模拟电子技术 多级放大电路
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一、差模状态动态计算 二、共模状态动态计算 三、恒流源差分放大电路 四、差分放大电路的传输特性
一、 差模状态动态计算
差分放大电路的差模工作状态分为四种: 1. 双端输入、双端输出（双----双） 2. 双端输入、单端输出（双----单） 3. 单端输入、双端输出（单----双） 4. 单端输入、单端输出（单----单） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻
③单端输入双端输出差模电压放大倍数
单端输入信号可以转
换为双端输入，其转换
过程见图06.06。右侧的 Rs+rbe归算到发射极回路
的值[(Rs+rbe) /(1+)]<< Re，
故 Re 对 Ie 分流极小，可 忽略，于是有
vi1 = －vi2 = vi /2
图06.06 单端输入转换为 双端输入
电抗性元件耦合 级间采用电容或变压器耦合。
电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 漂移信号和低频信号不能通过。
根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。
耦合电路的简化形式如图07.01所示。
(a)阻容耦合
(b)直接耦合
(c)变压器耦合
图07.01 耦合电路的形式
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，
Rs
VEE VBE
(1 )2Re
IC = IB
VC = VCC ICRc VE = 2ICRe VEE VCE = VC VE VB = VE +VBE
由IB的计算式可知，Re对 一半差分电路而言，只有2 Re 才能获得相同的电压降。
图06.03双电源差分放大电路
3.3.2.3 差分放大电路的动态计算
Ri1 =rbe1 // Rb1 // Rb2 =3.1//51//20
=3.1//14.4=2.55 k
Avs1
=
Ri1 Rs + Ri1
Av1
2.55 (58.3) 1 2.55
41.9
Avs Avs1Av2 41.9 (153.6) 6436
对于多级放大电路可认为：前级是后级的信 号源，后级是前级的负载。
VE2 VB2 VBE2 7.26 0.7 7.96V
IEQ2 ICQ2 (VCC VE2) / Re2 (12 7.96) / 3.9 4.04/ 3.9 1.04 mA
VC2 ICQ2Rc2 1.04 4.3 4.47 V
VCEQ2 VC2 VE2 4.47 7.96 3.45V
(1)差模电压放大倍数Avd
②双端输入单端输出差模电压放大倍数
图06.05双端输入单端输出
Avd
Rc 2Rs
// RL rbe
双端输入单端输出因只利 用了一个集电极输出的变化量， 所以它的差模电压放大倍数是 双端输出的二分之一。
这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号。
差分放大电路是由对称的两个基本放大电路， 通过射极公共电阻耦合构成的。如图06.01所示。 对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数 对应相等。
即：1=2=
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
Av d
(Rc
//
RL 2
Rs rbe
)
这种方式用于将单 端信号转换成双端差分 信号, 可用于输出负载 不接地的情况。
④单端输入单端输出
Avd
Rc 2Rs
// RL rbe
通过从 T1 或 T2 的集电极输出，可以得到 输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。 从T1的基极输入信号，从C1 输出，为反相；从 C2 输出为同相。
应认真加以解决；阻容耦合使前后级相对独立，静态工作 点Q互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换 （不常用）。
3.1.2 零点漂移
零点漂移
是三极管的工作点随时间而 逐渐偏离原有静态值的现象。 产生零点漂移的主要原因是温度的影响， 所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。
现以图07.05的两级放大电路为例加以说明， 三极管的参数为:
1=2==100，VBE1=VBE2=0.7 V。计算总电压
放大倍数。 用输入电阻法 计算。
图07.05 两级放大电路计算例
用输入电阻法求电压增益
（1）求静态工作点
I BQ1
=
(Rb1
//
V 'CC VBE Rb2) + (1+
第3章 多级放大电路
3.1 多级放大电路概述 3.2 多级放大电路的动态分析 3.3 直接耦合多级放大电路
3.1 多级放大电路概述
[问题提出] 前面所述的单管放大电路，在实际运用中各
项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放 大电路，来满足实际要求。
