模電放大電路的基本原理

1、第二章第二章放大電路的基本原理放大電路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.2單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)2.4放大電路的基本分析方法放大電路的基本分析方法2.5工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題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)2.7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.8多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路2.1放大的概念放大的概念本質(zhì)：本質(zhì)：實(shí)現(xiàn)能量的控制。實(shí)現(xiàn)能量的控制。在放大電路中提供一個(gè)能源，由能量較小的輸入在放大電路中提供一個(gè)能源，由能量較小的輸入信號(hào)控制這個(gè)能源，使之輸出較大的能量，然后推動(dòng)信號(hào)控制這個(gè)能源，使之輸

2、出較大的能量，然后推動(dòng)負(fù)載。負(fù)載。小能量對(duì)大能量的控制作用稱為小能量對(duì)大能量的控制作用稱為放大作用放大作用。放大的對(duì)象是放大的對(duì)象是變化量。變化量。核心元件：核心元件：雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)管。雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)管。2.2單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路2.2.1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 2.2.1單管共射放大電路單管共射放大電路的原理電路的原理電路VT：NPN 型三極管，為放大元件；型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號(hào)提供能量；為輸出信號(hào)提供能量；RC：當(dāng)當(dāng) iC 通過(guò)通過(guò) Rc，將，將電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到

3、電路電壓的變化，傳送到電路的輸出端；的輸出端；VBB 、Rb：為發(fā)射結(jié)提為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，提供靜供正向偏置電壓，提供靜態(tài)基極電流態(tài)基極電流( (靜態(tài)基流靜態(tài)基流) )。2.2.2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一、放大作用：一、放大作用：圖圖 2.2.1單管共射放大電路單管共射放大電路的原理電路的原理電路 )( )(CCCEOBCBBERiuuiiiuu 實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了了放放大大作作用用。 Ouu 二、組成放大電路的原則：二、組成放大電路的原則：1. 外加直流電源的極性外加直流電源的極性必須使發(fā)射結(jié)正偏，集必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。則有：電結(jié)反偏。則有：BC

4、ii 2. 輸入回路的接法應(yīng)使輸入電壓輸入回路的接法應(yīng)使輸入電壓 u 能夠傳送到三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)使變化量輸出回路的接法應(yīng)使變化量 iC 能夠轉(zhuǎn)化為變化能夠轉(zhuǎn)化為變化量量 uCE，并傳送到放大電路的輸出端。，并傳送到放大電路的輸出端。三、原理電路的缺點(diǎn)：三、原理電路的缺點(diǎn)：1. 雙電源供電；雙電源供電； 2. uI、uO 不共地。不共地。四、單管共射放大電路四、單管共射放大電路圖圖 2.2.2單管共射放大電路單管共射放大電路C1 、C2 ：為隔直電容或耦合電容；為隔直電容或耦合電容；

5、RL：為負(fù)載電阻。為負(fù)載電阻。該電路也稱該電路也稱阻容耦合阻容耦合單管共射放大電路。單管共射放大電路。2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)圖圖 2.3.1放大電路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試示意圖放大電路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試示意圖一、放大倍數(shù)一、放大倍數(shù)) )( (電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)uA ioUUAu ) )( (iA 電流放大倍數(shù)ioIIAi 二、最大輸出幅度二、最大輸出幅度在輸出波形沒(méi)有明顯失真情況下放大電路能夠提供在輸出波形沒(méi)有明顯失真情況下放大電路能夠提供給負(fù)載的最大輸出電壓給負(fù)載的最大輸出電壓( (或最大輸出電流或最大輸出電流) )可用峰可用峰-峰值表峰值表示，或有效值表示示，或有效值表

