模电中

4 放大器基础

由一个三极管与相应库组成的基本组态放大电路

4-1 放大器的基本概念

放大的原理和实质

小信号： $I_{BQ},V_{BQ}$ 变化幅度足够小，可以看作在工作点处呈线性

$P_D=P_L+P_C$

放大对象：微弱、变化的信号，又称交流小信号

放大的实质：由直流能转为交流能

功能分类：电压增益、电流增益、跨阻增益、跨导增益

放大器的性能指标

输入电阻：若放大器之前为另一级放大器，则该输入电阻为前一级的负载

输出电阻： $R_o=v/i$

开路电压： $v_{ot}=-R_oi_{on}$ ，短路电流： $i_{on}$

小信号放大器电路一般模型： $v_{ot}=-i_{on}\cdot{R_o},V_{ot}$ 为移除负载的输出电压， $i_{on}$ 为负载短路的输出电流

对输入、输出电阻的要求：尽量使输入、输出不变

输入电压时， $R_i>>R_s$
输入电流时， $R_i<<R_s$
输出电压时， $R_o<<R_L$
输出电流时， $R_o>>R_L$

增益

电压增益 $A_v=\frac{v_o}{v_i}$
电流增益 $A_i=\frac{i_o}{i_i}$
互导增益 $A_g=\frac{i_o}{v_i}$
互阻增益 $A_r=\frac{v_o}{i_i}$
增益转换 $A_v=-\frac{i_oR_L}{i_iR_i}=-\frac{A_iR_L}{R_i}$

。。。。。。。> 不可用增益间互相推导

负载开路时 $A_v=A_{vt}\frac{R_L}{R_o+R_L}=\frac{v_{ot}R_L}{v_i(R_o+R_L)}$

负载短路时 $A_i=A_{in}\frac{R_o}{R_o+R_L}=\frac{i_{on}R_o}{i_i(R_o+R_L)}$

源增益： $A_{vs}=A_v\frac{R_i}{R_s+R_i},A_{is}=A_i\frac{R_s}{R_s+R_i}$

频率响应

具有电抗元件的放大器的增益是频率的复函数：

$A(jω)=A(ω)e^{jφ_A(ω)}$
$A(jω)|_{dB}=20lgA(ω)$

失真

线性失真：频率失真

幅度失真
相位失真

线性失真：瞬变失真：由于电抗元件电压电流无法突变而引起的失真

非线性失真：由半导体的伏安特性非线性引起，产生了新的频率分量

4-2 基本放大器

分类：

双极型：共发射极、共集电极、共基极
场效应：共源极、共漏极、共栅极

$R'_o$ ：不考虑 $R_D$

共源放大器

输入电阻： $R_i\rightarrow\infty$
输出电阻： $R'_o=r_{ds}, R_o=r_{ds}//R_D$
电压增益： $A_{v}=-g_m(R_o//R_L)$

静态工作点：直流通路，电容断路。用于求跨导
电路性能：交流通路，电容短路，直流电压接地。用于求输入、输出电阻和增益

共栅放大器

输入电阻： $R_i=\frac{r_{ds}+R'L}{1+g_mr_{ds}}=\frac{1}{g_m}$
输出电阻： $R_o=R'_o//R_D$
电流增益： $A_i=\frac{R_D}{R_D+R_L}$
电压增益： $A_v=(1+g_mr_{ds})\frac{R'_L}{r_{ds}+R'_L}$

共漏放大器

输入电阻： $R_i\rightarrow\infty$
输出电阻： $R_o=r_{ds}//R_S//\frac{1}{g_m}\approx\frac{1}{g_m}$
电压增益： $A_v=\frac{g_mR'_L}{1+g_mR'}\approx1$

小结

性能	共源	共栅	共漏
$R_i$	$\infty$	$\frac{1}{g_m}$	$\infty$
$R'_o$	$r_{ds}$	$r_{ds}+R_s+g_mR_sr_{ds}$	$r_{ds}//\frac{1}{g_m}\approx\frac{1}{g_m}$
$R_o$	$R'_o//R_D\approx{R_D}$	$R'_o//R_D\approx{R_D}$	$R'_o//R_S\approx\frac{1}{g_m}$
$A_v$	$-g_m(r_{ds}//R_D//R_L)$	$g_m(r_{ds}//R_D//R_L)$	$\frac{g_mR'L}{1+g_mR'_L}\approx1$