多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出 信号尽可能多地传给后级，同时要保证前后级晶 体管均处于放大状态，实现不失真的放大。
信号的输入方式：若信号同时加到同相输入 端和反相输入端，称为双端输入； 若信号仅从 一个输入端对地加入，称为单端输入。
差分放大电路可以有两个输出端，一个是 集电极C1，另一个是集电极C2。
从C1 和C2输出称为双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出。
三、 差模信号和共模信号
差模信号
怎样来衡量实际效果呢？
因此提出了共模信号的概念，由于温漂的变化
作用于电路的两部分，且T1、T2的 ic变化相同，可
看作在两个输入端同时输入一对极性相同、幅值相 同的信号的结果。
于是引入共模电压放大倍数来衡量放大电路抑 制温漂的能力。
(1) 共模放大倍数Avc
计算共模放大倍数Avc的微变等效电路，如图 06.08 所示。其中Re用2Re等效，这与差模时不同。 Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出 时可以认为等于零。
图06.01差分放大电路
二、 差分根放据大规电定的路正的方向，在一个 输果输入所入端得反和加到之输上的，一输出如定出果方极信所式性 号得的 极到信 性的号 与输， 其出如 相
差分放大电同信路，号一则的般该极有输性两入与个端其输称相入为反端同，：相则输该入输端。 同相输入端，入端称为反相输入端。
反相输入端。
(1)差模电压放大倍数Avd
双端输入差放电路如图06.04所示。负载电阻接 在两集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看成± vi /2各接在两输入端与地之间。
①双端输入双端输出差模电压放大倍数
Av d
(Rc
//
RL 2
Rs rbe
)
图06.04双端输入双端输出
这种方式适用于 双端输入和双端输出， 输入、输出均不接地 的情况。
一般将在一定时间内，或一定温度变化 范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数， 即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 例如 V/C 或 V/min 。
3.2 多级放大电路的动态分析
1.多级放大电路的构成可用如下方框图表示：
+
+
Ui
A1
A2
An
RL Uo
-
-
2.多级放大电路的放大倍数：
n
A A1A2 A3 An Ai i=1
（2）求电压放大倍数
先计算三极管的输入电阻
rbe1
=
rbb
(1
)
26(mV) I E1 (mA)
300 101
26 Ω 0.93
3.1kΩ
rbe2
=
rbb
(1
)
26(mV) IE2 (mA)
300
101 26 Ω 1.04
2.8 kΩ
电压增益
Av1
=
(Rc1 // rbe1
3.3.2.2 差分放大电路的静态计算
差分放大电路的静态和如图动06态.03计所算示。方由法于与接基入负本电放源大，电
路基本相同。为了使差所分以偏放置大电电阻路Rb可在以静取态消时，改，为其－输VEE入端 基本上是零电位，将R和e从Re接提供地基改极为偏置接电负流电。源基极－电V流EE为。:
IB
=
是共指模在两信个号
输入端加上幅度 相等，极性相反 的信是号指。在两个 输入端加上幅度 相等，极性相同 的信号。
图06.02共模信号和差模信号示意图
差分放大电路仅对差模信号具有放大能力， 对共模信号不予放大。
温度对三极管电流的影响相当于加入了共模 信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入 级所采用的电路形式。
单端输出时为
Avc
=
vOC1 vIC
R 'L
Rb rbe (1 )2Re
R 'L 2Re
图06.08 共模微变 等效电路
(2)共模抑制比
Байду номын сангаас
共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要 指标。
KCMR
Avd Avc
，或
KCMR
20 lg
Avd Avc
dB
双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端 输出时共模抑制比
Ri2 )
100
(5.1// 3.1
2.8)
58.3,
式中Ri2 rbe2
Av2
=
(Rc2 //
rbe2
RL )
100 4.3 2.8
153 .6
Av Av1Av2 58.3(153.6) 8955
如果求从VS算起的电压增益，需计算第一 级的输入电阻
3.输入电阻与输出电阻： Ri =?Ri1 , Ro =? Rno
4. 多级放大电路电压放大倍数的计算
在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数 时有两种处理方法。
输入电阻法 开路电压法
一是将后一级的输入电阻作为前一级的 负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级 集电极负载电阻并联。
