第 3 章 放大电路基础 3.1 放大电路的基础知识 3.2 三种基本组态放大电路 3.3 差分放大电路 3.4 互补对称功率放大电路

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1 第 3 章 放大电路基础 3.1 放大电路的基础知识 3.2 三种基本组态放大电路 3.3 差分放大电路 3.4 互补对称功率放大电路
3.1　放大电路的基础知识 3.2　三种基本组态放大电路 3.3　差分放大电路 3.4　互补对称功率放大电路 3.5　多级放大电路 3.6　放大电路的调试与测试*

2 第 3 章 放大电路基础 3.1　放大电路的基础知识 放大电路的组成 放大电路的主要性能指标

3 3.1.1 放大电路的组成 一、组成框图 – 信 号 源 放大 电路 负 载 直流电源 二、多级放大电路 第 一 级 第 二 级 第 三 级
第 3 章　放大电路基础 放大电路的组成 一、组成框图 RS + us – 信 号 源 放大 电路 负 载 RL RS is 直流电源 二、多级放大电路 第 一 级 第 二 级 第 三 级 信号输入 信号输出

4 三、放大电路的四端网络表示 放大 电路 – ui — 输入电压 us — 信号源电压 uo — 输出电压 Rs — 信号源内阻
第 3 章　放大电路基础 三、放大电路的四端网络表示 １ 1 2 2 + us – 放大 电路 RS ui uo RL io ii ui — 输入电压 us — 信号源电压 uo — 输出电压 Rs — 信号源内阻 ii — 输入电流 RL — 负载电阻 io — 输出电流

5 3.1.2 放大电路的主要性能指标 – 放大 电路 一、 放大倍数 电压放大倍数 Au = uo/ui 电压增益
第 3 章　放大电路基础 放大电路的主要性能指标 1 1 2 2 + us – 放大 电路 RS ui uo RL io ii 一、 放大倍数 电压放大倍数 Au = uo/ui 电压增益 Au (dB) = 20lg |Au| 电流放大倍数 Ai = io/ ii 电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai| 功率放大倍数 Ap = po/ pi 功率增益 Ap (dB) = 10lg |Ap|

6 例 2.3.4 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同 Ri 时的 ii 、ui。
第 3 章　放大电路基础 二、输入电阻 １ 1 + us – RS ui ii Ri Ri 越大， ui 与 us 越接近 例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同 Ri 时的 ii 、ui。 Ri ii ui 6 000  3 A 18 mV 600  16.7 A 10 mV 60  30 A 1.82 mV

7 放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。
第 3 章　放大电路基础 三、输出电阻 2 2 1 1 + us – RS ui uo RL Ro uot Ri 　　放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。 计算： i 2 2 1 1 us RS + u – 放大 电路 测量： = 0 Ro uot — 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。

8 电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在： 1. 幅频特性和相频特性
第 3 章　放大电路基础 四、 通频带 　　电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在： 1. 幅频特性和相频特性 f Au(f) O Au( f ) — 幅频特性 Aum 上限 频率  ( f ) — 相频特性 BW0.7 2. 频带宽度(带宽)BW 下限 频率 fL fH BW0.7 = fH – fL 低频段 中频段 高频段 (Band Width) 五、最大输出功率和效率 最大输出功率Pom 效率  = 直流提供功率PDC

9 3.2 三种基本组态 放大电路 3.2.1 共发射极放大电路 3.2.2 共集电极放大电路 3.2.3 共基极放大电路
第 3 章　放大电路基础 3.2　三种基本组态 　　放大电路 共发射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路 场效应管放大电路

10 3.2.1 共发射极放大电路 一、 电路组成 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
第 3 章　放大电路基础 共发射极放大电路 一、 电路组成 VCC(直流电源)： +VCC RC C1 C2 RL RE + CE RB1 RB2 RS ui  us uo • 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 IC  UC ，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

11 二、直流分析 方法 1：估算 要求： I1  (5  10)IBQ 稳定“Q”的原理：  UBQ  (5  10)UBEQ T
第 3 章　放大电路基础 二、直流分析 方法 1：估算 +VCC RC RE RB1 RB2 ICQ IBQ + UCEQ  + UBEQ  I1 IEQ 要求： I1  (5  10)IBQ 稳定“Q”的原理：  UBQ  (5  10)UBEQ T  IC  UE  UBE  IB  IC 

12 方法 2：利用戴维宁定理求 IBQ + + – – VCC RC RE RB1 RB2 VCC RC RE IBQ RB V CC
第 3 章　放大电路基础 方法 2：利用戴维宁定理求 IBQ VCC RC RE RB1 RB2 + – VCC RC RE + – IBQ RB V CC

