1、1第四章第四章 差動放大電差動放大電路和功率放大電路路和功率放大電路 2差動放大電路差動放大電路 4.1 零點漂移現象零點漂移現象1.靜態時，由于溫度變化，電源波動等因素靜態時，由于溫度變化，電源波動等因素的影響，會使工作點電壓的影響，會使工作點電壓(即集電極電位即集電極電位)偏離設偏離設定值而緩慢地上下飄動。定值而緩慢地上下飄動。32. 對直接耦合放大電路，這種飄動會逐級放對直接耦合放大電路，這種飄動會逐級放大，會使后級放大器進入截止和飽和，大，會使后級放大器進入截止和飽和， 這樣整這樣整個電路將無法正常工作。個電路將無法正常工作。3.差動放大器電路能有效地克服零點漂移。差動放大器電路能有效

2、地克服零點漂移。4v工作原理是：當輸入信號Ui=0時，則兩管的電流相等，兩管的集點極電位也相等，所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時，兩管電流均增加，則集電極電位均下降，由于它們處于同一溫度環境，因此兩管的電流和電壓變化量均相等，其輸出電壓仍然為零。 4.2差動放大電路的工作原理及性能分析差動放大電路的工作原理及性能分析 4.2.1差動放大電路的工作原理差動放大電路的工作原理UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2RE UEEV1V2Uo5 4.2.2差動放大電路的靜態分析差動放大電路的靜態分析UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo 圖圖412 基本差動

3、放大器基本差動放大器當當Ui1=Ui2=0時時VUUBEE7 . 0則流過則流過RE的電流的電流I為為EEEEEEERURUUI7 . 0)(IIIIIQEQEQCQC212121故有故有6UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo 圖圖412 基本差動放大器基本差動放大器CQCCCQCQCRIUUU121CQCCCQCEQCERIUUU1217 . 0靜態時，差動放靜態時，差動放大器兩輸出端之大器兩輸出端之間的直流電壓為間的直流電壓為零。零。74.2.3 差動放大電路的動態分析v（1）差模輸入信號在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、 相位相反的信號，即ui1=-ui2時，

4、差模輸入信號用uid來表示。ui1=-ui2=1/2uidv（2）共模輸入信號在放大器兩輸入端分別輸入大小相等、相位相同的信號，即ui1=ui2時，共模輸入信號常用uic來表示。 ui1=ui2=uicv（3）輸入任意大小信號放大器兩輸入端輸入大小不相等時，將其分解成一對差模信號和一對共模信號。 uid = ui1-ui2 uic =1/2( ui1+ui2)一、一、 輸入信號的類型輸入信號的類型8UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo 二、差模放大特性二、差模放大特性Uid1Uid2Uid=Uid1-Uid2RE上只有靜態電壓，而不產生差模信號電壓。上只有靜態電壓，

5、而不產生差模信號電壓。雙端輸出時，負載雙端輸出時，負載RL的中點電位為的中點電位為0。 9圖圖413基本差動放大器的差模等效通路基本差動放大器的差模等效通路Uod1Uod2RL2RL2V2V1Uid1Uid2Uid=Uid1-Uid2RCRCUod10 1. 差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數212121212222idididididodododododUUUUUUUUUU所以所以 beLidodidodidodudrRUUUUUUA2211在雙端輸出時在雙端輸出時式中：式中： LCLRRR21結論：結論：雙端輸出時的差模電壓放大倍數等于單雙端輸出時的差模電壓放大倍數等于單邊共射放大器的電壓放

6、大倍數。邊共射放大器的電壓放大倍數。 idodudUUA11UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo單端輸出時單端輸出時:信號只從一端輸出。信號只從一端輸出。12beLudidodidod(udrRAUUUUA21212111單）或或beLudidodidod(udrRAUUUUA21212222單）RCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REV1V2UodUid=Uid1-Uid2式中：式中： LCLRRR 13結論：結論：單端輸出時的差模電壓放大倍數為單邊共單端輸出時的差模電壓放大倍數為單邊共射電路電壓放大倍數的一半，且兩輸出端信號的射電路電壓放大倍數的一半，且兩輸出端

