4.2 放大器的性能指标
4.4 差分放大器
4.3 基本组态放大器
4.7 放大器的频率响应
4.1 偏置电路和耦合方式
第四章 放大器基础
4.5 电流源电路及其应用
4.6 集成运算放大器
概 述
在广播, 通信, 自动控制, 电子
测量等各种电子设备中, 放大器是
必不可少的组成部分 。
放大器是应用最广泛的一类电子线
路。它的主要功能是 将输入信号进行
不失真的放大。
?按信号强弱分：
小信号放大器
大信号放大器
?按电路结构分：
直流放大器
交流放大器
（线性放大器）
（非线性放大器）
（ 多用于集成电路 ）
（ 多用于分立元件电路 ）
? 放大器分类
?按信号特征分：
宽带
放大器
音频放大器
视频放大器
脉冲放大器
谐振放大器
（放大语音信号）
（放大图像信号）
（放大脉冲信号）
（放大高频载波信号）
保证半导体器件
工作在放大模式
? 放大器组成框图
耦
合
电
路
耦
合
电
路
输
出
负
载
输
入
信
号
直流偏置电路
外 围 电 路
具有正向受控作用的半导
体器件是整个电路的核心
将放大器输出
端与输出负载
进行连接。
将输入信号源
与放大器输入
端进行连接。
4.1 偏置电路和耦合方式
4.1.1 偏置电路
设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路 。
? 对偏置电路的要求
? 提供合适的 Q点, 保证器件工作在放大模式 。
例如：偏置电路须保证三极管 E结正偏,C结反偏。
? 当环境温度等因素变化时, 能稳定电路的 Q点 。
例如：温度升高，三极管参数 ??,ICBO?,VBE(on)?
而这些参数的变化将直接引起 Q点发生变化。
当 Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或
截止失真。
Q
iC
?t
ICQ
?t
vCE0
VCEQ
ib
Q点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。
Q点波动对输出波形的影响：
Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。
Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。
Q ib
ib
iC
vCE0
Q
? 三极管 偏置电路
（ 1） 固定偏流电路 VCC
RCRB
IB
IC?Q点估算：
B
B E( o n )CC
BQ R
VVI ??
BQCBOBQCQ )1( IIII ??? ????
CCQCCC E Q RIVV ??
?电路优点, Q点设置方便，计算简单。
?电路缺点, 不具有稳定 Q点的功能。
T?时 ???,ICBO?,VBE(on)? ICQ? Q点升高
（ 2） 分压偏置电路
?Q点估算：
B2B1
CCB2
BQ RR
VRV
??
E
B E( o n )BQ
CQ R
VVI ??
)( ECCQCCC E Q RRIVV ???
?电路优点,
T?? ICQ?
VCC
RCRB1
IBQ
I1
RB2 RE C
E
（固定）
?/CQBQ II ?
具有稳定 Q点的功能。
? VEQ?(=ICQRE)? VBEQ?(=VEQ-VEQ)
IBQ?ICQ?
假设 I1>> IBQ
则
?存在问题,
工程规定, VCC
RCRB1
IBQ
I1
RB2 RE C
E
RE越大
?VBEQ越大 ? Q点越稳定
VCEQ越小 ?输出动态范围越小
VEQ=0.2VCC 或 VEQ=1 ~ 3V
RB1,RB2过大 ?不满足 I1>> IBQ
工程规定, I1=（ 5 ~ 10） IBQ
则 VBQ不稳定
RB1,RB2过小 ?放大器 Ri 减小
? 场效应管 偏置电路
（ 1）分压偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适
用于各种类型的场效应管。
VDD
T
S
RG1
RG2
RD
RS
G
ID
SDQ
G2G1
DDG2
G S Q RIRR
VRV ?
??
2
G S ( th )G S Q
OX
DQ )(2 VVl
WCI ?? ?
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
（ 2）自偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
故自偏置电路只适合于耗尽型 场效应管
VDD
S
RG
RD
RS
G
ID
SDQG S Q 0 RIV ??
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
2
G S ( o f f )
G S Q
D S SDQ 1 ??
?
?
???
?
??
V
V
II
由于 VDS与 VGS极性始终相反
例如,JFET,DMOS管
（ 3）零偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
由于 VGS=0,故零偏置电路只适合耗尽型 MOS管。
0G SQ ?V
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
VDD
SR
G
RD
G
ID
2
G S ( th )G S Q
OX
DQ )(2 VVl
WCI ?? ?
由于 RS=0,故该电路不具有稳定 Q点的功能 。
4.1.2 耦合方式
放大器与信号源, 放大器与负载, 以及放大
器级与级之间的连接方式称耦合方式 。
? 交流信号正常传输 。
为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合
? 尽量减小有用信号在传输过程中的损失 。
实际电路常采用两种耦合方式：
?集成电路中广泛采用的一种耦合方式 — 直接耦合 。
?具有隔直流作用的耦合方式 — 电容耦合、变压器耦合。
方式必须保证：
? 电容耦合
VCC
R3R1
R2 R
4
RS
vS+
- -
+
CB
vi
T1+
R7R5
R6 R
8
CC
T2+
? 直流工作时,由于 CB,CC具有隔直流作用
因此信号源不影响放大器 Q点正常设置, 且各级 Q点相互独立 。
? 交流工作时,由于 CB较大, 在信号频率上近似看作短路 。
因此, CB的接入不会影响信号的正常传输 。
? 电路缺点,体积大, 不易集成 。
? 直接耦合
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
各级之间不经过任何元件直接相连 。直接耦合方式,
电路优点, 频率特性好, 便于集成 。
存在问题, 级间 直流 电平配置问题 。零点漂移问题。
? 级间直流电平配置 问题一
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
结果,T1管 Q点靠近饱和区, 输出易出现失真 。
由图
E2C Q 2B E ( o n ) 2C E Q 1 RIVV ??
若 0
E2 ?R
则 V7.0
B E ( o n ) 2C E Q 1 ?? VV
后级接入 RE,扩大前级动态范围 。解决方法：
? 级间直流电平配置 问题二
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
工作在放大模式时,
加电平位移电路解决方法：
B Q 1B Q 2B Q 3C Q 3 VVVV ???
)( E3C3C Q 3CCC E Q 3 RRIVV ???
由图
E3C Q 3B E ( o n ) 3B Q 3 RIVV ??
越往后级 VBQ3??ICQ3? ?VCEQ3? ?输出动态范围 ?
采用 PNP管的电平位移电路：
利用 NPN管与 PNP管电位极性相反的特点, 将直
流电平下移, 扩大后级的输出动态范围 。
VCC
RC2
RE
T2
RC1
T1
RB
+
- -
+VBQ1 V
CQ2
+
-
VCQ1
VCQ1>VBQ1放大模式 NPN管
放大模式 PNP管 VCQ2 < VBQ2= VCQ1
? 零点漂移问题
零点漂移,指 vi =0时，输出端静态电压的波动。
第一级采用低温漂的差分放大器 。解决方法：
? 则第一级 Q点 变（ VCEQ1+?V）
温度 漂移, 因温度变化引起的漂移，简称 温 漂。
温 漂危害,
若 温度 变
淹没有用信号 。
例如,假设 直接耦合放大器原输出端静态电压为 VCEQn
?V 经后级逐级放大 ? 输出静态电压变为（ VCEQn + Avn?V）
当漂移严重即 ?V较大时, 温漂信号有可能淹没有用信号, 使
电路丧失对有用信号的放大能力 。
电容耦合放大器由于电容的隔直作用, 温漂很小, 可忽略 。
放大器的组成原则：
? 直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作
在放大模式。
? 交流通路要保证信号能正常传输, 即有输入信
号 vi时, 应有 vo输出 。
判断一个电路是否具有放大作用, 关键就是看它
的直流通路与交流通路是否合理 。 若有任何一部分
不合理, 则该电路就不具有放大作用 。
? 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大 。
即电路需提供合适的 Q点及足够的放大倍数 。
就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为
有源线性四端网络：
4.2 放大器的性能指标
线性
有源
四端
网络
RS
RL
vS +
-
+
-
vi
ii io
vo
+
-
Ri Ro
反映放大器性能的主要指标有：
增益 A输入电阻 Ri, 输出电阻 Ro、
4.2.1 输入电阻、输出电阻、增益
? 输入电阻
对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，
而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻 Ri 。
或
RS
Ri
vS +
-
+
-
vi
ii
RS RiiS
+
-
vi
ii
i
i
i i
vR ?定义
Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。
? 输出电阻
对输出负载而言（根据戴维宁定理和诺顿定理），
任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即
放大器输出电阻 Ro 。
或
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo
io
Ro RLion
+
-
vo
io
负载开路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的开路电压。vot,
负载短路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的短路电流。ion,
输出电阻 Ro计算：
RL
vS+
-
vo
放
大
器
RS +
-
（放大器一般框图）
i
v
+
-
放
大
器
RS
（ Ro 的定义）
? 令负载电阻 RL开路，信号源为零。
? 在输出端外加电压 v,则产生电流 i。
i
vR ?
