交流放大電路

交流放大電路圖2-49共漏極放大電路輸出電阻的計(jì)算3)共柵極放大電路由于共柵極放大電路的輸入電阻較小，不能發(fā)揮場(chǎng)效應(yīng)管柵極和溝道之間的高阻特點(diǎn)，因此較少使用，這里不再介紹。3.三種場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路的性能比較三種場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的主要性能比較列于表2-2。表2-2場(chǎng)效應(yīng)管三種基本放大電路的性能比較特點(diǎn)共源極電路共漏極電路共柵極電路電壓放大倍數(shù)較大小于1，接近于1較大輸入電阻較大較大較小輸出電阻主要由負(fù)載電阻RL決定較小較大輸入、輸出電壓相位反相同相同相應(yīng)用提供放大能力輸出電阻較小，可作阻抗變換用未利用場(chǎng)效應(yīng)管的高阻，較少使用6-4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路由于場(chǎng)效應(yīng)管具有高輸入阻抗、低噪聲等特點(diǎn)，當(dāng)將場(chǎng)效應(yīng)管放大電路作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)時(shí)，尤其在信號(hào)源內(nèi)阻較大時(shí)，會(huì)具有一般晶體管放大電路很難達(dá)到的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。單極型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的放大電路和雙極型三極管放大電路類似。在電路中，場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極和柵極分別相當(dāng)于三極管的發(fā)射極、集電極和基極。場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也有三種組態(tài)：共源極放大電路(CS，CommonSource)、共漏極放大電路(CD，CommonDrain)和共柵極放大電路(CG，CommonGate)，其特點(diǎn)分別和三極管放大電路中的共射極、共集電極、共基極放大電路類似。與三極管放大電路一樣，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析過(guò)程也是先進(jìn)行靜態(tài)分析，確定合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，再進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，分析放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻等性能指標(biāo)。分析的方法有圖解法和估算法，本節(jié)主要介紹場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的估算法。2-5-1場(chǎng)效應(yīng)管的直流偏置電路與靜態(tài)分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路和三極管放大電路一樣，必須先確定一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在合適的放大區(qū)域，然后才有可能對(duì)交流輸入信號(hào)進(jìn)行有效地不失真放大。在三極管放大電路的靜態(tài)分析中，由于三極管是電流控制器件，需要合適的偏置電流，因此其靜態(tài)工作點(diǎn)是由基極偏置電流IB控制集電極電流IC來(lái)確定的。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，需要合適的偏置電壓，它的靜態(tài)工作點(diǎn)是由柵源偏置電壓uGS控制漏極電流2來(lái)確定的。1.直流偏置電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路常用的直流偏置電路有兩種。1)自給偏壓電路如圖所示的自給偏壓電路和三極管的射極偏置電路相似，一般是在源極接入電阻Rs而構(gòu)成的。由于圖中的場(chǎng)效應(yīng)管為耗盡型管子，即使在柵源電壓uGS為0時(shí)，也有漏極電流ID(IS)流過(guò)Rs，在Rs上產(chǎn)生壓降。自給偏壓電路因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的直流輸入電阻非常大，所以場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間的電阻可以看成是無(wú)窮大，因此，Rs上的壓降就加在管子的源極和柵極之間，即？UGS=-ISRs=-IDRs由于這個(gè)偏置電壓是靠管子自己的電流ID產(chǎn)生的，因此叫做自給偏壓電路。電路中各元件的作用如下：Rs為源極電阻，它決定靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，大約為幾十千歐姆。和三極管的射極電阻類似，源極電阻Rs的存在也使電路具有一定的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的能力。Cs為交流旁路電容，約為幾十微法。Rg為柵極電阻，構(gòu)成柵源之間的直流通路，為了不使放大電路的輸入電阻變小，Rg不能太小，一般為幾百千歐姆到10MQ。Rd為漏極電阻，它使場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的電流控制作用轉(zhuǎn)換為電壓放大輸出。C1、C2為耦合電容，容值約為0.01到幾mf之間。應(yīng)該注意的是，自給偏壓電路并不適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。