7、信號的相位相反。相位相反。 142. 差模輸入電阻差模輸入電阻Uod1Uod2RL2RL2V2V1RCRCUodUid1Uid2IidbeidididididrIUIUR22115Uod1Uod2RL2RL2V2V1RCRCUodUid1Uid2Iid 3. 差模輸出電阻差模輸出電阻雙端輸出時為雙端輸出時為CodRR單）(單端輸出時為單端輸出時為CodRR216三、共模抑制特性三、共模抑制特性UCCRCUC2RLRCUC1Ui2REUEEV1V2UoUic1Uic2Ui1UiC17雙端輸出時，負載雙端輸出時，負載RL上的電流為零，相當上的電流為零，相當于于RL開路。開路。 對共模信號而言，每個

8、管子的射極相當對共模信號而言，每個管子的射極相當于各接有于各接有2RE的電阻的電阻 共模等效通路共模等效通路18RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RE圖圖414 基本差動放大器的共模等效通路基本差動放大器的共模等效通路 R2E191.共模電壓放大倍數共模電壓放大倍數Auc021icococicocucUUUUUA 單端輸出時的共模電壓放大倍數單端輸出時的共模電壓放大倍數EbeCicocicocucicocucicocucRrRUUUUAUUAUUA2)1 (21(2(1(單）單）單）或通常滿足通常滿足(1+)2RErbe，所以上式可簡化為，所以上式可簡化為ECucRRA2(單）雙端

9、輸出時的共模電壓放大倍數雙端輸出時的共模電壓放大倍數RLRL20結論：結論：由于射極電阻由于射極電阻2RE的存在，使單端輸出時的的存在，使單端輸出時的共模電壓放大總倍數大為減小。即差動放大器對共共模電壓放大總倍數大為減小。即差動放大器對共模信號不是放大而是抑制，且模信號不是放大而是抑制，且RE抑制作用越強。抑制作用越強。差動電路能夠克服零點漂移現象的根本原因：差動電路能夠克服零點漂移現象的根本原因：共模信號一般指由于外界影響（共模信號一般指由于外界影響（，T，UCC），引起工作點的漂移，折算到輸入端就是一），引起工作點的漂移，折算到輸入端就是一種共模信號，雙端輸出時，只要對稱性好，則種共模信號

10、，雙端輸出時，只要對稱性好，則UOC=0，可以完全抑制外界的干擾。單端輸出時，可以完全抑制外界的干擾。單端輸出時，由于由于RE的調節作用使輸出大為減少。的調節作用使輸出大為減少。 21 2. 共模輸入電阻共模輸入電阻EbeicicicicicR)(rIUIUR212121 3.共模輸出電阻共模輸出電阻 雙端輸出時為雙端輸出時為 0雙ocR 單端輸出時為單端輸出時為 CocRR單）(RCUoc2RCUoc1UicV1V2Uoc2RER2E22三、共模抑制比三、共模抑制比KCMRucudCMRAAK)(lg20dBAAKucudCMRCbeELucudCMRRrRRAAK)()()(單單單差模：需

11、要放大的有用信號，盡可能的放大。差模：需要放大的有用信號，盡可能的放大。共模：無用的干擾信號，需要抑制。共模：無用的干擾信號，需要抑制。為了衡量差動放大電路對差模信號的放大和對共為了衡量差動放大電路對差模信號的放大和對共模信號的抑制能力，通用共模抑制比來衡量。模信號的抑制能力，通用共模抑制比來衡量。 23KCMR實質上是反映實際差動電路的對稱性。實質上是反映實際差動電路的對稱性。理想情況下：在雙端輸出理想對稱的情況下，理想情況下：在雙端輸出理想對稱的情況下，Auc=0， KCMR。為了定量分析，通常用單端輸出的為了定量分析，通常用單端輸出的KCMR。 24252627v 28四、對任意輸入信號

12、的放大特性四、對任意輸入信號的放大特性UCCRCUC2RLRCUC1Ui1Ui2REUEEV1V2Uo29222121211212112222icidiiiiiicidiiiiiUUUUUUUUUUUUUU2221212121iiididiciiicicUUUUUUUUU差模信號：共模信號：2121iiidididUUUUU差模輸入電壓：30UCCRCUC2RLRCUC1REUEEV1V2Uo221iiUU 221iiUU 221iiUU 221iiUU 31)(21iiudidudoUUAUAU雙端輸出時：icucidudoicucidudoUAUAUUAUAU)(2)(12121單單單端輸

