第三章基本放大器
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第三章 晶体三极管(BJT)及放大电路基础
•
• • • •
（2）、利用输出特性画iC和uCE波形 交流负载线 a、空载时RL=∞ 交流负载线与直流负载线重合，动态工作点在 交流负线上移动，斜率——1/RC • uCE=EC-IC*RC
• b、RL不等于∞ / • 放大电路的交流负载电阻RL =RC‖RL • 交流负载线作法：过Ｑ点作一条斜率 / 为-1/RL 的直线
L be
如果电路如下图所示，如何分析？
+EC RB1 C1 RC C2
T
RL
ui
RB2 RE2
RE1 CE
uo
动态分析： +EC
RB1
C1
RC
C2 T RL
RB1 ui
RB2
RE1
RL
uo RC
ui
RB2 RE2
RE1 CE
uo
交流通路
交流通路：
ui
RB1
RB2
RE1
RL
uo RC
Ii
微变等效电路： Ui
iB /uA iB /uA
60 40 20
iC /mA iC /mA
交流负载线
Q` Q IBQ Q`` vBE/V vBE/V
ICQ t
Q` Q
60uA 40uA
Q`` 20uA vC E/V vC E/V
t
VBEQ t
VC EQ t
3. 非线性失真 1) 截止失真 Q点过低，信号进入截止区
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 uCE
§3.3 图解分析法
2. 用图解法确定Ｑ点
• 1) 给出输入特性，输出特性曲线 • 2) 画出直流通路：标出IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ • 3) 利用输入特性曲线来确定IBEQ和UBEQ • 基极偏置线：UBE=EC-IB*RB 与输入特性曲线的交点对 应的IBQ，UBEQ • 4) 利用输出特性曲线来确定ICQ和UCEQ • 直流负载线：UCE=EC-IC*RC 与输出特性曲线中IBQ 线 的交点确定ICQ、UCEQ
基本放大器的工作原理
基本放大器的工作原理
放大器是一种电子设备，主要用于放大电信号的幅度。
它通常由输入端、输出端和一个或多个放大电路组成。
放大电路接收来自输入端的电信号，经过放大后，输出到输出端。
放大器的工作原理可以简单描述为：增大输入信号的幅度，而不改变其波形特征。
具体过程如下：
1. 输入信号进入放大电路的输入端。
这个信号可以是电压信号或电流信号。
2. 放大电路中的放大器将输入信号放大。
放大电路的结构和具体放大方式会根据放大器的种类（如运放放大器、功放放大器等）而有所不同。
3. 放大后的信号输出到放大器的输出端。
输出信号的幅度通常比输入信号大，可以根据需要进行调节。
在放大器中，放大器的放大倍数被称为增益。
增益可以通过调整放大器电路的参数来控制。
常见的参数包括电阻、电容和电感等。
不同的放大器具有不同的增益范围和频率响应特性。
除了放大信号的幅度，放大器还应具备一些其他特性。
例如，放大器应具有足够的带宽，以便能够放大宽频带的信号。
放大器还应具有低失真特性，以避免对输入信号波形的破坏。
总之，放大器的工作原理是通过对输入信号进行放大，达到增
加幅度而保持信号特性的目的。
这使得放大器在各种电子设备中广泛应用，如音频放大、通信、测量、控制和电力应用等领域。
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路
温漂严重干扰了放大器的工作，会引起输出信号失真， 严重时会把有用信号完全淹没。这是直流放大器必须克服的 问题。实用中常采用多种补偿措施来抑制温漂，其中最为有 效的方法是使用差动放大电路。该电路也是集成运算放大器 的输入级电路。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图３-１所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid＝２(ｒbe+Rb) 输出电阻为： Rο＝２RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比ＫCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值，即：
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此，其差模电压放大倍数为：
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明，该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力，这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为：
VT1的输出电压：
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压：
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为：
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中，级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号，具有相当好的低频特性，所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
第三章 基本放大电路
输入
输出
话筒
放
大
器
喇叭
应用举例
直 流 电 源
基本放大电路