6、示( (Uom 、Iom) )。三、非線性失真系數(shù)三、非線性失真系數(shù) D四、輸入電阻四、輸入電阻 Ri所有諧波總量與基波成分之比，即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(jìn)去的等從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。效電阻。iiiIUR 五、輸出電阻五、輸出電阻 Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。 LS0oooRUIUR輸入端正弦電壓輸入端正弦電壓 ，分別測(cè)量空載和輸出端接負(fù)載，分別測(cè)量空載和輸出端接負(fù)載 RL 的輸出電壓的輸出電壓 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 輸出電阻愈小，帶載能力愈強(qiáng)。輸出電阻愈小，帶載能力愈強(qiáng)

7、。LoLooRRRUU Aum六、通頻帶六、通頻帶BWm21uA七、最大輸出功率與效率七、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(hào)輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號(hào) Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流電源消耗的功率：直流電源消耗的功率fL fHfL：下限頻率：下限頻率fH：上限頻率：上限頻率圖圖 2.3.2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基本分析方法兩種圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法2.4.1直流通路與交流通路直流通路與交流通路圖圖 2.2.2( (b) )圖圖 2.4.1(

8、(a) )2.4.2靜態(tài)工作點(diǎn)的近似計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)的近似計(jì)算bceIBQICQ UCEQ圖圖 2.4.1( (a) )bBEQCCBQRUVI 硅管硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V鍺管鍺管 UBEQ = (0.1 0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC【例例】圖示單管共射放大電路中，圖示單管共射放大電路中，VCC = 12 V，Rc = 3 k ，Rb = 280 k ，NPN 硅管的硅管的 = 50，試估算靜，試估算靜態(tài)工作點(diǎn)。態(tài)工作點(diǎn)。圖圖 2.4.3( (a) )解：解：設(shè)設(shè) UBEQ = 0.7 VA 40mA )2807.012(bBEQCCBQ RU

9、VIICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V2.4.3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。法求解放大電路的工作情況。一、圖解法的過(guò)程一、圖解法的過(guò)程( (一一) )圖解分析靜態(tài)圖解分析靜態(tài)1. 先用估算的方法計(jì)算輸入回路先用估算的方法計(jì)算輸入回路 IBQ、 UBEQ。2. 用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值用圖解法確定輸出回路靜態(tài)值方法：方法：根據(jù)根據(jù) uCE = VCC iCRc 式確定兩個(gè)特殊點(diǎn)式確定兩個(gè)特殊點(diǎn)cCCCCE

10、CCCEC 0 0 RViuVui 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)輸出回路輸出回路輸出特性輸出特性CCCCCECCCEC0 0 RViuVui ，直流負(fù)載線直流負(fù)載線Q圖圖 2.4.2由靜態(tài)工作點(diǎn)由靜態(tài)工作點(diǎn) Q 確 定 的確 定 的 IC Q、UCEQ 為靜態(tài)值。為靜態(tài)值。圖圖 2.4.3( (a) )【例例】圖示單管共射放大電路及特性曲線中，已知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，集電極直流電源 VCC = 12 V，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 01

11、2(bBEQCCBQ RUVI做直流負(fù)載線，確定做直流負(fù)載線，確定 Q 點(diǎn)點(diǎn)根據(jù)根據(jù) UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 點(diǎn)確定靜態(tài)值為：點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC /mA圖圖 2.4.3( (b) )單管共射放大電路單管共射放大電路當(dāng)輸入正弦波當(dāng)輸入正弦波 uI 時(shí)，時(shí)，放大電路中相應(yīng)的放大電路中相應(yīng)的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。圖圖 2.