13 1. 电压放大倍数 三、性能指标分析 源电压放大倍数 2. 输入电阻 rbe Ro Ri 3. 输出电阻 交流通路 小信号等效电路
第 3 章　放大电路基础 三、性能指标分析 1. 电压放大倍数 + us  +VCC RC C1 C2 RL RE CE RB1 RB2 RS uo 源电压放大倍数 RC RB1 RB2 + ui  uo RL ib ic ii  ib 2. 输入电阻 rbe Ro Ri 3. 输出电阻 交流通路 小信号等效电路 Ro = RC

14 Ro = RC 当没有旁路电容 CE 时： 1. 电压放大倍数 源电压放大倍数 交流通路 2. 输入电阻 3. 输出电阻 Ri Ri
第 3 章　放大电路基础 当没有旁路电容 CE 时： 1. 电压放大倍数 RC RB1 RB2 + ui  uo RL ib ic ii RE 源电压放大倍数 交流通路 RC RB1 RB2 + ui  uo RL ib ic ii rbe ib RE 2. 输入电阻 3. 输出电阻 Ri Ri Ro = RC 小信号等效电路

15 例 3.2.1  = 100，RS= 1 k，RB1= 62 k，RB2= 20 k,
第 3 章　放大电路基础 例  = 100，RS= 1 k，RB1= 62 k，RB2= 20 k, RC= 3 k，RE = 1.5 k，RL= 5.6 k，VCC = 15 V。 求：“Q”，Au，Ri，Ro。 [解] +VCC RC C1 C2 RL RE + CE RB1 RB2 RS us  uo 1)求“Q”

16 2)求 Au，Ri，Ro ， Aus Ro = RC = 3 k +VCC RC C1 C2 RL RE CE RB1 RB2 RS us
第 3 章　放大电路基础 +VCC RC C1 C2 RL RE + CE RB1 RB2 RS us  uo 2)求 Au，Ri，Ro ， Aus Ro = RC = 3 k

17 Ro = RC = 3 k 去掉旁路电容 CE 时： + ui  uo ib ic ii ib +VCC RC C1 C2 RL RE
第 3 章　放大电路基础 去掉旁路电容 CE 时： RC RB1 RB2 + ui  uo RL ib ic ii rbe ib RE +VCC RC C1 C2 RL RE + RB1 RB2 RS us  uo 既稳定“Q”，Au 又较大的电路 1)静态工作点“Q”不变 2)求 Au、Aus 、Ri、Ro Ro = RC = 3 k

18 3.2.2 共集电极放大电路 (射极输出器、射极跟随器)
第 3 章　放大电路基础 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 IBQ IEQ + C1 RS ui – RE RB +VCC C2 RL uo us Rs RB +  uo RL ib ic ii RE 交流通路 IBQ = (VCC – UBEQ) / [RB +(1+  ) RE] ICQ =  I BQ UCEQ = VCC – ICQ RE

19 二、性能指标分析  1 RL = RE // RL 电压放大倍数： 输入电阻： +  uo ib ic ii us + uo  ib
第 3 章　放大电路基础 二、性能指标分析 Rs RB +  uo RL ib ic ii RE us RB + uo  RL ib ic ii rbe  ib RE Rs RL = RE // RL 交流通路 小信号等效电路 电压放大倍数：  1 输入电阻：

20 RS = Rs // RB i = iRE – ib –  ib Au  1 输入输出同相 射极输出器特点 Ri 高 Ro 低
第 3 章　放大电路基础 us RB + uo  RL ib ic ii rbe  ib RE Rs RB ib ic ii rbe  ib RE Rs 输出电阻： i + u  us = 0 iRE RS = Rs // RB i = iRE – ib –  ib Au  1 输入输出同相 射极输出器特点 Ri 高 Ro 低 用途：输入级 输出级 中间隔离级

21 例 3.2.2  =120，RB = 300 k，rbb= 200 ，UBEQ = 0.7 V
第 3 章　放大电路基础 例  =120，RB = 300 k，rbb= 200 ，UBEQ = 0.7 V RE = RL = Rs = 1 k，VCC = 12V。求：“Q ”，Au，Ri，Ro。 2)求 Au，Ri，Ro IBQ IEQ + C1 RS ui – RE RB +VCC C2 RL uo us Rbe = / 0.027  1.18 (k) RL= 1 // 1 = 0.4 (k) [解] 1)求 “Q” IBQ = (VCC – UBE) / [RB + (1+  ) RE] = (12 – 0.7) / [  1]  27 (A) Ri = 300//(1.18 121) = 51.2 (k) IEQ   I BQ = 3.2 (mA) UCEQ = VCC – ICQ RE = 12 – 3.2  1 = 8.8 (V)

