1、第十五章 基本放大电路,15.1 基本放大电路,15.2 放大电路的静态分析,15.3 放大电路的动态分析,15.4 静态工作点的稳定,15.5 射极输出器,15.6 放大电路的频率特性,15.7 多级放大电路及其级间耦合方式,15.8 差动放大电路,15.9 互补对称功率放大电路,15.10 场效应管及其放大电路,15.1 基本放大电路,电路中各元件的作用如下：,晶体管 T 晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，在集电极电路获得放大了的电流 iC，该电流受输入信号的控制。,集电极电源电压 UCC 电源电压 UCC 除为输出信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。
2、,集电极负载电阻 RC 集电极负载电阻简称集电极电阻，它主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。,偏置电阻 RB 它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。,耦合电容 C1 和 C2 它们一方面起到隔直作用，C1 用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路，而 C2 用来隔断放大电路与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另一方面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。,15.2 放大电路的静态分析,对放大电路分析可以分为静态和动态两种情况分
3、析,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析是要确定放大电路的静态值(直流值) IB ， IC ， UBE 和 UCE。,1. 用放大电路的直流通路确定静态值,可用右图所示的直流通路来计算静态值,硅管的 UBE 约为 0.6 V，比UCC 小得多，可以忽略不计。,例 1 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k，RB = 300 k， ，试求放大电路的静态值。,解,2. 用图解法确定静态值,根据,可得出：,在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条(由 IB 确定)输出特性曲线的交点 Q 称为放大电路的静态工作点，由它确定放
4、大电路的电压和电流的静态值。,O,IB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,2,3,2,4,6,8,10,12,图解过程:,IC / mA,UCE /V,直流负载线:,基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点， IB 称为偏置电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整 IB 的大小。,例 2 在共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k， RB = 300 k，晶体管的输出特性曲线如图。(1)作出直流负载线，(2)求静态值。,解 (1) 由 IC = 0 时， UCE = U
5、CC = 12 V，和 UCE = 0 时，,可作出直流负载线。,O,IB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,2,3,2,4,6,8,10,12,M,IC / mA,UCE /V,(2) 由,得出静态工作点 Q，静态值为,O,IB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,2,3,1.5,2,4,6,8,10,12,M,IC / mA,UCE /V,15.3 放大电路的动态分析,放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况，考虑的只是电压和电流的交流分量，确定放大电路的电压放大倍数 Au ，输入电阻 ri 和输出电阻
6、ro,一、 微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,(1) 晶体管的微变等效电路,在晶体管的输入特性曲线上，将工作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，当 UCE 为常数时，UBE 与 IB 之比,称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，rbe是一常数，由它确定 ube和 ib 之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。,低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算,rbe 是对交流而言的一个动态电阻。,晶体管