12、4.6單管共射放大電路的單管共射放大電路的電壓電流波形電壓電流波形單管共射放大電路輸出單管共射放大電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)信號(hào)與輸入信號(hào)反相反相。圖解法小結(jié)圖解法小結(jié)1. 能夠形象地顯示靜態(tài)工作點(diǎn)的位置與非線性能夠形象地顯示靜態(tài)工作點(diǎn)的位置與非線性失真的關(guān)系；失真的關(guān)系；2. 方便估算最大輸出幅值的數(shù)值；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(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響；可直觀表示電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響；4. 有利于對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)有利于對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn) Q 的檢測(cè)等。的檢測(cè)等。2.4.4微變等效電路法微變等效電路法 晶體管在小信號(hào)晶體管在小信號(hào)( (微變量微變量) )情況下工作時(shí)，可以在靜情況

13、下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的用直線段近似地代替三極管的特性曲線特性曲線，三極管就可以，三極管就可以等效為一個(gè)線性元件等效為一個(gè)線性元件。這樣就。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(gè)可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。線性電路。微變等效條件微變等效條件研究的對(duì)象僅僅是研究的對(duì)象僅僅是變化量變化量信號(hào)的信號(hào)的變化范圍很小變化范圍很小一、簡(jiǎn)化的一、簡(jiǎn)化的 h 參數(shù)微變等效電路參數(shù)微變等效電路( (一一) ) 三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路 iB uBE 晶體管的輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲

14、線 常數(shù)常數(shù) CEBBEbeUiurrbe ：晶體管的輸入電阻。：晶體管的輸入電阻。 在小信號(hào)的條件下，在小信號(hào)的條件下，rbe是一常是一常數(shù)。晶體管的輸入電路可用數(shù)。晶體管的輸入電路可用 rbe 等效等效代替。代替。1. 輸入電路輸入電路Q 點(diǎn)附近的工作段點(diǎn)附近的工作段近似地看成直線近似地看成直線 可認(rèn)為可認(rèn)為 uBE 與與 iB 成正比成正比QOiB uBE 圖圖 2.4.10( (a) )2. 輸出電路輸出電路假設(shè)在假設(shè)在 Q 點(diǎn)附近特性曲線基本上是水平的點(diǎn)附近特性曲線基本上是水平的( ( iC 與與 uCE無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)) )，數(shù)量關(guān)系上，數(shù)量關(guān)系上， iC 是是 iB 的的 倍；倍； iB

15、 iB從三極管輸出端看，從三極管輸出端看，可以用可以用 iB 恒流源代恒流源代替三極管替三極管；該恒流源為受控源；該恒流源為受控源；為為 iB 對(duì)對(duì) iC 的控制。的控制。uCE QiC O圖圖 2.4.10( (b) )3. 三極管的簡(jiǎn)化參數(shù)等效電路三極管的簡(jiǎn)化參數(shù)等效電路注意：注意：這里忽略了這里忽略了 rce 對(duì)對(duì) iC與輸出特性的影響，在與輸出特性的影響，在大多數(shù)情況下，簡(jiǎn)化的微變等效電路對(duì)于工程計(jì)算來(lái)說(shuō)大多數(shù)情況下，簡(jiǎn)化的微變等效電路對(duì)于工程計(jì)算來(lái)說(shuō)誤差很小。誤差很小。圖圖 2.4.11三極管的簡(jiǎn)化三極管的簡(jiǎn)化 h 參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路cbe + uBE + uCE iC iBe

16、bcrbe iB+ uBE + uCE iC iBrce4. 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) Au；輸入電阻輸入電阻 Ri、輸出電阻、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 2.4.12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( (二二) ) rbe 的近似估算公式的近似估算公式rbb ：基區(qū)體電阻?；鶇^(qū)體電阻。re b ：基射之間結(jié)電阻?；渲g結(jié)電阻。

17、歐姆，可忽略。歐姆，可忽略。只有幾只有幾：發(fā)射區(qū)體電阻，一般：發(fā)射區(qū)體電阻，一般 er EQEQbe26IIUrT EQbbBBEbe26)1(ddIriur 低頻、小功率管低頻、小功率管 rbb 約為約為 300 。UT ：溫度電壓當(dāng)量。：溫度電壓當(dāng)量。c beiBiCiEbb rbe rer e b 圖圖 2.4.13電流放大倍數(shù)與電壓放大倍數(shù)之間關(guān)系電流放大倍數(shù)與電壓放大倍數(shù)之間關(guān)系討論討論1. 當(dāng)當(dāng) IEQ 一定時(shí)，一定時(shí)， 愈大則愈大則 rbe 也愈大，選用也愈大，選用 值值較大的三極管其較大的三極管其 Au 并不能按比例地提高；并不能按比例地提高；EQbeL26)1(300beIr

