模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第三版)楊素行 PPT課件 第二章PPT課件

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1、2.1放大的概念放大的概念本質(zhì)：實現(xiàn)能量的控制。在放大電路中提供一個能源，由能量較小的輸入信號控制這個能源，使之輸出較大的能量，然后推動負載。小能量對大能量的控制作用稱為放大作用。放大的對象是變化量。元件：雙極型三極管和場效應(yīng)管。第1頁/共90頁2.2放大電路的主要技術(shù)指標放大電路的主要技術(shù)指標圖圖 放大電路技術(shù)指標測試示意圖放大電路技術(shù)指標測試示意圖1. 放大倍數(shù)) )( (uA 電電壓壓放放大大倍倍數(shù)數(shù)ioUUAu ) )( (iA 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)ioIIAi 第2頁/共90頁2. 最大輸出幅度在輸出波形沒有明顯失真情況下放大電路能夠提供給負載的最大輸出電壓( (或最大輸出電流)

2、 )可用峰-峰值表示，或有效值表示( (Uom 、Iom) )。3. 非線性失真系數(shù) D4. 輸入電阻 Ri所有諧波總量與基波成分之比，即12322UUUD 從放大電路輸入端看進去的等效電阻。iiiIUR 第3頁/共90頁5. 輸出電阻 Ro從放大電路輸出端看進去的等效電阻。測量 Ro： LS0oooRUIUR輸入端正弦電壓 ，分別測量空載和輸出端接負載 RL 的輸出電壓 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 輸出電阻愈小，帶載能力愈強。LoLooRRRUU 第4頁/共90頁Aum6. 通頻帶BWm21uA7. 最大輸出功率與效率 輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號 Pom表示。V

3、omPP ：效率PV：直流電源消耗的功率fL fHfL：下限頻率fH：上限頻率圖圖 第5頁/共90頁2.3單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路的組成單管共發(fā)射極放大電路的組成圖圖 2.3.1單管共射放大電單管共射放大電路的原理電路路的原理電路VT：NPN 型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號提供能量；RC：當 iC 通過 Rc，將電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；VBB 、Rb：為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，提供靜態(tài)基極電流( (靜態(tài)基流) )。第6頁/共90頁單管共發(fā)射極放大電路的單管共發(fā)射極放大電路的工作原理工作原理1. 放大作用：圖圖 單管共射

4、放大電路的原單管共射放大電路的原理電路理電路 )( )(CCCEOBCBBERiuuiiiuu 實現(xiàn)了放大作用。實現(xiàn)了放大作用。 Ouu 第7頁/共90頁2. 組成放大電路的原則：（1） 外加直流電源的極性必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。則有：BCii （2） 輸入回路的接法應(yīng)使輸入電壓 u 能夠傳送到三極管的基極回路，使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量 iB。（3） 輸出回路的接法應(yīng)使變化量 iC 能夠轉(zhuǎn)化為變化量 uCE，并傳送到放大電路的輸出端。3. 原理電路的缺點：（1） 雙電源供電； （2） uI、uO 不共地。第8頁/共90頁4. 單管共射放大電路圖圖 單管共射放大電路單管共射放大電路C1

5、、C2 ：為隔直電容或耦合電容； RL：為負載電阻。該電路也稱阻容耦合單管共射放大電路。第9頁/共90頁圖圖 2.4.1( (b) )2.4放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法基本分析方法兩種圖解法微變等效電路法直流通路與交流通路直流通路與交流通路圖圖 2.3.2( (b) )圖圖 2.4.1( (a) )第10頁/共90頁靜態(tài)工作點的近似計算靜態(tài)工作點的近似計算bceIBQICQ UCEQ圖圖 2.4.1( (a) )bBEQCCBQRUVI 硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V鍺管 UBEQ = (0.1 0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC第11頁/

