第4章放大器基础

Ro是在独立电压源短路（vs＝0）或独立电流源开路 （is＝0），保留信号源内阻，由RL两端向放大器看进去 的等效电阻 此时可定义Ro=v/i为放 大器的输出电阻 如图所示，vot为将RL移 去后的输出电压；ion为 将RL短路的输出电流， 则有：
vot ion Ro
等效信号源
二、 增益
gm 2
n CoxW
2l
I DQ 1mS
Ri RG1 // RG2
80 120 48k 80 120
Ro rds // RD RD 10k
vo Av g m ( Ro // RL ) 5 vi
vo Ri 48 Avs Av Av Av 5 0.05 48 vs Rs Ri
二、共栅放大器
交流通路
小信号等效电路
' RL RD // RL
' ' vsg (ii g m vsg )rds ii RL ii (rds RL ) g m vsg rds
' vi vsg rds RL 输入电阻： Ri ii ii 1 gm rds
变化时，
在输出端，为了将信号有效地传送到输出负载上，且
三、频率响应
具有电抗元件的放大器增益频率的复函数： A( ) dB 20 lg A( ) A( j ) A( )e jA ( )
A()和A()分别是增益的幅值和相角，称为放大器的幅频特性和相频 特性，统称放大器的频率特性。用半对数坐标纸描绘的频率特性又称为放大器 波特图
Ri
输出电阻： v (i g m vsg )rds iRs i (rds Rs g m Rs rds )
' Ro
vi 1 ii g m
电流增益： 电压增益：
v Rs (1 g m Rs ) rds i Ro Ai Ro RL
' Ro Ro // RD RD
，Rs/Ri越小，Avs越大
Rs ，Ri/Rs越小，Ais越大。 同理： Ais Ai Rs Ri 其中Rs为信号源内阻。
不同类型放大器对Ri和Ro的要求
在输入端，为了有效地激励放大器，且在Rs
力求维持输入量不变，则 输入量为vi时，要求 Ri >> Rs，理想情况下，Ri →∞ 输 入量为 ii 时，要求Ri << Rs，理想情况下，Ri →0。 RL 变化时，力求输出量维持不变，则 输出量为 vo时，要求Ro << RL，理想情况下，Ro →0； 输出量为io时，要求Ro >> RL，理想情况下，Ro →∞
Ro rce // RC Nhomakorabea电流增益可根据三电极间的电流关系直接写出，由输入电流 ii=ib，输出电流io是负载RL与放大器输出电阻对受控源的分流值
io Ro Ro g m rb'e ii Ro RL Ro RL RL A A 电压增益： v i Ri vo ( Ro // RL ) (rce // RC // RL ) Av vi Ri rbb' rb'e
非线性失真可用非线性失真系数THD来衡量：
2 I nm n2
THD
I 1m
4.2 基本放大器

场效应管三种基本组成电路：
共源
共漏
共栅
4.2.1共源、共栅和共漏放大器性能 一、共源放大器
输入电阻: 输出电阻 : 电压增益：
Ri
' Ro rds
Ro rds // RD
v 1 1 Ro rds / / RS / / i gm gm
推导Ro的等效电路
四、小结
4.2.2 共射、共基和共集放大器的性能
一、共射放大器
1. 基本共射放大器 输入电阻：
vi vbe Ri rbe rbb' rb'e ii ib
输出电阻 :
' Ro rce
2
0
VCC ( I CQ I cm sin t ) d t VCC I CQ
1 2π 2 1 2π 2 ( sin ) PL i R d t I I t RL d t C L CQ cm 0 0 2π 2π 2 1 2 I CQ RL I cm RL 2 1 2π PC iCvCE dt
1、频率失真
因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波 形产生失真，称为幅度失真。 放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形 产生的失真，称为相位失真。幅度失真和相位失真是频率失真。
2、瞬变失真 放大脉冲信号时，由于电抗元件上的电压和电 流不能突变而引起输出波形的失真称为瞬变失真。
3、非线性失真 非线性失真：由半导体器件伏安特性非线性引起。
例如一个晶体管，当其基射极间加上正弦信号电压v=Vmsint时， 由于伏安特性的非线性，输出波形将会是非正弦的。该输出波形 可分解为众多频率分量之和，即
i C I 0 I 1m sin t I 2m sin 2t I nm sin nt