o
定义
Ro反映放大器受负载电阻 RL的影响程度 。
? 小信号放大器四种电路模型
RS
Ri
vS+
-
+
-
vi
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo
电压放大器
Ro
RL
ion
io
RS RiiS
ii
电流放大器
RS
Ri
vS+
-
+
-
vi
互导放大器
Ro RL
ion
io
Ro
RL
vot+
-
+
-
voRS RiiS
ii
互阻放大器
放大器的增益：
? 增益 （ 放大倍数 ）
不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。
即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。
A = xo / xi
?电压放大器 R
S
Ri
vS+
-
+
-
vi
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo电压增益：
开路电压增益,i
o
v
vA
v ?
源电压增益：
is
ii
is
o
s RR
RA
v
v
v
v
v
vA
v
s
o
v ?????
)1(
L
o
o
ot
i
o
i
ot
t R
RA
v
v
v
v
v
vA
vv ?????
RO越小,RL对 Av影响越小。
Ri越大,RS对 Avs影响越小。
?电流放大器
电流增益：
短路电流增益：
源电流增益：
Ro
RL
ion
io
RS RiiS
ii
i
o
i
iA
i ?
iS
S
s
i
i
o
s
o
s RR
RA
i
i
i
i
i
iA
ii ?????
)1(
o
L
i
o
on
i
o
i
on
n R
RA
i
i
i
i
i
iA
i ?????
Ri越小,RS对 Ais影响越小。
RO越大,RL对 Ai影响越小。
?互导放大器
i
o
v
iA
g ?
互导增益：
?互阻放大器 互阻增益：
i
o
i
vA
r ?
? 理想放大器性能特点
电压放大器：
Ri ?0,Ro ??,Ai大且不随 RL和信号源而变化。
电流放大器：
Ri ??,Ro ? 0,Av大且不随 RL和信号源而变化。
互导放大器：
Ri ??,Ro ??,Ag大且不随 RL和信号源而变化。
互阻放大器：
Ri ? 0,Ro ? 0,Ar大且不随 RL和信号源而变化。
多级放大器可拆分成单级电路进行分析,
? 将后级输入电阻作为前级的负载电阻。
? 多级放大器
RL
vS+
-
vo
RS +
-
A1vi
+
-
A2
? 将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。
Ri2
+
-
+
-
vo1= vi2
21
i
o1
i2
o
i
o
vvv AAv
v
v
v
v
vA ????
?
1ii RR ?? 2oo RR ??
4.2.2 放大器的失真
? 频率失真
放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号
波形的一种物理现象。
失真类型
频率失真
瞬变失真线性失真
非线性失真
一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信
号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器
增益应为频率的复函数：
)(j Ae)()j( ???? AA ?
? 波特图
在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。
0 f /Hz
A( f )/dB
0 f /Hz
?A( f )
幅
频
特
性
相
频
特
性
(对数刻度 )
(对数刻度 )
(线性刻度 )
(线性刻度 )
)(lg20)( dB ?? AA ?
增益分贝值：
通频带：
LH7.0 ffBW ??
对应上限频率 fH,
及下限频率 fL 。
增益下降到 时，
I2
1 A
AI
AI
2
fHfL
? 频率特性的三个频段
中频段：通频带以内的区域
放大器的增益、相角均为常数，不随 f变化。特点：
原因,所有电抗影响均可忽略不计。
高频段,f > fH 的区域
频率增大，增益减小并产生附加相移。特点：
原因,极间电容容抗 ??分流 ??不能视为开路。
即 极间电容开路,耦合旁路电容短路。
低频段,f < fH 的区域
频率减小，增益降低并产生附加相移。特点：
原因,耦、旁 电容容抗 ?? 分压 ??不能视为短路
? 幅度失真与相位失真
实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：
若不同频率信号呈现不同增益 幅度失真
相位失真
幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。
若不同频率信号呈现不同相角
由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。
注意,线性失真不产生新的频率成份。
一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。
视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。
指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流
不能突变而引起的失真。
? 瞬变失真
R
C
+
-
vi
-
vo+
vi
t
1
0
vo
t0.1
0.9
tr
R
C
+
-
vi
-
vo+
vi
t0
vo
tt
1
?
vo
t
?1
? 非线性失真
非线性失真由三极管产生，它产生了新的频率成份。
假设三极管基射间外加电压, tVv ?s in
m?
则
TT
B E Q
CQSC
V
v
V
Vv
eIeIi ??
?
利用付氏级数展开得：
...])(!31)(!211[ 3
T
2
TT
CQC ????? V
v
V
v
V
vIi
...]s in...2s ins in nm2m1m0 tnItItII ??? ?????
非线性失真系数：
m1
2
2
nm
I
I
T H D n
?
?
??
根据三极管（场效应管）在放大器中的不同接法，放大器
分为三种基本组态。
4.3 基本组态放大器
T+
-
+
-
VCC
RC
vi vo
（共发）
T
+
-
+
-
VCC
REvi vo
（共集）
T
+
-
+
-
VCC
RC
vi vo
（共基）
无论何种组态放大器, 分析方法均相同 。
1)由直流通路确定电路 静态工作点 。
注意：
2)由交流通路 画出小信号等效电路，并进行分析。
? 共发射极放大器
4.3.1 三种组态放大器的实际电路
VCC
RCRB1
vs+ -
RL
+
-
voR
B2 RE CE
RS
+
+
+
C1
C2
VCC
RCRB1
RB2 R
E
直
流
通
路
RCR
B1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RS
交
流
通
路
? 共基极放大器
VCC
RCRB1
RB2 R
E
直
流
通
路
RB1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RE
CB
RS
C1 C2
VCC
RC
交
流
通
路 vs
+
-
RL
+
-
voRE
RS R
C
? 共集电极放大器
VCC
RB1
vs+ - RL
+
-
voRB2
RE
RS
+
+
C1
C2
VCC
RB1
RB2 R
E
直
流
通
路
交
流
通
路
RERB1vs+
-
RL +
-
voRB2
RS
? 共发电路性能分析
4.3.2 共发、共基和共集放大器的性能
RCRB1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RS +
-
vi
i
i
i i
vR ? ebebB // ?? ?? rrR
B21BB // RRR ?其中
0s ?v令 0ebm ??vg则 ceCO // rRR ?故
? 画微变等效电路
? 分析电路输入、输出电阻
CR?
rb?e gmvb?e
ii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
ib
i
o
i i
iA ?
i
b
b
ebm
ebm
o
i
i
i
vg
vg
i ??? ?