输入 放大器 输出
1、定义：放大电路的目的是将微弱的变化信 号不失真的放大成较大的信号。。
2、组成：三极管、场效应管、电阻、电容、电感、 变压器等。 3、特点：
①输出信号的功率大于输入信号的功率；
②输出信号的波形与输入信号的波形相同。
基本放大电路
RC
ui
T
C2
RL
基本放大电路
3.2.2 放大器中电流电压符号使用规定含义 “小大” uBE—小写字母，大写下标，表示交、直混合量。 “大大” UBE — 大写字母，大写下标，表示直 流量。 “小小” ube—小写字母，小写下标，表示交流分量。
“大小” Ube—大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。 uA
电路改进：采用单电源供电 +VCC RC C1 T
可以省去
C2
RB VBB
基本放大电路
+VCC RB C1 T RC C2
单电源供电电路
基本放大电路
（1）电路的简化
C1
ui （2）电路的简化画法
VCC
RB
C1
只用一个电源，减 少电源数。
T
C2
RL
RB
RC
VCC
uo
uo
不画电源符号， 只写出电源正 极对地的电位。
T
I CQ
U CEQ
(b) 首先画出放大电路的交流通路
基本放大电路
VCC
交流通路
输出
话筒
放
大
器
喇叭
应用举例
直 流 电 源
基本放大电路
输入 放大器 输出
1、定义：放大电路的目的是将微弱的变化信 号不失真的放大成较大的信号。。
2、组成：三极管、场效应管、电阻、电容、电感、 变压器等。 3、特点：
①输出信号的功率大于输入信号的功率；
②输出信号的波形与输入信号的波形相同。
基本放大电路
RC
ui
T
C2
RL
基本放大电路
3.2.2 放大器中电流电压符号使用规定含义 “小大” uBE—小写字母，大写下标，表示交、直混合量。 “大大” UBE — 大写字母，大写下标，表示直 流量。 “小小” ube—小写字母，小写下标，表示交流分量。
“大小” Ube—大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。 uA
电路改进：采用单电源供电 +VCC RC C1 T
可以省去
C2
RB VBB
基本放大电路
+VCC RB C1 T RC C2
单电源供电电路
基本放大电路
（1）电路的简化
C1
ui （2）电路的简化画法
VCC
RB
C1
只用一个电源，减 少电源数。
T
C2
RL
RB
RC
VCC
uo
uo
不画电源符号， 只写出电源正 极对地的电位。
T
I CQ
U CEQ
(b) 首先画出放大电路的交流通路
基本放大电路
VCC
交流通路
硕士第三章 单级放大器.output
第三章 单级放大器
提纲
• • • • 1、共源级放大器 2、共漏级放大器（源跟随器） 3、共栅级放大器 4、共源共栅级放大器
基本概念
非线性系统的输入输出特性：
如果偏置点受到的扰动忽略（ 1 xt 0），则
也就是输入增量与输出增量之间是线性关系：
设计的多维优化
1、共源级放大器
• 采用电流源的源跟随器
输出阻抗的计算：
• 采用电流源的源跟随器
小信号分析
戴维南等效
考虑M1、M2的沟道长度效应，并驱动电阻负载，
• 讨论
– 即使源跟随器采用理想电流来偏置，输入输出特性仍呈现一些非 线性。 – 将衬底和源连接在一起，就可以消除由体效应带来的非线性。对 于N阱工艺，可采用PMOS来实现（左图）。
如果M2进入深线性区，VX和Vout将接近 相等
• 小信号分析
– 增益
两个晶体管均工作在饱和区； 若λ＝0，由于输入管产生的漏 电流必定流过整个共源共栅极 电路，所以， Av=Vout/Vin=-gm1V1RD/Vin
而V1=Vin，所以
Av=Vout/Vin=-gm1RD •当忽略沟道长度调制效应时，共源共栅级放大器的电压增 益与共源级放大器的电压增益相同。
– 考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小 信号模型为
流过Rs的电流：
源极对地的电压：
所以，
– 计算Rout
流经ro的电流： 得到 所以，
2、共漏级放大器（源跟随器）
• 大信号分析
当Vin<VTH时，M1处于截止状态， Vout等于零； Vin增大并超过VTH，M1导通进入饱 和区； Vin进一步增大， Vout跟随Vin的变化， 且两者之差为VGS。
提纲
• • • • 1、共源级放大器 2、共漏级放大器（源跟随器） 3、共栅级放大器 4、共源共栅级放大器
基本概念
非线性系统的输入输出特性：
如果偏置点受到的扰动忽略（ 1 xt 0），则
也就是输入增量与输出增量之间是线性关系：
设计的多维优化
1、共源级放大器
• 采用电流源的源跟随器
输出阻抗的计算：
• 采用电流源的源跟随器
小信号分析
戴维南等效
考虑M1、M2的沟道长度效应，并驱动电阻负载，
• 讨论
– 即使源跟随器采用理想电流来偏置，输入输出特性仍呈现一些非 线性。 – 将衬底和源连接在一起，就可以消除由体效应带来的非线性。对 于N阱工艺，可采用PMOS来实现（左图）。
如果M2进入深线性区，VX和Vout将接近 相等
• 小信号分析
– 增益
两个晶体管均工作在饱和区； 若λ＝0，由于输入管产生的漏 电流必定流过整个共源共栅极 电路，所以， Av=Vout/Vin=-gm1V1RD/Vin
而V1=Vin，所以
Av=Vout/Vin=-gm1RD •当忽略沟道长度调制效应时，共源共栅级放大器的电压增 益与共源级放大器的电压增益相同。
– 考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小 信号模型为
流过Rs的电流：
源极对地的电压：
所以，
– 计算Rout