6、共90頁【例】圖示單管共射放大電路中，VCC = 12 V，Rc = 3 k ，Rb = 280 k ，NPN 硅管的 = 50，試估算靜態(tài)工作點。圖圖 2.4.3( (a) )解：設(shè) UBEQ = 0.7 VA 40mA )2807.012(bBEQCCBQ RUVIICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V第12頁/共90頁圖解法圖解法在三極管的輸入、輸出特性曲線上直接用作圖的方法求解放大電路的工作情況。1. 圖解的基本方法(1) (1) 圖解分析靜態(tài) 先用估算的方法計算輸入回路 IBQ、 UBEQ。 用

7、圖解法確定輸出回路靜態(tài)值方法：根據(jù) uCE = VCC iCRc 式確定兩個特殊點cCCCCECCCEC 0 0 RViuVui 時，時，當當時，時，當當?shù)?3頁/共90頁輸出回路輸出特性CCCCCECCCEC0 0 RViuVui ，直流負載線Q圖圖 由靜態(tài)工作點 Q 確 定 的 IC Q、UCEQ 為靜態(tài)值。第14頁/共90頁圖圖 2.4.3( (a) )【例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點。解：首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(bBEQCCBQ RUVI做

8、直流負載線，確定 Q 點根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .第15頁/共90頁0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由 Q 點確定靜態(tài)值為：iC /mA圖圖 ( (b) )第16頁/共90頁( (二) ) 圖解分析動態(tài)1. 交流通路的輸出回路圖圖 2.4.4 輸出通路的外電路是 Rc 和 RL 的并聯(lián)。2. 交流負載線交流負載線交流負載線交流負載線斜率為：LCLL/ 1RRRR ，其中，其中OIB

9、iC / mAuCE /VQ圖圖 2.4.5( (b) )第17頁/共90頁3. 動態(tài)工作情況圖解分析圖圖 ( (a) )輸入回路工作情況輸入回路工作情況0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE第18頁/共90頁交流負載線交流負載線直流負載線4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC圖圖 ( (b) )輸出回路工作情況分析第19頁/共90頁4. 電壓放大倍數(shù)BECEIOuuuuAu 圖圖 2.4.3( (a) )【例】用圖解法求圖

10、示電路電壓放大倍數(shù)。輸入、輸出特性曲線如右圖，RL = 3 k 。 uCE = (4.5 7.5) V = 3 V uBE = (0.72 0.68) V = 0.04 V解：求 確定交流負載線LR k 5 . 1/LCLRRR取 iB = (60 20) A = 40 A則輸入、輸出特性曲線上有7504. 03BECE uuAu第20頁/共90頁單管共射放大電路當輸入正弦波 uI 時，放大電路中相應(yīng)的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。圖圖 單管共射放大電路的電壓單管共射放大電路的電壓電流波形電流波形第21頁/共90頁 二、圖解法的應(yīng)用( (一) )用圖解法分析非線性失真1. 靜態(tài)工作

11、點過低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真ibui結(jié)論：iB 波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真第22頁/共90頁iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真NPN 管截止失真時管截止失真時的輸出的輸出 uo 波形。波形。uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ第23頁/共90頁OIB = 0QtOO NPN 管 uo波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真) )ICQUCEQ2. Q 點過高，引起 iC、uCE的波形失真飽和失真第24頁/共90頁( (二) )用圖解法

12、估算最大輸出幅度OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流負載線 輸出波形沒有明顯失真時能夠輸出最大電壓。即輸出特性的 A、B 所限定的范圍。22omDECDU Q 盡量設(shè)在線段 AB 的中點。則 AQ = QB，CD = DE第25頁/共90頁( (三) )用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1. 改變 Rb，保持VCC ，Rc ， 不變；OIBiCuCE Q1Rb 增大，Rb 減小，Q 點下移；Q 點上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32. 改變 VCC，保持 Rb，Rc ， 不變； 升高 VCC，直流負載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。Q2圖圖 ( (

13、a) )圖圖 ( (b) )第26頁/共90頁3. 改變 Rc，保持 Rb，VCC ， 不變；4. 改變 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不變；增大 Rc ，直流負載線斜率改變，則 Q 點向飽和區(qū)移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大 ，IC Q 增大，UCEQ 減小，則 Q 點移近飽和區(qū)。圖圖 ( (c) )圖圖 ( (d) )第27頁/共90頁圖解法小結(jié)1. 能夠形象地顯示靜態(tài)工作點的位置與非線性失真的關(guān)系；2. 方便估算最大輸出幅值的數(shù)值；3. 可直觀表示電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響；4. 有利于對靜態(tài)工作點 Q 的檢測等。第28頁/共90頁微變等效電路法微變等效電路