? ebB
B
Lo
o
??
???? rR RRR R ?
? 共发电路 电流增益
rb?e gmvb?e
ii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
ib
通常 RB >> rb?e
??? ? 0iin LRAA短路电流增益
????
Lo
o
i RR
RA则
? 共发电路 电压增益
rb?e gmvb?e RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
开路电压增益
i
o
v
vA
v ?
ebv
RRvg
?
??? )//( Loebm Lm Rg ???
is
i
Lm
is
i
RR
RRgA
RR
RA
vvs ???????
源电压增益
omt L RgAA Rvv ??? ??
LCLCceL ////// RRRRrR ???
其中
1）既有电压放大作用、又有电流放大作用。
2）输出电压与输入电压反相。
? 共发电路提供的最大 电压增益
)//( Ccemomt RrgRgA v ????已知
若采用有源负载作为 RC,可使 RC >> rce
因此
cemtm a x rgA v ??
T
A
CQ
A
T
CQ
V
V
I
V
V
I ?????
由于厄尔利电压 |VA|>>VT, 因此共发电路提供的
Av很大, 且其值与静态电流 ICQ无关 。
? 共发电路特点
? 共基电路性能分析
i
i
i i
vR
???
? 画微变等效电路 (忽略 rce影响 )
? 共基电路输入电阻
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?i
i io
+
-
vi
b?
e cii ?
bem
eb
be
be
?
?
?
?
?
?
vg
r
v
v
?????
?
?
?
11
eb
ebm
eb r
rg
r
因此 iEii // RRRR ???? （小）
Ri?
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS R
Cvi
+
-
0s ?v令 0ebm ??vg则
? 共基电路输出电阻
因此
Co RR ?
? 共基电路电流增益
i
o
i
iA
i ?
i
i
i
bem
bem
o
i
i
i
vg
vg
i ??
???
?
? iE
E
im
LC
C
RR
RRg
RR
R
????????
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?i
i io
+
-
vi
b?
e cii ?
Ri?
由于
Ei RR ??? ??
??? LC
C
RR
RA
i
因此
???? ? 0iin LRAA短路电流增益
? 共基电路电压增益
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?
+
-
vi
b?
e c
i
o
v
vA
v ?
be
LCbem )//(
?
??
v
RRvg Lm Rg ??
? 共基电路特点
1）有电压放大作用、但无电流放大作用。
2）输出电压与输入电压同相。
3）输入电阻低、输出电阻高。
? 考虑 rce时共基电路输出电阻
令 vs=0,RL开路，画出求 Ro的等效电路
vs+ - RL
+
-
vo
RE
RS
RCrb?e
gmveb?
+
-
vi
b?
e c
rce
becebem )( ?? ???? vrvgiv
)////( ebESbe ?? ?? rRRiv
则
ce
ebS
S
o )1( rrR
R
i
vR
???
???
???
?得
因此
oCo // RRR ??
+
-
v
RERS RCrb?e
gmvb?e
b?
e
rce
ii?
Ro?RS?=RS//RE
? 共集电路性能分析
b
i
i i
vR ??
? 画微变等效电路
? 共集电路输入电阻 (忽略 rce)
b
LEbebb )//()1(
i
RRiri ???? ?
因此
Bii // RRR ??
（大）
Ri?
RER
B1
vs+ - RL
+
-
voR
B2
RS +
-
vi
rb?e
?ibii
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
ib
-
)//)(1( LEeb RRr ???? ?
? 共集电路输出电阻
rb?e
?ib
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
-
令 vs=0,RL开路，画出求 Ro的等效电路。
rb?e
?ib
i?
RERB
+
vR
S rce
-
iib
Ro?R
S?=RS//RB
))(( Sebb Rriiv ????? ??
)/( Sebb Rrvi ???? ?
则
??
???
???
?
1
ebS
o
rR
i
vR得
因此
oEceoo //// RRrRR ????
（小）
? 共集电路电流增益 (忽略 rce)
rb?e
?ibii
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
ib
-
i
o
i
iA
i ?
i
b
b
o
i
i
i
i ??
iB
B
LE
E )1(
RR
R
RR
R
??????? ?
若
Bi RR ???
)1(0iin L ????? ?RAA短路电流增益
? 共集电路电压增益 (忽略 rce)
i
o
v
vA
v ?
ib
LEb )//()1(
Ri
RRi
?
?? ?
Leb
L
)1(
)1(
Rr
R
???
???
? ?
? <? 1
其中
LEL // RRR ??
三种组态电路性能比较
ebB // ?rR
RCv
s
+
-
RL
+
-
vo
RB
RS +
-
vi vs+
-
RL
+
-
voR
E
RS
RCvi
+
- REvs
+
- RL
+
-
vo
RBRS
+
-
vi
??
?
1//
eb
E
rR ])1(//[ LebB RrR ???? ?小 大
CR ??
???
1//
SebE RrR
小
? 1???? )1( ??? 大大 小
eb
L
?
??
r
R?
eb
L
r
R
?
??大 大
Leb
L
Rr
R
???
??
? )1(
)1(
?
? ?1
])1//[( ce
ebS
SC r
rR
RR
???
?? ? 大
中
中
共发 共基 共集
Ri
Ro
Av
Ain
三种组态电路的应用
? 共发放大器
广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中 。
? 共基放大器
由于频率特性好, 故常与共发电路配合, 组成宽带放大器 。
? 共集放大器
利用 Ri高的特点, 常作多级放大器输入级；
利用 Ro低的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。
利用 Ri高,Ro低的特点，常作缓冲级（隔离级），以提高
前级电路的增益。
? 共发 -共基组合放大器
4.3.3 改进型放大器
三种基本组态放大器的性能特点各不相同，若将
它们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。
? 组合放大器
e1bi1i ??? rRR
vs+ -
RL
+
-
voRS +
-
vi
io
ii
T1
T2
)1(
e2bc e 1
c e 1
c e 2o2o
??
??? rr rrRR ?
??? ???iA
21 vvv AAA ??
e2b
L2
e1b
2
e2b
1 1
??
?
??
?
??
r
R
r
r
??
?
e1b
L1
?
?? r R?
? 共集 -共发组合放大器
利用共发电路增益高, 共基电路 Ri低, Ro高的特性, 使 共
发 -共基 组合电路更接近理想的电流放大器 。
vs+ -
RL
+
-
voR
S
+
-
vi
io
ii
T1
T2e2b1e1bi1i )1( ?? ???? rrRR ?
ce2o2o rRR ??
21 vvv AAA ??
e2b
L2
?
?? r R?2vA?
利用共发电路增益高, 共集电路 Ri高, Ro低的特性, 使 共
集 -共发 组合电路更接近理想的电压放大器 。
2)1( ??? ????iA
? 共集 -共基组合放大器
vs+ -
RL
+
-
voRS
+
-
vi
ioi
i
T1
T2
i21e1bi1i )1( RrRR ????? ?
21 vvv AAA ??
e2b
L2
i21e1b
i21
)1(
)1(
??
??? ?? r RRr R ???
?? ???? )1(iA
2
e2b
i2 1 ???
?rR
由于
则
ebi 2 ?? rR
（假设两管参数相同）
)1(
e2bS
S
c e 2o2o
???
????
rR
RrRR ?其中
1
e1bS
o1S 1 ??
???? ?rRRR
eb
L
2
1
?
?? rR?
（假设两管参数相同）
? 接 RE的共发放大器
])1(//[ EebBi RrRR ???? ?
)]1(//[
SebE
E
ceCo RrR
RrRR
????? ?
?
Eeb
L
)1( Rr
R
?
?
??
???
?