流经ro的电流： 得到 所以，
2、共漏级放大器（源跟随器）
• 大信号分析
当Vin<VTH时，M1处于截止状态， Vout等于零； Vin增大并超过VTH，M1导通进入饱 和区； Vin进一步增大， Vout跟随Vin的变化， 且两者之差为VGS。
电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用
各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时，输出端电压 偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动， 这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电 路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
∴ i 1＝ i f
即 ui/R1=－uo/ Rf
uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电 压变化方向相反。
电路中引入深度负反馈， 闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。
当R1＝Rf 时， uo＝－ui ，该电路称为反相器。 R2－－平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入 级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。
共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。
u i1= u i2
差模输入（信号）
ui1 ui2 ui 2
IC1 IC2
UCE1 UCE2 u0 UCE1 Δ UCE2 2 UCE1
Ad 2 UCE1 / ui 2 UCE1 / 2ui1 UCE1 / ui1
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
－ ＋ ＋∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
uo R f ( ui1 ui2 ui3 ) R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
AOUi
uo
I－≈I+ ≈0
二、Rf if
ui R1 i1 R2
高二物理竞赛课件基本放大电路
IB的相反变化自动抑制IC的变化。
RB
调节原理
ICQ↑
IEQ↑
UEQ(=IEQRE)↑
RC
UCC RE
ICQ↓
IBQ ↓
UBEQ(= UBQ -UEQ)↓
工作点的计算：
I BQ
UCC U BE(on)
RB (1 )RE
ICQ I BQ
RE越大，调节作用越强，Q点 越稳定 。RE过大时， 因UCEQ 过小会使Q点靠近饱和区。
2、输入信号必须加在b－e回路：uBE对iC灵敏控制作用， 只有将信号加在发射结，才能得到有效放大。
3、合理通畅的直流和交流信号通路：一是保证稳定Q点， 二是尽可能减少信号损耗。
二、直流偏置电路 作用：在信号的变化范围内，晶体管处于正常放大状态。 偏置电路提供一个适合的静态工作点Q。 对偏置电路的要求是：
基本放大电路
基本放大电路
主要介绍以下内容：
放大器的组成原理和直流偏置电路 放大器图解分析方法 放大器的交流等效电路分析方法 共集电极放大器和共基极放大器 场效应管放大器 放大器的级联
组成原理和直流偏置电路
晶体管的一个基本应用就是构成放大器。所谓放大， 是在保持信号不失真的前提下，使其由小变大、由弱 变强。其实质是放大器件的控制作用，是一种小变化 控制大变化 。 基本放大器是指由一个晶体管构成的单级放大电路。
根据输入、输出回路公共端所接的电极不同，分为共射 极、共集电极和共基极放大电路。
一、基本放大器的组成原理
电容：隔直流通交流，使放
C1 +
+
C2
+
RC
+
大器的直流偏置与信号源和 负载相互隔离。
Rs
第三章---高频功率放大器知识讲解
R
i(t) v(t) R
V 1msin1tV 2msin2t
R
输出电流中仅含ω１、ω２两个频率。
高频电子线路
若把它加到非线性元件 i v 2 上，则：
R
i(t) v(t)2
R
R 1 ( V 1 2 m s2 i1 t n V 2 2 m s2 i2 t n 2 V 1 m V 2 m si 1 ts ni 2 t ) n
高频电子线路
在电子技术中一些非常重要的现象和过程都属 于非线性现象和参量现象，工程上为了简化计算， 较多的场合不用求解微分方程，而采用一些近似 分析方法。 3.2.1非线性元件的特性
(1)、非线性电阻器
直流电阻
R Vo 1
Io tg
线性电阻器特性
高频电子线路
静态电阻 R Vo 1
Io tg
V2 1m (1c
2R
o2s1t)V 22R 2m(1c
o2s2t)
2V1mV2m[c R
o s1(2)t
c
o s1 (2)t]
可见，输电流中出现新频率：直流、２ω１、２ω２、 ω１＋ω２、ω１－ω２
高频电子线路
(3) 、非线性电路不满足叠加原理
对于非线性元件
i v2 R
，若 v 1 V 1 m sin 1 t
在输入信号很大时，非线性元件的特性可用折线 近似，如三极管的转移特性可用折线近似：
ic 0 ic g c (v B v Bz )
(v B v Bz ) (v B v Bz )
三极管的转移特性可用折线近似 高频电子线路
高频电子线路
3.3 谐振高频功率放大器原理
3.3.1.基本电路 3.3.2.工作状态
vb
