第3章 单级放大器1
第3章生物医学常用放大器ppt课件-PPT课件
第三章 生物医学常用放大器
判定方法：
在直流通路中，如果有反馈存在，则为直流反馈。 在交流通路中，如果有反馈存在，则为交流反馈。 如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为 交、直流反馈。 电路特点:(1)反馈网络中串接隔直电容，可以隔断 直流，反馈只对交流起作用。
(2)如果在起反馈作用电阻两端并联旁路
X d 净输入信号 X f 反馈信号
Xo
A F
输出信号 无反馈时的放大倍数 反馈网络的反馈系数
（1）由基本放大电路和反馈网络两部分组成。 （2）反馈信号与输入信号在放大器的输入端叠加。
X X X （3）基本放大器的净输入信号 d i f
第三章 生物医学常用放大器
（二）反馈的类型及其判定方法
第三章 生物医学常用放大器
（一）电压串联负反馈 电路如图所示（射随器） 反馈类型分析如下： Re 介于输入输出回路 之间，有反馈存在。 反馈电压 uf= uo ， 反馈量 与 输出电压有关，为电压 反馈。
C1 + + ui
–
Rb + ud
–
+UCC + C2 + uf
–
Re
+ RL uo
–
从输入端来看：ud = ui –uf，以电压形式相加减， 故为串联反馈。
1.正反馈和负反馈 正反馈：反馈使净输入信号增加，使输出量增大。 负反馈：反馈使净输入信号减小，使输出量减小。 判定方法：采用瞬时极性法. （1）在放大器的输入端，假定输入信号电压ui处于某 一瞬时极性。如用“＋”号。 （2）按照电压信号传输方向，根据放大器基-射同 相，基-集反相原则，判断反馈信号uf瞬时极性。 （3）如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为 负反馈；反之为正反馈。
第3章放大电路中的负反馈讲解
1 F
信号X、反馈系数F 和闭环增益Af 在四种负反馈组态中的具体形式
信号及 传递比
X i、X f、X id
X o
F
=
X f X o
A f
=
X o X i
特点
电压串联
Ui、Uf、Uid
Uo
Fu
=
Uf Uo
Auf
=
Uo Ui
输入以电压形 式求和，输出 取电压，闭环 电压增益
= iid
ui + AFiid
=
ui
(1+ AF )iid
= Ri 1+ AF
Ri
=
ui ii
Ri是基本放大电路的输入电阻。
⒉ 对输出电阻的影响
⑴ 电压负反馈使输出电阻减小
负载开路
此处用XS=0 是因 为考虑到电压并联负
反馈时，信号源内阻
不能为零，否则反馈 信号将被信号源旁路。
XS=0 ，说明信号源内 阻还存在。
A — 基本放大器放大倍数 F — 反馈网络的反馈系数
．．
开环增益：A = Xo / Xid
．． 反馈系数：F = X．f / Xo
闭环增益： A
f
=．X o
Xi
=
1
A + AF
反馈深度：（1+AF）
深度负反馈条件：（1+AF）>>1 。
一般（1+AF）≥10，满足深度负反馈条件。
在深度负反馈条件下，Af ≈
＋
F
＋
uf AFuid
－
－
故输入电阻增加。
图 3-20 串联负反馈对输入电阻的影响
⑵ 并联负反馈使输入电阻减小
第3章 多级放大电路 18页
RC1
RB21
+Vcc RC2
+ C3
C1 +
RS
T1
+
T2 C2 RB22 RE1
RL
ui
RB12 RE1
vo
CE2
vs
CE2
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第3章 多级放大电路
2. 直接耦合 结构较复杂,Q点相互影响 ,调整比较困难.在集成电路 中,直接耦合的应用越来越多.
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc R
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
RE2 DZ
钳制在0.6~0.7V,使T1的基本上工作在 晶体管T 的集电极电位被钳制在 , 晶体管 1的集电极电位被钳制在 饱和区,电路已失去放大作用. 饱和区,电路已失去放大作用. 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 解决方法是提高第二级的基极电位.如在第二级加发射极电阻 或加稳压管进行改进 既能有效传递信号, 稳压管进行改进, 或加稳压管进行改进,既能有效传递信号,又能使每一级都有 合适的静态工作点. 合适的静态工作点.
RB2
RC1 IC1 T1
IC1 RC2
+Vcc
vC2
T2 IB2
RB1
vi = 0
IB1
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第3章 多级放大电路
3. 变压器耦合
v1 v2
结构虽比较简单,但元件体积大,重量大,不适于 电路的小型化和集成化.