14、法 晶體管在小信號( (微變量) )情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小第29頁/共90頁一、簡化的 h 參數(shù)微變等效電路( (一) ) 三極管的微變等效電路 iB uBE 晶體管的輸入特性曲線 常數(shù)常數(shù) CEBBEbeUiurrbe ：晶體管的輸入電阻。 在小信號的條件下，rbe是一常數(shù)。晶體管的輸入電路可用 rbe 等效代替。1. 輸入電路Q 點附近的工作段近似地看成直線 可認為 uBE 與 iB 成

15、正比QOiB uBE 圖圖 ( (a) )第30頁/共90頁2. 輸出電路假設(shè)在 Q 點附近特性曲線基本上是水平的( ( iC 與 uCE無關(guān)) )，數(shù)量關(guān)系上， iC 比 iB 大 倍； iB iB從三極管輸出端看，可以用 iB 恒流源代替三極管；該恒流源為受控源；為 iB 對 iC 的控制。uCE QiC O圖圖 ( (b) )第31頁/共90頁3. 三極管的簡化參數(shù)等效電路注意：這里忽略了 uCE 對 iC與輸出特性的影響，在大多數(shù)情況下，簡化的微變等效電路對于工程計算來說誤差很小。圖圖 三極管的簡化三極管的簡化 h 參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路cbe + uBE + uCE iC iBeb

16、crbe iB+ uBE + uCE iC iB第32頁/共90頁4. 電壓放大倍數(shù) Au；輸入電阻 Ri、輸出電阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOUbebirIU 而而bLco IRIU io UUAu beLio rRUUAu 所以所以)/(LcLRRR Ri = rbe / Rb ，Ro = RcoUrbe ebcRcRLRbbIcIbI + + iU圖圖 單管共射放大電路的等效電路單管共射放大電路的等效電路第33頁/共90頁( (二) ) rbe 的近似估算公式rbb ：基區(qū)體電阻。re b ：基射之間結(jié)電阻。歐姆，可忽略。歐姆，可忽略。只有幾只有幾：發(fā)射區(qū)體電阻，一

17、般：發(fā)射區(qū)體電阻，一般 er EQEQbe26IIUrT EQbbBBEbe26)1(ddIriur 低頻、小功率管 rbb 約為 300 。UT ：溫度電壓當量。c beiBiCiEbb rbe rer e b 圖圖 第34頁/共90頁電流放大倍數(shù)與電壓放大倍數(shù)之間關(guān)系討論1. 當 IEQ 一定時， 愈大則 rbe 也愈大，選用 值較大的三極管其 Au 并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIrrRAu 因：2. 當 值一定時，IEQ 愈大則 rbe 愈小，可以得到較大的 Au ，這種方法比較有效。 第35頁/共90頁( (三) ) 等效電路法的步驟( (歸納) )1. 首先利用

18、圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點 Q 。2. 求出靜態(tài)工作點處的微變等效電路參數(shù) 和 rbe 。3. 畫出放大電路的微變等效電路?？上犬嫵鋈龢O管的等效電路，然后畫出放大電路其余部分的交流通路。4. 列出電路方程并求解。第36頁/共90頁二、 微變等效電路法的應(yīng)用uA . 1 計算電壓放大倍數(shù)計算電壓放大倍數(shù)例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOURerbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU圖圖 接有發(fā)射極電阻的放大電路接有發(fā)射極電阻的放大電路第37頁/共90頁rbe bcRcRLRboU