共射放大器

基本共射放大器

输入电阻： $R_i=r_{be}=r_{bb'}+r_{b'e}$
输出电阻： $R'_o=r_{ce},R_o=r_{ce}//R_C$
电流增益： $A_i=\beta\frac{R_o}{R_o+R_L}=g_mr_{b'e}\frac{R_o}{R_o+R_L}$
电压增益： $A_v=-g_mR'_L$

有源负载放大器

电压增益： $A_v=-g_m\frac{r_{ce}}{2}=-\frac{|V_A|}{2V_T}$

发射极接电阻的共射放大器

输入电阻： $R_i=r_{bb'}+r_{b'e}+R_E\frac{(1+\beta)r_{ce}+R'_L}{r_{ce}+R'_L+R_E}$
输出电阻： $R'_o=(1+\frac{βR_E}{R_S+r_{bb'}+r_{b'e}+R_E})r_{ce}+\frac{R_s+r_{bb'}+r_{b'e}}{R_s+r_{bb'}+r_{b'e}+R_E}R_E,R_o=R'_o//R_C$
电流增益： $A_i=\beta\frac{R_C}{R_C+R_L}$
电压增益： $A_v=-\frac{\beta{R'_L}}{r_{bb'}+r_{b'e}+(1+\beta)R_E}\approx-\frac{R'_L}{R_E}$

共基放大区

输入电阻： $R_i=\frac{r_{bb'}+r_{b'e}}{1+\beta}$
输出电阻： $R'_o=R_S//r_{be}+[1+g_m(R_S//r_{be})],R_o=R_C//r_{ce}(1+\frac{βR_S}{R_S+r_{be}}\approx{R_C}$
电流增益： $A_i=-\alpha\frac{R_C}{R_C+R_L}$
电压增益： $A_v=\frac{\beta{R'_L}}{r_{bb'}+r_{b'e}}\approx{g_m}{R'_L}$

共集放大区

输入电阻： $R_i=r_{bb'}+r_{b'e}+(1+\beta)R'_E$
输出电阻： $R'_o=\frac{r_{bb'}+r_{b'e}+R_S}{1+\beta},R_o=R'_o//R_E\approx{R'_o}$
电流增益： $A_i=-(1+\beta)\frac{R_E}{R_E+R_L}$
电压增益： $A_v=\frac{(1+\beta)R'_E}{r_{bb'}+r_{b'e}+(1+\beta)R'_E}$

小结

性能	共射	共基	共集
$R_i$	$r_{bb'}+r_{b'e}$	$\frac{r_{bb'}+r_{b'e}}{1+\beta}$	$r_{bb'}+r_{b'e}+(1+\beta)R'_E$
$R'_o$	$r_{ce}$	$r_{ce}(1+\frac{βR_S}{R_S+r_{be}})$	$R'_o=\frac{r_{bb'}+r_{b'e}+R_S}{1+\beta}$
$A_{in}$	$\beta$	$-\alpha$	$-(1+\beta)$
$A_v$	$-g_mR'_L$	$g_mR'_L$	$\frac{g_mR'_L}{1+g_mR'_L}\approx1$

集成MOS放大器

只有源极不与衬底相连时要考虑衬底效应，即源漏间的 $g_{mb}$

$\eta_1=\frac{g_{mb1}}{g_{m1}}$

E/E和E/D MOS放大器：只用N型

E/E：
- $R_o=r_{ds1}//R_d,R_d=\frac{1}{g_{ds2}+g_{m2}+g_{mb2}}$
- $A_v=-g_mR_o$
E/D：
- $R_d=\frac{1}{g_{ds2}+g_{mb2}}$
- $A_v=-g_mR_o$

CMOS放大器

电流源负载CMOS放大器
1. NMOS做放大管，PMOS接成电流源作负载管
2. 信号加在PMOS栅极，NMOS栅极接偏置电压作负载管
推挽CMOS放大器
- 将电流源负载放大器中的NMOS与PMOS栅极相接作输入端

共栅放大器

$R_i=\frac{r_{bb'}+r_{b'e}}{1+\beta}$
$A_i=-\alpha\frac{R_C}{R_C+R_L}$
$A_v=\frac{\beta{R'_L}}{r_{bb'}+r_{b'e}}$