7、输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的平行直线，当 UCE 为常数时，IC 与 IB 之比,即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件下， 是一常数，由它确定 ic受 ib 的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic = ib 等效代替。,晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为常数时，UCE 与 IC 之比,称为晶体管的输出电阻，在小信号的条件下，rce 也是一常数，在等效电路中与 ib 并联，由于rce 的阻值很高，可以将其看成开路。,由以上分析可得出晶体管的微变等效电路,(2) 放大电路的微变等效电路,先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，电容可视作
8、短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将交流通路中的三极管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。,当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。,(3) 电压放大倍数的计算,由上图可列出,故放大电路的电压放大倍数,当放大电路输出端开路(未接 RL )时,比接 RL 时高，可见 RL 越小，电压放大倍数越低。,式中,(4) 放大电路输入电阻的计算,如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和 ri 的分压，使实际加到放大电路的输入电压 Ui 减小，从而减小输出电压；因此，通常
9、希望放大电路的输入电阻能高一些。,放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即,它是对交流信号而言的一个动态电阻。,以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为,共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。,注意： ri 与 rbe 意义不同不能混淆。,(5) 放大电路输出电阻的计算,如果放大电路的输出电阻较大(相当于信号源的内阻较大)，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻低一些。,放大电路对负载(或对后级放大
10、电路)来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电阻。,放大电路的输出电阻可在信号源短路( )，和输出端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当 ，电流源相当于开路，故,RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。,二、图解法,首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和 uce 即(uo)。,由图解分析可得出:,(1)交流信号的传输情况：,O,uBE/V,Q1,Q,Q2,60,40,20,O,O,60,40,20,0.58,0.6,0.62,UBE,t,t,iB / A,
11、在输入特性上作图,(ui ),uBE/V,iB / A,IB,(ib),O,IB = 40 A,20,60,80,3,Q,1. 5,6,12,N,0,M,t,O,O,Q2,2.25,0.75,2.25,1.5,0.75,IC,3,9,3,6,9,接负载后，Uom 减小, Au下降。,t,Q1,空载输出电压,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,(ic),UCE,uo = uce,(2)电压和电流都含有直流分量和交流分量，即,(3)输入信号电压 ui 和输出电压 uo 相位相反。,此外，还要求放大电路输出信号尽可能不失真，所谓失真,是指输出信号的波形不像输入信号的波形。引起失真
12、最常见的原因是由于静态工作点不合适或者信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围。这种通常称为非线性失真。,Q1,5,ib,(a) 工作点偏低引起 ib 失真, 工作点偏低引起截止失真,(ui ),O,IB = 5 A,20,60,80,3,1. 5,6,12,t,O,O,Q,2.25,0.75,2.25,1.5,0.75,3,9,40,0,(b)工作点偏低引起 ic、uce (uo)失真,0.25,0.25,t,截止失真,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,(iC),uo = uce,O,20 A,40 A,80 A,1,2,3,IB = 0,Q,t,