18、rRAu 因：因：2. 當(dāng)當(dāng) 值一定時(shí)，值一定時(shí)，IEQ 愈大則愈大則 rbe 愈小，可以得到較愈小，可以得到較大的大的 Au ，這種方法比較有效。，這種方法比較有效。 ( (三三) ) 等效電路法的步驟等效電路法的步驟( (歸納歸納) )1. 首先利用圖解法或近似估算法確定放大電路首先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn) Q 。2. 求出靜態(tài)工作點(diǎn)處的微變等效電路參數(shù)求出靜態(tài)工作點(diǎn)處的微變等效電路參數(shù) 和和 rbe 。3. 畫出放大電路的微變等效電路?？上犬嫵鋈嫵龇糯箅娐返奈⒆兊刃щ娐??？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極管的等效電路，然后畫出放大

19、電路其余部分的交流通路。流通路。4. 列出電路方程并求解。列出電路方程并求解。二、二、 微變等效電路法的應(yīng)用微變等效電路法的應(yīng)用uA . 1 計(jì)計(jì)算算電電壓壓放放大大倍倍數(shù)數(shù)例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計(jì)算電壓放例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計(jì)算電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+ iUOURerbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU圖圖 2.4.14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rbe bcRcRLRboUbIcIbI + ReeIe+ iU根據(jù)微變等效電路列方程根據(jù)微變等效電路列方程e

20、ebebiRIrIU be)1( II 其中其中LbLCO RIRIU 而而ebeLiO)1(RrRUUAu eLRRAu 引入發(fā)射極電阻引入發(fā)射極電阻后，后， 降低了。降低了。uA若滿足若滿足(1 + ) Re rbe 與三極管的參數(shù)與三極管的參數(shù) 、rbe 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)。uA2. 放大電路的輸入電阻放大電路的輸入電阻 bebeiii/)1(RRrIUR 引 入引 入 Re 后，輸入電阻后，輸入電阻增大了。增大了。3. 放大電路的輸出電阻放大電路的輸出電阻coRR rbe ebcRcRLRboUbIcIbI + + ReeIcIrbe bcRcRbbIbI ReeIe將放大電路的輸入將放大電路的

21、輸入端短路，負(fù)載電阻端短路，負(fù)載電阻 RL 開(kāi)開(kāi)路路 ，忽略，忽略 c 、e 之間的之間的內(nèi)電阻內(nèi)電阻 rce 。RLiU圖圖 2.4.14( (b) )解解（1）求）求Q點(diǎn)，作直流通路點(diǎn)，作直流通路直流通路直流通路+-VRIVVmAIIuAKRVVI424124)40(10040300) 2 . 0(12cCCCCEBCbBECCB例如圖，已知例如圖，已知BJTBJT的的=100=100，V VBEBE=-0.2V=-0.2V。（1 1）試求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；試求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；（2 2）畫出簡(jiǎn)化的小信號(hào)等效電路；）畫出簡(jiǎn)化的小信號(hào)等效電路；（3 3）求該電路的電壓增益）求該電路的電壓

22、增益A AV V， 輸出電阻輸出電阻R Ro o、輸入電阻輸入電阻R Ri i。2. 畫出小信號(hào)等效電路畫出小信號(hào)等效電路3. 求電壓增益求電壓增益 )mA()mV(26)1(200EQbeIr 200+（1+100）26/4=865歐6 .155)/()/()/(beLcbebLcbbebLcciO rRRrIRRIrIRRIVVAVRbviRcRLiVbIcIOVbI4. 求輸入電阻求輸入電阻865/bebiiirRIVR5. 求輸出電阻求輸出電阻Ro = Rc =2K6.非線性失真判斷非線性失真判斷ustuot底部失真即截止失真底部失真即截止失真基極電流太小，應(yīng)減小基極電流太小，應(yīng)減小基