RCRBv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi
RE
（交流通路）
rb?e
?ibii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi rce
ib
RE
（微变等效电路）
其中
BSS // RRR ??
i
o
v
vA
v ?
Eeb
LCb
)1(
)//(
Rr
RRi
?
?
???? ?
共发电路射极接电阻 RE后：
? 由于 RE的负反馈作用，使 Ri增大,Ro增大，放大
器更接近理想的互导放大器。
? 由于 RE的负反馈作用，不仅 增益稳定性提高，而
且还便于集成化。
ebE rR ???? )1( ?
因为,
E
L
Eeb
L
)1( R
R
Rr
RA
v
??
??
???
? ?
?因此
E
C
t R
RA
v ?
当 RE ??时
此时,Avt近似等于两电阻的比值，与三极管参数 ?无关。
? 存在问题：
RC?? Av ?? 但集成因难交流工作时：
直流工作时,RC?? VCEQ ??易饱和失真
? 采用有源负载的共发放大器
e1b
Lo21 )//(
?
?? r RRA v ?
? 解决方法：用恒流源（有源负载）取代电阻 RC 。
恒流源特点：直流电阻小，交流电阻大。
RL
vo
vi
VCC
R1
R2
RE
T1
T2
RL
vo
vi
VCC
T1
ICQ
)//1(
21e2bE
E2
c e 2o2 RRrR
RrR
???? ?
?其中
等效为
? 共源放大器
4.3.4 共源、共栅和共漏放大器的性能
Gi RR ? dsDO // rRR ?
场效应管电路性能特点、分析方法与三极管放大器相似。
不同之处仅在于,FET管的 ig=0。
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi
gs
Logsm )//(
v
RRvg
v
vA
i
o
v ???
)//( Lom RRg??
gmvgx
RD
RG
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi r
ds
g
sRi Ro
? 接 R?S的共源放大器
Sgsmgs
LDgsm )//(
Rvgv
RRvg
v
vA
i
o
v ?????
Sm
Lm
1 Rg
Rg
??
???
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi R?
S
gmvgx
RD
RG
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi rds
g
s
Ri Ro
R?S
R?o
Gi RR ?
不变
dsSmSo )1( rRgRR ??????
经推导
Doo // RRR ??
则 增大
减小
? 共栅放大器
vs+ -
RL
+
-
voR?
S
RS R
Dvi
+
-
i
i
i i
vR
??? mgsm
gs 1
gvg
v ?
?
??
vs+ -
RL
+
-
voR?S
RS
RD
gmvgsii io
+
-
vi
g
s
Ri?
i?i
因为
m
S gRR
1//
i ??
所以
gs
LDgsm )//(
v
RRvg
v
vA
i
o
v ?
??? )//( LDm RRg?
Do RR ?
而
? 共漏放大器
RG
vs+ - RL
+
-
vo
RS +
-
vi R?
S
g
R?S
RG
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rds
-
gmvgs
s
Gi RR ?
m
SO
1//
gRR ??
)//(
)//(
LSgsmgs
LSgsm
RRvgv
RRvg
v
vA
i
o
v ??
???
经推导
)//(1
)//(
LSm
LSm
RRg
RRg
??
??
FET三种组态电路性能比较
GR
m
S
1//
gR?
GR小
大
DR
小
大 大 ?1
DR
大
大
大
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi R?
S
vs+ - RL
+
-
voR?
S
RS
RDvi
+
-
RG
vs+ - R
L
+
-
vo
RS +
-
vi R?
S
m
S
1//
gR?
Sm
Lm
1 Rg
Rg
??
?? LmRg ?
)//(1
)//(
LSm
LSm
RRg
RRg
??
?
共源 共栅 共漏
Ri
Ro
Av
4.3.5 集成 MOS放大器
集成 MOS放大器与分立 MOS放大器电路结构相
同，只是为了提高集成度，集成 MOS放大器中的
负载电阻采用了以不同方法实现的有源电阻。
集成 MOS放大器类型：
NMOS放大器
CMOS放大器
放大管 NEMOS
负载管 NEMOS
放大管 NEMOS
负载管 NDMOS
E/EMOS放大器
E/DMOS放大器
放大管、负载管均为 E型
但沟道互补
? E/EMOS放大器
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
要求两管工作在饱和区，
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2G S 2oDDD S 2 vvvVv ????
交流通路
gm1vgs1
+
-
vo
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2
gm2vgs2
gmu2vus2
微变等效电路
由于 gm2vgs2= -gm2vo, 则受控源 gm2vgs2等效为电阻,1/gm2
因 gmu2vus2= -gmu2vo, 则受控源 gmu2vus2等效为电阻,1/gmu2
1G S(th)Vv i ?
，即
+
-
vo
+ v
i
T2T
1
-
g2s2
g1
s1
gm1vgs1
+
-
vo
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2 g
m2
1
gmu2
1
简化等效电路
i
o
v
vA
v ?
)1(
m2
m u 2
m2
m1
g
gg
g
?
??
m u 2m2
d s 2d s 1
m1
11 gg
rr
g
???
??
)1( 2m2
m1
???? g
g
电压增益：
其中 ?2= 0.1 ~ 0.3
由于 MOS管跨导
DQ
OXn2 I
l
WCg
m
??
所以
22
1
1
1
)/(
)/(
????? lW
lWA
v
（小于 10倍）
? E/DMOS放大器
要求两管工作在饱和区：
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2oDDD S 2 0 vvVv ????
由于 vgs2= 0,因此受控源 gm2vgs2开路。
因 gmu2vus2= -gmu2vo, 则受控源 gmu2vus2等效为电阻,1/gmu2
1G S(th)Vv i ?
，即
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
vo
gm1vgs1
+
-
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2 g
mu2
1
简化等效电路
i
o
v
vA
v ?
m u2
m1
g
g??
m u 2
d s 2d s 1
m1
11 g
rr
g
??
??
m22
m1
g
g
???
（几十倍）
? CMOS放大器
结构特点：
两增强型 MOS管沟道互补，衬底彼此电隔离。
若 NMOS管 S极接最低电位
若 PMOS管 S极接最高电位 则 S极可与 U极直接相连
因此,CMOS放大器不存在衬底效应。
N
P
P+P+N+ N+
? CMOS共源 放大器
要求两管工作在饱和区：
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2G S 2DDoD S 2 vvVvv ????
1G S(th)Vv i ?
，即
vo
gm1vgs1
+
-
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2
i
o
v
vA
v ?
)//( ds 2ds 1m1 rrg??
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
VGG
G S ( th ) 2DDGGG S 2 vVVv ???
由 vgs2= vus1 = vus2 = 0，画出简化等效电路。
则
DQ1
1ds
1
Ir ??
DQ2
2ds
1
Ir ??
DQ
1
1OXn
1
2 I
l
WCg
m
??由于,
因此
1
1OXn
21DQ
211
l
WC
IA v
?
?? ?????