13、O,O, 静态工作点偏高引起饱和失真,IB = 60 A,t,饱和失真,iC / mA,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,ib(不失真）,返回,15.4 静态工作点的稳定 1、影响静态工作点的因素是什么？ 2、图15.1.2所示放大电路能否稳定静态工作点？为什么？如何才能使静态工作点稳定? 3、画出分压式偏置放大电路的直流通路，计算静态值VB、IB、IC、UCE。 4、满足什么条件， VB、IE、IC与晶体管参数几乎无关，不受温度变化的影响？ 5、分压式偏置放大电路稳定静态工作点的实质是什么？射极电阻RE对稳定性能的影响？ 6、画出分压式偏置放大电路的交流通路，微变等效
14、电路，对比有Ce旁路和部分旁路两种情况下的Au、ri、ro。,15.4 静态工作点的稳定,放大电路不仅要有合适的静态工作点，而且要保持静态工作点的稳定。由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值 IC 发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流,当 RB 一经选定后，IB 也就固定不变，这种称为固定偏置放大电路，它不能稳定静态工作点。为此，常采用分压式偏置放大电路。,由直流通路可列出,若使,则,基极电位,可认为VB 与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和RB2 的分压电路所固定。,若使,则,因此，只要满足 和 两个条件，VB 和 IE 或 IC
15、就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取 I2 =(5 10) IB 和 VB = (5 10)UBE 。,这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起 IC 增大时，发射极电阻 RE 上的压降增大，使 UBE 减小，从而使 IB 减小，以限制 IC 的增大，工作点得以稳定。,电容 CE 的作用是使交流旁路，防止 RE 上产生交流压降降低电压放大倍数， CE 称为交流旁路电容。,例 1 在分压式偏置放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 2 k， RE = 2 k，RB1 = 20 k， RB2 = 10 k， RL = 6
16、 k，晶体管的 。(1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的 Au， ri 和 ro 。,解 (1),(2),例 1 在分压式偏置放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 2 k， RE = 2 k，RB1 = 20 k， RB2 = 10 k， RL = 6 k，晶体管的 。(1)试求静态值；(2)画出微变等效电路；(3)计算该电路的 Au， ri 和 ro 。,(3),15.6 射极输出器 1、图15.6.1属于何种接法？ 2、画出直流通路，计算静态值。 3、画出交流通路，微变等效电路，计算Au、ri、ro。 4、射极输出器的特点是什么？,15.6 射极输出器,射
17、极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。,用直流通路确定静态值：,一、 静态分析,二、 动态分析,由射极输出器的微变等效电路可得出,1. 电压放大倍数,式中,2. 输入电阻,射极输出器的输入电阻很高。,因 rbe (1 + )RL ，故 ，两者同相，大小基本相等，但 Uo 略小于 Ui ，即 接近 1，但恒小于1。,3. 输出电阻,可用右图计算输出电阻，将信号源短路，保留其内阻RS ，RS 与 RB并联后的等效电阻为 。在输出端将 RL 取去，外加一交流电压 ，产生电流 。,通常,故,例如， = 40，rbe= 0.8 k，RS = 50 ， RB = 120 k，由此得,可见射极
18、输出器的输出电阻是很低的。,射极输出器的主要特点是：电压放大倍数接近 1；输入电阻高；输出电阻低。因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级。,例 1 用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：UCC = 12 V，1 = 60，RB1 = 200 k，RE1 = 2 k ，RS = 100 。后级的数据同例 10.3.1，即 RC2 = 2 k， RE2 = 2 k， RB1 = 20 k， RB2 = 10 k， RL = 6 k， 2 = 37.5，试求：(1)前后级放大电路的静态值；(2)放大电路的输入电阻 ri 和输出电阻 ro ；(3)各级电压放大倍数