22 提高 Ri 的电路： – 无 C3、RB3： Ri = (RB1 // RB2) // [rbe + (1 +  ) RE]
第 3 章　放大电路基础 提高 Ri 的电路： RB + uo  ib ic ii rbe  ib RE ui + C1 RS RE RB1 +VCC C2 – uo us RB2 RB3 C3  = 50 100 k RB3 10 k 无 C3、RB3： Ri = (RB1 // RB2) // [rbe + (1 +  ) RE] Ri = 50 // 510 = 45 (k) 无 C3 有 RB3 ： Ri = (RB3 + RB1 // RB2) // [rbe + (1+  )RE] Ri = ( ) // 510 = 115 (k) 接 C3 ： RB3 // rbe  rbe Ri = rbe+ (1 + ) (RB// RE) = (1 + ) (RB // RE ) Ri = 51  50 // 10 = 425 (k)

23 3.2.3 共基极放大电路 特点： 一、求“Q”(略) 二、性能指标分析 Ro = RC 1. Au 大小与共射电路相同。
第 3 章　放大电路基础 共基极放大电路 一、求“Q”(略) +VCC RC C2 C3 RL RE + RB1 RB2 RS us  uo C1 二、性能指标分析 RC RE RS + us  RL Ro = RC + uo  RC RE RS us RL rBE io ic ie ii ib  ib ui 特点： 1. Au 大小与共射电路相同。 2. 输入电阻小，Aus 小。 Ri Ri Ro

24 3.2.4 场效应管放大电路 1. 自给偏压电路 三种组态： 共源、共漏、共栅 特点： 输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好 一、直流偏置电路
第 3 章　放大电路基础 场效应管放大电路 三种组态： 共源、共漏、共栅 特点： 输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好 一、直流偏置电路 1. 自给偏压电路 栅极电阻 RG 的作用： +VDD RD C2 CS + uo  C1 ui RG RS G S D (1)为栅偏压提供通路 (2)泻放栅极积累电荷 源极电阻 RS 的作用： 提供负栅偏压 漏极电阻 RD 的作用： 把 iD 的变化变为 uDS 的变化 UGSQ = UGQ – USQ = – IDQRS

25 2. 分压式自偏压电路 调整电阻的大小，可获得： UGSQ > 0 UGSQ = 0 UGSQ < 0 uo ui 
第 3 章　放大电路基础 2. 分压式自偏压电路 RL +VDD RD C2 CS + uo  C1 ui RG2 RS G S D RG1 RG3 调整电阻的大小，可获得： UGSQ > 0 UGSQ = 0 UGSQ < 0

26 例 3.2.4 已知 UGS(off)=  0.8 V，IDSS = 0.18 mA，求“Q”。
第 3 章　放大电路基础 例 已知 UGS(off)=  0.8 V，IDSS = 0.18 mA，求“Q”。 RL RD C2 CS + uo  C1 ui RG2 G S D RG1 RG3 10 k 200 k 64 k 1 M 2 k 5 k +24V 解方程得：IDQ1 = 0.69 mA，UGSQ = – 2.5V (增根，舍去) IDQ2 = 0.45 mA ， UGSQ = – 0.4 V

27 二、性能指标分析 1. 共源放大电路 有 CS 时： 无 CS 时： Ri、 Ro 不变 + uo  ui ugs gmugs id ii
第 3 章　放大电路基础 二、性能指标分析 1. 共源放大电路 RL RD + uo  ui RG2 G S D RG3 RG1 ugs gmugs id ii RL +VDD RD C2 CS + uo  C1 ui RG2 RS G S D RG1 RG3 RS 有 CS 时： 无 CS 时： Ri、 Ro 不变

28 2. 共漏放大电路 Ro uo  ui + uo  ui ugs gmugs ii io 第 3 章 放大电路基础 RL +VDD C2
第 3 章　放大电路基础 2. 共漏放大电路 RL +VDD C2 + uo  C1 ui RG2 RS G S D RG1 RG3 RL RS + uo  ui RG2 G S D RG3 RG1 ugs gmugs ii io Ro

29 3.3 差分放大电路 3.3.1 差分放大电路的工作原理 3.3.2 具有电流源差分放大电路 3.3.3 差分放大电路的输入输出形式
第 3 章　放大电路基础 3.3　差分放大电路 差分放大电路的工作原理 具有电流源差分放大电路 差分放大电路的输入输出形式

30 (Differential Amplifier)
第 3 章　放大电路基础 差分放大电路的工作原理 (Differential Amplifier) 一、电路组成及静态分析 特点： a. 两个输入端， 两个输出端； b. 元件参数对称； c. 双电源供电； d. ui1 = ui2 时，uo = 0 V1 VCC V2 VEE RC REE ui1 ui2 uo 能有效地克服零点漂移