23、極電阻。基極電阻。RbviRcRLiVbIcIOVbI2.5工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 三極管是一種對(duì)溫度十分敏感的元件。溫度變化對(duì)管三極管是一種對(duì)溫度十分敏感的元件。溫度變化對(duì)管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有：子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有： 1. UBE 改變。改變。UBE 的溫度系數(shù)約為的溫度系數(shù)約為 2 mV/ C，即溫度，即溫度每升高每升高 1 C，UBE 約下降約下降 2 mV 。 2. 改變。改變。溫度每升高溫度每升高 1 C， 值約增加值約增加 0.5% 1 %， 溫度系數(shù)分散性較大。溫度系數(shù)分散性較大。 3. ICBO 改變。改變。

24、溫度每升高溫度每升高 10 C ，ICBQ 大致將增加一大致將增加一倍，說(shuō)明倍，說(shuō)明 ICBQ 將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。溫度升高將導(dǎo)致溫度升高將導(dǎo)致 IC 增大，增大，Q 上移。波形容易失真。上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50 C圖圖 2.5.1溫度對(duì)溫度對(duì) Q 點(diǎn)和輸出點(diǎn)和輸出波形的影響波形的影響2.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路組成一、電路組成分壓式偏置電路分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB圖圖 2.5.2分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路分壓式

25、工作點(diǎn)穩(wěn)定電路由于由于 UBQ 不隨溫度變化，不隨溫度變化，電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路T ICQ IEQ UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 說(shuō)明：說(shuō)明：1. Re 愈大，同樣的愈大，同樣的 IEQ 產(chǎn)生的產(chǎn)生的 UEQ 愈大，則愈大，則溫度穩(wěn)定性愈好。但溫度穩(wěn)定性愈好。但 Re 增大，增大，UEQ 增大，要保持輸增大，要保持輸出量不變，必須增大出量不變，必須增大 VCC。2. 接入接入 Re ，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在 Re 兩端并聯(lián)大電容兩端并聯(lián)大電容 Ce ，交流電壓降可以忽略，則，交流電壓降可以忽略，

26、則 Au 基基本無(wú)影響。本無(wú)影響。 Ce 稱旁路電容稱旁路電容3. 要保證要保證 UBQ 基本穩(wěn)定，基本穩(wěn)定，IR IBQ，則需要，則需要 Rb1、Rb2 小一些，但這會(huì)使電阻消耗功率增大，且電路的小一些，但這會(huì)使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。實(shí)際選用輸入電阻降低。實(shí)際選用 Rb1、Rb2 值，取值，取 IR = (5 10)IBQ，UBQ = (5 10)UBEQ。二、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析二、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ， 可得可得( (估算估算) )CCb2b1b1BQVRRRU

27、eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 則則)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 靜態(tài)基極電流靜態(tài)基極電流 CQBQII R Rb2b2R Rb1b1IBQIRIEQICQ動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRLoUbIcIiUbI + + Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+ uiuoRb1Re beLrRAu LcL/ RRR cob2b1bei/RRRRrR 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)三種基本接法三種基本接法共射組態(tài)共射組態(tài)CE共集組態(tài)共集組態(tài)CC共基組態(tài)共基組態(tài)CB