19、Au1， Au2 及两级电压放大倍数 Au。,解 由于电容有隔直作用，各级放大电路的静态值可以单独考虑。同时耦合电容上的交流压降可以忽略不计，使前级输出信号电压差不多无损失的传送到后级输入端。,(1) 前级静态值为,后级静态值同 10.3 节例 1，即,(2)放大电路的输入电阻,式中,为前级的负载电阻，其中 ri2 为后级的输入电阻，已在 10.3 节 例 1 中求得，ri2 = 0.79 k，于是,输出电阻,(3) 计算电压放大倍数,前级,后级(见 10.3 节例 1),两级电压放大倍数,15.5 放大电路的频率特性,为了分析简便，我们前面讲到的交流放大电路的输入信号都设定为单一频率的正弦信
20、号。但在实际应用中，放大电路的输入信号往往是非正弦量的。,由于在放大电路中一般都有电容元件，如耦合电容、旁路电容以及晶体管的极间电容和连线分布电容等。它们对不同频率的信号所呈现的容抗值是不相同的。因此放大电路对不同频率的信号在幅度上和相位上放大的效果不完全一样。,这样就会产生幅度失真和相位失真，统称为频率失真。我们要讨论放大电路的频率特性。,频率特性又分为幅频特性和相频特性。,幅频特性表示电压放大倍数的模|Au|与频率 f 的关系；,相频特性则表示输出电压相对于输入电压的相位移与频率 f 的关系。,下图 是共发射极放大电路（图15.4.1）的频率特性,它说明，在放大电路的某一段频率范围内，电压
21、放大倍数|Au|=|Auo|，它与频率无关，输出电压相对于输入电压的相位移为180度。随着频率升高或降低，电压放大倍数都要减小，同时相位也发生变化。,当放大倍数下降为 时所对应的两个频率，分别为下限频率f1 和上限频率f2 。在这两个频率之间的频率范围称为放大电路的通频带。,希望通频带宽一些，让非正弦信号中幅值较大的各次谐波频率都在通频带的范围内，尽量减小频率失真。,在电子工业技术中，最常用的是低频放大电路，其频率范围约为2010000Hz。在分析放大电路的频率特性时，再将其分为低、中、高三个频率段。,在中频段，由于耦合电容和发射极电阻旁路电容的容量较大，故对中频率段信号讲其容抗很小，视为短路
22、。加上晶体管的极间电容和联线分布电容，都可以等效为C0，并且容量很小，对中频率段信号的容抗很大，视为开路。所以，在中频段，可以认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。,在低频段，由于信号频率较低，耦合电容的容抗较大，其分压作用不能忽略，以致实际送到晶体管输入端的电压Ube比输入信号Ui 要小，故放大倍数要降低。同样，发射极电阻旁路电容的容抗不能忽略，也使放大倍数降低。在低频率段，C0的容抗比中频率段更大，仍看作开路。,在高频段，由于信号频率比较高，耦合电容和发射极电阻旁路电容的容抗比中频率段更小，故看作短路。但C0的容抗将减小。此外，在高频率段电压放大倍数的降低，还由于
23、高频率时电流放大系数下降的原因。,耦合,耦合方式： (1)直接耦合 (2)阻容耦合 (3)变压器耦合 (4)光电耦合,多级阻容耦合放大电路,为获得足够大的放大倍数,需将单级放大器串接,组成多级放大器,要求,动态: 传送信号,减少压降损失,耦合电路：,静态：保证各级Q点设置,波形不失真,对耦合电路要求：,多级阻容耦合放大器的分析,(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。 (3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。 (5)总输入电阻ri即为第一级的输入电阻ri1 。 (6
24、)总输出电阻即为最后一级的输出电阻.,多级放大电路的分析方法,对前级来说：后级是它的负载，RL1 = ri2,对后级来说：前级是它的信号源， RS2 = ro1 ， ui2 = uo1,Vo1 = Vi2 是有载电压 （带负载时的电压） 不是开路电压 Vo1!,多级放大电路及其级间耦合方式,实际应用中对放大电路的要求： 增益、输入阻抗、输出阻抗,需要多级放大,常用耦合方式：,阻容耦合 变压器耦合,直接耦合,交流耦合,fL高！,分立元件,fL0,集成电路,直接耦合放大电路的特殊问题 一、 级间直流电位匹配问题,1.级间电平匹配问题,2.级间电平匹配方法提高后级射极电位,要求前级输出给后级提供合适
25、的工作点（电流、电压）,二、 零点漂移问题,什么是零点漂移？,本质：工作点漂移 危害：逐级放大输入级的零漂影响最大！,差放作输入级,15.7 差分放大电路 15.7.1 差放的组成及基本特性,组成对称结构（两管特性相同，电阻相等）两个输入端： ui1 、ui2两个输出端： uo1 、uo2,T1,T2,RC,RC,+VCC,uo,uo1,uo2,+,_,ui1,ui2,图16.9.1 差分放大电路,+,_,+,_,RB1,RB1,RB2,RB2,2.零点漂移的抑制 静态时，IC1= IC2 , VC1= VC2 uo = VC1 VC20,温度升高时，两边的变化量相等，即 IC1= IC2 ，