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第3章 多级放大电路(Qchsh_2015)
VC1=VB2；
VC2=VB2+VCB2＞VC1
这样，集电极电位就要逐级提高，为此后面的放大级要加入较大 的发射极电阻，从而无法设置正确的工作点。这种方式只适用于级 数较少的电路。
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克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路
3.3.2 基本差分放大电路
一、电路组成：对称性，由两个共射极电路组成。 Rb1=Rb2 Rc1=Rc2 在任何温度下T1和T2的特性 和参数均完全相同。 特点： 电路对称，有两个输入端，有 两个输出端 。
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直接耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦 合多级放大电路时必须要加以解决的问题。 （1）直接耦合放大电路的改进形式
其动态输出级与负载的阻抗匹配，
以获得有效的功率传输。
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变压器耦合阻抗匹配的原理见图：
V1 N1 n(匝数比或称变比 ) V2 N2 V 1I 1 V 2 I 2
阻容耦合：各级之间通过耦合电容连接的耦合方式。
优点：阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电 路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主 要耦合方式。 缺点：低频特性差，不能放大缓慢变化的 信号；由于耦 合电容容量较大，所以不便于集成化。
第3章-多级放大电路-习题解答
第3章自测题、习题解答自测题3一、选择：选择：〔请选出最合适的一项答案〕1、在三种常见的耦合方式中,静态工作点独立,体积较小是〔 〕的优点.A 〕阻容耦合 B> 变压器耦合 C 〕直接耦合2、直接耦合放大电路的放大倍数越大,在输出端出现的漂移电压就越〔 〕.A> 大 B> 小 C> 和放大倍数无关3、在集成电路中,采用差动放大电路的主要目的是为了〔 〕A> 提高输入电阻 B> 减小输出电阻 C> 消除温度漂移 D> 提高放大倍数 4、两个相同的单级共射放大电路,空载时电压放大倍数均为30,现将它们级连后组成一个两级放大电路,则总的电压放大倍数〔 〕A> 等于60 B> 等于900 C> 小于900 D> 大于9005、将单端输入——双端输出的差动放大电路改接成双端输入——双端输出时,其差模电压放大倍数将〔 〕；改接成单端输入——单端输出时,其差模电压放大倍数将〔 〕. A> 不变 B 〕增大一倍 C> 减小一半 D> 不确定 解：1、A 2、A 3、C 4、C 5、A C 二、填空：6、若差动放大电路两输入端电压分别为110i u mV =,24i u mV =,则等值差模输入信号为id u =mV,等值共模输入信号为ic u =mV.若双端输出电压放大倍数10ud A =,则输出电压o u =mV.7、三级放大电路中,已知1230u u A A dB ==,320u A dB =,则总的电压增益为dB,折合为倍. 8、在集成电路中,由于制造大容量的较困难,所以大多采用的耦合方式. 9、长尾式差动放大电路的发射极电阻e R 越大,对 越有利.10、多级放大器的总放大倍数为,总相移为, 输入电阻为,输出电阻为. 解：6、3mV 7mV 30mV7、80 4108、电容 直接耦合 9、提高共模抑制比 10、各单级放大倍数的乘积 各单级相移之和 从输入级看进出的等效电阻 从末级看进出的等效电阻 三、计算： 11、如图T 3－11,设12C E V=,晶体管50β=,300bb r Ω'=,11100b R k Ω=,2139b R k Ω=,16c R k Ω=,1 3.9e R k Ω=,1239b R k Ω=,2224b R k Ω=,23c R k Ω=,2 2.2e R k Ω=,3L R k Ω=,请计算u A 、i r 和o r .〔15分〕〔提示：先求静态工作点EQ I ,再求be r 〕图T3－11解：V 1管的直流通路如图11-1所示： 同理可得：交流等效电路如图11-2所示：又有：1112222112222(////)(////)b c b b b c b b be I R R R I R R R r β-=+故：1122221122221(////)(//)1344(////)c b b c L u c b b be be R R R R R A R R R r r ββ--=⨯≈+12、如图T 3－12所示,12100e e R R Ω==,BJT 的100β=,0.6BE U V =.求：〔1〕当V 0o2o1==u u 时,Q 点〔1B I 、1C I 、〕；〔2〕当V 01.0i1=u 、V 01.0i2-=u 时,求输出电压o2o1o u u u ==的值； 〔3〕当1c 、2c 间接入负载电阻 5.6L R k Ω=时,求u o 的值；〔4〕求电路的差模输入电阻r id 、共模输入电阻r ic 和输出电阻r o .