共漏放大器

$A_v=\frac{g_{m1}}{g_{m1}+g_{mb1}+1/r{ds1}+1/r_{ds2}}$

组合放大器

共集-共射放大器

$R_i=r_{be1}+(1+\beta_1)r_{be2}$

共集-共基放大器

$R_i=r_{be1}+\frac{1+\beta_1}{1+\beta_2}r_{be2}$

$A_v=\frac{βR_L}{2r_{be}}$

达林顿连接

同一种导电类型的BJT构成复合管时，前一只BJT的发射极接至后一只BJT的基极，以实现两次电流放大作用；等效为同一类型的BJT
不同导电类型的BJT构成复合管时，前一只的集电极接至后一只的基极，以实现两次电流放大作用；等效为与第一只BJT相同类型的BJT
要求：
- 两个BJT的电流方向必须统一，内部电机的电流流向不能冲突
- 第二只BJT的发射极必须单独引出，作为相同导电类型等效BJT的发射极，或不同导电类型等效BJT的集电极

复合管电参数

电流放大系数： $\beta=\beta_1+\beta_2+\beta_1\beta_2\approx\beta_1\beta_2$
输入电阻：
- 相同类型： $r_{be}=r_{be1}+(1+\beta_1)r_{be2}$
- 不同类型： $r_{be}=r_{be1}$

复合管的改进

为提高复合管的热稳定性，一般在第二只管的基极与发射极间连接一个穿透电流泄发电阻

4-3 差分放大器

由于电路中往往噪声一致，故用差分放大器来消除噪声

4-3-1 电路结构

4-3-2 性能特点

共模信号 $v_c=(v_1+v_2)/2$ ：两信号和的一半，即均值

差模信号 $v_d=v_1-v_2$ ：两信号差

$v_1=v_c+v_d/2,v_2=v_c-v_d/2$

差模等效电路

电路两边对称，所以在差模输入电压作用下，两管产生等值反向的增量电流，当它们共同流入 $R_{ss}$ 时，两管增量电流相消，流经 $R_{ss}$ 的电流不变，因而对差模信号而言， $R_{ss}$ 可视为短路。

性能指标定义

双端增益 $A_{vd}=\frac{v_{od}}{v_{id}}$ : 双端差模输出电压对差模输入电压的比值
单端输出时差模电压增益 $A_{vdi}=\pm\frac{1}{2}A_{vd}$ :单端差模输出电压对差模输入电压的比值
差模输入电阻 $R_{id}=\frac{v_{id}}{i_{id}}$
差模输出电阻：单端输出时，为放大器任一输出端到地的输出电阻，而双端输出电阻则是以两端向放大器看过去的输出电阻，即为两放大器输出电阻之和。（将输入电压短路）
共模增益 $A_{vc}=\frac{-g_mR_D}{1+2g_mR_{SS}}$
共模抑制比： $K_{CMR}=|\frac{A_{vd}}{2A_{vc}}|=|\frac{A_{vdi}}{2A_{vci}}|$

指标计算

$v_{odi}=-g_{mi}R_Dv_{idi}$

共模等效电路

电路两边对称，所以在共模输入电压作用下，两管产生等值同向的增量电流，当它们共同流入 $R_{ss}$ 时，流经 $R_{ss}$ 的电流翻倍，因而对差模信号而言，相当于接入 $2R_{ss}$ 。

输入共模信号时输出 $v_{oc}$ 始终为零，所以双端共模增益为零

性能指标定义

共模输出电阻：单端输出电阻是任一输出端到地的输出电阻

指标计算

$v_{odi}=-g_{mi}R_Dv_{idi}$

双极型差分放大器

$A_{vd}=\frac{\beta{R_C}}{r_{bb'}+r_{b'e}}\approx-g_mR_C$
$A_{vc}=-\frac{\beta{R_C}}{r_{bb'}+r_{b'e}+(1+\beta)2R_{EE}}\approx-\frac{R_C}{2R_{EE}}$