19、bIcIbI + ReeIe+ iU根據(jù)微變等效電路列方程eebebiRIrIU be)1( II 其中其中LbLCO RIRIU 而而ebeLiO)1(RrRUUAu eLRRAu 引入發(fā)射極電阻后， 降低了。uA若滿足(1 + ) Re rbe 與三極管的參數(shù) 、rbe 無關(guān)。uA第38頁/共90頁2. 放大電路的輸入電阻 bebeiii/)1(RRrIUR 引入 Re 后，輸入電阻增大了。3. 放大電路的輸出電阻coRR rbe ebcRcRLRboUbIcIbI + + ReeIcIrbe bcRcRbbIbI ReeIe將放大電路的輸入端短路，負載電阻 RL 開路 ，忽略 c 、e

20、之間的內(nèi)電阻 rce 。RLiU圖圖 ( (b) )第39頁/共90頁討論引入 Re 后對輸出電阻的影響。cIrbe ebcRcRbbIbI ReeIrce oU+_OIbceeOCCCOO IrUUIIRUI 其中其中beebi0 rUIU ，因為因為ebececeeCbececeOebececeObeceeceOC)1()1()1(RrrrURIrrrUUrrrUrUrUrUIOe beee/ rRR 式中圖圖 求圖求圖 ( (a) )電路電路輸出電阻的等效電路輸出電阻的等效電路第40頁/共90頁將 代入 式，放大電路輸出電阻為C I ccooIRUI ebecececooo)1(/Rrr

21、rRIUR 上式中，通常 ，故可簡化為1becerr )(/ebecececoRrrrRR 如果 Re = 0 ，但考慮 rce 的作用，則ceco/rRR 顯然，接入 Re 后，三極管集電極至公共端之間的等效電阻大大提高了。第41頁/共90頁2.5工作點的穩(wěn)定問題工作點的穩(wěn)定問題溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度對靜態(tài)工作點的影響 三極管是一種對溫度十分敏感的元件。溫度變化對管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有： 1. UBE 改變。UBE 的溫度系數(shù)約為 2 mV/ C，即溫度每升高 1 C，UBE 約下降 2 mV 。 2. 改變。溫度每升高 1 C， 值約增加 0.5% 1 %， 溫度系數(shù)分散性較大。 3

22、. ICBO 改變。溫度每升高 10 C ，ICBQ 大致將增加一倍，說明 ICBQ 將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。第42頁/共90頁溫度升高將導(dǎo)致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50 C圖圖 溫度對溫度對 Q 點和輸出波形點和輸出波形的影響的影響第43頁/共90頁靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路組成分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB圖圖 2.5.2分壓式工作點穩(wěn)定電路分壓式工作點穩(wěn)定電路由于 UBQ 不隨溫度變化，電流負反饋式工作點穩(wěn)定電路T ICQ IE

23、Q UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 第44頁/共90頁說明：1. Re 愈大，同樣的 IEQ 產(chǎn)生的 UEQ 愈大，則溫度穩(wěn)定性愈好。但 Re 增大，UEQ 增大，要保持輸出量不變，必須增大 VCC。2. 接入 Re ，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在 Re 兩端并聯(lián)大電容 Ce ，交流電壓降可以忽略，則 Au 基本無影響。 Ce 稱旁路電容3. 要保證 UBQ 基本穩(wěn)定，IR IBQ，則需要 Rb1、Rb2 小一些，但這會使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。實際選用 Rb1、Rb2 值，取 IR = (5 10)IBQ，UBQ = (5 10)UBEQ。第4

24、5頁/共90頁二、靜態(tài)與動態(tài)分析靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于 IR IBQ， 可得( (估算) )CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 則則)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 靜態(tài)基極電流 CQBQII 第46頁/共90頁動態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRLoUbIcIiUbI + + Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+ uiuoRb1Re beLrRAu LcL/ RRR cob2b1bei/RR

25、RRrR 第47頁/共90頁2.6放大電路的三種基本組態(tài)放大電路的三種基本組態(tài)三種基本接法共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)共集電極放大電路共集電極放大電路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoUiUoUsU +_ _+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效電路為射極輸出器圖圖 共集電極放大電路共集電極放大電路( (a) )電路圖第48頁/共90頁一、靜態(tài)工作點C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+SUOU由基極回路求得靜態(tài)基極電流ebBEQCCBQ)1(RRUVI BQCQII 則eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU ( (a) )電路圖圖圖 共集電極放大電路共