28、2.6.1共集電極放大電路共集電極放大電路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoU為射極輸出器為射極輸出器圖圖 2.6.1共集電極放大電路共集電極放大電路(a)電路圖電路圖(b )等效電路等效電路iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI 一、靜態(tài)工作點(diǎn)一、靜態(tài)工作點(diǎn)C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+SUOU由基極回路求得靜態(tài)基極電流由基極回路求得靜態(tài)基極電流ebBEQCCBQ)1(RRUVI BQCQII 則則eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU ( (a) )電路圖電路圖圖圖 2.6.1共集電極放大電路共集電極放大電路二、電流放大倍數(shù)二、電流放大倍數(shù)

29、biII eoII )1(beioi IIIIA所以所以三、電壓放大倍數(shù)三、電壓放大倍數(shù)ebeeo)1(RIRIU ebbebeebebi)1(RIrIRIrIU ebeeio)1 ()1 (RrRUUAuLee/ RRR 結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于 1，而接近，而接近 1，且輸出電，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。射極跟隨器。iUOUSU +_+rbeSR eR iIbIeIoIbeccIbI ( (b) )等效電路等效電路四、輸入電阻四、輸入電阻eebebiRIrIU ebeiii)1(RrIUR iUOUSU +_+rbeSR eR

30、iIbIeIoIbeccIbI 輸入電阻較大。輸入電阻較大。Ri五、輸出電阻五、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(qiáng)。輸出電阻低，故帶載能力比較強(qiáng)。Ro圖圖 2.6.2求射極輸出器求射極輸出器 Ro 的等效電路的等效電路2.6.3三種基本組態(tài)的比較三種基本組態(tài)的比較大大( (數(shù)值同共射數(shù)值同共射電路，但同相電路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十幾十幾 一幾百一幾百) ) 小小 大大( (幾十幾十 一百以上一

31、百以上) ) 大大( (幾十幾十 一百以上一百以上) )電電路路組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA )1( beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 2.6.3三種基本組態(tài)的比較三種基本組態(tài)的比較 頻率頻率響應(yīng)響應(yīng)大大( (幾百千歐幾百千歐 幾兆歐幾兆歐) )小小( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )中中( (幾十千歐幾十千歐幾百千歐幾百千歐) )rce小小( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )大大( (幾十千

32、歐以上幾十千歐以上) )中中(幾百歐幾百歐幾千歐幾千歐) rbe組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)iRoR 1sbeRrce)1(r 1berebe)1(Rr 差差較好較好好好2.7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2.7.1場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)1. 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件；場(chǎng)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；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，受外界溫度及一種極性的載流子導(dǎo)電，噪聲小，受外界溫度及輻射影響?。惠椛溆绊懶。?4. 制造工藝簡(jiǎn)單，有利于大規(guī)模集成；制造工藝簡(jiǎn)

33、單，有利于大規(guī)模集成； 5. 存放管子應(yīng)將柵源極短路，焊接時(shí)烙鐵外殼應(yīng)接存放管子應(yīng)將柵源極短路，焊接時(shí)烙鐵外殼應(yīng)接地良好，防止漏電擊穿管子；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。跨導(dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低。2.7.2共源極放大電路共源極放大電路圖圖 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VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對(duì)應(yīng)關(guān)系與雙極型三極管對(duì)應(yīng)關(guān)系b G , e S , c D 為了使場(chǎng)效應(yīng)管為了使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)實(shí)現(xiàn)放工作在恒流區(qū)實(shí)現(xiàn)放大作用，應(yīng)滿足：大作用，應(yīng)滿足：TGSDSTGS UuuUu

34、圖示電路為圖示電路為 N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管組成的放組成的放大電路。大電路。( (UT：開(kāi)啟電壓：開(kāi)啟電壓) )一、靜態(tài)分析一、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方法兩種方法近似估算法近似估算法圖解法圖解法 ( (一一) ) 近似估算法近似估算法MOS 管柵極電流管柵極電流為零，當(dāng)為零，當(dāng) uI = 0 時(shí)時(shí)UGSQ = VGG而而 iD 與與 uGS 之間近似滿足之間近似滿足2TGSDOD)1( UuIi( (當(dāng)當(dāng) uGS UT) )式中式中 IDO 為為 uGS = 2UT