〔图中r o 为电流源的等效电阻〕图T3－12解：〔1〕120112C C I I I mA ===〔2〕半边差动电路的交流等效电路如图12所示： 故11110.44(1)c o i be e R U U V r R ββ-=≈-++同理得：20.44o U V ≈ 故：120.88o o o U U U V =-=-〔3〕此时11111(//)214.6(1)Lc o u i be e R R U A U r R ββ-==≈-++ 故：120.292o o o U U U V =-=- 〔4〕12[(1)]25.6id be e r r R k β=++=Ω13如图T3－13,直流零输入时,直流零输出.已知80321===βββ,V 7.0U BE =,计算1C R 的值和电压放大倍数u A .图T3－13解：画出第二级的交流等效电路如图13所示： 第二级的输入电阻为： 第二级的放大倍数为： 第一级的放大倍数为：故：1213(40.7)529u u u A A A ==⨯-=-习题33.1 多级直接耦合放大电路中,〔 〕的零点漂移占主要地位.A> 第一级 B> 中间级 C> 输出级3.2 一个三级放大电路,测得第一级的电压增益为0dB,第二级的电压增益为40dB,第三级的电压增益为20dB,则总的电压增益为〔 〕A> 0dB B> 60dB C> 80dB D> 800dB3.3 在相同条件下,多级阻容耦合放大电路在输出端的零点漂移〔 〕. A 〕比直接耦合电路大 B 〕比直接耦合电路小 C 〕与直接耦合电路基本相同 3.4 要求流过负载的变化电流比流过集电极或发射极的变化电流大,应选< >耦合方式.A〕阻容B〕直接C〕变压器D〕阻容或变压器3.5要求静态时负载两端不含直流成分,应选< >耦合方式.A〕阻容B〕直接C〕变压器D〕阻容或变压器3.6一个多级放大器一般由多级电路组成,分析时可化为求的问题,但要考虑之间的影响.3.7直接耦合放大电路存在的主要问题是.3.8在阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种耦合方式中,既能放大直流信号,又能放大交流信号的是,只能放大交流信号的是,各级工作点之间相互无牵连的是,温漂影响最大的是,信号源与放大器之间有较好阻抗配合的是,易于集成的是,下限频率趋于零的是.o升高3.9某直接耦合放大器的增益为100,已知其温漂参数为1C/mV ,则当温度从20C o时,输出电压将漂移.到30C3.10由通频带相同的两个单级放大器组成两级阻容耦合放大器,总的通频带就要变窄,这是为什么？3.11 一个三级放大电路,测得第一级的电压放大倍数为1,第二级的电压放大倍数为100,第三级的电压放大倍数为10,则总的电压放大倍数为〔〕A> 110 B> 111 C> 1000 D> 不能确定3.12 一个两级阻容耦合放大电路的前级和后级的静态工作点均偏低,当前级输入信号幅度足够大时,后级输出电压波形将〔〕A> 首先产生饱和失真B> 首先产生截止失真C> 双向同时失真3.13 多级放大电路的输入电阻就是的输入电阻,但在计算时要考虑可能产生的影响.3.14 多级放大电路的输出电阻就是的输出电阻,但在计算时要考虑可能产生的影响.3.15 阻容耦合方式的优点是；缺点是.3.16 多级放大器通常可以分为、和.3.17 在多级放大电路中,后级的输入电阻是前级的,而前级的输出电阻也可看作后级的.解：3.1 A3.2 B3.3 B3.4 C3.5 D3.6单级放大器前后级3.7静态工作点互相影响,零点漂移严重3.8直接耦合阻容耦合和变压器耦合阻容耦合和变压器耦合直接耦合变压器耦合直接耦合 直接耦合 3.9 1V 3.10 解：多级放大电路的上限、下限截止频率可计算如下：放大电路级数越多,则H f 越低,L f 越高,通频带越窄.3.11 C 3.12 C3.13 第一级放大电路 后级输入电阻对前级输入电阻 3.14 最后一级 前级输出电阻对最后一级输出电阻3.15 静态工作点独立,体积较小 低频响应差,不便于集成化 3.16 输入级 中间级 输出级 3.17 负载电阻 信号源内阻 3.18如图P3－18,已知Ωk 39R 11B =,Ωk 13R 21B =,Ωk 120R 12B =,Ωk 3R C =,Ω150R 1E =,Ωk 1R 2E =,Ωk 4.2R E =,Ωk 4.2R L =,两管50=β,V 6.0U BE =,V 12U CC =,各电容在中频区的容抗可以忽略不计.1〕试求静态工作点〔111,,CE C B U I I 〕与〔222,,CE E B U I I 〕；2〕画出全电路微变等效电路,计算1be r 与2be r ；3〕试求各级电压放大倍数1u A ,2u A 与总电压放大倍数uA ； 图P3－18 4〕试求输入电阻i r 与输出电阻o r ；5〕请问后级是什么电路？其作用是什么？若L R 减小为原值的101〔即240Ω〕,则u A 变化多少？ 