第4章放大器基础-1-5.

4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础1第4章放大器基础概述4.1偏置电路和耦合方式4.2放大器的性能指标4.3基本组态放大器4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器4.7放大器的频率响应4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础2概述在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础3按信号强弱分：小信号放大器大信号放大器按电路结构分：直流放大器交流放大器(线性放大器)(非线性放大器)(多用于集成电路)(多用于分立元件电路)放大器分类按信号特征分：宽频带放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器谐振放大器(放大语音信号)(放大图像信号)(放大脉冲信号)(放大高频载波信号)4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础4保证半导体器件工作在放大模式放大器组成框图耦合电路耦合电路输出负载输入信号直流偏置电路外围电路具有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心将放大器输出端与输出负载进行连接。将输入信号源与放大器输入端进行连接。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础54.1偏置电路和耦合方式4.1.1偏置电路设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。对偏置电路的要求提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、C结反偏。当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。例如：温度升高，三极管参数、ICBO、VBE(on)，而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础6QiCtICQtvCEOVCEQibQ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：Q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。QibibiCvCEOQO4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础7三极管偏置电路(1)固定偏流电路VCCRCRBIBICQ点估算：BBE(on)CCBQRVVIBQCBOBQCQ)1(IIIICCQCCCEQRIVV电路优点：Q点设置方便，计算简单。电路缺点：不具有稳定Q点的功能。T时、ICBO、VBE(on)ICQQ点升高4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础8(2)分压偏置电路Q点估算：B2B1CCB2BQRRVRVEBE(on)BQEQCQRVVII)(ECCQCCCEQRRIVV电路优点：TICQVCCRCRB1IBQI1RB2RECE(固定)/CQBQII具有稳定Q点的功能。VEQ(=ICQRE)VBEQ(=VBQVEQ)IBQICQ假设I1IBQ则4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础9存在问题：工程上，常选用：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大VBEQ越大Q点越稳定VCEQ越小输出动态范围越小VEQ=0.2VCC或VEQ=1~3VRB1、RB2过大不满足I1IBQ工程上，常选用：I1=(5~10)IBQ则VBQ不稳定RB1、RB2过小放大器Ri减小4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础10例：试设计一分压偏置电路，要求ICQ=1mA，VCEQ=4.5V。已知VCC=9V，=100。VCCRCRB1IBQI1RB2RECE解(1)取0.20.291.8EQCCVVVV求得//1.8/11.8EEQEQEQCQRVIVIVmk(2)取11010/0.1BQBQIIImIBQ可忽略，则121/90BBCCRRVIk又2121()/()BQCCBBBBEonEQVVRRRIVV()212()25BEonEQBBBCCVVRRRkV1902565BRkkk(3)()CEQCCCQCEVVIRR2.7CCCEQCECQVVRRkI4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础11场效应管偏置电路(1)分压偏置电路Q点估算：电路特点：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。VDDTSRG1RG2RDRSGIDSDQG2G1DDG2GSQRIRRVRV2GS(th)GSQOXDQ)(2VVlWCI)(SDDQDDDSQRRIVV4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础12(2)自偏置电路Q点估算：电路特点：故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管。VDDSRGRDRSGIDSDQGSQ0RIV)(SDDQDDDSQRRIVV2GS(off)GSQDSSDQ1VVII由于VDS与VGS极性始终相反，例如，JFET、DMOS管。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础13(3)零偏置电路Q点估算：电路特点：由于VGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。0GSQV)(SDDQDDDSQRRIVVVDDSRGRDGID2GS(th)GSQOXDQ)(2VVlWCI由于RS=0，故该电路不具有稳定Q点的功能。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础14(4)双电源偏置电路(5)恒流源偏置电路4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础154.1.2耦合方式放大器与信号源、放大器与负载以及放大器级与级之间的连接方式称为耦合方式。交流信号正常传输。为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合方式必须保证：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：集成电路中广泛采用的一种耦合方式——直接耦合。具有隔直流作用的耦合方式——电容耦合、变压器耦合。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础16电容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+--+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+直流工作时：由于CB、CC具有隔直流作用，因此信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级Q点相互独立。交流工作时：由于CB较大，在信号频率上近似看作短路。因此，CB的接入不会影响信号的正常传输。电路缺点：体积大，不易集成。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础17直接耦合各级之间不经过任何元件直接相连。直接耦合方式：电路优点：频率特性好，便于集成。存在问题：级间直流电平配置问题。零点漂移问题。VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础18级间直流电平配置问题一结果：T1管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。由图E2CQ2BE(on)2CEQ1RIVV若RE2=0，。则V7.0BE(on)2CEQ1VV后级接入RE，扩大前级动态范围。解决方法：VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础19工作在放大模式时：加电平位移电路解决方法：BQ1BQ2BQ3CQ3VVVV)(E3C3CQ3CCCEQ3RRIVV由图E3CQ3BE(on)3BQ3RIVV越往后级VBQnICQnVCEQn输出动态范围VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTnVBQ3VCQ3VBQ2VBQ14.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础20采用PNP管的电平位移电路：利用NPN管与PNP管电位极性相反的特点，将直流电平下移，扩大后级的输出动态范围。VCCRC2RET2RC1T1RB+--+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1VBQ1放大模式NPN管放大模式PNP管VCQ2VBQ2=VCQ14.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础21零点漂移：指vi=0时，输出端静态电压的波动。第一级采用低温漂的差分放大器。解决方法：则第一级Q点变(VCEQ1+V)，温度漂移：因温度变化引起的漂移，简称温漂。温漂危害：若温度变淹没有用信号。例如：假设直接耦合放大器原输出端静态电压为VCEQn，V经后级逐级放大输出静态电压变为(VCEQn+AvnV)当漂移严重即V较大时，温漂信号有可能淹没有用信号，使电路丧失对有用信号的放大能力。电容耦合放大器由于电容的隔直作用，温漂很小，可忽略。零点漂移问题二4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础22放大器的组成原则：直流偏置电路(即直流通路)要保证器件工作在放大模式。交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号vi时，应有vo输出。判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础23就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络：4.2放大器的性能指标线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放大器性能的主要指标有：增益A。输入电阻Ri、输出电阻Ro、4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础244.2.1输入电阻、输出电阻、增益输入电阻对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viiiiiiivR定义上式中，Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础25输出电阻对输出负载而言(根据戴维宁定理和诺顿定理)，任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻Ro。或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot：负载开路时vi或ii在电路输出端产生的开路电压。ion：负载短路时vi或ii在电路输出端产生的短路电流。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础26输出电阻Ro计算：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框图)iv+-放大器RS(Ro的定义)令负载电阻RL开路，信号源为零。在输出端外加电压v，则产生电流i。ivRo定义Ro反映放大器受负载电阻RL的影响程度。4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础27小信号放大器四种电路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器RSRivS+-+-vi互导放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器4.1偏置和耦合4.2放大器性能指标4.3基本组态放大器第4章放大器基础28放大器的增益：增益(放大倍数)不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。A=xo/xi电压放大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压增益：开路电压增益：iovvAv源电压增益：isisiios