三種組態放大電路是用三極管組成放大電路的基本形

8、式，其他類型的單級放大電路歸根到底都是由這三種變化而來的.場效應管放大電路返回圖 3.2.12Email:plo ng_compa ny 場效應管及其放大電路與三極管一樣，根據輸入，輸出回路公共端選擇不同，將場效應管放大電路分 成共源，共漏和共柵三種組態.本節主要介紹常用的共源和共漏兩種放大電路._共源放大電路_ 1.電路組成及直流偏置圖 3.2.13 場效應管共源放大電路由于柵極電阻上無直流電流，因而場效應管放大電路的靜態工作點可用式聯立求出UGS(和 IDQ,漏源電壓 UDS(由下式求得：放大電路的動態參數可由微變等效電路求出 I1) 場效應管的微變等效電路2) 共源放大電路的微變等效電路

9、圖 3.2.14 場效應管微變等效電路(1)電壓放大倍數：輸入電阻：輸出電阻：圖 3.2.15 共源放大電路的微變等效電路 共漏放大電路共漏放大電路又稱源極輸出器第 3 節差分放大電路1. 差分放大電路2. 具有電流源的差分放大電路3. 差分放大電路的輸入，輸出方式返回Email:plo ng_compa ny 差分放大電路電路組成右圖為典型差動放大電路，它是由兩個完全對稱的共發射極電路組成的.圖 3.3.1-1返回Email:plo ng_compa ny 具有電流源的差分放大電路返回恒流源差放電路如右圖所示,V3,R1,R2,R3 構成恒流源.圖 3.3.2-1Email:plo ng_c

10、ompa ny 差分放大電路的輸入，輸出方式輸入信號的類型在放大器兩輸入端分別輸入大小相等，相位相反的信號，即 ui 仁- 時，這 種輸入方式稱為差模輸入，所輸入的信號稱為差模輸入信號.差模輸入信號用 uid 來表示.差模輸入電路如圖 3.3.3-1 所示,由圖可得共模輸入信號常用 uic 來表示.共模輸入電路如圖 3.3.3-2 所示，由圖可得Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的輸入，輸出方式差模信號為兩輸入信號之差，用 uid 表示，即共模信號為兩輸入信號的算術平均值，用 uic 表示，即Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的雙端輸入，雙端輸出方式

11、圖 3.3.3-1Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的單端輸入，雙端輸出圖 333-2Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的輸入，輸出對差模信號的放大作用圖 3.3.3-1 所示，由圖可以看出，當從兩管集電極取電壓時，其差模電壓放大 倍數表示為當在兩個管子的集電極接上負載 RL 時其中由電路可得差模輸入電阻為Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的輸入，輸出電路的兩集電極之間的差模輸出電阻為對共模信號的抑制作用Email:plo ng_compa ny 差分放大電路的輸入，輸出圖 3.3.3-3Email:plo ng_compa n

12、y 差分放大電路的輸入，輸出圖 333-4返回Email:plo ng_compa ny 第 4 節互補對稱功率放大電路1.乙類雙電源互補對稱功率放大電路2.甲乙類互補對稱功率放大電路返回Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路甲類放大器的工作點設置在放大區的中間，這種電路的優點是在輸入信號的整 個周期內三極管都處于導通狀態，輸出信號失真較?。ㄇ懊嬗懻摰碾妷悍糯笃鞫?工作在這種狀態）,缺點是三極管有較大的靜態電流 ICQ ,這時管耗 PC 大,電 路能量轉換效率低乙類放大器的工作點設置在截止區，這時，由于三極管的靜態電流 ICQ=O,所 以能量轉換效率高，它的

13、缺點是只能對半個周期的輸入信號進行放大，非線性 失真大甲乙類放大電路的工作點設在放大區但接近截止區，即三極管處于微導通狀態，這樣可以有效克服乙類放大電路的失真問題，且能量轉換效率也 較高，目前使用較廣泛.圖 3.4.1-1是雙電源乙類互補功率放大電路.這類電路又稱無輸出電容的功率 放大電路，簡稱 OCL 電路.V1 為 NPh 型管,V2 為 PNP 型管，兩管參數對稱.電路工 作原理如下所述Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路圖 341-1Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路靜態分析當輸入信號 ui=0 時，兩三極管

14、都工作在截止區，此時 IBQ, ICQ, IEQ 均為零，負載上無電流通過，輸出電壓 uo=0.動態分析當輸入信號為正半周時，ui0,三極管 V1 導通，V2 截止，V1 管的射極電 流 ie1 經+UCC!上而下流過負載，在 RL 上形成正半周輸出電壓，1當輸入信號為負半周時，ui0,三極管 V2 導通，V1 截止，V2 管的射極電 流 ie2 經-UCC 自下而上流過負載，在 RL 上形成負半周輸出電壓，uoEmail:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路輸出功率 Po若忽略 UCES,則Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路直