解：〔1〕2111211120.62.09B CCB B E E E R U R R I mA R R -+==+〔2〕 〔3〕第二级的输入电阻为：2122//[(1)(//)]40.8i B be E L R R r R R k β=++≈Ω故,第一级的放大倍数为：2111(//)16.6(1)C i u be E R R A r R ββ-=≈-++ou CC第二级的放大倍数为：22222(//)(1)0.989(//)(1)E L b u be b E L b R R I A r I R R I ββ+=≈++故：1216.60.98916.4u u u A A A ==-⨯=- 〔4〕112111////[(1)] 4.51i B B be E r R R r R k β=++≈Ω〔5〕后级是射级输出器,其作用是具有很小的输出电阻,增强带负载的能力.当R L 变化后的输出为oU ',则有 故此时：0.80116.40.80113.1uu A A '==-⨯=- 3．19某三级放大电路,各级电压增益分别为20dB 、40dB 、0.当输入信号mV 3u i =时,求输出电压.解：3．20如图P 3－20,1V 的Ωk 6.1r 1be =,2V 的Ωk 1r 2be =.求： 1〕画出微变等效电路.2〕求电压放大倍数u A ,输入电阻i R 和输出电阻o R .图P3－20解： 又有：235613562////////b b be I R R R I R R R r β=-+,得：2160.5b b II =- 故271(//)5672o b L u i b beU I R R A U I r β-==≈ 3.21差动放大电路是为了〔 〕而设置的.A> 稳定增益 B> 提高输入电阻 C 〕克服温漂 D> 扩展频带3.22 差动放大电路抑制零点漂移的能力,双端输出时比单端输出时〔 〕 A> 强 B> 弱 C 〕相同3.23在射极耦合长尾式差动放大电路中,e R 的主要作用是〔 〕 A> 提高差模增益 B 〕提高共模抑制比C> 增大差动放大电路的输入电阻 D> 减小差动放大电路的输出电阻3.24差动放大电路用恒流源代替发射极电阻是为了〔 〕. A 〕提高共模抑制比 B 〕提高共模放大倍数 C 〕提高差模放大倍数3.25根据输入输出连接方式的不同,差动放大电路可分为、 、、.3.26已知某差动放大电路的差模增益100A ud =,共模增益0A uc =,试问： 1〕mV 5u 1i =,mV 5u 2i =,o u ＝； 2〕mV 5u 1i =,mV 5u 2i -=,o u ＝； 3〕mV 10u 1i =,mV 0u 2i =,o u ＝； 4>mV 5u 1i -=,mV 5u 2i =,o u ＝；解： 3．21 C 3．22 A 3．23 B 3．24 A3．25 单端输入－单端输出 单端输入－双端输出 双端输入－单端输出 双端输入－双端输出3．26 0V 1V 1V -1V3．27如图P3－27,求d A 和i R 的近似表达式.设1T 和2T 的电流放大系数分别为1β和2β,b-e 间动态电阻分别为1be r 和2be r .图P3－27解：半边差动电路的交流等效电路如 图3.27所示： 又211(1)b b I I β=+故1212121()(//)2(1)L C d be be RR A r r βββββ---=++ 3．28已知差动放大器的差模增益为40dB,共模增益为－20dB,试求： 1〕共模抑制比为多少分贝？2〕当分别输入10mV 的差模信号和1V 的共模信号时,其差模输出电压与共模输出电压之比为多少？ 解： 〔1〕〔2〕31001010100.11od ud id oc uc ic u A u u A u -⨯⨯===⨯3．29在图P3－29所示放大电路中,已知1220B B R R k Ω==,350B R k Ω=,4100B R k Ω=,10c R k Ω=,125E E R R k Ω==,312E R k Ω=,15CC U V =,各三极管50β=,0.7BE U V =.试求：〔1〕各管静态值B I 、C I 、CE U ； 〔2〕当0i u =时,o u 的静态值o U ； 〔3〕说明3T 和1E R 的作用.图P3－29解： 〔1〕3334()5B CC B B B R U U V R R -≈=-+由244234()(1)()CC C C B BE E E B CC U R I I U R R I U β-+--++=- 得：2423223(1)()CC C C BEB C E E U R I U I A R R R μβ--==+++〔2〕340.924o CC E E U U R I V =-+=- 〔3〕3T 是恒流源,抑制零点漂移1E R 是3T 管的温度补偿电阻3．30如图P3－3.10,已知50=β,Ω=100'bb r .1〕计算静态时的1C I 、2C I 、1C U 、2C U .设B R 的压降可忽略. 2〕计算d A 、i r 、o r .3〕当o U =0.8V 时〔直流〕,i U ＝？图P3－30解：〔1〕11102(1)15B B BE B E R I U I R β---+=- 得：11215 5.12(1)BE B B B EU I I A R R μβ-===++由节点电压法：111115()C C C L CU I R R R +=-+得：1 2.45C U V = 〔2〕〔3〕此时0.8 2.45 1.65o U V =-=- 故 1.653547.2o i u U U mV A -===-。
CMOS模拟集成电路设计-单级放大器(一)
第 3 章 单级放大器（一）
分离器件构成的音频放大器
2
用CMOS集成电路实现的音频放大器