13、出時：)(2121)(2121212211iiudidudoiiudidudoUUAUAUUUAUAU時：當單)(ucudAA32在實際應用中，當在實際應用中，當只有一路只有一路信號源接到差動信號源接到差動放大器的兩個輸入端時：放大器的兩個輸入端時：如兩端都不接地，這種接法稱為如兩端都不接地，這種接法稱為雙端輸入雙端輸入；如信號源一端接地，這種接法稱為如信號源一端接地，這種接法稱為單端輸入單端輸入。33六、放大電路的四種接法v差動放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端，所以信號的輸入端和輸出端有四種不同的連接方式，即（1）單端輸入，單端輸出；（2）雙端輸入，雙端輸出；（3）單端輸入，雙端輸出；（4）

14、雙端輸入，單端輸出。圖4.2.6給出了電路圖。34（a）雙端輸入、雙端輸出）雙端輸入、雙端輸出 （b）雙端輸入、單端輸出）雙端輸入、單端輸出35P79 例4.236374.3 電流源電路及具有電流源的差動放大電路v4.3.1 電流源電路v電流源電路是提供恒定電流的一類電子線路，是組成集成運放的基本單元電路，主要作用是為放大電路提供穩定的偏置電流，或作為放大電路的有源負載。38UCCRrIrIC1V1V2IC2圖圖43 鏡像電流源鏡像電流源 rCCrBECCrRURUUI1111222CrBrCCIIIIIIrrCIII2112) 1(1 一、鏡像電流源一、鏡像電流源問題：為何增加該連線？問題：

15、為何增加該連線？39電流源電路的電路符號如圖電流源電路的電路符號如圖4.3.14.3.1（b），），其中其中ro為交流輸出電阻，鏡像電流源的為交流輸出電阻，鏡像電流源的 ro=rce2，由于，由于rce很大，因此鏡像電流源輸出很大，因此鏡像電流源輸出電流恒定電流恒定4.3.1（b）40IrRrIC1IC2UCCIC3RrIrIC2IC3V3V2V1UCC圖圖45多集電極晶體管鏡像電流源多集電極晶體管鏡像電流源(a)三集電極橫向三集電極橫向PNP管電路管電路(b)等價電路等價電路集成電路中多路鏡像電流源的實現集成電路中多路鏡像電流源的實現41 三、比例電流源三、比例電流源RrIrIC2V2V1R

16、2UCCUBE1UBE2R1IE2IE1IB1IB2 圖圖46比例電流源比例電流源222111RIURIUEBEEBE111lnSETBEIIUU122121lnlnEETEETBEBEIIUIIUUU21SSII222lnSETBEIIUU42室溫下，當兩管的射極電流相差室溫下，當兩管的射極電流相差10倍時：倍時： mVUIIUUUTEETBEBE6010lnln2121rCIRRI212若若1，則，則 IE1Ir, IE2IC2111RRURRUUIrCCrBECCr僅為此時兩管僅為此時兩管UBE電壓電壓(0.7V)的的10%。因此，。因此，UBE1UBE2。2211RIRIEE22211

17、1RIURIUEBEEBE43四、微電流電流源四、微電流電流源RrIrIC2V2V1UCCR2圖圖47微電流電流源微電流電流源2122122ln)(1EETBEBEEIIRUUURI當當 1 1 時 ，時 ，IE1Ir,IE2IC2222lnCrCTIIIUR 已知已知Ir=1mA,要求要求IC2=10A時時kR12101000ln1010102663244 五、威爾遜電流源五、威爾遜電流源RrIrIC2V2V1UCCIE3IC3IC1IB3V3圖圖48 威爾遜電流源威爾遜電流源 22112333332133131231,2CCCEECCCCCBCrrBECCrBEBECCrIIIIIIIII

18、IIIIRUURUUUI45 若三管特性相同，則若三管特性相同，則1=2=3=,rCII)2221 (23利用交流等效電路利用交流等效電路可求出威爾遜電流可求出威爾遜電流源的動態內阻源的動態內阻Ro為：為：ceorR2221123CCCEIIII221333)111 (1CCII)(111 (133CrCIII較大的動態內阻；較大的動態內阻； 輸出電流受輸出電流受的影響也大大減小的影響也大大減小優優 點點464.3.2以電流源為有源負載的放大器以電流源為有源負載的放大器UCCV3V2uoV1uiRr圖圖 4.3.6 有源負載共射放有源負載共射放大電路大電路(a)共射電路共射電路47 433 具