26、 VC1= VC2 uo= (VC1 VC1 )( VC2 VC2) 0 零点漂移完全被抑制了。,对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移具有抑制作用。这是它的突出优点。,3.信号输入 （1）共模输入 ui1 =ui2（大小相等，极性相同）uo = 0， 即共模放大倍数 AC=0,说明：实际上，差动电路对零点漂移的抑制是该电路抑制共模信号的一个特例。因为无论是温度变化，还是电源电压波动，都会引起两管的电流、电压相同的变化， 即同向漂移，相当于输入一对共模信号。所以，差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。,（2）差模输入 ui1 =ui2（大小相等，极性相反）,（3）比较输
27、入 |ui1|ui2|,15.7.2 典型差分放大电路 一、电路特点,1.结构特点 多加了电位器RP、发射极电阻RE和负电源VEE,2. RE的作用,RE的主要作用：稳定工作点，从而抑制每个管子的漂移，进一步减小输出端的漂移。 RE也称为共模抑制电阻。,3.调零电位器RP,由于电路不完全对称，故当ui=0时，uo不一定等于零。这时，可通过调节RP来使VC1= VC2，静态时uo =0 RP的阻值不宜过大，一般几十欧到几百欧之间。,二、静态分析,由于电路对称，画出单管直流通路计算静态值即可。,以上分析表明： 负电源VEE的作用是用来抵偿RE两端的直流压降，获得合适的Q点。,三、动态分析,1.双端
28、输入-双端输出,各变量反向变化IC1= IC2 , VC1= VC2 , IE1= IE2 IRE=0 RE中的电流不变，交流短接。,VC1 ,VC2,变化量相等， RL中点电位不变，RL的中点相当于交流接地。,单管差模电压放大倍数：,双端输出电压：,同理,双入双出的差模电压放大倍数：,与单管的放大倍数相等,则每管各带一半负载电阻,交流通路,说明：RE对差模信号不起作用,(3) 差模输出电阻,差模输入电阻 （从信号两端看，不是对地！）,交流通路,2.单端输入-单端输出,在单端输入的差放电路中，当RE足够大时，两管所取的信号可以认为是一对差模信号。这样，单端输入和双端输入的效果是一样的。,四、
29、共模抑制比KCMR,KCMR = Ad/Ac 或KCMR = 20lg Ad/Ac(dB),KCMR意义,抑制共模和稳定工作点的关系 工作点漂移可看成是共模信号的作用 抑制共模和稳定工作点是一致的 提高共模抑制能力：-匹配精度, RE 双端输出 靠RE的负反馈和电路对称(对消)； 单端输出 只靠RE的负反馈。,15.7 差分放大电路,差分放大电路用两个晶体管组成，电路结构对称，在理想情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因此，两管的静态工作点也必然相同。,1、静态分析,在静态时，ui1= ui2 = 0，,则 IC1= IC2 ， VC1 = VC2 ，,故输出电压,uO = VC1
30、 VC2 = 0,差分放大电路的优点是具有抑制零点漂移的能力。,一、差动放大电路的工作情况,什么是零点漂移？,一个理想的放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变(不一定是零)。但实际上，主要由于环境温度的变化，输出电压并不保持恒定，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象称为零点漂移(或称零漂)，它影响放大电路的工作。,对差分放大电路，由于电路的对称性，当温度变化时，两边的变化量相等，即,IC1 = IC2 ， VC1 = VC2,虽然每个管子都产生了零点漂移，但是，由于两集电极电位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即,uO = VC1 + VC1 (VC2 + VC2 ) = V
31、C1 VC2 = 0,零点漂移完全被抑制了。,电位器 RP 起调零作用，因为电路不可能完全对称，静态时输出电压不一定等于零，可通过调节 RP 使静态输出电压为零。,在静态时，设 IB1 = IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽略阻值很小的 RP 可列出,上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流,发射极电位 VE 0,每管的基极电流,每管的集 射极电压,接入 RE 是为了稳定和获得合适的静态工作点，负电源 EE 用来抵偿 RE 上的直流压降。,2、动态分析,1. 共模输入,两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即 ui1 = ui2 ，这样的输入称为共模输入。,在共模