二者有哪些区别？
3
4
3.1 共源级放大器
电阻做负载的共源级放大器
大信号分析
cutoff active triode
MOS管工作在饱和区时
5
线性区时
6
小信号分析
用小信号模型求解小信号增益
30
Av
gm RD 1 gm RS
RD 1/ gm RS
Av = “在漏极节点看到的电阻”/ “在源
极通路上看到的电阻”
这是一个经验结果，仅适合带源级负反馈的共源级 的分析，但是这个结论可以极大地简化电路的分析。
31
1 从MOS源极看到的阻抗约等于 gm gmb
证明如下：
漏端的电阻被大大衰减了，这 个特性被称为阻抗变换特性
W L
(VIN
VTH
)
跨导随着Vin的变化而变化，引入非线性
如果RS较大， Av
1/
RD gm RS
RD RS
增加源级负反馈电阻，使增益是gm的弱函数，实现线性 的提高。线性化的获得是以牺牲增益为代价的。
25
考虑沟道长度调制及体效应时，电路的交流小信号模型为
计算的复杂性大大增加… 我们需要建立一种直观的联系来分析问题
思考：
随着放大倍数的 提高，输入电压 范围越来越小， 我们真的能保证 输入信号在这么 小的范围内吗？
反馈
22
电流增大，增益怎么变化？
| Av | gmro
2nCox
ID
W
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。
模拟电子技术基础--第3章--多级放大电路
rbe R VO c
Ib _
例题
+
RS + VS _
V i V
gs
ßb I gmVgS
Vi Rg
+ VgS _
R2
+
rbe Ib Rc VO
_
Ri
g m V gs
_
Ro I b I b Ib
g m V gs R 2
Vo I b Rc
由最大功耗得出
必要性？
rz＝Δu /Δi，小功率管多为几欧至二十几欧。 UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。
NPN型管和PNP型管混合使用
问题的提出： 在用NPN型管组成N级 共射放大电路，由于 UCQi＞ UBQi（集电结反 偏） ，所以 UCQi＞ UCQ(i-1）（i=1～N），以 致于后级集电极电位接 近电源电压，Q点不合适。
AV M 128 . 6
分析举例
( R 3 ∥ R i2 ) Au 1 rbe 1
Au 2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L ) rbe2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L )
R i2 R 5 ∥ [ rbe 2 (1 2 )( R 6 ∥ R L )]
在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2
uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路， 即两管的发射极直接接地。 由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
第3章 小信号放大电路
1 1 2
)n
BW n BW 0 .7 ( 单级 ) 2 1，
矩形系数：
取S 0.1得：
1 n
可以看出级数越多，通 频带越窄。
级数n Bn/B1 K0.1 1 1.0 9.95 2 0.64 4.66 3 0.51 3.74 4 0.43 3.18
U o I Z n1 y feU i g (1 j )
+ n1yfeUi g C L Uo′ _
n1 n2 y feU i U o n2U o g (1 j )
将1－2和4－5分别折算到 1－3端后的等效电路
当输出回路谐振时， ξ =0，即为纯电导。因此，谐振时电压 n1 n2 y fe U0 增益Auo为：
3 2 C L 1
4 CL gL
+ Uo
yfeUi Coe
goe
_
5
Y参数等效电路
n1yfeUi + g C L Uo′ _
N 45 N 12 设：n1 ，n2 N 13 N 13
2 2 C n1 C oe n2 CL C C
则下图中：
将1－2和4－5分别折算到 1－3端后的等效电路
3 2 C + + U _i L
4 + Uo _
Ui _
1
5
交流通路
二、主要参数分析计算 1、放大器的交流小信号等效等效电路
yie gie jC ie y U yoe goe jCoe _ y L g L jC L y fe gm （忽略 Cie和yre）
+
i ie
说明抑制比的谐振曲线
第3章 小信号放大电路
第三章 基本放大电路
第三章基本放大电路一、填空：1、放大电路的功能是将微弱的__电信号__进行有限的____放大__而得到所需的信号。
2、电子信号放大后所具备的两个条件：__输出功率大于输入功率___ __；_输出波形与输入波形相同_。
3、对放大器的基本要求有四个方面，分别是__要有足够的放大倍数______________；______要有一定的通频带宽__ __；____非线性失真要小_____ ______；____工作要稳定______________________4、多级放大器的耦合方式有__阻容耦合___、_变压器耦合_、_直接耦合____三种方式。
5、双调谐放大器一般有_电容耦合__和__电感耦合___两种耦合方式。