31 VEE = UBEQ + IEEREE IEE = (VEE – UBEQ) / REE ICQ1 = ICQ2
第 3 章　放大电路基础 V1 VCC V2 VEE RC REE ui1 ui2 uo VEE = UBEQ + IEEREE IEE = (VEE – UBEQ) / REE ICQ1 = ICQ2  (VEE – UBEQ) / 2REE V1 +VCC V2 VEE RC REE uo ICQ1 ICQ2 UCQ1 = VCC – ICQ1RC UCQ1 UCQ2 IEQ1 IEQ2 UCQ2 = VCC – ICQ2RC IEE Uo = UCQ1 – UCQ2 = 0 直流通路

32 二、动态分析 1. 差模输入与差模特性 ui1 = – ui2 uid = ui1 – ui2 = 2ui1 ic1 = – ic2
第 3 章　放大电路基础 二、动态分析 1. 差模输入与差模特性 ui1 V1 +VCC V2 VEE RC REE uod ui2 uC1 uC2 ui1 = – ui2 差模输入 大小相同 极性相反 差模输入电压 uid = ui1 – ui2 = 2ui1 使得： ic1 = – ic2 uo1 = – uo2 uod = uC1 – uC2 差模输出电压 = – ui2 = uo1 – ( – uo2) = 2uo1 差模电压放大倍数 差模信号交流通路 ui1 V1 +VCC V2 RC uod ui2 uo1 uo2 RL ic1 ic2 带 RL 时 差模输入电阻 Rid = 2rbe 差模输出电阻 Rod = 2RC

33 (1) ICQ1 = ICQ2  (VEE – UBEQ) / 2REE
第 3 章　放大电路基础 例 已知： = 80，rbb = 200 ，UBEQ = 0.6 V，试求： ui1 V1 +12V V2 12V RC REE uod ui2 10 k 20 k (1)静态工作点； (2)差模电压放大倍数 Aud， 差模输入电阻 Rid，输出电阻Rod。 [解] (1) ICQ1 = ICQ2  (VEE – UBEQ) / 2REE = (12 – 0.6) / 2  20 = (mA) UCQ1= UCQ2 = VCC – ICQ1RC =12 – 10 = 9.15 (V) (2) = 10 // 10 = 5 (k) Rid = 2rbe = 2  7.59 = 15.2 (k) Rod = 2RC = 20 (k)

34 2. 共模输入与共模抑制比 ui1 = ui2 uic = ui1 = ui2 ie1 = ie2 ue = 2ie1REE
第 3 章　放大电路基础 2. 共模输入与共模抑制比 ui1 V1 +VCC V2 VEE RC REE uoc ui2 uC1 uC2 大小相同 极性相同 共模输入 ui1 = ui2 共模输入电压 uic = ui1 = ui2 使得： ie1 = ie2 ue = 2ie1REE IEQ1 + ie1 IEQ2 + ie2 共模输出电压 uoc = uC1 – uC2 = 0 V1 V2 RC uoc ui2 uC1 uC2 共模抑制比 2REE 2REE 用对数表示： 共模信号交流通路

35 uid = u i1 – u i2 uic = (ui1+ ui2 ) / 2 例 3.3.2
第 3 章　放大电路基础 例 3.3.2 (1)求差模输入电压 uid 、共模输入电压 uic ui1 V1 +VCC V2 VEE RC REE uo ui2 uC1 uC2 (2) 若 Aud = – 50、 Auc = – 0.05 求输出电压 uo，及 KCMR 1.01 V 0.99 V 可将任意输入信号分解为 共模信号和差模信号之和 [解] (1) 共模信号 差模信号 ui1 = 1.01 = (V) ui2 = 0.99 = – 0.01 (V) uid = u i1 – u i2 = 1.01 – 0.99 = 0.02 (V) uic = (ui1+ ui2 ) / 2 = 1 (V) uod = Auduid = – 1 (V) (2) = – 50  0.02 uoc = Aucuic = – 0.05  1 = – 0.05 (V) uo = Auduid + Aucuic = –1.05 (V) = 60 (dB)

36 3.3.2 具有电流源的差分放大电路  简化画法 一、电流源电路 减少共模放大倍数的思路： 增大 REE 用恒流源代替 REE
第 3 章　放大电路基础 3.3.2 具有电流源的差分放大电路 一、电流源电路 减少共模放大倍数的思路： 增大 REE  用恒流源代替 REE 1. 三极管电流源 特点： +VCC RL RE RB1 RB2 IC 直流电阻为有限值 I0 动态电阻很大 简化画法 ui1 V1 +VCC V2 RC R1 uod ui2 –VEE R2 R3 IC3 V3 ui1 V1 +VCC V2 RC uod ui2 VEE I0 电流源 代替差 分电路 中的 REE