26、集電極放大電路第49頁/共90頁二、電流放大倍數(shù)biII eoII )1(beioi IIIIA所以三、電壓放大倍數(shù)ebeeo)1(RIRIU ebbebeebebi)1(RIrIRIrIU ebeeio)1()1(RrRUUAu Lee/ RRR 結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于 1，而接近 1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效電路第50頁/共90頁四、輸入電阻eebebiRIrIU ebeiii)1(RrIUR iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI 輸入電阻較大。Ri第

27、51頁/共90頁五、輸出電阻OU+_rbeSR bIeIoIbeccIbI bsssbebo/ )( RRRRrIU 式中式中 1)1(sbeooobeoRrIURIII所以所以而而 輸出電阻低，故帶載能力比較強。Ro圖圖 求射極輸出器求射極輸出器 Ro 的的等效電路等效電路第52頁/共90頁共基極放大電路共基極放大電路圖圖 共基極放大電路共基極放大電路( (a) )原理電路VEE 保證發(fā)射結(jié)正偏；VCC 保證集電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。( (b) )實際電路實際電路采用一個電源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分壓提供基極正偏電壓。C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLVTC1C

28、2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURc第53頁/共90頁一、靜態(tài)工作點( (IBQ , ICQ , UCEQ) )圖圖 ( (b) )實際電路C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiURcCQBEQCCb2b1b1eeBEQBQEQ)(1IUVRRRRRUUI 1EQBQII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 第54頁/共90頁二、電流放大倍數(shù)微變等效電路由圖可得：coei,IIII 所以 ecioIIIIAi由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基極放電電路沒有電流放大作用。+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec圖圖 共基

29、極放大電路的等效電路共基極放大電路的等效電路第55頁/共90頁三、電壓放大倍數(shù)+_+_OUiURerbeLR iIeICIOIbIbI bec圖圖 2.6.4由微變等效電路可得beLioLbobebi rRUUARIUrIUu 所以所以共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與共射電路相等，但沒有負號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。第56頁/共90頁四、輸入電阻暫不考慮電阻 Re 的作用 1)1(bebbebiiirIrIIUR五、輸出電阻暫不考慮電阻 Re 的作用 Ro rcb . 已知共射輸出電阻 rce ，而 rcb 比 rce大 得多，可認為rcb (1 +

30、 )rce如果考慮集電極負載電阻，則共基極放大電路的輸出電阻為Ro = Rc / rcb Rc第57頁/共90頁三種基本組態(tài)的比較三種基本組態(tài)的比較大( (數(shù)值同共射電路，但同相) )小( (小于、近于 1 ) )大( (十幾 一幾百) ) 小 大( (幾十 一百以上) ) 大( (幾十 一百以上) )電路組態(tài)性能共 射 組 態(tài)共 集 組 態(tài)共 基 組 態(tài)C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA )1( beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 第58頁/共90頁三種基本組態(tài)的比較三種基本

31、組態(tài)的比較 頻率響應(yīng)大( (幾百千歐 幾兆歐) )大( (幾歐 幾十歐) )中( (幾十千歐幾百千歐) )rce小( (幾歐 幾十歐) )小( (幾十千歐以上) )中(幾百歐幾千歐) rbe組態(tài)性能共 射 組 態(tài)共 集 組 態(tài)共 基 組 態(tài)iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 差較好好第59頁/共90頁2.7場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管的特點場效應(yīng)管的特點1. 場效應(yīng)管是電壓控制元件； 2. 柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高； 3. 一種極性的載流子導(dǎo)電，噪聲小，受外界溫度及輻射影響?。?4. 制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成； 5. 存放管子應(yīng)將柵源極短路

32、，焊接時烙鐵外殼應(yīng)接地良好，防止漏電擊穿管子； 6. 跨導(dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低。第60頁/共90頁共源極放大電路共源極放大電路圖圖 共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對應(yīng)關(guān)系b G , e S , c D 為了使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)實現(xiàn)放大作用，應(yīng)滿足：TGSDSTGS UuuUu 圖示電路為 N 溝道增強型 MOS 場效應(yīng)管組成的放大電路。( (UT：開啟電壓) )第61頁/共90頁一、靜態(tài)分析VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD圖圖 2.7.3共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路兩種