6、影响放大器工作稳定的主要因素是三极管的参数随__温度_______的变化而变化。
7、共集电极放大电路的输入电阻、输出电阻特点是___输入电阻大__________；___输出电阻小__。
8、一般情况下，晶体管的电流放大系数随温度升高而__升高_______。
9、放大器的静态指的是___无交流输入时_______的直流工作状态。
10、晶体三极管放大电路中，如静态工作点太高，容易出现__饱和_____失真11、在多级放大电路中，前级是后级的__信号源____，后级是前级的__负载______。
12、多级放大器的输入电阻就是__第一级___的输入电阻，输出电阻就是_末级___的输出电阻，其总的通频带比任何一级都要_窄___。
13、变压器耦合的一个突出优点是可实现电路间的__阻抗变换____，可使负载获得最大的输出功率。
14、晶体管低频小信号电压放大电路通常采用__阻容_______耦合电路。
15、按晶体管在电路中不同的连接方式，可组成__共基极电路__________、___共集电极电路_____、___共发射极电路_______三种基本电路。
16、共发射极电路的输入端由__基极__和____发射极____组成，输出端由_集电极___和___发射极_________组成。
通信电子线路第3章 高频小信号放大器
电路是由物理模拟方法得到的物理等效电路，如图所
示。
Cbc
b
rbb'
b＇ rb'c
c
r Cbe b'e
Cb'c
Cb'e
g mVb 'e
rce Cce
e
e
混合π等效电路
把晶体管内部的物理过程用集中元件RLC表示，每一
个元件与发生的某种物理过程有明显的关系。
3.2.2 混合π等效电路（物理模拟等效电路） （续1）
来组成等效电路。
I1
I2
+
V1
yi
-
yrV2 y f V1
+
yo
V2
-
晶体管共射极电路
晶体管（共射极）的y参数等效电路
I1 yiV1 yrV2
I2 y f V1 yoV2
3.2.1 形式等效电路（网络参数等效电路）（续1）
yi yr yf yo
VVVIIVII11122221
V2 0 称为输出短路时的输入导纳 V10 称为输入短路时的反向传输导纳 V2 0 称为输出短路时的正向传输导纳 V10 称为输入短路时的输出导纳
2
y fe
g
2
gie
gie2
( Av0 )2
gie2 gie
( Av0 )2
用分贝表示
如前后级采用
Ap0 (dB) 10 lg Ap0
相同晶体管
3.3 单调谐回路谐振放大器（续8）
忽略回路本身的损耗 Gp，则匹配条件为 p12 goe p22 gie2
故最大功率增益为（前后级采用相同的晶体管）
为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益， 选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等。
第三章多级放大电路
RC2
RL
Uo
R11 R12
R21 R22
Au=
Uo Ui
= Uo1 Ui
Uo Ui2
= Au1Au2
总放大倍数等于各级 放大倍数的乘积
=1
RC1//ri2 rbe1
2
RC2//RL rbe2
Au为正，输入输出同相
注意：
当共集放大电路作为输入级（第一级）时， 它的输入电阻与其负载，及第二级的输入 电阻有关；而当共集放大电路作为输出级 时，他的输出电阻与信号源的内阻，即与 倒数第二级的输出电阻有关。
第三章 多级放大电路
一、多级放大电路的耦合方式 二、多级放大电路的动态分析 三、直接耦合放大电路
3.1 多级放大电路的耦合方式
为获得足够大的放大倍数,需将单级放大器串
第一级
第二级
第n-1级
输 出
第n级
耦合方式： (1)直接耦合 (3)变压器耦合
(2)阻容耦合 (4)光电耦合
ib1
RS
U i
U S
rbe1
ib1
R1
RE1
ib 2
R2 R3 rbe2
ri
ri 2
ib 2
U O
RC2 RL
ro
3. 电压放大倍数:
其中：
Au1
(1 1)RL1 rbe1 (1 1)RL1
51 1.7 2.9 511.7
0.968
ib1
RS
U i
U S
U i
U S
ri
rbe1 R1 RE1
ib 2
ib1
R2 R3 rbe2
ri 2
ib 2
第3章单级放大器_源跟随器
xiaoyanghqu@
华侨大学IC设计中心
3.3 源跟随器(共漏极）（Source Follower）
对共源级的分析指出，在一定范围的电源电压 下，要获得更高的电压增益，负载阻抗必须尽 可能大。如果这种电路驱动一个低阻抗负载， 为了使信号电平的损失小到可以忽略不计，就 必须在放大器后面放置一个“缓冲器”。源跟 随器（也叫做共漏级放大器）就可以起到一个 电压缓冲器的作用。
GM = g m
RO = 1 1 1 || || ro ≈ g m g mb g m + g mb
ROut = RS // Ro = RS //
1 g m + g mb
Av = Gm Rout
Rs = gm Rs ( g m + g mb ) + 1
1 g m + g mb RS = = 1 RS ( g m + g mb ) + 1 RS + g m + g mb RS
Rout
1 rO 1 rO 2 RL = gmb + gm