（ 500~2000倍）
? 分析电路性能时，必须考虑负载管衬底效应的影
响（用背栅跨导表示）。
分析集成 MOS放大器时, 需注意以下问题：
?分析过程中, 压控电流源的控制电压与电流源两端
电压相等时, 压控电流源可用等效电阻置换 。
?无论是 CMOS放大器还是 NMOS放大器, 只要采用
场效应管作有源电阻, 则其电流流向必须与放大管
电流流向一致 。
?分析得知：共源 CMOS放大器的 Av >E/DMOS的 Av
>E/EMOS的 Av。
4.4 差分放大器
4.3 基本组态放大器
4.7 放大器的频率响应
4.1 偏置电路和耦合方式
第四章 放大器基础
4.5 电流源电路及其应用
4.6 集成运算放大器
概 述
在广播, 通信, 自动控制, 电子
测量等各种电子设备中, 放大器是
必不可少的组成部分 。
放大器是应用最广泛的一类电子线
路。它的主要功能是 将输入信号进行
不失真的放大。
?按信号强弱分：
小信号放大器
大信号放大器
?按电路结构分：
直流放大器
交流放大器
（线性放大器）
（非线性放大器）
（ 多用于集成电路 ）
（ 多用于分立元件电路 ）
? 放大器分类
?按信号特征分：
宽带
放大器
音频放大器
视频放大器
脉冲放大器
谐振放大器
（放大语音信号）
（放大图像信号）
（放大脉冲信号）
（放大高频载波信号）
保证半导体器件
工作在放大模式
? 放大器组成框图
耦
合
电
路
耦
合
电
路
输
出
负
载
输
入
信
号
直流偏置电路
外 围 电 路
具有正向受控作用的半导
体器件是整个电路的核心
将放大器输出
端与输出负载
进行连接。
将输入信号源
与放大器输入
端进行连接。
4.1 偏置电路和耦合方式
4.1.1 偏置电路
设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路 。
? 对偏置电路的要求
? 提供合适的 Q点, 保证器件工作在放大模式 。
例如：偏置电路须保证三极管 E结正偏,C结反偏。
? 当环境温度等因素变化时, 能稳定电路的 Q点 。
例如：温度升高，三极管参数 ??,ICBO?,VBE(on)?
而这些参数的变化将直接引起 Q点发生变化。
当 Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或
截止失真。
Q
iC
?t
ICQ
?t
vCE0
VCEQ
ib
Q点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。
Q点波动对输出波形的影响：
Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。
Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。
Q ib
ib
iC
vCE0
Q
? 三极管 偏置电路
（ 1） 固定偏流电路 VCC
RCRB
IB
IC?Q点估算：
B
B E( o n )CC
BQ R
VVI ??
BQCBOBQCQ )1( IIII ??? ????
CCQCCC E Q RIVV ??
?电路优点, Q点设置方便，计算简单。
?电路缺点, 不具有稳定 Q点的功能。
T?时 ???,ICBO?,VBE(on)? ICQ? Q点升高
（ 2） 分压偏置电路
?Q点估算：
B2B1
CCB2
BQ RR
VRV
??
E
B E( o n )BQ
CQ R
VVI ??
)( ECCQCCC E Q RRIVV ???
?电路优点,
T?? ICQ?
VCC
RCRB1
IBQ
I1
RB2 RE C
E
（固定）
?/CQBQ II ?
具有稳定 Q点的功能。
? VEQ?(=ICQRE)? VBEQ?(=VEQ-VEQ)
IBQ?ICQ?
假设 I1>> IBQ
则
?存在问题,
工程规定, VCC
RCRB1
IBQ
I1
RB2 RE C
E
RE越大
?VBEQ越大 ? Q点越稳定
VCEQ越小 ?输出动态范围越小
VEQ=0.2VCC 或 VEQ=1 ~ 3V
RB1,RB2过大 ?不满足 I1>> IBQ
工程规定, I1=（ 5 ~ 10） IBQ
则 VBQ不稳定
RB1,RB2过小 ?放大器 Ri 减小
? 场效应管 偏置电路
（ 1）分压偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适
用于各种类型的场效应管。
VDD
T
S
RG1
RG2
RD
RS
G
ID
SDQ
G2G1
DDG2
G S Q RIRR
VRV ?
??
2
G S ( th )G S Q
OX
DQ )(2 VVl
WCI ?? ?
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
（ 2）自偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
故自偏置电路只适合于耗尽型 场效应管
VDD
S
RG
RD
RS
G
ID
SDQG S Q 0 RIV ??
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
2
G S ( o f f )
G S Q
D S SDQ 1 ??
?
?
???
?
??
V
V
II
由于 VDS与 VGS极性始终相反
例如,JFET,DMOS管
（ 3）零偏置电路
?Q点估算：
?电路特点,
由于 VGS=0,故零偏置电路只适合耗尽型 MOS管。
0G SQ ?V
)( SDDQDDD S Q RRIVV ???
VDD
SR
G
RD
G
ID
2
G S ( th )G S Q
OX
DQ )(2 VVl
WCI ?? ?
由于 RS=0,故该电路不具有稳定 Q点的功能 。
4.1.2 耦合方式
放大器与信号源, 放大器与负载, 以及放大
器级与级之间的连接方式称耦合方式 。
? 交流信号正常传输 。
为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合
? 尽量减小有用信号在传输过程中的损失 。
实际电路常采用两种耦合方式：
?集成电路中广泛采用的一种耦合方式 — 直接耦合 。
?具有隔直流作用的耦合方式 — 电容耦合、变压器耦合。
方式必须保证：
? 电容耦合
VCC
R3R1
R2 R
4
RS
vS+
- -
+
CB
vi
T1+
R7R5
R6 R
8
CC
T2+
? 直流工作时,由于 CB,CC具有隔直流作用
因此信号源不影响放大器 Q点正常设置, 且各级 Q点相互独立 。
? 交流工作时,由于 CB较大, 在信号频率上近似看作短路 。
因此, CB的接入不会影响信号的正常传输 。
? 电路缺点,体积大, 不易集成 。
? 直接耦合
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
各级之间不经过任何元件直接相连 。直接耦合方式,
电路优点, 频率特性好, 便于集成 。
存在问题, 级间 直流 电平配置问题 。零点漂移问题。
? 级间直流电平配置 问题一
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
结果,T1管 Q点靠近饱和区, 输出易出现失真 。
由图
E2C Q 2B E ( o n ) 2C E Q 1 RIVV ??
若 0
E2 ?R
则 V7.0
B E ( o n ) 2C E Q 1 ?? VV
后级接入 RE,扩大前级动态范围 。解决方法：
? 级间直流电平配置 问题二
VCC
RC2
RE2
T2
RC1
T1
RC3
RE3
T3
RCn
REn
Tn
工作在放大模式时,
加电平位移电路解决方法：
B Q 1B Q 2B Q 3C Q 3 VVVV ???
)( E3C3C Q 3CCC E Q 3 RRIVV ???
由图
E3C Q 3B E ( o n ) 3B Q 3 RIVV ??
越往后级 VBQ3??ICQ3? ?VCEQ3? ?输出动态范围 ?
采用 PNP管的电平位移电路：
利用 NPN管与 PNP管电位极性相反的特点, 将直
流电平下移, 扩大后级的输出动态范围 。
VCC
RC2
RE
T2
RC1
T1
RB
+
- -
+VBQ1 V
CQ2
+
-
VCQ1
VCQ1>VBQ1放大模式 NPN管
放大模式 PNP管 VCQ2 < VBQ2= VCQ1
? 零点漂移问题
零点漂移,指 vi =0时，输出端静态电压的波动。
第一级采用低温漂的差分放大器 。解决方法：
? 则第一级 Q点 变（ VCEQ1+?V）
温度 漂移, 因温度变化引起的漂移，简称 温 漂。
温 漂危害,
若 温度 变
淹没有用信号 。
例如,假设 直接耦合放大器原输出端静态电压为 VCEQn
?V 经后级逐级放大 ? 输出静态电压变为（ VCEQn + Avn?V）
当漂移严重即 ?V较大时, 温漂信号有可能淹没有用信号, 使
电路丧失对有用信号的放大能力 。
电容耦合放大器由于电容的隔直作用, 温漂很小, 可忽略 。
放大器的组成原则：
? 直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作
在放大模式。
? 交流通路要保证信号能正常传输, 即有输入信
号 vi时, 应有 vo输出 。
判断一个电路是否具有放大作用, 关键就是看它
的直流通路与交流通路是否合理 。 若有任何一部分
不合理, 则该电路就不具有放大作用 。
? 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大 。
即电路需提供合适的 Q点及足够的放大倍数 。
就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为
有源线性四端网络：
4.2 放大器的性能指标
线性
有源
四端
网络
RS
RL
vS +
-
+
-
vi
ii io
vo
+
-
Ri Ro
反映放大器性能的主要指标有：
增益 A输入电阻 Ri, 输出电阻 Ro、
4.2.1 输入电阻、输出电阻、增益
? 输入电阻
对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，
而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻 Ri 。
或
RS
Ri
vS +
-
+
-
vi
ii
RS RiiS
+
-
vi
ii
i
i
i i
vR ?定义
Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。
? 输出电阻
对输出负载而言（根据戴维宁定理和诺顿定理），
任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即
放大器输出电阻 Ro 。
或
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo
io
Ro RLion
+
-
vo
io
负载开路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的开路电压。vot,
负载短路时 vi 或 ii 在电路输出端产生的短路电流。ion,
输出电阻 Ro计算：
RL
vS+
-
vo
放
大
器
RS +
-
（放大器一般框图）
i
v
+
-
放
大
器
RS
（ Ro 的定义）
? 令负载电阻 RL开路，信号源为零。
? 在输出端外加电压 v,则产生电流 i。
i
vR ?