i(t) v(t) R
V 1msin1tV 2msin2t
R
输出电流中仅含ω１、ω２两个频率。
高频电子线路
若把它加到非线性元件 i v 2 上，则：
R
i(t) v(t)2
R
R 1 ( V 1 2 m s2 i1 t n V 2 2 m s2 i2 t n 2 V 1 m V 2 m si 1 ts ni 2 t ) n
高频电子线路
在电子技术中一些非常重要的现象和过程都属 于非线性现象和参量现象，工程上为了简化计算， 较多的场合不用求解微分方程，而采用一些近似 分析方法。 3.2.1非线性元件的特性
(1)、非线性电阻器
直流电阻
R Vo 1
Io tg
线性电阻器特性
高频电子线路
静态电阻 R Vo 1
Io tg
V2 1m (1c
2R
o2s1t)V 22R 2m(1c
o2s2t)
2V1mV2m[c R
o s1(2)t
c
o s1 (2)t]
可见，输电流中出现新频率：直流、２ω１、２ω２、 ω１＋ω２、ω１－ω２
高频电子线路
(3) 、非线性电路不满足叠加原理
对于非线性元件
i v2 R
，若 v 1 V 1 m sin 1 t
在输入信号很大时，非线性元件的特性可用折线 近似，如三极管的转移特性可用折线近似：
ic 0 ic g c (v B v Bz )
(v B v Bz ) (v B v Bz )
三极管的转移特性可用折线近似 高频电子线路
高频电子线路
3.3 谐振高频功率放大器原理
3.3.1.基本电路 3.3.2.工作状态
vb
反相比例和同相比例运算放大器
在反相比例运算放大器中，只要令R1=Rf，即可实现vo=-vi，从而实现反相器的功能。
在同相比例运算放大器中，只要令R1=0或Rf=∞，即可实现vo=vi，从而实现电压跟随器的功能。
课堂练习
1、电路如图，当开关S断开时电压表的读数为2V，则当开关S闭合后电压表的读数是多少？
2、电路如图，已知VI=2V，则电压表的读数是多少？并在图中标出电压表的极性。
课题
反相比例和同相比例运算放大器
所属章节
第三章：集成运算放大器
教学目的
能熟练应用集成运算放大器
教学重点
1、比例运算放大器的结构
2、电压放大倍数的计算
3、电路特点
教学方法
讲授法、多媒体课件教学
课题引入
基本运算放大器包括反相输入放大器和同相输入放大器，它们是构成各种复杂运算电路的基础，是最基本的运算放大器电路。
3、输入电阻和输出电阻
因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0），
因为从电路输入端和地之间看进去的等效电阻等于输入端和虚地之间看进去的等效电阻，所以输入电阻Ri=R1。
二、同相比例运算放大器
1、电路结构
R1、Rf:反馈电阻，引入电压串联负反馈。
R2：平衡电阻，要求
R2=R1//Rf
该电路不存在“虚地”，引入的共模信号较大。
2、闭球电压放大倍数
3、输入电阻和输出电阻
因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0）。
根据“虚断”概念，该电路的输入电流等于0，所以输入电阻很大（Ri=∞）。
三、反相器和电压跟器
思考：如何利用反相比例运算放大器和同相比例运算放大器实现：
1、vo=-vi（反相器）
2、vo=vi（电压跟随器）
在同相比例运算放大器中，只要令R1=0或Rf=∞，即可实现vo=vi，从而实现电压跟随器的功能。
课堂练习
1、电路如图，当开关S断开时电压表的读数为2V，则当开关S闭合后电压表的读数是多少？
2、电路如图，已知VI=2V，则电压表的读数是多少？并在图中标出电压表的极性。
课题
反相比例和同相比例运算放大器
所属章节
第三章：集成运算放大器
教学目的
能熟练应用集成运算放大器
教学重点
1、比例运算放大器的结构
2、电压放大倍数的计算
3、电路特点
教学方法
讲授法、多媒体课件教学
课题引入
基本运算放大器包括反相输入放大器和同相输入放大器，它们是构成各种复杂运算电路的基础，是最基本的运算放大器电路。
3、输入电阻和输出电阻
因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0），
因为从电路输入端和地之间看进去的等效电阻等于输入端和虚地之间看进去的等效电阻，所以输入电阻Ri=R1。
二、同相比例运算放大器
1、电路结构
R1、Rf:反馈电阻，引入电压串联负反馈。
R2：平衡电阻，要求
R2=R1//Rf
该电路不存在“虚地”，引入的共模信号较大。
2、闭球电压放大倍数
3、输入电阻和输出电阻
因为电路引入了深度电压负反馈，所以输出电阻很小（Ro≈0）。
根据“虚断”概念，该电路的输入电流等于0，所以输入电阻很大（Ri=∞）。
三、反相器和电压跟器
思考：如何利用反相比例运算放大器和同相比例运算放大器实现：
1、vo=-vi（反相器）
2、vo=vi（电压跟随器）
放大电路的主要性能指标
2、输入电阻Ri —为
输入电压与输入电流 的比
图3-3 放大电路的等效结构
相当于信号源的负载， 越大，信号源的电
压更多地传输到放大电路的输入端。在电 压放大电路中，希望大一些。
四、放大电路的主要性能指标
3、输出电阻Ro —从放 大电路输出端看进去 的等效电阻
方法一： 等效电路法
图3-4 等效电路法求
四、放大电路的主要性能指标
6．最大不失真输出电压Uom
定义：使输出电压uo的非线性失真系数达到某 一规定数值时的最大输出电压 。 估算时，常用输出信号不进入三极管输 出特性中的饱和区和截止区的可能最大值 来表示。有时也用峰一峰值表示。即
四、放大电路的Biblioteka 要性能指标7．最大输出功率 Pom和效率η
四、放大电路的主要性能指标
1、放大倍数——放大器