4-3-3 电路两边不对称对性能的影响

双端输出时的共模抑制比

此时两输出电压不相等，故输出电压包含差模分量

$v_o=A_{v(d-d)}v_{id}+A_{v(c-d)}v_{ic}$

$K_{CMR}=|\frac{A_{v(d-d)}}{A_{v(c-d)}}|$ ， $A_{v(d-d)}$ 是差模输入电压转换为差模输出电压的增益， $A_{v(c-d)}$ 是共模输入电压转换为差模输出电压的增益

失调及其温漂：

输入失调电压： $V_{IO}=\frac{V_O}{A_{vd}}$
输入失调电流： $I_{IO}=|I_{BQ1}-I_{BQ2}|$
输入基极电流： $I_B=(I_{BQ1}+I_{BQ2})/2$

失调模型和调零电路

失调电压电流的温漂

调零电路无法消除温漂

4-3-4 差模传输特性

双极性差放的差模传输特性

用理想电流源代替 $R_{EE}$

$i_{c1}-i_{c2}=I_{EE}\frac{v_{ID}}{2V_T}$

$v_{ID}=0$ 时， $i_{C1}=i_{C2}=I_{CQ}=I_{EE}/2$

$|v_{ID}|\le26mV$ 时，差模传输特性曲线近似为直线。 $|vID|>4V_T=104mV$ 时，差放进入限幅区，其中一管导通，一管截止，但要限制 $v_{ID}$ 。

MOS差放的差模传输特性

$i_{D1}-i_{D2}=I_{SS}(\frac{v_{ID}}{V_{GSQ}-V_{GS(th)}})\sqrt{1-\frac{1}{4}(\frac{v_{ID}}{V_{GSQ}-V_{GS(th)}})^2}$

$v_{ID}$ 很小时，差模传输特性斜率为常数 $g_m=\frac{i_{D1}-i_{D2}}{v_{ID}}$

4-4 电流源电路及其应用

4-4-1 镜像电流源

双极性晶体管镜像电流源

基本镜像电流源电路

T1接成二极管，T2接成电流源

$i_{C2}=I_O=(I_{S2}/I_{S1})i_{C1}=(S_{E2}/S_{E1})i_{C1}$

$I_R=\frac{V_{CC}-V_{BE(on)}}{R}$

$I_O=\frac{I_R}{1+2/\beta}$

减小β影响的镜像电流源电路

$I_O=\frac{I_R}{1+\frac{2}{\beta(1+\beta)}}$

$I_R=\frac{V_{CC}-2V_{BE(on)}}{R}$

比例式镜像电流源

$I_O\approx{I_R}R_1/R_2$

$I_R=\frac{V_{CC}-V_{BE(on)}}{R+R_1}$

$R_o=(1+\frac{\beta{R_E}}{R_s+r_{bb'}+r_{b'e}+R_E})r_{ce}+\frac{(R_S+r_{bb'}+r_{b'e})R_E}{R_S+r_{bb'}+r_{b'e}+R_E}$

$R_S=R//(\frac{r_{be1}}{1+\beta_1})$

微电流源

$I_R\approx{I_{E1}}\approx{I_{S1}e^{V_{BE1}/V_T}}$

$I_O=I_{C2}\approx{I_{E2}}\approx{I_{S2}e^{V_{BE2}/V_T}}$

MOS镜像电流源电路

基本镜像电流源电路

$I_O=i_{D2}=\frac{(W/l)_2}{(W/l)_1}I_R$

动态电流镜

开关电流电路

4-4-2 其它改进型电流源电路

级联型电流源电路

威尔逊电流镜

4-4-3 电流源的应用

有源负载差分放大器

$I_{SS}=2I_R$

差模电压作用

$i_o=g_mv_{id}$

$v_{od}=i_oR'_L=g_mv_{id}(r_{ds2}//r_{ds4})$

$A_{vd}=\frac{v_{od}}{v_{id}}=g_m(r_{ds2}//r_{ds4})$

4-5 多级放大器

4-5-1 多级放大器的基本问题

换能器的接入：

将换能器的输出有效地输入放大器
不影响放大器的静态工作点

级间连接：

隔直流连接：电容耦合
直接连接

4-5-2 多级放大器的性能指标计算

划分为多个常见电路模型

4-6 放大器的频率响应

4-6-1 复频域分析方法

传递函数法

常用复频率s进行分析，求出放大电路的电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗等关于s的方程

系统传递函数 $A(s)=\frac{Y(s)}{X(s)}=\frac{b_ms^m+b_{m-1}s^{m-1}+...+b_0}{a_ns^n+a_{n-1}s^{n-1}+...+a_0}$