o
定义
Ro反映放大器受负载电阻 RL的影响程度 。
? 小信号放大器四种电路模型
RS
Ri
vS+
-
+
-
vi
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo
电压放大器
Ro
RL
ion
io
RS RiiS
ii
电流放大器
RS
Ri
vS+
-
+
-
vi
互导放大器
Ro RL
ion
io
Ro
RL
vot+
-
+
-
voRS RiiS
ii
互阻放大器
放大器的增益：
? 增益 （ 放大倍数 ）
不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。
即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。
A = xo / xi
?电压放大器 R
S
Ri
vS+
-
+
-
vi
Ro
RL
vot+
-
+
-
vo电压增益：
开路电压增益,i
o
v
vA
v ?
源电压增益：
is
ii
is
o
s RR
RA
v
v
v
v
v
vA
v
s
o
v ?????
)1(
L
o
o
ot
i
o
i
ot
t R
RA
v
v
v
v
v
vA
vv ?????
RO越小,RL对 Av影响越小。
Ri越大,RS对 Avs影响越小。
?电流放大器
电流增益：
短路电流增益：
源电流增益：
Ro
RL
ion
io
RS RiiS
ii
i
o
i
iA
i ?
iS
S
s
i
i
o
s
o
s RR
RA
i
i
i
i
i
iA
ii ?????
)1(
o
L
i
o
on
i
o
i
on
n R
RA
i
i
i
i
i
iA
i ?????
Ri越小,RS对 Ais影响越小。
RO越大,RL对 Ai影响越小。
?互导放大器
i
o
v
iA
g ?
互导增益：
?互阻放大器 互阻增益：
i
o
i
vA
r ?
? 理想放大器性能特点
电压放大器：
Ri ?0,Ro ??,Ai大且不随 RL和信号源而变化。
电流放大器：
Ri ??,Ro ? 0,Av大且不随 RL和信号源而变化。
互导放大器：
Ri ??,Ro ??,Ag大且不随 RL和信号源而变化。
互阻放大器：
Ri ? 0,Ro ? 0,Ar大且不随 RL和信号源而变化。
多级放大器可拆分成单级电路进行分析,
? 将后级输入电阻作为前级的负载电阻。
? 多级放大器
RL
vS+
-
vo
RS +
-
A1vi
+
-
A2
? 将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。
Ri2
+
-
+
-
vo1= vi2
21
i
o1
i2
o
i
o
vvv AAv
v
v
v
v
vA ????
?
1ii RR ?? 2oo RR ??
4.2.2 放大器的失真
? 频率失真
放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号
波形的一种物理现象。
失真类型
频率失真
瞬变失真线性失真
非线性失真
一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信
号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器
增益应为频率的复函数：
)(j Ae)()j( ???? AA ?
? 波特图
在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。
0 f /Hz
A( f )/dB
0 f /Hz
?A( f )
幅
频
特
性
相
频
特
性
(对数刻度 )
(对数刻度 )
(线性刻度 )
(线性刻度 )
)(lg20)( dB ?? AA ?
增益分贝值：
通频带：
LH7.0 ffBW ??
对应上限频率 fH,
及下限频率 fL 。
增益下降到 时，
I2
1 A
AI
AI
2
fHfL
? 频率特性的三个频段
中频段：通频带以内的区域
放大器的增益、相角均为常数，不随 f变化。特点：
原因,所有电抗影响均可忽略不计。
高频段,f > fH 的区域
频率增大，增益减小并产生附加相移。特点：
原因,极间电容容抗 ??分流 ??不能视为开路。
即 极间电容开路,耦合旁路电容短路。
低频段,f < fH 的区域
频率减小，增益降低并产生附加相移。特点：
原因,耦、旁 电容容抗 ?? 分压 ??不能视为短路
? 幅度失真与相位失真
实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：
若不同频率信号呈现不同增益 幅度失真
相位失真
幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。
若不同频率信号呈现不同相角
由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。
注意,线性失真不产生新的频率成份。
一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。
视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。
指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流
不能突变而引起的失真。
? 瞬变失真
R
C
+
-
vi
-
vo+
vi
t
1
0
vo
t0.1
0.9
tr
R
C
+
-
vi
-
vo+
vi
t0
vo
tt
1
?
vo
t
?1
? 非线性失真
非线性失真由三极管产生，它产生了新的频率成份。
假设三极管基射间外加电压, tVv ?s in
m?
则
TT
B E Q
CQSC
V
v
V
Vv
eIeIi ??
?
利用付氏级数展开得：
...])(!31)(!211[ 3
T
2
TT
CQC ????? V
v
V
v
V
vIi
...]s in...2s ins in nm2m1m0 tnItItII ??? ?????
非线性失真系数：
m1
2
2
nm
I
I
T H D n
?
?
??
根据三极管（场效应管）在放大器中的不同接法，放大器
分为三种基本组态。
4.3 基本组态放大器
T+
-
+
-
VCC
RC
vi vo
（共发）
T
+
-
+
-
VCC
REvi vo
（共集）
T
+
-
+
-
VCC
RC
vi vo
（共基）
无论何种组态放大器, 分析方法均相同 。
1)由直流通路确定电路 静态工作点 。
注意：
2)由交流通路 画出小信号等效电路，并进行分析。
? 共发射极放大器
4.3.1 三种组态放大器的实际电路
VCC
RCRB1
vs+ -
RL
+
-
voR
B2 RE CE
RS
+
+
+
C1
C2
VCC
RCRB1
RB2 R
E
直
流
通
路
RCR
B1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RS
交
流
通
路
? 共基极放大器
VCC
RCRB1
RB2 R
E
直
流
通
路
RB1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RE
CB
RS
C1 C2
VCC
RC
交
流
通
路 vs
+
-
RL
+
-
voRE
RS R
C
? 共集电极放大器
VCC
RB1
vs+ - RL
+
-
voRB2
RE
RS
+
+
C1
C2
VCC
RB1
RB2 R
E
直
流
通
路
交
流
通
路
RERB1vs+
-
RL +
-
voRB2
RS
? 共发电路性能分析
4.3.2 共发、共基和共集放大器的性能
RCRB1v
s
+
-
RL
+
-
vo
RB2
RS +
-
vi
i
i
i i
vR ? ebebB // ?? ?? rrR
B21BB // RRR ?其中
0s ?v令 0ebm ??vg则 ceCO // rRR ?故
? 画微变等效电路
? 分析电路输入、输出电阻
CR?
rb?e gmvb?e
ii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
ib
i
o
i i
iA ?
i
b
b
ebm
ebm
o
i
i
i
vg
vg
i ??? ?
? ebB
B
Lo
o
??