15、流電流提供的功率 PDC效率Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路管耗 PC可求得當 Uom=0.63UCC 寸，三極管消耗的功率最大，其值為每個管子的最大功耗為Email:plo ng_compa ny 乙類雙電源互補對稱功率放大電路交越失真產生這種失真的原因是：在乙類互補對稱功率放大電路中，沒有施加偏置電壓，靜態工作點設置在零點，UBEQ=0, IBQ=0, ICQ=0,三極管工作在截止區.由于 三極管存在死區電壓，當輸入信號小于死區電壓時，三極管 V1, V2 仍不導通，輸出電壓 uo 為零，這樣在輸入信號正，負半周的交界處，無輸出信號，使輸出 波形失

16、真，這種失真叫交越失真圖 341-2返回Email:plo ng_compa ny 甲乙類互補對稱功率放大電路返回圖 3.4.2-1Email:plo ng_compa ny 單電源互補對稱功率放大電路（OTL 電路）雙電源互補對稱功率放大電路由于靜態時輸出端電位為零，負載可以直接連接，不需要耦合電容，因而它具有低頻響應好，輸出功率大，便于集成等優點，但 需要雙電源供電，使用起來有時會感到不便，如果采用單電源供電，只需在兩 管發射極與負載之間接入一個大容量電容 C2 即可.這種電路通常又稱無輸出變 壓器的電路,簡稱 OTL電路,如圖 8.5 所示圖中 R1, R2 為偏置電阻.適當選擇 R1,

17、 R2 阻值,可使兩管靜態時發射極電壓 為 UCC/2,電容 C 兩端電壓也穩定在 UCC/2,這樣兩管的集,射極之間如同分別 加上了 UCC/2 和-UCC/2 的電源電壓.在輸入信號正半周,V3 導通,V4 截止,V3 以射極輸出器形式將正向信號傳送 給負載，同時對電容電容 C2 的容量應選得足夠大，使電容 C2 的充放電時間常數遠大于信號周期，由于該電路中的每個三極管的工作電源已變為UCC,已不是 OCL 電路的 UCC了，請同學們自行推出該電路的最大輸出功率的表達式與 OCL 電路相比,OTL 電路少用了一個電源，但由于輸出端的耦合電容容量大,則電容器內鋁箔卷繞圈數多，呈現的電感效應大

18、，它對不同頻率的信號會產生 不同的相移，輸出信號有附加失真，這是 OTL 電路的缺點.復合互補對稱功率放大電路復合管_復合管是由兩個或兩個以上三極管按一定的方式連接而成的.復合管又稱為達林頓管.圖 8.6 是四種常見的復合管,其中圖(a), (b)是由兩只同類型三極管構成 的復合管，圖(c), (d)是由不同類型三極管構成的復合管組成復合管時要注意兩點：串接點的電流必須連續； 并接點電流的方向 必須保持一致圖 8.6 復合管(a) NPN 型(一)；(b) PNP 型(一);(c) NPN 型(二);(d) PNP 型(二)復合管的電流放大系數，近似為組成該復合管各三極管B的乘積，其值很大.

19、由圖8.6(a)可得復合管雖有電流放大倍數高的優點，但它的穿透電流較大，且高頻特性變差.為 了減小穿透電流的影響，常在兩只晶體管之間并接一個泄放電阻 R,如圖 8.7 所示，R 的接入可將 V1 管的穿透電流分流，R 越小，分流作用越大，總的穿透電流越 小.當然，R 的接入同樣會使復合管的電流放大倍數下降.圖 8.7 接有泄放電阻的復合管第 5 節多級放大電路1. 多級放大電路的組成及性能指標的估算2. 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性返回Email:plo ng_compa ny 多級放大電路的組成及性能指標的估算前面講過的基本放大電路，其電壓放大倍數一般只能達到幾十幾百.然而在實 際

20、工作中，放大電路所得到的信號往往都非常微弱，要將其放大到能推動負載工作的程度,僅通過單級放大電路放大，達不到實際要求，則必須通過多個單級放大 電路連續多次放大，才可滿足實際要求多級放大電路的組成可用下圖所示的框圖來表示其中,輸入級與中間級的主要 作用是實現電壓放大，輸出級的主要作用是功率放大，以推動負載工作圖 3.5.1-1Email:plo ng_compa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路連接而成的在多級放大電路中,我們把級與級之間的連接方式稱為耦合方式而級與級之間耦合時，必須滿 足：(1)耦合后,各級電路仍具有合適的靜態工作點；(2)保