二是将后一级与前一级开路，计算前 一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并 将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用 到后一级的输入端。
3.1.1 耦合形式
3.1.2 零点漂移
3.1.1 耦合形式
多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级
联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须
要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正
确。 直接耦合
耦合电路采用直接连接或电阻连接， 不采用电抗性元件。
直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而 缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。
(2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输 入电阻Rid是基本放大电路的两倍。
Rid 2Rs rbe
(3)输出电阻
输出电阻在
单端输出时，Ro Rc 双端输出时，Ro 2Rc
二、 共模状态动态计算
[问题引出] 前面已经介绍差放电路抑制温漂的原理，在理
想情况下温漂应为零，但实际电路的器件和参数很 难完全对称，因此达不到预期的结果。
ib1
b
β1ib1
(1+β1)ib1
ic
c
(1+β1)β2ib1
(1+β1)(1+ β2)ib1
c
ib ic
b
ie
e
e
等效后的型号：与第一管型号相同 等效后的参数：
1 2
rbe rbe1 1rbe2
条件：1）使各管均能处于放大状态，满足三极管Q 点合适条件；2）FET+BJT，应特别注意分析UGS的 正负和 IG=0的情况。 注意：必须使各管均处于正常的工作状态才能组成 复合管。
由复合管组成的放大电路见书中113页说明
3.3.2 差分放大电路
3.3.2.1 概述 3.3.2.2 差分放大电路的静态计算 3.3.2.3 差分放大电路的动态计算
3.3.2.1 概述 一、 差分放大电路的组成 二、 差分放大电路的输入和
输出方式 三、 差模信号和共模信号
一、 差分放大电路的组成
多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲 通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。
3.3 直接耦合多级放大电路
3.3.1 复合管放大电路 3.3.2 差分放大电路 3.3.3 直接耦合互补输出级 3.3.4 直接耦合多级放大电路
3.3.1 复合管放大电路
一、复合管（Dartington管）
（一）、为什么要组成复合管？ 1、用以提高输入电阻和电流放大系数。 2、在电路结构有时需要组合器件。（运放输出级） （二）、复合管的结构和参数 1、结构如图所示
)
Re1
3.38 0.7 (51// 20) 101
2.7
mA
= 0.0093mA = 9.3 A
I CQ1 IBQ1 0.93 mA
VC1 VB2 Vcc ICQ1Rc1 12 0.93 5.1 7.26 V
VCEQ1 = VCC ICQ1 Rc1 (ICQ1 IBQ1)Re1 Vcc ICQ1(Rc1 Re1) 12 0.937.8 4.7 V
一、 差模状态动态计算
差分放大电路的差模工作状态分为四种: 1. 双端输入、双端输出（双----双） 2. 双端输入、单端输出（双----单） 3. 单端输入、双端输出（单----双） 4. 单端输入、单端输出（单----单） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻
③单端输入双端输出差模电压放大倍数
单端输入信号可以转
换为双端输入，其转换
过程见图06.06。右侧的 Rs+rbe归算到发射极回路
的值[(Rs+rbe) /(1+)]<< Re，
故 Re 对 Ie 分流极小，可 忽略，于是有
vi1 = －vi2 = vi /2
图06.06 单端输入转换为 双端输入
电抗性元件耦合 级间采用电容或变压器耦合。
电抗性元件耦合，只能传输交流信号， 漂移信号和低频信号不能通过。
根据输入信号的性质，就可决定级间耦合电路的形式。
耦合电路的简化形式如图07.01所示。
(a)阻容耦合
(b)直接耦合
(c)变压器耦合
图07.01 耦合电路的形式
直接耦合或电阻耦合使各放大级的工作点互相影响，
Rs
VEE VBE
(1 )2Re
IC = IB
VC = VCC ICRc VE = 2ICRe VEE VCE = VC VE VB = VE +VBE
由IB的计算式可知，Re对 一半差分电路而言，只有2 Re 才能获得相同的电压降。
图06.03双电源差分放大电路
3.3.2.3 差分放大电路的动态计算
Ri1 =rbe1 // Rb1 // Rb2 =3.1//51//20
=3.1//14.4=2.55 k
Avs1
=
Ri1 Rs + Ri1
Av1
2.55 (58.3) 1 2.55
41.9
Avs Avs1Av2 41.9 (153.6) 6436
对于多级放大电路可认为：前级是后级的信 号源，后级是前级的负载。