1 Av = g m rO1 rO 2 RL g mb + g m
衬偏效应影响
华侨大学IC设计中心
即使源跟随器用理想电流源来偏置，输入－输出 特性仍表现出一些非线性，这源于阈值电压与源 极电压之间的非线性。
Av = Gm Rout Rs g = gm = m = 1 ( g m + g mb ) (1 + η ) Rs ( g m + g mb ) + 1
源跟随器电压增益与输入电压Leabharlann 系Av = Gm Rout
单级放大器
单级放大器由于模拟或数字信号太小而不能驱动负载等，在模拟电路中就必须采用放大器对信号进行放大。
在本章中重点描述五种放大器结构：共源、共栅、源极跟随器和级联结构以及CMOS 放大器。
对于每一种结构，先进行直流分析，然后进行低频交流小信号分析。
分析方法一般都先采用一个简单模型进行分析，然后逐步增加一些诸如沟道调制效应、衬底效应等二阶效应的分析。
放大器的性能指标有：增益、速度、功耗、工作电压、线性、噪声、最大电压摆幅以及输入、输出阻抗等。
其中的大部分性能指标之间是相互影响的，因而进行设计时必须实现多维的优化。
共源放大器所谓共源放大器是指输入输出回路中都包含MOS管的源极，即输入信号从MOS管的栅极输入，而输出信号从MOS管的漏极取出。
根据放大器的负载不同，共源放大器可以分为三种形式：无源负载共源放大器及有源负载共源放大器。
3.1.1 无源负载共源放大器无源负载主要有电阻、电感与电容等，这里主要讨论电阻负载与电感电容谐振负载时共源放大器的特性。
1 电阻负载共源放大器电阻负载共源（CS）放大器结构如图(a)所示。
对此进行直流分析（确定工作点）与低频交流小信号分析。
对于共源放大器，根据第二章的分析，对于低频交流信号从栅极输入时，其输入阻抗很大，所以在分析时可不考虑输入阻抗的影响。
VoViVoVi（a） (b)图(a)电阻负载的共源级(b) 深三极管区的等效电路（1）直流分析先忽略沟道调制效应，根据KCL定理，由图(a)可列出其直流工作的方程：RIVV DoDD+=（）而当V GS＞V th时，MOS管导通，根据萨氏方程有：])(2[2DSDSthGSND VVVVKI--=（）把式（）代入式（）中，可得到其直流工作方程为（注：V GS＝V i，V DS＝V o）：RVVVVKVV oothiNDDo])(2[2---=（）对方程（）进行进一步的讨论：截止区：V i＜V th，则V o＝V DD；饱和区：V i＞V th，且V i-V th≤V o时，有：2)(thiNDDoVVRKVV--=（）三极管区：V o＜V i－V th，有：[])(22oothiNDDoVVVVRKVV---=（）深三极管区：V o＜＜2（V i－V th），根据第二章可知，此时M1可等效为一压控电阻，因此可得到如图（b）所示的等效电路，则有：)(21thiNDDononDDoVVRKVRRRVV-+=+=根据以上分析，可以得到共源放大器的直流转换特性曲线，即V o与V i的关系曲线如图（a）所示。
w第3章-1-高频功率放大器解析
收集能力充足，因此集电极电流只受
基极电流的控制，而与集电极电压无关，各条特性曲线均为平行的水平线。
ic = βib ，
利用前面：ib gb (ube Ubz )，当ube Ubz
为了下面分析方便，理想化输出特性曲线中的参变量ib改为ube， ic = βib = β gb(ube - Ubz) =gc (ube - Ubz)
1 2
I
2 c1m
R
p
1
U
2 cm
2 Rp
1 2
U
cm
I
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
c1m
U cm R p I c1m
3、晶体管集电极消耗的功率
Pc P Po
4、集电极的效率
c
Po P
1 Ucm Ic1m 2 VCC Ic0
1 2
g1
(c
)
Ucm / VCC称为集电极电压利用系数， 1(说明）
g1(c ) Ic1m /Ic0 1(c ) / 0 (c )称为波形系数
I cM
2
sin
nc cosc n cos nc sin c n(n2 1)(1 cosc )
IcM n
(c
)
α 称为余弦脉冲分解系数,α0(θc) 称为直流分量分解系数,α1(θc) 称为基波分量分解 系数,αn(θc) 称为n次谐波分量分解系数,以上系数均可查表获得。
高频电路 g1
采用类似于模拟电路的图解方法:找到两个 ic与uce的关系方程，图解两个方程的交线，即 是丙类功率放大器的动态特性。
同样我们已知三极管的输出特性，并已理 想化线性放大区： ic = gc (ube - Ubz)
只要再找到另外一个方程即可。
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其中
PMOS二极管连接做负载
没有体效应
2019/1/28
共源级放大器
14 14
3.2 共源级
增益随Vin的线性增加，当输入信号摆幅较大 时引入非线性
Vout Vin* g m * R D
Vin
VDD RD Vout M1
如果gm是恒定的，那么输入输出满足线性关系。事实 上gm是随Vin线性变化的。因此引入2次非线性
7
3.2 共源级
小信号分析
考虑沟道长度调制时，
2019/1/28
共源级放大器
8 8
讨论
增益对信号电平的依赖关系导致了非线性