32、输入信号的作用下，若电路完全对称时，两管集电极电位的变化相同，因而，输出电压等于零，所以对共模信号没有放大能力，亦即放大倍数为零。,2. 差模输入,两个输入电压的大小相等，而极性相反，即 ui1= ui2 ，这样的输入称为差模输入。,设 ui1 0 ，ui2 0 ，IC2 0 。故,uO = VC1 VC2,可见，在差模输入时，输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍。,由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过 RE 的电流近于不变，RE 上没有差模信号压降，故 RE 对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。,单管差模电压放大倍数,同理可得,双端输出电压为,双端输
33、入双端输出差分电路的差模电压放大倍数为,当在两管的集电极之间接入负载电阻时,式中,两输入端之间的差模输入电阻为,两集电极之间的差模输出电阻为,例 1 在前图所示的差分放大电路中，已知UCC = 12V， EE = 12V， = 50， RC = 10 k， RE =10 k， RB = 20 k， RP = 100 ，并在输出端接负载电阻 RL = 20 k，试求电路的静态值和差模电压放大倍数。,解,式中,3. 比较输入,两个输入信号电压既非共模，又非差模，它们的大小和相对极性是任意的，这种输入常作为比较放大来运用。差值电压(ui1 ui2 )经放大后，输出电压为,为了便于分析，可将这种信号分
34、解为共模分量和差模分量，例如,ui1 = 10 mV = 2 mV + 8 mV,ui2 = 6 mV = 2 mV 8 mV,其中， 2 mV 是共模分量，8 mV 和( 8 mV)是差模分量。,为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，通常引用共模抑制比 KCMRR 来表征,其值越大越好。,返回,二、基本型差动放大器,uo= uC1 - uC2,uC1,uC2,2.优点：抑制温漂 原理如下:,uo= uC1 - uC2 = 0,uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0,当ui1 = ui2 = 0 时，,当温度变化时：,对称性,uC1 = uC
35、2, uC1 = uC2,1. 双端输入双端输出,由R的分压，各晶体管的差模输入为总信号ui的一半，但极性相反。,考虑对称性,(1) 静态分析,(2) 动态分析,RE对差模信号不起作用，因而单管差模电压放大倍数：,同理,双端输出电压为,当两管集电极之间接入负载电阻RL时，差模电压放大倍数：,其中,两输入端之间的差模输入电阻：,两集电极之间的差模输出电阻：,尽管信号由单端输入，而由于RE的耦合作用使两管同时取得信号。,2. 单端输入单端输出,因为T1集电极电流IC1增大，其IE1也要增大。在RE中,若RE足够大，(IE1 + IE2 )0，则RE是开路的，这样每只晶体管各得到一半输入信号。,单端
36、输出是的电压放大倍数(若同相输出则取+号),(为双端输出时的一半),3.共模电压放大倍数AC,当ui1 = ui2（大小相等，极性相同），共模输入信号,设ui1 ， ui2 ，使uC1 ， uC2 。因ui1 = ui2， uC1 = uC2 uo= 0 (理想化)。但因两侧不完全对称， uo 0,（很小，1),4.差模电压放大倍数Ad,当ui1 =- ui2（大小相等，极性相反），差模输入信号,(很大，1),5.共模抑制比(CMRR)的定义,例: Ad=-200Ac=0.1CMRR=20 log (-200)/0.1 =66 db,CMRR Common Mode Rejection Rat
37、io,15.10 互补对称功率放大电路,一、 对功率放大电路的基本要求,在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级，对功率 放大电路的基本要求是：,(1) 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。晶体管往往工作在极限状态。,(2) 效率要高。所谓效率，就是负载得到的交流信号功率与电源供给的直流功率之比值。,放大电路有三种工作状态,(1) 甲类工作状态,静态工作点 Q 大致在负载线的中点。这种工作状态下，放大电路的最高效率为 50%。,(2) 甲乙类工作状态,(3) 乙类工作状态,静态工作点 Q 沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失真。,静态工作点下移到 IC 0 处 ，管耗更小，但输出波形只剩半