工程上，为方便使用常将放大倍数用 输出信号与输入信号之 对数表示，称为增益，单位是分贝 比叫作放大器的放大倍 （dB） 。如电压增益 数，或叫放大器的增益。
图3-3 放大电路的等效结构
Gu 20lg Au (dB)
四、放大电路的主要性能指标
其值越小，输出电压在放大器内阻上的损失就小。
表明放大电路带负载的能力愈强；反之，其值大，
表明放大电路带负载的能力差。
四、放大电路的主要性能指标
方法二： 实验测定法
Ro越小，输出电压越稳定，电路带负 载能力越强。
四、放大电路的主要性能指标
4．通频带-衡量放大电路对不同频率信号的放 大能力
频率太高或太低放大倍数都要下降,只有对某一频率段放大倍
最大输出功率Pom ：指输出信号基本不失真情况下 能输出的最大功率。
电路的效率η ：负载得到的功率Po与相应电源提 供的功率PCC之比。
输入电压与输入电流 的比
图3-3 放大电路的等效结构
相当于信号源的负载， 越大，信号源的电
压更多地传输到放大电路的输入端。在电 压放大电路中，希望大一些。
四、放大电路的主要性能指标
3、输出电阻Ro —从放 大电路输出端看进去 的等效电阻
方法一： 等效电路法
图3-4 等效电路法求
四、放大电路的主要性能指标
6．最大不失真输出电压Uom
定义：使输出电压uo的非线性失真系数达到某 一规定数值时的最大输出电压 。 估算时，常用输出信号不进入三极管输 出特性中的饱和区和截止区的可能最大值 来表示。有时也用峰一峰值表示。即
四、放大电路的Biblioteka 要性能指标7．最大输出功率 Pom和效率η
四、放大电路的主要性能指标
1、放大倍数——放大器
工程上，为方便使用常将放大倍数用 输出信号与输入信号之 对数表示，称为增益，单位是分贝 比叫作放大器的放大倍 （dB） 。如电压增益 数，或叫放大器的增益。
图3-3 放大电路的等效结构
Gu 20lg Au (dB)
四、放大电路的主要性能指标
其值越小，输出电压在放大器内阻上的损失就小。
表明放大电路带负载的能力愈强；反之，其值大，
表明放大电路带负载的能力差。
四、放大电路的主要性能指标
方法二： 实验测定法
Ro越小，输出电压越稳定，电路带负 载能力越强。
四、放大电路的主要性能指标
4．通频带-衡量放大电路对不同频率信号的放 大能力
频率太高或太低放大倍数都要下降,只有对某一频率段放大倍
最大输出功率Pom ：指输出信号基本不失真情况下 能输出的最大功率。
电路的效率η ：负载得到的功率Po与相应电源提 供的功率PCC之比。
放大电路的静态分析方法三
二、放大电路的静态分析方法
1．估算法确定静态工作点
I BQ
I CQ I BQ
U CC U BE U CC = Rb Rb
U CEQ U CC I CQ Rc
根据图中的参数可求出： I B Q 40A
I CQ 1.5mA U CEQ 6V
二、放大电路的静态分析方法 U Ro I来自图3-13 求输出电阻
0 R L ，U S
Rc
三、放大电路的动态分析方法
（二）微变等效电路法—共射极基本放大器微变等效分析
（4）源电压放大倍数 A us
考虑信号源内阻影响时，电 压放大倍数下降。
考虑信号源内阻影响时：
U Ri o Aus Au Us Ri Rs
三、放大电路的动态分析方法 适用范围：小信号工作状态
（二）微变等效电路法—三极管的微变等效
图3-11 三极管的微变等效电路
26 rbe 300 (1 ) () I EQ
三、放大电路的动态分析方法
在交流通路中，将三极管用等效 （二）微变等效电路法—放大电路的微变等效 电路替代。
图3-12 放大器的微变等效电路
（2）在输出特性曲线上，根据 相应的 iC 和 u CE 波形。 （3）在输出特性曲线上根据
u CE波形读出输出电压幅值：
U cem 9 6 3(V )
三、放大电路的动态分析方法
（一）图解分析法—不带负载 RL 时的图解分析
U cem 3 图3-10 放大电路的图解法动态分析 Au
I CQ 1.5mA
U CEQ 6V
三、放大电路的动态分析方法
（一）图解分析法 图解分析法是利用放大器的特性曲线，通过作 图分析放大器的工作情况。 用途：正确设置静态工作点，分析信号波形，解决 非线性失真问题。 优点：直观、形象，可清楚了解放大电信号的物理 过程。 图解法动态分析的对象是交流通路，关键是 作交流负载线。
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第三节集成运算放大器及其应用
差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.4 差模输入电阻rid
是指运放在输入差模信号时的输入电阻。对信号源来说，
差模输入电阻rid的值越大，对其影响越小。理想运放的rid
为无穷大。
3.3.3.5 开环输出电阻ro
运放在开环状态且负载开路时的输出电阻。其数值越小，
带负载的能力越强。理想运放的ro = 0。
i11
ui1 R11
；i12
ui 2 R12
该参数表示运放两个输入端之间所能承受的最大差模电 压值，输入电压超过该值时，差动放大电路的对管中某侧的 三极管发射结会出现反向击穿，损坏运放电路。运放μA741 的最大差模输入电压为30V。
差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.2 最大共模输入电压Uicmax
这是指运算放大器输入端能承受的最大共模输入电压。 当运放输入端所加的共模电压超过一定幅度时，放大管将退 出放大区，使运放失去差模放大的能力，共模抑制比明显下 降。运放μA741在电源电压为±15V时，输入共模电压应在 ±13V以内。
如果输入信号从同相输入端引入，运放电路就成了同相 比例运算放大电路。如图3-20所示。根据理想运算放大器的 特性：u u ui i1 i f 得：