增大W/L、或增大VRD、或减小ID，都可以提高Av。
但是， 较大的器件尺寸，导致较大的器件电容。 较高的VRD会限制最大电压摆幅，假如VDD-VRD=Vin-VTH。 若VRD保持常数，减小ID，则必须增大RD，导致更大的输出节点时 间常数,RC电路充放电时间常数。因此体现了增益、带宽、电压 摆幅之间的关系
VDD R
cutoff active triode
Vo VDD
Ron Ron R
Vo Vi M1
6
VDD 1 2 K N R(Vi Vth )
Ron
3.2 共源级
MOS管工作在饱和区时，通过直流分析有
VDD RD Vout
Vin
M1
增益随Vin的线性增加，即当输入信号摆幅较大 时引入非线性
2.3 MOS器件模型-MOS小信号模型
请画出下图的小信号模型
1
第五讲
2
3.2 共源级
共源放大器
VDD R Vo
所谓共源放大器是指输入输出回路中 都包含MOS管的源极，即输入信号从 MOS管的栅极输入，而输出信号从MOS 管的漏极取出。 根据放大器的负载不同，共源放大器 可以分为两种形式： 无源负载共源放大器 有源负载共源放大器。
考虑Vin从小到大变化
a) 当Vin＜Vth时，ID=0,则Vout＝VDD；
Vin
VDD RD Vout M1
b) 当Vin＞Vth时，VOut=VDS>Vin-Vth,M1管饱和
有：
cutoff active triode
VOut=VDD-IDRD VOut=VDD-KN(Vin-VTH)2*RD
20
3.3 电流源负载的共源级放大器
电阻、二极管连接MOS管负载的缺点
提高增益，增大负载电阻，会限制输出电压摆幅
VDD RD Vout
Vin
M1
假设共源级放大器 考虑沟道长度调制，
讨论
获得更大的增益 M2的输出阻抗与所要求的M2的最小|VDS|之间联系较 弱，因此对输出摆幅的限制较小。
大信号分析（直流分析）
考虑Vin从小到大变化
a) 当Vin＜Vth1时，ID=0,则Vout＝VDD-Vth2；
VDD M2 Vout Vin M1
b) 当Vin＞Vth1时，M1、M2管饱和
有：
c) 当Vin＞Vout+Vth1时，M1进入线性区。
18
3.2 MOS二极管连接做负载的共源级
ID gm VGS
nCox W (VGS VTH ),饱和区时 L
VDS cons tant
15
MOS管电阻总结
ro
有源电阻
M1
M1
D G M1
D
ro
1 gm
S
1 gm
VGS
VGS
S
G S
M1
该结论同样可以扩展到PMOS管够成的电路
16
第六讲
2011.3.30，创104
17
3.2 MOS二极管连接做负载的共源级 以二极管连接做负载的共源级
Vi
M1
图1 无源负载
VDD L C Vo Vi M1
图2 无源负载
3
电阻负载共源放大器 3.2 共源级
两种分析方法：
大信号分析
直流传输特性分析 直流偏置点分析
Vi
M1 VDD R Vo
小信号分析
直流偏置点附近的小信号分析
4
电阻负载 3.2 共源级
大信号分析（直流分析）
输出摆幅的比较
2019/1/28
共源级放大器
22 22
3.3 电流源负载的共源级放大器 考虑沟道长度调制，
讨论
长沟器件可以产生高的电压增益。 同时增加W、L将引入更大的节点电容。 ↑ID → AV ↓ 1 1 AV 2 I D (1 1 ) I D ID
对Vin微分求Av
19
讨论
增益与输入信号无关，是器件尺寸的弱函数。 高增益要求会造成晶体管的尺寸不均衡。 例：为了达到10倍增益， 允许的输出电压摆幅减小。 ，则(W/L)1=50(W/L)2
在这个例子中，M2的过驱动电压应该是M1的过驱动电压的10倍。 若VGS1-VTH1=200mV，|VTH2|=0.7V，|VGS2|=2.7V，严重制约输出 电压摆幅。 2019/1/28 20 共源级放大器
2019/1/28 共源级放大器 9 9
3.2 共源级
电阻负载的缺点
不能精确控制电阻值 电阻值不能大，会导致摆幅下降 电阻的面积大������
VDD RD Vout
改进方法
采用MOS器件为负载 二极管接法 电流源 线性区MOS器件
Vin
M1
10
3.2 MOS二极管连接做负载的共源级
讨论： （1）Vin增加，VOut减小 （2）M1在饱和区的条件是VOut =VDS＞Vin-Vth
5
3.2 共源级
c) 当Vin继续增大，有 Vout =VDS ＜ Vin-Vth， M1进入线性区。
Vo VDD RKN 2(Vi Vth )Vo Vo2
VDD R Vo
Vi
M1
d) 当Vin足够高, Vout =VDS ＜ ＜ Vin-Vth，
3.2 MOS二极管连接做负载的共源级
MOS二极管连接
考虑体效应时
+
V1 gmV1 I V + ro gmbVbs
KVL: V1=-V KCL:I=V/ro-gmv1-gmbVbs I=V/ro+gmv+gmbv
二极管连接的阻抗为
-
-
2019/1/28
共源级放大器
13 13
增益
NMOS二极管连接做负载
MOS二极管连接(两端电阻相似的小信号特性）
二极管连接的阻抗为
2019/1/28
共源级放大器
11 11
3.2 MOS二极管连接做负载的共源级
MOS二极管连接
电阻多大
KVL: V1=-V KCL:I=V/ro-gmv1 I=V/ro+gmv
2019/1/28
二极管连接的阻抗为
共源级放大器
12 12