35、時(shí)的值。時(shí)的值。2TGSQDODQ)1( UUIIDDQDDDSQRIVU 則靜態(tài)漏極電流為則靜態(tài)漏極電流為 ( (二二) ) 圖解法圖解法圖圖 2.7.4用圖解法分析共源極用圖解法分析共源極放大電路的放大電路的 Q 點(diǎn)點(diǎn)VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD iDRD 畫出直流負(fù)載線。畫出直流負(fù)載線。圖中圖中 IDQ、UDSQ 即為靜態(tài)值。即為靜態(tài)值。二、動(dòng)態(tài)分析二、動(dòng)態(tài)分析),(DSGSDuufi iD 的全微分為的全微分為DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU 上式中定義：上式中定義：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)

36、場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)( (毫毫西門子西門子 mS) )。 場(chǎng)效應(yīng)管漏源之間等效電阻。場(chǎng)效應(yīng)管漏源之間等效電阻。1. 微變等效電路微變等效電路動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析如果輸入正弦信號(hào)，則可用相量代替上式中的變量。如果輸入正弦信號(hào)，則可用相量代替上式中的變量。成為：成為：dSDSgsmd1UrUgI 根據(jù)上式做等效電路如圖所示。根據(jù)上式做等效電路如圖所示。圖圖 2.7.5場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路+gsUgsmUgdsUdIDSrGDS由于沒(méi)有柵極電流，所以柵源是懸空的。由于沒(méi)有柵極電流，所以柵源是懸空的。是一個(gè)受控源。是一個(gè)受控源。 gsmUg微變參數(shù)微變參數(shù) gm 和和 rDS ( (1)

37、 ) 根據(jù)定義通過(guò)在特性曲線上作圖方法中求得。根據(jù)定義通過(guò)在特性曲線上作圖方法中求得。( (2) ) 用求導(dǎo)的方法計(jì)算用求導(dǎo)的方法計(jì)算 gmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在在 Q 點(diǎn)附近，可用點(diǎn)附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，則則DQDOTm2IIUg 一般一般 gm 約為約為 0.1 至至 20 mS。 rDS 為幾百千歐的數(shù)量級(jí)。為幾百千歐的數(shù)量級(jí)。當(dāng)當(dāng) RD 比比 rDS 小得多時(shí)，可認(rèn)為等效電路的小得多時(shí)，可認(rèn)為等效電路的 rDS 開(kāi)路開(kāi)路。2. 共源極放大電路的動(dòng)態(tài)性能共源極放大電路的動(dòng)態(tài)性能VDD+uO iDVT+ uIVGGRGS

38、DGRD圖圖 2.7.6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將 rDS 開(kāi)路開(kāi)路gsiUU 而而DgsmDdoRUgRIU 所以所以DmioRgUUAu 輸出電阻輸出電阻Ro = RDMOS 管輸入電阻高達(dá)管輸入電阻高達(dá) 109 。 D+ gsUgsmUgoUdIDRGSRG+ iU2.8多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路2.8.1多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路的耦合方式三種耦合方式三種耦合方式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一、阻容耦合一、阻容耦合圖圖 2.8.1阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+ iUoU+Rc2R

39、b2C3VT2+第第 一一 級(jí)級(jí)第第 二二 級(jí)級(jí)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1) (1) 前、后級(jí)直流電路互不相通，靜態(tài)工作點(diǎn)相前、后級(jí)直流電路互不相通，靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立；互獨(dú)立；(2) (2) 選擇足夠大電容，可以做到前一級(jí)輸出信號(hào)選擇足夠大電容，可以做到前一級(jí)輸出信號(hào)幾乎不衰減地加到后一級(jí)輸入端，使信號(hào)得到充分利幾乎不衰減地加到后一級(jí)輸入端，使信號(hào)得到充分利用。用。不足：不足： (1) (1) 不適合傳送緩慢變化的信號(hào)；不適合傳送緩慢變化的信號(hào)；(2) (2) 無(wú)法實(shí)現(xiàn)線性集成電路。無(wú)法實(shí)現(xiàn)線性集成電路。二、直接耦合二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Rb2VT2圖圖 2.8.2