21、證信號在級與級之間能夠順利地傳輸過去；(3)耦合后,多級放大電路的性能指標必須滿足實際的要求為了滿足上述要求，一般常用的耦合方式有：阻容耦合,直接耦合，變壓器耦合 阻容耦合我們把級與級之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式電路如圖所示 I_由圖可得阻容耦合放大電路的特點：優點：因電容具有隔直作用，所以各級電路的靜態工作點相互獨立，互不影響 這給放大電路的分析，設計和調試帶來了很大的方便此外,還具有體積小，重量 輕等優點Email:plo ng_compa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算缺點：因電容對交流信號具有一定的容抗，在信號傳輸過程中，會受到一定的衰減 尤其對于變化緩慢的信號容抗

22、很大，不便于傳輸此外,在 多極放大電路的組成 及性能指標的估算直接耦合_為了避免電容對緩慢變化的信號在傳輸過程中帶來的不良影響，也可以把級與級之間直接用導線連接起來，這種連接方式稱為直接耦合.其電路如圖所示優點：既可以放大交流信號，也可以放大直流和變化非常緩慢的信號；電路簡 單,便于集成,所以集成電路中多采用這種耦合方式缺點:存在著各級靜態工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題.圖 3.5.1-3Email:plo ng_compa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算變壓器耦合我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合.其電路如下圖所示.圖 3.5.1-4Email:plo ng_c

23、ompa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算電壓放大倍數根據電壓放大倍數的定義式在圖 5.3.1-2 中，由于故因此可推廣到 n 級放大電路的電壓放大倍數為Email:plo ng_compa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算 輸入電阻多級放大電路的輸入電阻，就是輸入級的輸入電阻計算時要注意：當輸入級為共 集電極放大電路時，要考慮第二級的輸入電阻作為前級負載時對輸入電阻的影響輸出電阻多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻.計算時要注意：當輸出級為共 集電極放大電路時，要考慮其前級對輸出電阻的影響.單級阻容耦合放大電路的頻率特性.Email:plo ng_compa ny 多極

24、放大電路的組成及性能指標的估算圖為單級阻容耦合共射放大電路，圖(b), (c)是其頻率響應特性，其中，圖(b)是 幅頻特性，圖(c)是相頻特性.圖 3.5.1-5Email:plo ng_compa ny 多極放大電路的組成及性能指標的估算多級放大電路的幅頻特性.圖為多級放大電路的通頻帶(a) 兩個單級放大電路的通頻帶(b) 耦合后,放大電路的通頻帶變窄圖 3.5.1-6返回Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性集成運算放大器件的識讀常見的集成運算放大器有圓形，扁平型，雙列直插式等，有 8 管腳，14 管腳等.圖 3.5.2-2圖 3.5.2-1Em

25、ail:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性圖 3.5.2-3Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性圖 3.5.2-4集成運放的組成及其符號集成運放內部實際上是一個高增益的直接耦合放大器，其內部組成原理框圖如圖所示,_它由輸入級，中間級，輸出級和偏置電路等四部分組成.Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性輸入級輸入級是提高運算放大器質量的關鍵部分，要求其輸入電阻高，為了能減小零點漂移和抑制共模干擾信號，輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路，也稱 差動輸入級中間級中間級的主要

26、作用是提供足夠大的電壓放大倍數，故而也稱電壓放大級要求中間級本身具有較高的電壓增益輸出級輸出級的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負載的需要，同時還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻，以起到將放大級和負載隔離的作用 偏置電路偏置電路的作用是為各級提供合適的工作電流，一般由各種恒流源電路組成Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性圖 3.5.2-5Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性集成運算放大器的主要參數運算放大器（簡稱運放）的特性參數是評價運放性能優劣的依據極限參數供電電壓范圍（+UCC,-UEE 或+Us,-定義：加到運放上最小和最大允許的安全工作電源電壓，稱為運放的供電電壓范圍功耗卩 I定義：運放在規定的溫度范圍工作時，可以安全耗散的功率稱為功耗 工作溫度范圍定義：能保證運放在額定的參數范圍內工作的溫度稱為它的工作溫度范圍.最大差模輸入電壓定義：能安全地加在運放的兩輸入端之間最大的差模電壓稱為最大差模輸入電壓.Email:plo ng_compa ny 通用型集成運算放大器的組成及其基本特性最大共