$A(s)=A_0\frac{(s-z_1)(s-z_2)...(s-z_m)}{(s-p_1)(s-p_2)...(s-p_n)},A_0=\frac{b_m}{a_n}$ 称为标尺因子，z为零点，p为极点

一个独立电抗元件对应一对极零点

频率特性：A；频率响应：Y=AX

考虑上下限截止频率时零点往往不及极点，可以忽略

主极点：

低频主极点：比其它极点值都大4倍以上
高频主极点：比其它极点值都小4倍以上，又称主极点

波特图：

幅频特性：以中频段为基准，低频段+20dB/dec，高频段-20dB/dec
相频特性：第一个极点相移±45°，第二个极点相移±135°，以此类推

时间常数分析法

时间常数τ：电路中每一个结点所对应的电容及与之并联的电阻的乘积

开路时间常数法：适用于-3dB高频带宽，计算每一个开路时间常数 $\tau_{oi}=R_{oi}C_i$

画出等效电路
逐个求解从各电容两端看的等效电阻
求解时将电路中其它起高频带宽限制作用的电容进行开路处理，并将独立信号源设为无效
求解每个电容的开路时间常数及对应的上限截止频率 $f_{Hi}$
写出高频段电压放大倍数的传递函数 $A_u(s)=A_{uM}\prod\frac{1}{1+jf/f_{Hi}}$

短路时间常数分析法适用于-3dB低频带宽，计算每一个开路时间常数 $\tau_{oi}=R_{oi}C_i$

画出等效电路
逐个求解从各电容两端看的等效电阻
求解时将电路中其它起高频带宽限制作用的电容进行短路处理，并将独立信号源设为无效
求解每个电容的开路时间常数及对应的下限截止频率 $f_{Hi}$
写出低频段电压放大倍数的传递函数 $A_u(s)=A_{uM}\prod\frac{1}{1+jf/f_{Li}}$

放大电路总的传递函数： $A_u(s)=A_{uM}\cdot\prod\frac{1}{1+jf/f_{Hi}}\cdot\prod\frac{1}{1+jf/f_{Li}}$

4-9 放大电路的频率特性

典型频率特性曲线

$\dot{A_{usM}}$ 中频放大倍数
$f_L$ ：下限截止频率
$f_H$ ：上限截止频率
Δf：通频带（BW）

常用波特图分析。特点：

折线化
对数分度
乘法变加法

频率失真

分类：

幅频失真
相频失真
组合失真

产生原因：

电抗性元件
β

三极管的高频参数

混合π型高频小信号模型

等效模型

参数计算

$g_m=\frac{\beta}{r_{b'e}}$

单向化

电流放大系数β的频率响应

共射截止频率 $f_\beta=\frac{1}{2\pi{r_{b'e}}(C_{b'e}+C_{b'c})}$
特征频率 $f_T\approx\beta_0f_\beta$

理想运放的技术指标

开环差模增益： $A_{od}=\infty$

差模输入电阻： $r_{id}=\infty$

输出电阻： $r_o=0$

共模抑制比： $K_{CMR}=\infty$

一般在原理性分析时，运算放大器都可视作理想的。

在线性区工作时：

虚短： $u_o=A_{od}(u_+-u_-)$ ，线性工作区域下可以把输入端看作等电位
虚断：输入电阻趋近无穷， $i_+=i_-=0$ ，线性状态下可把两输入端看作开路。

在非线性区工作时：

$u_+>u_-时，u_o=+U_{OPP}$
$u_+<u_-时，u_o=-U_{OPP}$
虚短不存在，虚断仍存在。

放大电路的模型

是一个双端口网络

对输入端，可等效为输入电阻

对输出端，可等效为受控电压源或受控电流源

电压放大模型：

$A_{vo}$ ：负载开路时的电压增益
$R_i$ ：输入电阻
$R_o$ ：输出电阻
$V_o=A_{vo}v_i\frac{R_L}{R_o+R_L}$
$A_v=\frac{v_o}{v_i}=A_{vo}\frac{R_L}{R_o+R_L}$
主要由负载影响增益
输出电阻越小越好