40、兩個(gè)單管放大電路簡(jiǎn)單的直接耦合兩個(gè)單管放大電路簡(jiǎn)單的直接耦合特點(diǎn)：特點(diǎn)：( (1) ) 可以放大交流和可以放大交流和緩慢變化及直流信號(hào)；緩慢變化及直流信號(hào)；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。( (3) )各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；基極和集電極電位會(huì)隨著響；基極和集電極電位會(huì)隨著級(jí)數(shù)增加而上升；級(jí)數(shù)增加而上升；( (4) )零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移。1. 解決合適靜態(tài)工作點(diǎn)的幾種辦法解決合適靜態(tài)工作點(diǎn)的幾種辦法改進(jìn)電路改進(jìn)電路( (a) )電路中接入電路中接入 Re2，保證第一級(jí)集電極有保證第一級(jí)集電極有較高的靜態(tài)電位，但較高的靜態(tài)電位，但第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重下

41、降。下降。 改進(jìn)電路改進(jìn)電路( (b) )穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻很小，可以使第二級(jí)很小，可以使第二級(jí)的放大倍數(shù)損失小。的放大倍數(shù)損失小。但集電極電壓變化范但集電極電壓變化范圍減小。圍減小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2RVT2( (b) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Re2VT2( (a) )改進(jìn)電路改進(jìn)電路( (c) )+VCCRc1Rb1+VT1+ iUOURc2Rb2VT2VDz改進(jìn)電路改進(jìn)電路( (d) ) 可降低第二級(jí)的可降低第二級(jí)的集電極電位，又不損集電極電位，又不損失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓失放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。管噪聲較大。可獲得合適

42、的工可獲得合適的工作點(diǎn)。為經(jīng)常采用的作點(diǎn)。為經(jīng)常采用的方式。方式。( (c) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURe2Rc2VT2 ( (d) )圖圖 2.8.3直接耦合方式實(shí)例直接耦合方式實(shí)例2. 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移直接耦合時(shí)，輸入電壓為零，但輸出電壓離開(kāi)零點(diǎn)，直接耦合時(shí)，輸入電壓為零，但輸出電壓離開(kāi)零點(diǎn)，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：原因：放大器件的參數(shù)受溫度影響而使放大器件的參數(shù)受溫度影響而使 Q 點(diǎn)不穩(wěn)定。點(diǎn)不穩(wěn)定。圖圖 2.8.5零點(diǎn)漂移現(xiàn)象零點(diǎn)漂移現(xiàn)象uOtOuItO放大電路級(jí)數(shù)愈多，放放大電路級(jí)數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問(wèn)題大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問(wèn)題愈嚴(yán)重。愈嚴(yán)重。抑制零點(diǎn)漂移的措施：抑制零點(diǎn)漂移的措施：( (1) ) 引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定 Q 點(diǎn)；點(diǎn)；( (2) ) 利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂；圖圖 2.8.6利用熱敏元件補(bǔ)償零漂利用熱敏元件補(bǔ)償零漂R2R1+VCC+VT2+ RcVT1uIuOiC1ReRuB1( (3) ) 采用差分放大電路。采用差分放大電路。三、變壓器耦合三、變壓器耦合選擇恰當(dāng)?shù)淖儽?，可在?fù)載上得到盡可能大的輸出選擇恰當(dāng)?shù)淖儽龋稍谪?fù)載上得到盡可能大的輸出功率。功率。圖圖 2.8.8變壓器耦合放大電路變壓器耦合放大電路第 二 級(jí)第 二 級(jí)V