37 2. 比例型电流源 UBE1  UBE2 +VCC R2 R R1 I02 IREF R3 I03 +VCC RE RB1 RB2 I0
第 3 章　放大电路基础 2. 比例型电流源 V1 +VCC R2 R R1 I02 V2 IREF R3 I03 V3 V1 +VCC RE RB1 RB2 I0 V2 V1 +VCC R2 R R1 I0 V2 IREF UBE1 UBE2 二极管温度补偿 比例型电流源 多路电流源 UBE1  UBE2

38 3. 镜像和微电流源 镜像电流源 微电流源 I0R2 = UBE1 – UBE2 UBE1 = UBE2 I0 = IREF +VCC R
第 3 章　放大电路基础 3. 镜像和微电流源 V1 +VCC R2 R I0 V2 IREF UBE1 UBE2 I0 V1 R V2 IREF 镜像电流源 微电流源 I0R2 = UBE1 – UBE2 UBE1 = UBE2 I0 = IREF

39 4. NMOS 管电流源 原理电路 采用 V3 管代替 R 当 V1、V2 几何尺寸相同时： I0 = IREF
第 3 章　放大电路基础 4. NMOS 管电流源 +VCC V1 I0 V2 IREF D G S VEE V3 +VCC V1 R I0 V2 IREF D G S VEE 原理电路 采用 V3 管代替 R 当 V1、V2 几何尺寸相同时： I0 = IREF 当 V1、V2 几何尺寸不同时： I0  IREF

40 二、具有电流源的差分放大电路 能调零的 简化 差分电路 画法 差分电路 V3、V4 构成比例电流源电路 uo ui1 ui2 IREF
第 3 章　放大电路基础 二、具有电流源的差分放大电路 ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 VEE R2 R3 IC3 V3 V4 IREF IC4 R1 V3、V4 构成比例电流源电路 ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 VEE I0 RP 能调零的 差分电路 简化 画法 ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 VEE I0 MOS 差分电路

41 (1) 求“Q” UCQ1 = UCQ2 = 6 – 0.42  7.5 = 2.85 (V) 例 3.3.3 (1)求静态工作点；
第 3 章　放大电路基础 例 3.3.3 (1)求静态工作点； (2)求电路的差模 Aud，Rid，Ro。 [解] (1) 求“Q” ui1 V1 +VCC V2 RC uo ui2 VEE R2 R3 IC3 V3 V4 IREF +6 V 6 V 100  7.5 k 6.2 k  = 100 ICQ1 = ICQ2 = 0.5 I0 UCQ1 = UCQ2 = 6 – 0.42  7.5 = 2.85 (V) (2)求 Aud，Rid，Ro Ro = 2RC = 15 (k)

42 1. iC1 + iC2 = I0；当 ui = 0，iC1 = iC2 = 0.5 I0 。
第 3 章　放大电路基础 三、差分放大电路的差模传输特性 O ui iC ui iC1 – iC2 O +VCC ui1 V1 V2 RC uo ui2 VEE I0 iC1 iC2 iC2 I0 iC1 I0 –4UT 4UT 4UT – 4UT UT -UT –UT UT 特点： 1. iC1 + iC2 = I0；当 ui = 0，iC1 = iC2 = 0.5 I0 。 2. 当 –UT < ui < UT ， iC1 – iC2  ui。 3. 当 – 4UT < ui < 4UT ，一只管子截止， I0 几乎全部流入另一只管子，输出电压被限幅。

43 3.3.3 差分放大电路的输入、输出方式 一、单端输入、输出方式 1. 单端输出 较双端输出小 2. 单端输入 为双端输入的特例
第 3 章　放大电路基础 差分放大电路的输入、输出方式 一、单端输入、输出方式 1. 单端输出 输出为双端输出的一半 +VCC uI V1 V2 RC uo VEE I0 iC1 iC2 RL 较双端输出小 2. 单端输入 为双端输入的特例 即 ui1 = ui ， ui2 = 0 参数计算与双端输入相同 四种连接方式比较见 P88

44 二、双端变单端的转换电路 电阻桥产生双端输入信号，负载多为一端接地。 具有双端输出效果的单端输出电路 对于差模信号：
第 3 章　放大电路基础 二、双端变单端的转换电路 电阻桥产生双端输入信号，负载多为一端接地。 R R R Rt +VCC 双端输入 单端输出 差分电路 RL 具有双端输出效果的单端输出电路 +VCC ui V1 V2 uo VEE I0 RL V3 V4 对于差模信号： ic1 = ic2 (方向如图) ic1 = ic3 = ic4 ic3 ic4 iL V3、V4 为镜向电流源 ic1 ic2 iL = ic2 + ic4 = ic2 + ic1 = 2ic1 uo= 2ic2RL 使单端输出获得双端输出效果 对于共模信号： iL = ic1 – ic2 = 0 uoc = 0