38、波了。,二、 互补对称放大电路,1. 无输出变压器(OTL)的互补对称放大电路,图中两个晶体管T1 (NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。,静态时，调节 R3 ，使 A 点的电位为 ；,输出耦合电容 CL上的电压也等于 ；,R1 和 D1、D2 上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。,在 ui 的正半周， T1导通， T2截止，电流 iC1自上而下流过负载RL ；在 ui 的负半周， T1截止， T2导通，电流 iC2自下而上流过负载 RL 。,在 ui 的一个周期内，电流 iC1 和 iC2 以正反方向交替流过负载 RL ，在 RL 上合成而得出一个交流输出信号电压 uo。
39、,电流是靠电容 CL 放电形成的，为了使输出波形对称，CL 的容量必须足够大。,这种功率放大电路在理想情况下的效率为 78.5%。,2. 无输出电容(OCL)的互补对称放大电路,OCL 电路需用正负两路电源。其工作原理与 OTL 电路基本相同。,3. 电路中增加复合管,增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。,复合管的构成方式：,方式一：, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,15.11 场效应管及其放大电路,一、 绝缘栅场效应管,结构示意图,N 沟道增强型绝缘栅场效应管,构成：用一块杂质浓度较低的 P 型薄硅片作为衬底，其上扩散两个相距很近的高掺杂 N+型区，并在表面
40、生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层。再在两个 N+ 型区之间的二氧化硅绝缘层的表面及两个N+型区的表面分别安置三个电极：栅极 G、源极 S 和漏极 D。,当在柵极和源极之间加正向电压但数值较小时(0 UGS UGS(th)，由柵极指向衬底方向的电场吸引电子向上移动，填补空穴在 P 型硅衬底的上表面形成耗尽层，此时仍然没有漏极电流。,第1章 1.6,当栅源电压 UGS = 0 时，D 与 S 之间是两个 PN 结反向串联，无论 D 与 S 之间加什么极性的电压，总有一个 PN 结是反向偏置的，漏极电流 ID 均接近于零。,由于柵极是绝缘的，柵极电流几乎为零，栅源电阻(输入电阻)RGS 很高，最高可达
41、1014 。,当 UGS 大于一定数值时(UGS UGS(th)，在栅极下 P 型半导体表面形成 N 型层，通常称它为反型层。这就是沟通源区和漏区的 N 型导电沟道(与P型衬底间被耗尽层绝缘)。UGS 正值越高，导电沟道越宽。,P型硅衬底,N,+,+,B,S,G,D,。,耗尽层,N+,N+,UGS +,EG,形成导电沟道后，在漏源电压 UDS 的作用下，将产生漏极电流 ID ，管子导通。,在一定的漏源电压UDS 下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压，用 UGS(th)表示。,只有当 UGS UGS(th) 后， ID 才随栅源电压的变化而变化，这就是 N 沟道增强型绝缘栅场效应
42、管的栅极控制作用。,N 沟道增强型绝缘栅场效应管的导通,N 沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线,(1) 转移特性,栅源电压对漏极电流的控制特性,(2) 输出特性,P 沟道增强型绝缘栅场效应管,其工作原理与 N 沟道管相似，接线时应调换电源的极性，电流方向也相反。,跨导是表示场效应管放大能力的参数，它是当漏源电压 UDS 为常数时，漏极电流的增量 ID 与引起这一变化的栅源电压的增量 UGS 的比值，即,漏源击穿电压UDS (BR) 、栅源击穿电压 UGS (BR)以及漏极最大耗散功率 PDM是管子的极限参数，使用时不可超过。,场效应管和双极型晶体管的比较,二、场效应管放大电路,1、自给偏压 偏
43、置电路,静态值：,RS：源极电阻；,CS：源极旁路电容；,RG：栅极电阻；,RD：漏极电阻；,C1、C1 ：耦合电容；,下图是 场效应管的分压式偏置共源极放大电路,静态时，电阻 RG 中无电流，栅源电压为,式中 UG 为栅极电位。,当有输入信号时，由交流通路可得输出电压为,式中,电压放大倍数为,式中的负号表示输出电压和输入电压反向。,放大电路的输入电阻为,放大电路的输出电阻为,例 1 在分压式偏置共源极放大电路中，已知 UDD = 20 V， RD = 5 k ， RS = 1.5 k , RG1 = 100 k， RG2 = 47 k, RG = 2 M， RL = 10 k，gm = 2 mA/V， ID = 1.5 mA。试求：(1)静态值；(2)电压放大倍数。,解 (1)静态值,(2) 电压放大倍数,下图是由场效应管构成的源极输出器，它和晶体管的射极输出器一样，具有电压放大倍数小于但近于 1，输入电阻高输出电阻低等特点。,(4)通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,