i1
u R1
ui R1
if
u uo RF
ui uo RF
因而: uo
1
RF R1
ui
Auf
uo ui
1
RF R1
差动放大电路及集成运算放大器
该电路的反馈类型为串联电.3.4.3 反相加法器 如果在反相输入比例运算电路的输入端增加若干输入支
路，就构成反相加法运算电路，也称求和电路，如图3-22所 示。
03第三章运算放大器及反馈
第三章集成运算放大器及反馈集成化是电子技术进展的一个重要方向，集成运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中品种最多、应用最普遍的一类组件。
反馈是一个很重要的概念，各类自动操纵，自动调剂系统都离不开反馈。
集成运放加上负反馈可组成各类模拟运算电路。
本章要紧介绍集成运放及其线性应用和反馈的概念。
本章学习目标：（1）明白集成运放的大体性能，熟悉集成运放符号；（2）明确“同相输入端”及“反相输入端”的含义；（3）会通过工具书查阅集成运放型号、参数、连接方式、利用注意事项等资料；（4）明确反馈的概念，明白反馈对放大电路的阻碍；（5）明白集成运放线性运用和非线性运历时的特点；（6）熟悉并能计算同相较例、反相较例及加法运算电路。
第一节集成运算放大器一、集成运放简介前面讲述的放大电路是由分立的三极管、二极管、电阻、电容等元件，借助导线或印制电路连接成一个完整的电路系统，称之为分立元件电路。
利用集成工艺，将电路的所有元件及联接导线集成在同一块硅片上，封装在管壳内，成为一个具有特定功能的完整电路即集成电路。
与传统的分立元件电路相较，集成电路具有体积小、重量轻、功耗小、本钱低、靠得住性好等优势。
因此电子设备中集成电路几乎取代了分立元件电路。
集成电路的品种很多，按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
数字集成电路用于产生、变换和处置各类数字信号。
模拟集成电路用于放大、变换和处置模拟信号（模拟信号，是指幅度随时刻作持续转变的信号）。
模拟集成电路又称线性集成电路。
集成运放是一种模拟集成电路。
集成电路封装后通过引脚与外部电路联接，集成电路的外形有如图3-1所示的几种常见形式。
各类集成电路型号、管脚排列、大体联接方式及参数等等，有集成电路手册可供查阅。
图3-1 集成电路外形图例如集成运算放大器实质上是一种高增益、多级、直接耦合的放大器。
它的电压放大倍数可达104～107。
集成运放的输入电阻从几十千欧到几十兆欧，而输出电阻很小，仅为几十欧姆。
模电各章节主要知识点总结
06
第六章：信号发生器与信号变换器
信号发生器的定义和分类
总结词
信号发生器是用于产生所需信号的电子设备 ，根据产生信号的方式不同，可以分为振荡 器和调制器两类。
详细描述
信号发生器是用来产生各种所需信号的电子 设备，这些信号可以是正弦波、方波、脉冲 波等。根据产生信号的方式不同，信号发生 器可以分为两类：振荡器和调制器。振荡器 是利用自激反馈产生所需信号的电子设备， 而调制器则是利用调制技术将低频信号加载
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限流、分压、反馈等
电阻的串并联
串联增大阻值，并联减小阻值
电容
电容的种类
电解电容、瓷片电容、薄膜电 容等
电容的参数
标称容量、允许偏差、额定电 压、绝缘电阻等
电容的作用
隔直流通交流、滤波、耦合等
电容的充电放电
在交流电下，电容具有“隔直 流通交流”的作用，即让高频 信号通过，阻止低频信号通过
电感
电感的种类
信号变换器的工作原理和应用
• 总结词：模拟式信号变换器的工作原理是将输入的模拟信号进行采样、量化和 编码，转换成数字信号输出；数字式信号变换器则是将输入的数字信号进行解 码和数模转换，转换成模拟信号输出。
• 详细描述：模拟式信号变换器的工作原理是将输入的模拟信号进行采样、量化 和编码，转换成数字信号输出。采样是将连续时间信号转换为离散时间信号的 过程，量化是将采样后的离散值进行近似取整的过程，编码则是将量化后的离 散值转换为二进制码元的过程。数字式信号变换器的工作原理是将输入的数字 信号进行解码和数模转换，转换成模拟信号输出。解码是将输入的数字码元进 行解码的过程，数模转换则是将解码后的离散值转换为连续时间信号的过程。 模拟式和数字式信号变换器在通信、测量、控制等领域有着广泛的应用。
电子技术基础课件第3章 集成运算放大器及正弦波振荡电路
图中VT3组成分压式工作点稳定电路，该电路当温度发生变 化时，Ie3基本不变，且
从而阻止了Ic1、Ic2随温度升高而增大，起到抑制零漂的作用。
*3.1.4 差动放大电路的4种接法
1．单端输入、双端输出式 单端输入、双端输出式差动放大电路如图3.3所示。
2．双端输入、单端输出式 双端输入、单端输出式差动放大电路如图3.4所示。
② 中间级。其作用是提供较高的电压放大倍数，一般由共发射 极放大电路组成。
③ 输出级。输出级的作用是提供一定的电压变化，通常采用互 补对称放大电路。
④ 辅助环节。使各级放大电路有稳定的直流偏置。
2．集成运放符号
集成运放是高电压放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直 接耦合放大电路，由于直接耦合放大电路存在零点漂移问题，所 以对零漂影响最大的第一级电路往往采用差动放大器。
（a）新符号
（b）旧符号
图3.9 集成运放的图形符号
3．主要参数 集成运放的性能可以用各种参数来反映，为了合理正确地
选择和使用集成运放，下面介绍集成运放的主要性能指标。 ① 开环电压放大倍数Auo：指无反馈时集成运放的差模电压放大 倍数。 ② 差模输入电阻rid：指差模输入时运放无外加反馈回路时的输 入电阻。