45 3.4 互补对称 功率放大电路 引 言 3.4.1 乙类双电源互补对称功率放大电路 3.4.2 甲乙类互补对称功率放大电路
第 3 章　放大电路基础 3.4　互补对称 功率放大电路 引 言 乙类双电源互补对称功率放大电路 甲乙类互补对称功率放大电路

46 引 言 一、功率放大的 特殊要求 设“Q”设置在 交流负载线中点 二、共发射极放大电路的效率问题 Pomax 大，三极管尽限工作
第 3 章　放大电路基础 引 言 Pomax 大，三极管尽限工作 一、功率放大的 特殊要求  = Pomax / PDC 要高 失真要小 设“Q”设置在 交流负载线中点 二、共发射极放大电路的效率问题 uCE iC O t Q Icm Ucem +VCC RL C1 + RB uce = uo IC VCC

47 三、放大电路的工作状态 t iC Icm  2 ICQ t iC Icm  ICQ 2 t iC Icm  2 ICQ
第 3 章　放大电路基础 三、放大电路的工作状态 t iC O Icm  2 ICQ t iC O Icm  ICQ 2 t iC O Icm  2 ICQ 乙类( =  ) 甲乙类( <  < 2 ) 甲类( = 2 ) uCE iC O t Q Q Q 甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。 乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。 甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。

48 3.4.1 乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
第 3 章　放大电路基础 乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless) 一、电路组成及工作原理 ui = 0 V1 、 V2 截止 RL V1 V2 +VCC + ui  uo VEE ui > 0 V1 导通 V2 截止 iC1 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL ui < 0 V2 导通 V1 截止 io = iE2 = iC2, uO = iC2RL iC1 问题： 　　当输入电压小于死区电压时， 三极管截止，引起 交越失真。 交越失真 输入信号幅度越小失真越明显。

49 二、功率和效率 1. 输出功率 最大输出功率 2. 电源功率 最大输出功率时： PDC = 2V 2CC / RL 3. 效率
第 3 章　放大电路基础 RL V1 V2 +VCC + ui  uo VEE 二、功率和效率 1. 输出功率 最大输出功率 最大不失真输出电压、电流幅度： 2. 电源功率 最大输出功率时： PDC = 2V 2CC / RL 3. 效率 最大输出功率 PDC = IC1VCC + IC2VEE = 2IC1VCC = 2VCCUom/RL PDC = 2V 2CC / RL 最大输出功率时： 实际约为 60% PDC = 2VCCIcm / 

50 4. 管耗 每只管子最大管耗为 0.2Pom 5. 选管原则 PCM > 0.2 Pom U(BR)CEO > 2VCC 令
第 3 章　放大电路基础 4. 管耗 每只管子最大管耗为 0.2Pom 5. 选管原则 RL V1 V2 +VCC + ui  uo VEE PCM > 0.2 Pom U(BR)CEO > 2VCC 令 ICM > VCC / RL 则： 时管耗最大，即：

51 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PC1，并选管。
第 3 章　放大电路基础 例 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PC1，并选管。 [解] RL V1 V2 +VCC + ui  uo VEE PDC=2V2CC / RL = 2  242 // (  8) = 45.9 (W) = 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W) PCM = 10  15 W U(BR)CEO > 48 V U(BR)CEO = 60  100 V 可选： ICM > 24 / 8 = 3 (A) ICM = 5 A

52 当 ui < 0 ( 至 )，V1 微导通  充分导通  微导通； V2 微导通  截止  微导通。
第 3 章　放大电路基础 甲乙类互补对称功率放大电路 一、甲乙类双电源互补对称功率放大电路 RL R V3 V4 V1 V2 +VCC + ui  uo VEE V5 克服交越失真思路： 电路： t iC ICQ1 ICQ2 给 V1、V2 提 供静态电压 当 ui = 0 时，V1、V2 微导通。 当 ui < 0 ( 至 )，V1 微导通  充分导通  微导通； V2 微导通  截止  微导通。 当 ui > 0 ( 至 )，V2 微导通  充分导通  微导通； V1 微导通  截止  微导通。

53 克服交越失真的电路 V1 V2 V3 R2 R1 V1 V2 Rt V1 V2 V3 V4 实际 电路 RL +VCC + uo  V1
第 3 章　放大电路基础 克服交越失真的电路 V1 V2 V3 R2 R1 V1 V2 Rt B1 B2 V1 V2 V3 V4 实际 电路 RL +VCC + uo  V1 V2 V3 V4 V5 VEE ui R V4 RL +VCC + uo  V1 V2 V3 VEE R*1 R2 R3 R4