???? rR RRR R ?
? 共发电路 电流增益
rb?e gmvb?e
ii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
ib
通常 RB >> rb?e
??? ? 0iin LRAA短路电流增益
????
Lo
o
i RR
RA则
? 共发电路 电压增益
rb?e gmvb?e RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi
rce
开路电压增益
i
o
v
vA
v ?
ebv
RRvg
?
??? )//( Loebm Lm Rg ???
is
i
Lm
is
i
RR
RRgA
RR
RA
vvs ???????
源电压增益
omt L RgAA Rvv ??? ??
LCLCceL ////// RRRRrR ???
其中
1）既有电压放大作用、又有电流放大作用。
2）输出电压与输入电压反相。
? 共发电路提供的最大 电压增益
)//( Ccemomt RrgRgA v ????已知
若采用有源负载作为 RC,可使 RC >> rce
因此
cemtm a x rgA v ??
T
A
CQ
A
T
CQ
V
V
I
V
V
I ?????
由于厄尔利电压 |VA|>>VT, 因此共发电路提供的
Av很大, 且其值与静态电流 ICQ无关 。
? 共发电路特点
? 共基电路性能分析
i
i
i i
vR
???
? 画微变等效电路 (忽略 rce影响 )
? 共基电路输入电阻
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?i
i io
+
-
vi
b?
e cii ?
bem
eb
be
be
?
?
?
?
?
?
vg
r
v
v
?????
?
?
?
11
eb
ebm
eb r
rg
r
因此 iEii // RRRR ???? （小）
Ri?
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS R
Cvi
+
-
0s ?v令 0ebm ??vg则
? 共基电路输出电阻
因此
Co RR ?
? 共基电路电流增益
i
o
i
iA
i ?
i
i
i
bem
bem
o
i
i
i
vg
vg
i ??
???
?
? iE
E
im
LC
C
RR
RRg
RR
R
????????
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?i
i io
+
-
vi
b?
e cii ?
Ri?
由于
Ei RR ??? ??
??? LC
C
RR
RA
i
因此
???? ? 0iin LRAA短路电流增益
? 共基电路电压增益
vs+ -
RL
+
-
voRE
RS
RCrb?e
gmveb?
+
-
vi
b?
e c
i
o
v
vA
v ?
be
LCbem )//(
?
??
v
RRvg Lm Rg ??
? 共基电路特点
1）有电压放大作用、但无电流放大作用。
2）输出电压与输入电压同相。
3）输入电阻低、输出电阻高。
? 考虑 rce时共基电路输出电阻
令 vs=0,RL开路，画出求 Ro的等效电路
vs+ - RL
+
-
vo
RE
RS
RCrb?e
gmveb?
+
-
vi
b?
e c
rce
becebem )( ?? ???? vrvgiv
)////( ebESbe ?? ?? rRRiv
则
ce
ebS
S
o )1( rrR
R
i
vR
???
???
???
?得
因此
oCo // RRR ??
+
-
v
RERS RCrb?e
gmvb?e
b?
e
rce
ii?
Ro?RS?=RS//RE
? 共集电路性能分析
b
i
i i
vR ??
? 画微变等效电路
? 共集电路输入电阻 (忽略 rce)
b
LEbebb )//()1(
i
RRiri ???? ?
因此
Bii // RRR ??
（大）
Ri?
RER
B1
vs+ - RL
+
-
voR
B2
RS +
-
vi
rb?e
?ibii
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
ib
-
)//)(1( LEeb RRr ???? ?
? 共集电路输出电阻
rb?e
?ib
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
-
令 vs=0,RL开路，画出求 Ro的等效电路。
rb?e
?ib
i?
RERB
+
vR
S rce
-
iib
Ro?R
S?=RS//RB
))(( Sebb Rriiv ????? ??
)/( Sebb Rrvi ???? ?
则
??
???
???
?
1
ebS
o
rR
i
vR得
因此
oEceoo //// RRrRR ????
（小）
? 共集电路电流增益 (忽略 rce)
rb?e
?ibii
io
RE
RB
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rce
ib
-
i
o
i
iA
i ?
i
b
b
o
i
i
i
i ??
iB
B
LE
E )1(
RR
R
RR
R
??????? ?
若
Bi RR ???
)1(0iin L ????? ?RAA短路电流增益
? 共集电路电压增益 (忽略 rce)
i
o
v
vA
v ?
ib
LEb )//()1(
Ri
RRi
?
?? ?
Leb
L
)1(
)1(
Rr
R
???
???
? ?
? <? 1
其中
LEL // RRR ??
三种组态电路性能比较
ebB // ?rR
RCv
s
+
-
RL
+
-
vo
RB
RS +
-
vi vs+
-
RL
+
-
voR
E
RS
RCvi
+
- REvs
+
- RL
+
-
vo
RBRS
+
-
vi
??
?
1//
eb
E
rR ])1(//[ LebB RrR ???? ?小 大
CR ??
???
1//
SebE RrR
小
? 1???? )1( ??? 大大 小
eb
L
?
??
r
R?
eb
L
r
R
?
??大 大
Leb
L
Rr
R
???
??
? )1(
)1(
?
? ?1
])1//[( ce
ebS
SC r
rR
RR
???
?? ? 大
中
中
共发 共基 共集
Ri
Ro
Av
Ain
三种组态电路的应用
? 共发放大器
广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中 。
? 共基放大器
由于频率特性好, 故常与共发电路配合, 组成宽带放大器 。
? 共集放大器
利用 Ri高的特点, 常作多级放大器输入级；
利用 Ro低的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。
利用 Ri高,Ro低的特点，常作缓冲级（隔离级），以提高
前级电路的增益。
? 共发 -共基组合放大器
4.3.3 改进型放大器
三种基本组态放大器的性能特点各不相同，若将
它们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。
? 组合放大器
e1bi1i ??? rRR
vs+ -
RL
+
-
voRS +
-
vi
io
ii
T1
T2
)1(
e2bc e 1
c e 1
c e 2o2o
??
??? rr rrRR ?
??? ???iA
21 vvv AAA ??
e2b
L2
e1b
2
e2b
1 1
??
?
??
?
??
r
R
r
r
??
?
e1b
L1
?
?? r R?
? 共集 -共发组合放大器
利用共发电路增益高, 共基电路 Ri低, Ro高的特性, 使 共
发 -共基 组合电路更接近理想的电流放大器 。
vs+ -
RL
+
-
voR
S
+
-
vi
io
ii
T1
T2e2b1e1bi1i )1( ?? ???? rrRR ?
ce2o2o rRR ??
21 vvv AAA ??
e2b
L2
?
?? r R?2vA?
利用共发电路增益高, 共集电路 Ri高, Ro低的特性, 使 共
集 -共发 组合电路更接近理想的电压放大器 。
2)1( ??? ????iA
? 共集 -共基组合放大器
vs+ -
RL
+
-
voRS
+
-
vi
ioi
i
T1
T2
i21e1bi1i )1( RrRR ????? ?
21 vvv AAA ??
e2b
L2
i21e1b
i21
)1(
)1(
??
??? ?? r RRr R ???
?? ???? )1(iA
2
e2b
i2 1 ???
?rR
由于
则
ebi 2 ?? rR
（假设两管参数相同）
)1(
e2bS
S
c e 2o2o
???
????
rR
RrRR ?其中
1
e1bS
o1S 1 ??
???? ?rRRR
eb
L
2
1
?
?? rR?
（假设两管参数相同）
? 接 RE的共发放大器
])1(//[ EebBi RrRR ???? ?
)]1(//[
SebE
E
ceCo RrR
RrRR
????? ?
?
Eeb
L
)1( Rr
R
?
?
??
???
?