1. 2.
根据信号的强弱，放大器分为
小信号（Small Signal）放大器 大 信 号 （ Large Signal ） 放 大 器 ， 后 者 主 要 作 为 功 率 （Power）放大器。
vs
4.1 放大器的基本概念 4.1.1放大的原理和实质
vs：欲放大的输入信号电压；vs Vsm sin t VBB、 VCC ：偏置电压； RL：负载电阻。
VG
G2
RG1 RG2
VDD
80 20 8V 80 120
VGS VG I D RS 8 4 I D
ID
n CoxW
2l
(VGS VGS(th) ) 2 0.25 (8 4 I D 2) 2 (3 2 I D ) 2
舍去2.25mA，因此工作点电流为1mA。 管子跨导
vBE vs VBB
iB I BQ ib I BQ I bm sin t
iC iB I BQ ib I CQ I cm sin t
vCE VCC iC RL VCC I CQ RL I cm RL sin t
I cm RL sin t Vom sin t vo 只要RL足够大，输出信号电压振幅Vom就可大于输入信号电压振 幅Vsm，实现放大功能
功率分析
1 PI 2 1 0 vBE iB dt 2 1 VBB I BQ Vsm I bm 2
2

2
0
(Vsm sin t VBB ) ( I BQ I bm sin t )dt
1 PD 2

2
0
1 VCC iC d t 2

2π 0 1 2π ( I CQ I cm sin t )(VCC I CQ RL I cm RL sin t )d t 0 2π 1 2 2 VCC I CQ I CQ RL I cm RL 2
PD PL PC
放大器的本质：
VCC不仅保证晶体管工作在放大区，而且也是提供能量的 能源。 无信号时PL只是直流功率，加输入信号后，PC减小，减小 部分恰好等于RL上取出的信号功率。晶体管不产生输出所 需功率，本身还消耗功率，它仅是能量转换器，将直流电 源提供的功率部分地转换为输出信号功率，另一部分则消 耗在晶体管和电路元件中。 输入信号功率仅仅是为了实现控制而消耗在输入回路中， 它不会对输出信号功率有所贡献，且其值一般很小。
电流增益： Ai
分析中若rbb’忽略不计则
Av
(rce // RC // RL )
rbb' rb'e
' g m (rce // RC // RL ) g m RL
提高gm（即增大ICQ），增大RL和RC，均可有效提高共发放大器 的电压增益。极端情况下， RL’近似开路时，则Avt -gmrce，其值 达到最大。 rce VA / I CQ g m I CQ / VT
vo Avs Av g m ( Ro // RL ) vi
共源放大电路如图所示，已知N沟道EMOSFET的参数 VDD 20V 。CG、 CD为 n CoxW /(2l ) 0.25mA/V 2，设 0 ， 为 VGS(th) 2V ， 耦合电容，Cs为旁路电容，试求电路的输入电阻，输出电阻和电 压增益。 R
负载开路，即RL开路时的电压增益：Avt vot 此时， Av Avt
RL Ro RL
vi
，Ro/RL越小，Av越大
ion 同理有负载短路时的电流增益： Ain ii
此时， Ai Ain Ro 源增益： Avs Av Ri
Ro RL
，RL/Ro越小，Ai越大
Rs Ri
第四章 放 大 器 基 础
授课老师：王 蓉
EMAIL: wangrong@
放大器基本概念

放大器(Amplifier)是应用最广泛的一类电子线路。 它的功能是将输入信号进行不失真地放大。 根据被放大信号的不同特征，放大器分为

1.直流(DC)放大器：放大缓慢变化信号 2.音频(Audio)放大器：放大语音信号 3.视频(Video)放大器：放大图像信号 4.脉冲(Pulse)放大器：放大脉冲信号 5.谐振(Resonance)放大器（或高频放大器）：放大高频载波 信号或已调制信号
Av Ai
R // RL RL (1 g m rds ) o ' Ri rds RL