集成电路按电路功能可分为模拟集成电路和数字集成电路， 模拟集成电路主要有集成功率放大器、集成运算放大器、集成 稳压器等。由于集成电路体积小、稳定性好，因而在各种电子 设备及仪器中得到了广泛的应用。
3.2.1 集成电路的特点
与分立元件电路相比，集成电路具有以下突出特点。 1．可靠性高、寿命长 2．体积小、重量轻 3．速度高、功耗低 4．成本低
3．抑制零点漂移的措施 ① 选用稳定性能好的高质量的硅管。
② 采用高稳定度的稳压电源可以抑制电源电压波动引起的零漂。
生物医学信号放大器
26
滤波特点： (1)当频率很低时，f/fH<<1，Tf=1，φC≈0，即
低频成分无损耗，无相移传输。 (2)当频率很高时， f/fH>>1，Tf=0，高频成分
被衰减，有低通的作用。 (3) fH=1/ 2πRC为上限频率，通频带为0～fH。 (4)共发射极电路中的电流放大系数β随频率变
化的关系式表明，晶体管也有低通滤波的 作用。
信号输入中的低频成分可以从上通道既低通滤波器传输而高频成分可以从下通道即高通滤波器传输而对于信号中的中间频率成分上下两通道均可以通过其中通过低通滤波器传输出来的电压位相落后通过高通滤波器传输出来的电压位相超前它们再分别经过电阻和电容两路传输出来的电压位相差更大在某个适当的中间频率下两路输出电压幅度相等且位相相反输出总电压为零起到了使这个中间频率的信号被衰减的作用即有陷波作用
5
另外生物电信号的整个频带中要求 放大器的放大倍数稳定、均匀，在信号 幅度范围内具有良好的线性。对于生物 电放大器来讲，电压放大倍数一般都较 高。放大倍数越高，保持稳定就越困难。 为了使输出波形不失真，必须采取一定 的电路技术，如负反馈放大技术。
6
生物体的阻抗很高，这意味着生物 信号源不仅输出电压幅度低，而且提供 电流的能力也很差，因此要求生物电放 大器的前级必须具有很高的输入阻抗， 以防止生物电信号的衰减，但高输入阻 抗易引入外界干扰，特别是市电50Hz的 干扰，为了提高放大器输入信噪比，常 常加入50Hz陷波器。
11
以频率为横轴，振幅为纵轴，在横轴 上找到所有振幅不为零的正弦波的频率并 引出垂线，其长度表示相应的振幅an，这 种图称为振幅频谱，也常简称为频谱 (spectrum)。而an2组成功率频谱，简称为 功率谱。各种频率成分的初位相声。组成 的位相谱，称为位相频谱。
第三章生物医学常用放大器
2VS 1 ——三次谐波分量 3
⒈ 周期性波形的频谱
U (t ) an sin(2fnt n)
n=0、1、2、3
n=1时，fn为f1，f1是非正弦式周期波的重 复频率——基频。此频率的正弦波称为基波， 其它正弦波的频率fn都是基频的整数倍，称为 n倍频，相应的正弦波称为n次谐波。即n=2、3、 4„„分别对应二次、三次、四次谐波，用特
§3.1 生物医学信号的特点及频谱
§3.2 常用滤波电路
§3.3 负反馈放大器 §3.4 直流放大器
§3.5 集成运算放大器
§3.6 功率放大器
一、生物医学信号的特点
从表中可以看出： 由于生物电信号非常微弱，而普通的电子元 ⒉ 生物电信号的频带主要在低频和超低频范围 ⒈通常生物电信号的幅度较低，只有毫伏级甚至 ⒊生物体的阻抗很高 件的噪声相当于数微伏无规则电压，为了使数微 内，且频带较宽。 微伏级。所以，要提取生物信号，必需经过一 伏级的生物电信号不被噪声淹没，放大器的前级 定的放大处理。 必须选用高质量的电阻、电容，低噪声的场效应 管，对电源要求输出稳定；此外，要求放大器的 放大倍数稳定、均匀，具有良好的线性。
分压式偏置电路：
+EC RB1 C1 RC C2
ui
RB2
RL
RE
CE
uo
多级阻容耦合放大电路
输 入 第一级 放大电路 输 出 第二级 放大电路 功放级 第n级 放大电路 第 n-1 级 放大电路 ……
耦合：即信号的传送。 耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。
多级放大电路对耦合电路要求：
1. 静态：保证各级Q点设置
2. 动态: 传送信号。
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输出特性曲线可以分为三个区域:
饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE＜0.7 V。
此时发射结正偏，集电结也正偏。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。
此时，发射结反偏，集电结反偏
。
饱和区
放大区——
曲线基本平
行等
i C(m A)
放大区
IB =1 00 uA
IB =8 0u A
N I E N I E P
所以: I C
V BB
IE
e IE
三个电极上的电流关系: IE =IC+IB (KVL)
(2)IC与I B之间的关系：
联立以下两式：
IC＝IE＋IC BOIE＝IC＋IB
c IC
得：IC ＝ IE ＋ IC＝ BO （ IC ＋ IB ）IC＋ BO I C B O I C N
第三章 基本放大器
3.1 半导体BJT 3.2 共射极放大电路 3.3 图解分析法 3.4 小信号模型分析法 3.5 放大电路的工作点稳定问题 3.6 共集电极电路和共基极电路
精品课件
3.1 半导体BJT
3.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时， 多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还 被称为双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,简称BJT）。