VE2 VB2 VBE2 7.26 0.7 7.96V
IEQ2 ICQ2 (VCC VE2) / Re2 (12 7.96) / 3.9 4.04/ 3.9 1.04 mA
VC2 ICQ2Rc2 1.04 4.3 4.47 V
VCEQ2 VC2 VE2 4.47 7.96 3.45V
(1)差模电压放大倍数Avd
②双端输入单端输出差模电压放大倍数
图06.05双端输入单端输出
Avd
Rc 2Rs
// RL rbe
双端输入单端输出因只利 用了一个集电极输出的变化量， 所以它的差模电压放大倍数是 双端输出的二分之一。
这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号。
差分放大电路是由对称的两个基本放大电路， 通过射极公共电阻耦合构成的。如图06.01所示。 对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数 对应相等。
即：1=2=
VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
Av d
(Rc
//
RL 2
Rs rbe
)
这种方式用于将单 端信号转换成双端差分 信号, 可用于输出负载 不接地的情况。
④单端输入单端输出
Avd
Rc 2Rs
// RL rbe
通过从 T1 或 T2 的集电极输出，可以得到 输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。 从T1的基极输入信号，从C1 输出，为反相；从 C2 输出为同相。
应认真加以解决；阻容耦合使前后级相对独立，静态工作 点Q互不影响，可抑制温漂；变压器耦合可实现阻抗变换 （不常用）。
3.1.2 零点漂移
零点漂移
是三极管的工作点随时间而 逐渐偏离原有静态值的现象。 产生零点漂移的主要原因是温度的影响， 所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。 工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。
现以图07.05的两级放大电路为例加以说明， 三极管的参数为:
1=2==100，VBE1=VBE2=0.7 V。计算总电压
放大倍数。 用输入电阻法 计算。
图07.05 两级放大电路计算例
用输入电阻法求电压增益
（1）求静态工作点
I BQ1
=
(Rb1
//
V 'CC VBE Rb2) + (1+
第3章 多级放大电路
3.1 多级放大电路概述 3.2 多级放大电路的动态分析 3.3 直接耦合多级放大电路
3.1 多级放大电路概述
[问题提出] 前面所述的单管放大电路，在实际运用中各
项性能指标很难满足要求，所以需要采用多级放 大电路，来满足实际要求。
多级放大器级间耦合的条件是把前级的输出 信号尽可能多地传给后级，同时要保证前后级晶 体管均处于放大状态，实现不失真的放大。
信号的输入方式：若信号同时加到同相输入 端和反相输入端，称为双端输入； 若信号仅从 一个输入端对地加入，称为单端输入。
差分放大电路可以有两个输出端，一个是 集电极C1，另一个是集电极C2。
从C1 和C2输出称为双端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出。
三、 差模信号和共模信号
差模信号
怎样来衡量实际效果呢？
因此提出了共模信号的概念，由于温漂的变化
作用于电路的两部分，且T1、T2的 ic变化相同，可
看作在两个输入端同时输入一对极性相同、幅值相 同的信号的结果。
于是引入共模电压放大倍数来衡量放大电路抑 制温漂的能力。
(1) 共模放大倍数Avc
计算共模放大倍数Avc的微变等效电路，如图 06.08 所示。其中Re用2Re等效，这与差模时不同。 Avc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出 时可以认为等于零。
图06.01差分放大电路
二、 差分根放据大规电定的路正的方向，在一个 输果输入所入端得反和加到之输上的，一输出如定出果方极信所式性 号得的 极到信 性的号 与输， 其出如 相
差分放大电同信路，号一则的般该极有输性两入与个端其输称相入为反端同，：相则输该入输端。 同相输入端，入端称为反相输入端。
反相输入端。
(1)差模电压放大倍数Avd
双端输入差放电路如图06.04所示。负载电阻接 在两集电极之间。vi 接在两输入端之间，也可看成± vi /2各接在两输入端与地之间。
①双端输入双端输出差模电压放大倍数
Av d
(Rc
//
RL 2
Rs rbe
)
图06.04双端输入双端输出
这种方式适用于 双端输入和双端输出， 输入、输出均不接地 的情况。
一般将在一定时间内，或一定温度变化 范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数， 即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。 例如 V/C 或 V/min 。
3.2 多级放大电路的动态分析
1.多级放大电路的构成可用如下方框图表示：
+
+
Ui
A1
A2
An
RL Uo
-
-
2.多级放大电路的放大倍数：
n