54 二、复合管互补对称放大电路 1. 复合管(达林顿管) 目的：实现管子参数的配对 (1 + 1) (1 + 2) ib1
第 3 章　放大电路基础 二、复合管互补对称放大电路 1. 复合管(达林顿管) 目的：实现管子参数的配对 (1 + 2 + 12) ib1 1 ib1 V1 V2 ic ib1 ib 2(1+1) ib1 ie (1 + 1) ib1   1 2 (1 + 1) (1 + 2) ib1 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 = (1 + 1 + 2+ 12) ib1

55 NPN + NPN NPN PNP + PNP PNP NPN + PNP NPN PNP + NPN PNP 构成复合管的规则：
第 3 章　放大电路基础 V1 V2 V1 V2 NPN + NPN NPN PNP + PNP PNP V1 V2 V1 V2 NPN + PNP NPN PNP + NPN PNP 构成复合管的规则： 1) B1 为 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 为 C 或 E； 2) 应保证发射结正偏，集电结反偏； 3) 复合管类型与第一只管子相同。

56 第 3 章　放大电路基础 练习： V1 V2  接有泻放电阻的复合管： V1 V2 ICEO1 2 ICEO1 减小 R 泻放 电阻

57 准互补对称电路 UE  UB8  IB8 UB3  IC8  UE 2. 复合管互补对称电路举例 RL RP V4
第 3 章　放大电路基础 2. 复合管互补对称电路举例 RL RP V4 +VCC V5 V1 V2 R2 RB1 RB2 + uo  ui V6 V7 V8 E UB3 R1 R5 R3 IC8 RE1 RE2 R4 V3 UB8 V1、V3 — NPN V2、V4 — PNP R3 、R5 — 穿透电流泄放电阻 RE1 、RE2 — 稳定 “Q”、过流保护 取值 0.1  0.5  V5  V7、RP — 克服交越失真 R4 — 使 V3、V4 输入电阻平衡 准互补对称电路 V8 — 构成前置电压放大 RB1 —引入负反馈，提高稳定性。 UE  UB8  IB8 UB3  IC8  UE

58 NPN 克服 交越 失真 PNP 差分对管，构成前置放大级 镜像恒流源， 差分放大电 路的有源负载
第 3 章　放大电路基础 镜像恒流源， 差分放大电 路的有源负载 NPN 克服 交越 失真 PNP 因 PNP 管  小，采用三只管子复合而成 差分对管，构成前置放大级

59 应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。
第 3 章　放大电路基础 三、甲乙类单电源互补对称放大电路 — OTL电路(Output Transformerless ) RL RB V4 – VEE +VCC V5 V1 V2 CE RE RB1 RB2 + uo  ui C 电容 C 的作用： 1)充当 VCC / 2 电源 E 2)耦合交流信号 当 ui = 0 时， 当 ui > 0 时： V2 导通，C 放电， V2 的等效电源电压  0.5VCC。 当 ui < 0 时： V1导通，C 充电， V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。

60 OCL 电路和 OTL 电路的比较 OCL OTL 电源 双电源 单电源 信号 交、直流 交流 频率响应 好 fL 取决于输出耦合电容 C
第 3 章　放大电路基础 OCL 电路和 OTL 电路的比较 OCL OTL 电源 双电源 单电源 信号 交、直流 交流 频率响应 好 fL 取决于输出耦合电容 C 电路结构 较简单 较复杂 Pomax

61 3.5 多级放大电路 引 言 3.5.1 多级放大电路的组成 及性能指标的估算 3.5.2 通用型集成运算放大器 的组成及基本特性
第 3 章　放大电路基础 3.5　多级放大电路 引　言 3.5.1 多级放大电路的组成 　及性能指标的估算 通用型集成运算放大器 　的组成及基本特性

62 引 言 直接 耦合 阻容 耦合 光电 耦合 变压 器 耦合 极间耦合形式： 电路简单，能放大交、直流信号， “Q” 互相影响，零点漂移严重。
第 3 章　放大电路基础 引　言 极间耦合形式： 直接 耦合 电路简单，能放大交、直流信号， “Q” 互相影响，零点漂移严重。 A1 A2 阻容 耦合 各级 “Q” 独立，只放大交流信号， 信号频率低时耦合电容容抗大。 A1 A2 光电 耦合 主要用于耦合开关信号， 抗干扰能力强。 A1 A2 变压 器 耦合 用于选频放大器、 功率放大器等。 A1 A2

63 3.5.1 多级放大电路的组成及性能指标的估算 如：UO1= 1 V U02 = 2 V 一、多级放大电路的组成
第 3 章　放大电路基础 多级放大电路的组成及性能指标的估算 一、多级放大电路的组成 Au1 第一级 Au2 第二级 末 级 ui uo1 RL RS uo us uo2 ui2 uin ii Ri 输入级 中间级 输出级 Ro 1. 直接耦合零漂的影响 U = V U = 0.42 V U = 8.42 V A1 = 20 A2 = 20 A3 = 20 2. 零漂的衡量 — 将输出的漂移折合到输入端 如：UO1= 1 V U02 = 2 V A1 = 103， A2 = 104 则： UI1= 1 mV , UI2 = 0.2 mV 结论： A1 零漂严重