19、有電流源的差動放大電路具有電流源的差動放大電路EETEEQTbeUURIUr2)1 ()1 (TEECTLEECbeEL(CMRUURURURrRRK22單）基本差動放大器，存在兩個缺點：基本差動放大器，存在兩個缺點：一是共模抑制比做不高一是共模抑制比做不高若若UEE=15V，則室溫下，則室溫下，KCMR(單單)的上限約為的上限約為300，而與，而與RE的取值無關。的取值無關。48二是不允許輸入端有較大的共模電壓變化。二是不允許輸入端有較大的共模電壓變化。公共射極電位變化公共射極電位變化差放管的靜態工作電流變化差放管的靜態工作電流變化改變beLidodidodidodudrRUUUUUUA22

20、11rbe改變改變49RCRCUi1V1V2UoUi2 UEEIUCCRCUC2RCUC1Ui1V1V2Uoc UEEV3UB3R1R2R3Ui2UCC圖圖415具有電流源的差動放大器電路具有電流源的差動放大器電路(a)用單管電流源代替用單管電流源代替RE的差動電路的差動電路(b)電路的簡化表示電路的簡化表示恒流源恒流源50CQCBECCQCEQCECQCQCBERECEERRIUUUUIIIRUUIIURRRU1213213332122122靜態工作點的估算：靜態工作點的估算：51一、共模抑制比可做的非常高；一、共模抑制比可做的非常高；二、允許輸入端有較大的共模電壓變化。二、允許輸入端有較大

21、的共模電壓變化。Auc0、 Auc（單）（單）0幾乎不變beLidodidodidodudrRUUUUUUA2211KCMR、 KCMR（單）（單）高高電流源的輸出電阻非常大電流源的輸出電阻非常大rbe幾乎不變幾乎不變52V8V92V1V23V3V4V7IC3IC4IC5V5V6IC61R11kR350kR21k5R43.2kV10V12V13V114.5kC30pR539kR7R67.5kV16V17V15VD1VD2V19V18R850R925V147(15 V)64(15 V)I0534.4 功率放大電路功率放大電路v一個電子設備中通常包含多級放大電路，除了對小信號進行電壓放大的前級放大

22、電路，其輸出級一般還要帶動一定的負載，如揚聲器、繼電器、電動機、儀表、偏轉線圈等，驅動這些負載（執行機構）都需要一定的功率，因此需要能放大大信號的功率放大電路，以高效地把直流電能轉化為按輸入信號變化的交流電能。544.4.1功率放大器的特點及工作狀態分類功率放大器的特點及工作狀態分類從從能量能量控制的觀點來看，都是利用有控制的觀點來看，都是利用有源器件將電源提供的直流功率轉換成負載所源器件將電源提供的直流功率轉換成負載所需的交流功率。需的交流功率。電壓放大器和功率放大器的電壓放大器和功率放大器的相同點：相同點：55電壓放大器的主要要求是使負載得到不失真電壓放大器的主要要求是使負載得到不失真的電

23、壓放大信號，討論的主要指標是電壓放大倍的電壓放大信號，討論的主要指標是電壓放大倍數、輸入和輸出電阻等，輸出功率并不一定大。數、輸入和輸出電阻等，輸出功率并不一定大。功率放大器主要要求獲得一定的不失真的輸功率放大器主要要求獲得一定的不失真的輸出功率，通常是在出功率，通常是在大信號狀態下工作大信號狀態下工作，因此，功，因此，功率放大器包含著一系列電壓放大器中沒有過的特率放大器包含著一系列電壓放大器中沒有過的特殊問題。殊問題。兩者的兩者的不同點：不同點：56一、特點一、特點（1）輸出功率盡可能大）輸出功率盡可能大晶體管常常在接近極限運用狀態下工作。晶體管常常在接近極限運用狀態下工作。技術指標技術指標

24、1：POM負載上得到的最大輸出負載上得到的最大輸出交流交流功功率。率。 (3) 分析方法以圖解法為主。分析方法以圖解法為主。(2) 大信號工作。大信號工作。57(5) 提高效率成為重要的關注點。提高效率成為重要的關注點。 技術指標技術指標3：能量轉換效率能量轉換效率。 (6) 功率器件的安全問題必須考慮。功率器件的安全問題必須考慮。（4）非線性失真矛盾突出）非線性失真矛盾突出 技術指標技術指標2：非線性失真的大小：非線性失真的大小。 在效率高、非線性失真小、安全工作的前提在效率高、非線性失真小、安全工作的前提下，向負載提供足夠大的功率。下，向負載提供足夠大的功率。對功率放大器的要求：對功率放大