电流放大模型：

$A_{is}$ ：负载短路时的电流增益
$i_o=A_{is}i_i\frac{R_o}{R_o+R_L}$
$A_i=\frac{i_o}{i_i}=A_{is}\frac{R_o}{R_o+R_L}$
主要由负载影响增益
输入电阻越小越好

主要技术指标

放大倍数：

电压放大倍数 $\dot{A_u}=\frac{\dot{U_o}}{\dot{U_i}}$
源电压放大倍数 $\dot{A_{us}}=\frac{\dot{U_o}}{\dot{U_s}}$
电流放大倍数 $\dot{A_i}=\frac{\dot{I_o}}{\dot{I_i}}$
源电流放大倍数 $\dot{A_{is}}=\frac{\dot{I_o}}{\dot{I_s}}$
功率放大倍数 $A_{P}=\frac{P_o}{P_i}$
输入电阻 $R_i$
输出电阻 $R_o$ ：负载开路时在输出端加电压源
通频带BW：放大倍数不小于中频电压放大倍数 $A_0$ 的 $1/\sqrt{2}$ 时对应的频率范围

4-2 放大电路的分析方法

分析要求

放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提

放大电路的分析主要指直流特性与交流特性的分析，须区分静态与动态，直流通路与交流通路

静态： $-\mu_i=0$ ，又称直流工作状态
动态： $-\mu_i\neq0$ ，又称交流工作状态
直流通路：直流量传递的途径，耦合电容开路
交流通路：交流量传递的途径，直流电源和耦合电容短路

静态分析

分析对象：静态工作点Q： $I_{BQ},I_{CQ},U_{CWQ}$ 以及 $U_{GSQ},I_{DQ},U_{DSQ}$

分析路径：直流通路

分析方法：

计算法：画出放大电路的直流通路，以两个固定电位间的通路为着眼点，根据KVL、KCL列方程
图解分析法：
- 双极型：在输入特性曲线上画出静态工作点，得到 $I_{BQ},U_{BEQ}$ ，在输出特性曲线上画出静态工作点，得到 $I_{CQ},U_{CEQ}$
- 场效应管：在转移特性曲线上画出静态工作点，得到 $I_{DQ},U_{GSQ}$ ，在输出特性曲线上画出静态工作点，得到 $I_{CQ},U_{CEQ}$

动态分析

分析对象： $A_u,R_i,R_o$

分析路径：交流通路

分析方法：

图解分析法：
- 画出交流通路
- 列出输出回路交流方程
- 在输出特性曲线中画出负载线：过Q且斜率为 $-\frac{1}{R'_L}$ 的直线
微变等效电路法：微变使得近似线性
1. 画出交流通路
2. 将三极管用等效模型代替
3. 整理出放大电路的等效电路
4. 基于KCL、KVL列方程

结论：

交流负载线与直流负载线交于Q
直流负载线反映静态时电压电流变化关系，用于确定Q
交流负载线反映动态时电压电流变化关系，是交流输入下Q的运动轨迹
交流负载电阻 $R'_L:\frac{1}{R'_L}=\frac{1}{R_L}+\frac{1}{R_c}$ ，故交流负载线更陡

4-3 共射放大电路

共发射极组态放大电路的组成

三极管VT：放大作用

负载电阻 $R_C,R_L$ ：将变化的电流转化为电压输出

偏置电路 $V_{CC},R_B,R_C$ ：提供直流偏置

耦合电容 $C_1,C_2$ ：隔直流，通交流

放大电路的构成原则：

与放大管种类匹配的电源极性
合理设置静态工作点Q
外加输入信号加在发射结上
将交流量转换成电压，输出端须接负载电阻 $R_C$

静态分析

直流负载线的确定方法：

$u_{CE}=V_{CC}-i_CR_C$
在输出特性曲线上确定两点 $V_{CC},V_{CC}/R_C$
$u_{BE}=V_{CC}-i_BR_b$
在输入特性曲线上作出输入负载线，两线交点即为Q

动态分析

交流负载线的确定方法：

通过输出特性曲线上的Q点作一条斜率为 $-1/R'_L$ 直线
两个特殊点 $(0,\frac{V_{CE}}{R'_L}+I_C),(V_{CE}+I_CR'_L,0)$