N
RC
IB
P
b
另外，集电结
Rb
区的少子形成漂
V BB
移电流ICBO。
VCC
N I E N I E P
e IE
2．电流分配关系
定义： ＝ I CN IE
其值的大小约为0.9～0.99。
c IC
I I C B O CN
N
(1)IC与I E之间的关系:
IB
IC＝ I E＋ICBO
b
RC
P
IE
Rb
VCC
3.1.2 BJT的电路分配及放大作用（NPN管）
发射结加正向偏置电压,集电
结加反向偏置电压
三极管在工作时要加上适
＋
当的直流偏置电压。
UCB
c
+
c区 N
若在放大工作状态：
发射结正偏： 电流均受此
电压控制
由VBB保证
Rb
集电结反偏：
V BB
由VCC、 VBB保证
UCB=UCE - UBE > 0
－
b区 P ＋b
（2） uCE ↑ → Ic ↑ 。
（3） 当uCE ＞1V后，
收集电子的能力足够强。
i C(mA)
IB =100uA IB =80uA
这时，发射到基区的电
IB =60uA
子都被集电极收集，形
IB =40uA
成iC。所以uCE再增加， iC基本保持不变。
IB =20uA
IB= 0
u
CE
( V)
同理，可作出iB=其他值的曲线。
2.3
△ iC
IC 2.3mA38 1.5
IB 60A
＝ iiC B(2 (.3 6 -01 4.50)m A ) A 40
△ iB
IB =80uA IB =60uA IB =40uA
IB =20uA IB=0 uCE (V)
一般取20~200之间
（2）共基极电流放大系数：
＝ IC IE
＝ iC
距。 此时
IB =6 0u A
，发 射结正偏，
集电
IC＝ 结反I偏B。
该区中有：
截止区
IB =4 0u A
IB =2 0u A
IB= 0
u
CE
(V )
3.1.4
BJT的主要
参数
1.电流放大系数 i C (mA)
（1）共发射极电流放大系数：
IB =100uA
静 态
IC
IB
＝ iC iB
动 态
合减少， 在同一uB死E 电区压电下压，随着uCE的增大,iB导减通小压。降特性曲线将向右
（3稍）微uC移E ≥动1一V再些增。加时，曲线右移很锗不明0.1显V。
锗 0.3V
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const
iB
现以iB=60uA一条加以说明。
不
（1）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。 变
BJT是由两个PN结组成的。
BJT的结构
NPN型
PNP型
发射结 集电结
发射结 集电结
e-
发射极
NP N
发射区 基区 集电区
-
基极
b
c
集电极
符号: e-
-c
-
b
e-
发射极
PN P
发射区 基区 集电区
-
基极
b
c
集电极
e-
-c
-
b
三极管的结构特点:
（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。 （2）基区要制造得很薄且浓度很低。
iE
2.极间反向电流(know)
（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO
发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反
向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度
有关。
锗管：I CBO为微安数量级，
（2硅）管集：电I极CBO发为纳射安极数间量的级。
穿透电流ICEO
基极开路时，集电极到
发射极间的电流——穿透电流
ICBO
+
b
c
+
ICEO
e
。
ICE＝ O(1)ICBO
其大小与温度有关。
3.极限参数
（1）集(l电ea极r最n)大允许电流ICM
Ic增加时， 要下降。当值下降到线性放大区值的
70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电
流ICM。
UBE
e区 N
－
e
Hale Waihona Puke 共发射极接法RC UCE
VCC
－
1．BJT内部的载流子传输过程
（1）因为发射结正偏，所以发射
c
区向基区注入电子 ，形成了扩散
电流IEN 。同时从基区向发射区
N
也有空穴的扩散运动，形成的电
流为IEP。但其数量小，可忽略。 所以发射极电流I E ≈ I EN 。
（2）发射区的电子注入基
N
所以：IC＝1－ IB＋1－ 1ICBO
IB
b
RC
P
令：
＝
1－
Rb V BB
ICEO＝1－1 ICBO
VCC
N I E N I E P
e IE
得： IC ＝IB ＋ ICE O IB
IC
IE
3.1.3 BJT的特性曲线（共发射极接法）
(1) 输入特性曲线
iB=f(uBE) uCE=const
VBE
iB T
+
输+
入 u BE -
+
iC
+
+
u CE
输 出
-
+
i
B
(u
A
)
80
u
C
E
=
0
V
40
不 变
uCE ＞ 1V
0.2 0.4 0.6 0.8
uB E (V )
（（12））u当CEu=C0EV=时1V，时相，当集于电两结个已PN进结入并反联偏硅。状0等.态5同V，P开N结始的收特集性电曲子线，所以硅基0区.7V复
IB
b
区后，变成了少数载流子。 R b
P N I E N I E P
RC VCC
少部分遇到的空穴复合掉， V B B
形成IBN。所以基极电流I B ≈ I BN 。大部分到达了集
e IE
电区的边缘。
（3）因为集电结反偏， 收集扩散到集电区边
c IC
缘的电子，形成电流
ICN 。
I I C B O CN