33、方法近似估算法圖解法 ( (一) ) 近似估算法MOS 管柵極電流為零，當 uI = 0 時UGSQ = VGG而 iD 與 uGS 之間近似滿足2TGSDOD)1( UuIi( (當 uGS UT) )式中 IDO 為 uGS = 2UT 時的值。2TGSQDODQ)1( UUIIDDQDDDSQRIVU 則靜態(tài)漏極電流為第62頁/共90頁 ( (二) ) 圖解法圖圖 用圖解法分析共源極放大用圖解法分析共源極放大電路的電路的 Q 點點VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式 uDS = VDD iDRD 畫出直流負載線。圖中 IDQ、UDSQ 即為靜態(tài)值。第63頁/共90頁二、動態(tài)分析),(D

34、SGSDuufi iD 的全微分為DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU 上式中定義：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 場效應(yīng)管的跨導(dǎo)( (毫西門子 mS) )。 場效應(yīng)管漏源之間等效電阻。1. 微變等效電路第64頁/共90頁二、動態(tài)分析如果輸入正弦信號，則可用相量代替上式中的變量。成為：dSDSgsmd1UrUgI 根據(jù)上式做等效電路如圖所示。圖圖 場效應(yīng)管的微變等效電路場效應(yīng)管的微變等效電路+gsUgsmUgdsUdIDSrGDS由于沒有柵極電流，所以柵源是懸空的。是一個受控源。是一個受控源。 gsmUg第65頁/共90頁微變參數(shù) gm 和 rDS ( (1)

35、 ) 根據(jù)定義通過在特性曲線上作圖方法中求得。( (2) ) 用求導(dǎo)的方法計算 gmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在 Q 點附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，則DQDOTm2IIUg 一般 gm 約為 0.1 至 20 mS。 rDS 為幾百千歐的數(shù)量級。當 RD 比 rDS 小得多時，可認為等效電路的 rDS 開路。第66頁/共90頁2. 共源極放大電路的動態(tài)性能VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD圖圖 共源極放大電路的微變等效電路共源極放大電路的微變等效電路將 rDS 開路gsiUU 而DgsmDdoRUgRIU 所以DmioRgUUAu

36、 輸出電阻Ro = RDMOS 管輸入電阻高達 109 。 D+ gsUgsmUgoUdIDRGSRG+ iU第67頁/共90頁分壓分壓自偏壓式共源放大電路自偏壓式共源放大電路一、靜態(tài)分析( (一) )近似估算法根據(jù)輸入回路列方程圖圖 分壓分壓 - 自偏式共源放自偏式共源放大電路大電路+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解聯(lián)立方程求出 UGSQ 和 IDQ。第68頁/共90頁+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU圖圖 2.7.7分壓分壓 - 自偏式共自偏式共源

37、放大電路源放大電路列輸出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)( (二) )圖解法由式可做出一條直線，另外，iD 與 uGS 之間滿足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，二者之間交點為靜態(tài)工作點。確定 UGSQ， IDQ 。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu 第69頁/共90頁SDDDRRV 根據(jù)漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負載線， 與 uGS = UGSQ 的交點確定 Q，由 Q 確定 UDSQ 和 IDQ值。UDSQuDS = VDD iD(RD + RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQu

38、GS/ViD/mAO24612QIDQUGSQSGQRUUGQ圖圖 用圖解法分析圖用圖解法分析圖 電路的電路的 Q 點點第70頁/共90頁二、動態(tài)分析微變等效電路入右圖所示。圖圖 圖圖 電路的微變等效電路的微變等效電路電路D+gsUgSmUgoUDRGSdIiULR+GR1R2R由圖可知DgsmDdoRUgRIU LDD/ RRR 電壓放大倍數(shù)DmioRgUUAu 輸入、輸出電阻分別為Do21Gi )/(RRRRRR 第71頁/共90頁共漏極放大電路共漏極放大電路源極輸出器或源極跟隨器圖圖 源極輸出器源極輸出器典型電路如右圖所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+iUOU RG靜