饱和失真：放大电路工作到三极管的饱和区引起的非线性失真

NPN管：输出电压表现为底部失真

截止失真：放大电路工作到三极管的截止区引起的非线性失真

NPN管：输出电压表现为顶部失真

放大电路的最大不失真输出幅度：工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位

电压放大倍数： $\dot{A_u}=\frac{\dot{U_o}}{\dot{U_i}}=\frac{\beta{R'_L}}{r_{be}}$

输入电阻： $R_i=\frac{\dot{U_i}}{\dot{I_i}}=R_B//r_{be}\approx{r_{be}}$

输出电阻： $R_o=\frac{\dot{U_o}}{\dot{I_o}}|_{R_L=\infty,\dot{U_S}=0}=R_C$

源电压放大倍数： $\dot{A_{us}}=\frac{\dot{U_o}}{\dot{U_S}}=\dot{A_u}\frac{R_i}{R_i+r_S}$

4-4 放大电路的稳定偏置

Q点对电路性能的影响： $u_{BE},\beta,I_{CEO}$ 均为温度的函数

分压式偏置电路

须有 $I_{RB1}>>I_{BQ},U_B>>U_{BEQ}$

直流分析：

$U_B=V_{CC}R_{B2}/(R_{B1}+R_{B2})$
$I_{BQ}=I_{CQ}/\beta$
$I_{CQ}=I_{EQ}=(U_B-U_{BEQ})/R_E$
$U_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}(R_C+R_E)$

交流分析：

电压放大倍数： $\dot{A_u}=-\frac{\beta\cdot{R'_L}}{r_{be}+(1+\beta)R_E}$
输入电阻： $[r_{be}+(1+\beta)R_E]//R'_B$
输出电阻：忽略 $r_{ce}$ 的影响： $R_o\approx{R_C}$

4-5 共基及共集电极放大电路

共基组态基本放大电路

直流分析：与共射放大电路一致

交流分析

电压放大倍数： $\dot{A_u}=u_o/u_i=\frac{\beta{R'L}}{r_{be}}$
输入电阻： $R_i=R_E//R'_i\approx\frac{r_{be}}{1+\beta}$
输出电阻： $R_o\approx{R_C}$

特点：

同相放大器
输入电阻比共射电路小
输出电阻与共射电路相同

共集电极放大电路

电压放大倍数： $\dot{A_u}=\frac{(1+\beta)R'_L}{r_{be}+(1+\beta)R'_L}\approx1$

输入电阻： $R_i=R_{B1}//R_{B2}//R'_i$

输出电阻： $R_o=R_E//\frac{r_{be}+r'_s}{1+\beta}$

特点：

射极输出器=电压跟随器
输入电阻高
输出电阻低

4-7 场效应管放大电路

组态：

共源：相当于共射极
共栅：相当于共基极
共漏：相当于共集电极

共源组态放大电路

静态分析：

计算法：
- $U_{GS}=U_G-U_S=-I_DR_S$
- $I_D=I_{DSS}(1-\frac{U_{GS}}{U_{GS(off)}})^2$
- $U_{DS}=V_{DD}-I_D(R_D+R_S)$
图解法

交流分析：

电压放大倍数 $\dot{A_u}=-g_mR'_L,R'_L=R_D//R_L,g_m=-\frac{2}{U_{GS(off)}}\sqrt{I_{DQ}I_{DSS}}$
输入电阻 $R_i=R_g$
输出电阻 $R_o=R_d$

共漏组态放大电路

静态分析：

$U_G=\frac{R_{G2}}{R_{G1}+R_{G2}}V_{DD}$
$I_D=I_{DSS}(1-\frac{U_{GS}}{U_{GS(off)}})^2$
$U_{GS}=U_G-I_DR_S$

交流分析：

电压放大倍数 $\dot{A_u}=\frac{G_mR'_L}{1+g_mR'_L},R'_L=R_S//R_L$
输入电阻 $R_i=R_{G3}+(R_{G1}//R_{G2})$
输出电阻 $R_o=R_S//r_{ds}//\frac{1}{g_m}\approx{R_S}//\frac{1}{g_m}$

动态性能比较表

1 运算放大器的线性应用