25、器的要求：58一般放大器與功率放大器的區別為：一般放大器與功率放大器的區別為： 一般放大器一般放大器功率放大器功率放大器技術要求技術要求Au、Ri、RoPOm、 、非線性失、非線性失真真工作狀態工作狀態小信號狀態小信號狀態大信號狀態大信號狀態分析方法分析方法小信號等效電路分小信號等效電路分析法析法圖解法圖解法59（3）功率放大電路的分類）功率放大電路的分類甲類（甲類（A類）：類）：工作點工作點Q設在設在放大區放大區，對于輸入信號為正，對于輸入信號為正弦波的整個周期內弦波的整個周期內ic 0，即三極管在整個周期都導通。因，即三極管在整個周期都導通。因此導通角此導通角 = 。導通角：通常將一個周期

26、內出現集電極電流部分所對應導通角：通常將一個周期內出現集電極電流部分所對應角度的一半稱為集電極電流的導通角角度的一半稱為集電極電流的導通角iCt0iCuBEQ0(a)甲類甲類(導通角為導通角為180)能量轉換效率能量轉換效率max=50%在沒有交流輸入時，電源功率全在沒有交流輸入時，電源功率全部轉變為管耗。部轉變為管耗。60乙類（乙類（B類）：類）：工作點選在工作點選在導通的閾值點導通的閾值點（UBEQ= UBE(on)，ICQ=0），因此只有在輸入信號的半個周期），因此只有在輸入信號的半個周期內有內有ic，導通角，導通角 = /2。 iCt0iCuBEQ(b)20 (b)B類類(導通角為導通

27、角為90)61甲乙類（甲乙類（AB類）類）：工作點選在放大區中，：工作點選在放大區中，但靠近截止區的地方，導通角但靠近截止區的地方，導通角 0。 當當ui為為負半周負半周時，時，V2導通，導通，V1截止，為射極輸出器，截止，為射極輸出器，uo=ui。iC1流出負載流出負載uo2UCC=36V A.RUILCCCM25281880例例2：上題中若：上題中若-Ucc接地，求：（接地，求：（1）A點的靜態工點的靜態工作點（作點（2）PLM=? 晶體管如何選擇？（晶體管如何選擇？（3）若）若T1、T2兩管性能相同，兩管性能相同，PCM=200mW，ICM=200mA，UBE(CEO)=24V，求，求P

28、LM。 81解：（解：（1）A點靜態電位為點靜態電位為9V。WRUURUPLcesccLomLM422222（2）最大耐壓值：最大耐壓值：U(BR)CEO2UCC=18V 最大集電極電流：最大集電極電流： mA.RUILCCCM1251最大集電極耗散功率：最大集電極耗散功率： W.P.PLmCM802082（3）根據）根據 LmCMP.P20可知可知 W.PPCMLM120因此原來求出的因此原來求出的PLM=4W已超過了最大功耗下的已超過了最大功耗下的PLM。也就是說根據提供參數的。也就是說根據提供參數的T1、T2管得到的管得到的功放，輸出功放，輸出Uo最大時不能達到最大時不能達到Ucc/2。

29、根據提供的根據提供的ICM，可知達到，可知達到ICM時的時的Uom=ICMRL=200mA 8 =1.6V。 W.RUPLomLM160826122283P91 例例4.584三、復合管及準互補跟隨乙類功率放大器三、復合管及準互補跟隨乙類功率放大器(OCL電路電路)組成復合管的原則有以下幾點：組成復合管的原則有以下幾點：(1)電流流向要一致。電流流向要一致。(2)各極電壓必須保證所有管子工作在放大區，各極電壓必須保證所有管子工作在放大區，即保證即保證e結正偏，結正偏，c結反偏。結反偏。 (3)因為復合管的基極電流因為復合管的基極電流iB等于第一個管子的等于第一個管子的iB1，所以復合管的性質取決于第一個晶體管的，所以復合管的性質取決于第一個晶體管的性質。性質。85(a)cebcebIbIeIc 圖圖96復合管的組成復合管的組成 (a)等效為等效為NPN管；管；(b)等效為等效為PNP管；管； (c)等效為等效為PNP管；管；(d)等效為等效為NPN管管 86(b)cebcebIbIeIc 圖圖96復合管的組成復合管的組成 (a)等效為等效為NPN管；管；(b)等效為等效為PNP管；管； (c)等效為等效為PNP管；管；(d)等效為等效為NPN管管 87(c)ecbecbIbIcIe 圖圖96復合管的組成復合管的