39、態(tài)分析如下：分析方法與“分壓-自偏壓式共源電路”類似，可采用估算法和圖解法。第72頁/共90頁動態(tài)分析1. 電壓放大倍數(shù)圖圖 微變等效電路微變等效電路D+ gSUgsmUgoUSRGSiULR+GR1R2RLsssgsmoRRRRUgU/ gssmogsiURgUUU)1( 而所以SmSmio1RgRgUUAu . 11 1Sm uuARgA時時，當當可可見見，2. 輸入電阻Ri = RG + ( R1 / R2 )第73頁/共90頁3. 輸出電阻圖圖 微變等效電路微變等效電路oUD+ gSUgsmUgSRGS0i UGR1R2ROI在電路中，外加 ，令 ，并使 RL 開路OU0i UgsmS

40、ooUgRUI 因輸入端短路，故ogsUU 則omSomSoo)1(UgRUgRUI 所以SmSmooo/111RgRgIUR 實際工作中經(jīng)常使用的是共源、共漏組態(tài)。第74頁/共90頁2.8多級放大電路多級放大電路多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式三種耦合方式阻容耦合直接耦合變壓器耦合一、阻容耦合圖圖 阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+ iUoU+Rc2Rb2C3VT2+第 一 級第 二 級第75頁/共90頁優(yōu)點：(1) (1) 前、后級直流電路互不相通，靜態(tài)工作點相互獨立；(2) (2) 選擇足夠大電容，可以做到前一級輸出信號幾乎不衰減地加到

41、后一級輸入端，使信號得到充分利用。不足： (1) (1) 不適合傳送緩慢變化的信號；(2) (2) 無法實現(xiàn)線性集成電路。第76頁/共90頁二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Rb2VT2圖圖 兩個單管放大電路簡單的直接耦合兩個單管放大電路簡單的直接耦合特點：( (1) ) 可以放大交流和緩慢變化及直流信號；( (2) ) 便于集成化。( (3) )各級靜態(tài)工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著級數(shù)增加而上升；( (4) )零點漂移。第77頁/共90頁1. 解決合適靜態(tài)工作點的幾種辦法改進電路( (a) )電路中接入 Re2，保證第一級集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級放大

42、倍數(shù)嚴重下降。 改進電路( (b) )穩(wěn)壓管動態(tài)電阻很小，可以使第二級的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范圍減小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2RVT2( (b) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Re2VT2( (a) )第78頁/共90頁改進電路( (c) )+VCCRc1Rb1+VT1+ iUOURc2Rb2VT2VDz改進電路( (d) ) 可降低第二級的集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大?？色@得合適的工作點。為經(jīng)常采用的方式。( (c) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURe2Rc2VT2 ( (d) )圖圖 直接耦合方式實例直

43、接耦合方式實例第79頁/共90頁【例】圖示兩級直接耦合放大電路中，已知：Rb1 = 240 k ，Rc1 = 3.9 k ，Rc2 = 500 ，穩(wěn)壓管 VDz 的工作電壓 UZ = 4 V，三極管 VT1 的 1 = 45，VT2 的 2 = 40，VCC = 24 V，試計算各級靜態(tài)工作點。圖圖 例題的電路例題的電路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2解：設(shè) UBEQ1 = UBEQ2 = 0.7 V，則UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 VmA 4.95mA )9 . 37 . 424(c1CQ1CCc1 RUVIRmA1

44、 . 0mA)2407 . 024(b1BEQ1CCBQ1 RUVI如 ICQ1 由于溫度的升高而增加 1%，計算靜態(tài)輸出電壓 的變化。第80頁/共90頁ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = IRc1 ICQ1 = (4.95 4.5 ) mA = 0.45 mAICQ2 = 2 IBQ2 = (40 0.45 ) mA = 18 mAUO= UCQ2 = VCC ICQ2RC2= (24 18 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = ( 15 4 ) V = 11 V當 ICQ1 增加 1% 時，即ICQ1 = (4.5 1.01) mA =