A A1A2 A3 An Ai i=1
（2）求电压放大倍数
先计算三极管的输入电阻
rbe1
=
rbb
(1
)
26(mV) I E1 (mA)
300 101
26 Ω 0.93
3.1kΩ
rbe2
=
rbb
(1
)
26(mV) IE2 (mA)
300
101 26 Ω 1.04
2.8 kΩ
电压增益
Av1
=
(Rc1 // rbe1
3.3.2.2 差分放大电路的静态计算
差分放大电路的静态和如图动06态.03计所算示。方由法于与接基入负本电放源大，电
路基本相同。为了使差所分以偏放置大电电阻路Rb可在以静取态消时，改，为其－输VEE入端 基本上是零电位，将R和e从Re接提供地基改极为偏置接电负流电。源基极－电V流EE为。:
IB
=
是共指模在两信个号
输入端加上幅度 相等，极性相反 的信是号指。在两个 输入端加上幅度 相等，极性相同 的信号。
图06.02共模信号和差模信号示意图
差分放大电路仅对差模信号具有放大能力， 对共模信号不予放大。
温度对三极管电流的影响相当于加入了共模 信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入 级所采用的电路形式。
单端输出时为
Avc
=
vOC1 vIC
R 'L
Rb rbe (1 )2Re
R 'L 2Re
图06.08 共模微变 等效电路
(2)共模抑制比
Байду номын сангаас
共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要 指标。
KCMR
Avd Avc
，或
KCMR
20 lg
Avd Avc
dB
双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端 输出时共模抑制比
Ri2 )
100
(5.1// 3.1
2.8)
58.3,
式中Ri2 rbe2
Av2
=
(Rc2 //
rbe2
RL )
100 4.3 2.8
153 .6
Av Av1Av2 58.3(153.6) 8955
如果求从VS算起的电压增益，需计算第一 级的输入电阻
3.输入电阻与输出电阻： Ri =?Ri1 , Ro =? Rno
4. 多级放大电路电压放大倍数的计算
在求分立元件多级放大电路的电压放大倍数 时有两种处理方法。
输入电阻法 开路电压法
一是将后一级的输入电阻作为前一级的 负载考虑，即将第二级的输入电阻与第一级 集电极负载电阻并联。
二是将后一级与前一级开路，计算前 一级的开路电压放大倍数和输出电阻，并 将其作为信号源内阻加以考虑，共同作用 到后一级的输入端。
3.1.1 耦合形式
3.1.2 零点漂移
3.1.1 耦合形式
多级放大电路的连接，产生了单元电路间的级
联问题，即耦合问题。放大电路的级间耦合必须
要保证信号的传输，且保证各级的静态工作点正
确。 直接耦合
耦合电路采用直接连接或电阻连接， 不采用电抗性元件。
直接耦合电路可传输低频甚至直流信号，因而 缓慢变化的漂移信号也可以通过直接耦合放大电路。
(2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输 入电阻Rid是基本放大电路的两倍。
Rid 2Rs rbe
(3)输出电阻
输出电阻在
单端输出时，Ro Rc 双端输出时，Ro 2Rc
二、 共模状态动态计算
[问题引出] 前面已经介绍差放电路抑制温漂的原理，在理
想情况下温漂应为零，但实际电路的器件和参数很 难完全对称，因此达不到预期的结果。
ib1
b
β1ib1
(1+β1)ib1
ic
c
(1+β1)β2ib1
(1+β1)(1+ β2)ib1
c
ib ic
b
ie
e
e
等效后的型号：与第一管型号相同 等效后的参数：
1 2
rbe rbe1 1rbe2
条件：1）使各管均能处于放大状态，满足三极管Q 点合适条件；2）FET+BJT，应特别注意分析UGS的 正负和 IG=0的情况。 注意：必须使各管均处于正常的工作状态才能组成 复合管。
由复合管组成的放大电路见书中113页说明
3.3.2 差分放大电路
3.3.2.1 概述 3.3.2.2 差分放大电路的静态计算 3.3.2.3 差分放大电路的动态计算
3.3.2.1 概述 一、 差分放大电路的组成 二、 差分放大电路的输入和
输出方式 三、 差模信号和共模信号
一、 差分放大电路的组成
多级放大器可使放大倍数提高，但是靠牺牲 通频带来实现的。通频带将在频率响应中介绍。
3.3 直接耦合多级放大电路
3.3.1 复合管放大电路 3.3.2 差分放大电路 3.3.3 直接耦合互补输出级 3.3.4 直接耦合多级放大电路
3.3.1 复合管放大电路
一、复合管（Dartington管）
（一）、为什么要组成复合管？ 1、用以提高输入电阻和电流放大系数。 2、在电路结构有时需要组合器件。（运放输出级） （二）、复合管的结构和参数 1、结构如图所示
)
Re1
3.38 0.7 (51// 20) 101
2.7
mA
= 0.0093mA = 9.3 A
I CQ1 IBQ1 0.93 mA
VC1 VB2 Vcc ICQ1Rc1 12 0.93 5.1 7.26 V
VCEQ1 = VCC ICQ1 Rc1 (ICQ1 IBQ1)Re1 Vcc ICQ1(Rc1 Re1) 12 0.937.8 4.7 V