RCRBv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi
RE
（交流通路）
rb?e
?ibii io
RC
RB
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi rce
ib
RE
（微变等效电路）
其中
BSS // RRR ??
i
o
v
vA
v ?
Eeb
LCb
)1(
)//(
Rr
RRi
?
?
???? ?
共发电路射极接电阻 RE后：
? 由于 RE的负反馈作用，使 Ri增大,Ro增大，放大
器更接近理想的互导放大器。
? 由于 RE的负反馈作用，不仅 增益稳定性提高，而
且还便于集成化。
ebE rR ???? )1( ?
因为,
E
L
Eeb
L
)1( R
R
Rr
RA
v
??
??
???
? ?
?因此
E
C
t R
RA
v ?
当 RE ??时
此时,Avt近似等于两电阻的比值，与三极管参数 ?无关。
? 存在问题：
RC?? Av ?? 但集成因难交流工作时：
直流工作时,RC?? VCEQ ??易饱和失真
? 采用有源负载的共发放大器
e1b
Lo21 )//(
?
?? r RRA v ?
? 解决方法：用恒流源（有源负载）取代电阻 RC 。
恒流源特点：直流电阻小，交流电阻大。
RL
vo
vi
VCC
R1
R2
RE
T1
T2
RL
vo
vi
VCC
T1
ICQ
)//1(
21e2bE
E2
c e 2o2 RRrR
RrR
???? ?
?其中
等效为
? 共源放大器
4.3.4 共源、共栅和共漏放大器的性能
Gi RR ? dsDO // rRR ?
场效应管电路性能特点、分析方法与三极管放大器相似。
不同之处仅在于,FET管的 ig=0。
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi
gs
Logsm )//(
v
RRvg
v
vA
i
o
v ???
)//( Lom RRg??
gmvgx
RD
RG
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi r
ds
g
sRi Ro
? 接 R?S的共源放大器
Sgsmgs
LDgsm )//(
Rvgv
RRvg
v
vA
i
o
v ?????
Sm
Lm
1 Rg
Rg
??
???
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi R?
S
gmvgx
RD
RG
vs+ - RL
+
-
voRS
+
-
vi rds
g
s
Ri Ro
R?S
R?o
Gi RR ?
不变
dsSmSo )1( rRgRR ??????
经推导
Doo // RRR ??
则 增大
减小
? 共栅放大器
vs+ -
RL
+
-
voR?
S
RS R
Dvi
+
-
i
i
i i
vR
??? mgsm
gs 1
gvg
v ?
?
??
vs+ -
RL
+
-
voR?S
RS
RD
gmvgsii io
+
-
vi
g
s
Ri?
i?i
因为
m
S gRR
1//
i ??
所以
gs
LDgsm )//(
v
RRvg
v
vA
i
o
v ?
??? )//( LDm RRg?
Do RR ?
而
? 共漏放大器
RG
vs+ - RL
+
-
vo
RS +
-
vi R?
S
g
R?S
RG
vs+ - R
L
+
vo
RS +
-
vi
rds
-
gmvgs
s
Gi RR ?
m
SO
1//
gRR ??
)//(
)//(
LSgsmgs
LSgsm
RRvgv
RRvg
v
vA
i
o
v ??
???
经推导
)//(1
)//(
LSm
LSm
RRg
RRg
??
??
FET三种组态电路性能比较
GR
m
S
1//
gR?
GR小
大
DR
小
大 大 ?1
DR
大
大
大
RDRGv
s
+
-
RL
+
-
voRS +
-
vi R?
S
vs+ - RL
+
-
voR?
S
RS
RDvi
+
-
RG
vs+ - R
L
+
-
vo
RS +
-
vi R?
S
m
S
1//
gR?
Sm
Lm
1 Rg
Rg
??
?? LmRg ?
)//(1
)//(
LSm
LSm
RRg
RRg
??
?
共源 共栅 共漏
Ri
Ro
Av
4.3.5 集成 MOS放大器
集成 MOS放大器与分立 MOS放大器电路结构相
同，只是为了提高集成度，集成 MOS放大器中的
负载电阻采用了以不同方法实现的有源电阻。
集成 MOS放大器类型：
NMOS放大器
CMOS放大器
放大管 NEMOS
负载管 NEMOS
放大管 NEMOS
负载管 NDMOS
E/EMOS放大器
E/DMOS放大器
放大管、负载管均为 E型
但沟道互补
? E/EMOS放大器
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
要求两管工作在饱和区，
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2G S 2oDDD S 2 vvvVv ????
交流通路
gm1vgs1
+
-
vo
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2
gm2vgs2
gmu2vus2
微变等效电路
由于 gm2vgs2= -gm2vo, 则受控源 gm2vgs2等效为电阻,1/gm2
因 gmu2vus2= -gmu2vo, 则受控源 gmu2vus2等效为电阻,1/gmu2
1G S(th)Vv i ?
，即
+
-
vo
+ v
i
T2T
1
-
g2s2
g1
s1
gm1vgs1
+
-
vo
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2 g
m2
1
gmu2
1
简化等效电路
i
o
v
vA
v ?
)1(
m2
m u 2
m2
m1
g
gg
g
?
??
m u 2m2
d s 2d s 1
m1
11 gg
rr
g
???
??
)1( 2m2
m1
???? g
g
电压增益：
其中 ?2= 0.1 ~ 0.3
由于 MOS管跨导
DQ
OXn2 I
l
WCg
m
??
所以
22
1
1
1
)/(
)/(
????? lW
lWA
v
（小于 10倍）
? E/DMOS放大器
要求两管工作在饱和区：
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2oDDD S 2 0 vvVv ????
由于 vgs2= 0,因此受控源 gm2vgs2开路。
因 gmu2vus2= -gmu2vo, 则受控源 gmu2vus2等效为电阻,1/gmu2
1G S(th)Vv i ?
，即
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
vo
gm1vgs1
+
-
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2 g
mu2
1
简化等效电路
i
o
v
vA
v ?
m u2
m1
g
g??
m u 2
d s 2d s 1
m1
11 g
rr
g
??
??
m22
m1
g
g
???
（几十倍）
? CMOS放大器
结构特点：
两增强型 MOS管沟道互补，衬底彼此电隔离。
若 NMOS管 S极接最低电位
若 PMOS管 S极接最高电位 则 S极可与 U极直接相连
因此,CMOS放大器不存在衬底效应。
N
P
P+P+N+ N+
? CMOS共源 放大器
要求两管工作在饱和区：
1G S ( th )o Vvv i ??
G S ( th ) 2G S 2DDoD S 2 vvVvv ????
1G S(th)Vv i ?
，即
vo
gm1vgs1
+
-
+
-
vi r
ds1
g1
s1
rds2
i
o
v
vA
v ?
)//( ds 2ds 1m1 rrg??
VDD
+
-
vo+
vi
T2
T1
-
VGG
G S ( th ) 2DDGGG S 2 vVVv ???
由 vgs2= vus1 = vus2 = 0，画出简化等效电路。
则
DQ1
1ds
1
Ir ??
DQ2
2ds
1
Ir ??
DQ
1
1OXn
1
2 I
l
WCg
m
??由于,
因此
1
1OXn
21DQ
211
l
WC
IA v
?
?? ?????
（ 500~2000倍）
? 分析电路性能时，必须考虑负载管衬底效应的影
响（用背栅跨导表示）。
分析集成 MOS放大器时, 需注意以下问题：
?分析过程中, 压控电流源的控制电压与电流源两端
电压相等时, 压控电流源可用等效电阻置换 。
?无论是 CMOS放大器还是 NMOS放大器, 只要采用
场效应管作有源电阻, 则其电流流向必须与放大管
电流流向一致 。
?分析得知：共源 CMOS放大器的 Av >E/DMOS的 Av
>E/EMOS的 Av。