64 Ri = Ri1 Ro = Ron 二、多级放大电路性能指标的估算 = Au1·Au2 · · · Aun
第 3 章　放大电路基础 二、多级放大电路性能指标的估算 Au1 第一级 Au2 第二级 Aun 末 级 ui uo1 RL RS uo us uo2 ui2 uin ii Ro Ri = Au1·Au2 · · · Aun Au1(dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + · · · + Aun (dB) 　　考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!!! Ri = Ri1 Ro = Ron

65 1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k, rbe2 = 2.2 k。求 Au, Ri, Ro。
第 3 章　放大电路基础 例 3.5.1 1 = 60, 2 = 100; rbe1= 2 k, rbe2 = 2.2 k。求 Au, Ri, Ro。 [解] Ri2 = R6 // R7 // rbe2 = 33 // 10 // 2.2  1.7 (k) RL1 = R3 // Ri2 = 5.1 // 1.7  1.3 (k) Ri Ri2 Ri = Ri1= R1 // R2 // [rbe1 + (1+ 1)R4]  5.7 (k) Ro = R8 = 4.7 k

66 3.5.2 通用型集成运算放大器的组成及基本特性 一、通用型集成运放(Operational Amplifier)的组成
第 3 章　放大电路基础 通用型集成运算放大器的组成及基本特性 一、通用型集成运放(Operational Amplifier)的组成 1. 模拟集成电路的特点 1) 直接耦合： 采用差分电路形式，元件相对误差小； 2) 大电阻用恒流源代替，大电容外接； 3) 二极管用三极管代替(B、C 极接在一起)； 4) 高增益、高输入电阻、低输出电阻。 2. 组成方框图 输入级 偏置电路 中间级 输出级 +  uo uid 输出级： OCL 电路， 带负载能力强 输入级： 差分电路，大大减少温漂。 中间级： 采用有源负载的共发射极电路，增益大。 偏置电路： 镜像电流源，微电流源。

67 输入级 中间级 V7、V8 输入级 中间级 输出级 输出级 V11  V13 3. 通用型集成运算放大器 741 简化电路
第 3 章　放大电路基础 3. 通用型集成运算放大器 741 简化电路 输入级 V1、V3 和 V2、V4 共集-共基组合差分电路 V5、V6 有源负载 构成双端变单端电路 中间级 V7、V8 输入级 中间级 输出级 复合管，共发射极 输出级 V11  V13 具有高增益 甲乙类互补对称功率放大电路 (OCL) 采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为 0.5VCC。

68 直流电源接法 国家标准符号 习惯用符号 等效电路 uo = Aud(u+ – u) 二、集成运算放大器电路符号及理想化条件
第 3 章　放大电路基础 二、集成运算放大器电路符号及理想化条件 1. 运放的符号 uo uid +VCC –VEE 8 uid +VCC –VEE uo uid VCC VEE 8 u– u+ 直流电源接法 习惯用符号 国家标准符号 VCC = VEE u+ — 同相端输入电压 uo uid u– i+ u+ Rid Aud uid Ro i– u- — 反相端输入电压 uid — 差模输入电压 uid = u – u+ Aud — 开环差模电压放大倍数 等效电路 uo = Aud(u+ – u)

69 uo 传输特性 uid 理想 运放： 2. 运放特性的理想化 1) Aud  2) Rid   3)Ro  0
第 3 章　放大电路基础 O uid uo Uomax –Uomax 2. 运放特性的理想化 传输特性 理想 uo uid u– i+ u+ Rid Aud uid Ro i– 线 性 区 实际 理想 运放： 1) Aud  2) Rid   3)Ro  0 4) KCMR   5)BW   6)UIO  0，IIO  0 3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证： uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid 1) u+  u–(虚短) u+ – u– = uo/Aud  0 2) i+  i–  0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid  0 同理 i –  0 4. 理想运放工作在非线性区的两个特点 1)u+ > u–时， uo = Uomax u+ < u –时, uo= –UOmax 2)i+  i–  0 (虚断)

70 第 3 章　放大电路基础 3.6　放大电路的 调试与测试

71 实验: 单管共发射极电路的测试(EWB仿真)
第 3 章　放大电路基础 实验: 单管共发射极电路的测试(EWB仿真) 输入电阻的测量方法 输出电阻的测量方法 uot — 负载开路时的输出电压 uo — 带负载时的输出电压