45、 4.545 mAIBQ2 = (4.95 4.545) mA = 0.405 mAICQ2 = (40 0.405) mA = 16.2 mAUO = UCQ2 = (24 16.2 0.5)V = 15.9 V比原來升高了 0.9 V ， 約升高 6%。第81頁/共90頁2. 零點漂移零點漂移直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使 Q 點不穩(wěn)定。圖圖 零點漂移現(xiàn)象零點漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點漂移問題愈嚴重。第82頁/共90頁抑制零點漂移的措施：( (1) ) 引入直流負反饋以穩(wěn)定 Q

46、 點；( (2) ) 利用熱敏元件補償放大器的零漂；圖圖 2.8.6利用熱敏元件補償零漂利用熱敏元件補償零漂R2R1+VCC+VT2+ RcVT1uIuOiC1ReRuB1( (3) ) 采用差分放大電路。第83頁/共90頁三、變壓器耦合選擇恰當?shù)淖儽?，可在負載上得到盡可能大的輸出功率。圖圖 變壓器耦合放大電路變壓器耦合放大電路第 二 級VT2、VT3組成推挽式放大電路，信號正負半周 VT2、VT3 輪流導(dǎo)電。第84頁/共90頁優(yōu)點：( (1) ) 能實現(xiàn)阻抗變換；( (2) ) 靜態(tài)工作點互相獨立。缺點：( (1) ) 變壓器笨重；( (2) ) 無法集成化；( (3) ) 直流和緩慢變化信

47、號不能通過變壓器。第85頁/共90頁三種耦合方式的比較阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合變壓器耦合變壓器耦合特點特點各級工作點互各級工作點互不影響；不影響；結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單能放大緩慢變能放大緩慢變化的信號或直流化的信號或直流成分的變化；成分的變化； 適合集成化適合集成化有阻抗變換作用；有阻抗變換作用；各級直流通路互各級直流通路互相隔離。相隔離。存在存在問題問題 不能反應(yīng)直流不能反應(yīng)直流成分的變化，成分的變化，不適合集成化不適合集成化有零點漂移現(xiàn)有零點漂移現(xiàn)象；象；各級工作點互各級工作點互相影響相影響不能反應(yīng)直流成不能反應(yīng)直流成分的變化；不適合分的變化；不適合放大緩慢變化的信放大緩慢變化的信號；號

48、；不適合集成化不適合集成化適合適合場合場合分立元件交流分立元件交流放大電路放大電路集成放大電路，集成放大電路，直流放大電路直流放大電路低頻功率放大，低頻功率放大，調(diào)諧放大調(diào)諧放大第86頁/共90頁多級放大電路的電壓放大倍數(shù)多級放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻和輸入、輸出電阻一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即unuuuAAAA 21其中， n 為多級放大電路的級數(shù)。二、 輸入電阻和輸出電阻 通常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。 具體計算時，有時它們不僅僅決定于本級參數(shù)，也與后級或前級的參數(shù)有關(guān)。第87頁/共90頁圖圖 2

49、.8.4例題的電例題的電路路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2 【例】圖示電路中， Rb1= 240 k ，Rc1 = 3.9 k ， Rc2 = 500 ，UZ = 4 V， 1 = 45， 2 = 40， VCC = 24 V，設(shè)穩(wěn)壓管的 rz = 50 。試估算總的電壓放大倍數(shù)，IOuuAu 以及輸入、輸出電阻 Ri 和 Ro。解：估算 Au1 時，應(yīng)將第二級 Ri2 作為第一級的負載電阻。 k 2.4409 2)5041(182641300)1(26)1()1(Z22EQ2bbZ22be2irIrrrR 第88頁/共90頁 5665 . 42646300be1r118566. 04 . 29 . 34 . 29 . 345)/(1be2i1C1I1C1 rRRuuAu 3 . 8504135950040 )1(Z2be22c2C1O2 rrRuuAu 所以979)3 . 8()118(21 uuuAAA k 4 . 2/1be1b1be1iirRrRR 5002coRR第89頁/共90頁感謝您的觀看。第90頁/共90頁