因?yàn)樵鰪?qiáng)型管子在零柵源偏壓時(shí)是沒(méi)有漏極電流的，所以無(wú)法采用這種偏置形式，只能采用下面的分壓式偏置電路。2)分壓式偏置電路自給偏置電路雖然簡(jiǎn)單，但并不適用于所有的管型，而且當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)決定后，UGS和ID就確定了，所以Rs的選擇范圍很小，不利于靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇和穩(wěn)定，而分壓式偏置電路就靈活得多。在下圖所示的分壓式偏置電路中，Rg1和Rg2為分壓電阻，由于柵極電阻Rg上沒(méi)有電流(IG=O)，因此場(chǎng)效應(yīng)管柵極的電位場(chǎng)效應(yīng)管的源極電位Us為？Us=IDRs?所以，柵源電壓為分壓式偏置電路2.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算對(duì)于耗盡型管子，有ID=IDSS(1-UGS/UGS(off))2，且只能采用分壓式偏置。，只要將此式與柵源偏置電壓表達(dá)式聯(lián)立求解，即可得到靜態(tài)工作點(diǎn)的電流和電壓值。2.5.2交流分析如果輸入信號(hào)較小，場(chǎng)效應(yīng)管工作在線性放大區(qū)，也就是場(chǎng)效應(yīng)管的飽和區(qū)，那么和分析三極管放大電路一樣，也可以采用微變等效電路分析法，此時(shí)，我們首先要知道的就是場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效模型。1.場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效模型場(chǎng)效應(yīng)管是一個(gè)三端的電壓控制器件，將其輸入和輸出端口看成—個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)后，可以得到如圖所示的共源極接法的低頻微變等效模型。場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效模型3)場(chǎng)效應(yīng)管共源極雙口網(wǎng)絡(luò);(b)微變等效模型在等效模型的輸入回路中，由于場(chǎng)效應(yīng)管的rgs相當(dāng)大，在其簡(jiǎn)化模型中柵極和源極之間等效為開(kāi)路。因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管為電壓控制器件，所以場(chǎng)效應(yīng)管的輸出回路等效為電壓控制電流源，gm為場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)，也就是受控源的系數(shù)。gm的數(shù)值可以利用圖解法在管子的特性曲線上求得，也可由跨導(dǎo)gm的定義求導(dǎo)得出，即2.微變等效電路分析法1）共源極放大電路共源極放大電路從管子的柵極輸入信號(hào)，漏極取出信號(hào)，以源極為輸入和輸出回路的公共端。共源極放大電路和微變等效電路如圖（a）所示。共源極放大電路（a）共源極放大電路電路圖；（b）微變等效電路從微變等效電路可以出：現(xiàn)將輸出電壓用柵源電壓表示為故電壓放大倍數(shù)為其中，R'L二RdllRL。（2）輸入電阻。由于柵源之間開(kāi)路，故可知電路的輸入電阻約為ri=rgs//[Rg+（Rg1llRg2）]”Rg+（Rg1llRg2）所以，接入Rg的目的就是為了不使電路的輸入電阻由于Rg1和Rg2的影響而降低太多。因此，Rg—般選的較大，約為幾百千歐姆到10MQ左右。（3）輸出電阻。根據(jù)輸出電阻的定義，將輸入電壓源短路，保留內(nèi)阻，并將負(fù)載開(kāi)路后，從輸出端看進(jìn)去的等效電阻就是輸出電阻ro。由于控制電壓Ugs為零，因此受控源支路相當(dāng)于開(kāi)路，輸出電阻就是Rd，即ro二Rd通過(guò)分析可知，共源極電路和共射極電路類似，具有較大的電壓放大倍數(shù)，輸入和輸出電壓信號(hào)反相，輸出電阻由漏極電阻（共射極電路為集電極電阻）決定，不同的是由于場(chǎng)效應(yīng)管本身的輸入電阻很大，因此共源極電路的輸入電阻也很大。例2-8如圖為帶源極偏置電阻的共源極放大電路，試求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。例2-8的電路圖例2-8的微變等效電路圖解微變等效電路，如上圖所示。因?yàn)楣孰妷悍糯蟊稊?shù)為其中R'L二RdllRL。據(jù)微變等效電路可知?ri=Rg+（Rg1llRg2）?ro=Rd?2）共漏極放大電路——源極輸出器共漏極電路的典型電路形式如圖所示。和三極管電路相似，由于共漏極電路是從管子的源極輸出信號(hào)的，因此又稱為源極輸出器。共漏極電路與共集電極電路具有類似的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)小于1且近似為1,并具有電壓跟隨的特點(diǎn)./輸入電阻大；輸出電阻小。由微變等效電路可求出電路的主要性能指標(biāo)。2）共漏極放大電一源極輸出器共漏極電路的典型電路形式如圖（a）所示。和三極管電路相似，由于共漏極電路是從管子的源極輸出信號(hào)的，因此又稱為源極輸出器。共漏極電路與共集電極電路具有類似的特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)小于1且近似為1,并具有電壓跟隨的特點(diǎn)；輸入電阻大；輸出電阻小。由圖（b）的微變等效電路可求出電路的主要性能指標(biāo)。共漏極放大電路一一源極輸出器（a）共漏極放大電路的電路圖；（b）微變等效電路（1）電壓放大倍數(shù)。由圖2-48（b）可得輸出電壓和輸入電壓的表達(dá)式為式中，R'L=RsllRL故電壓放大倍數(shù)為（2-48）（2）輸入電阻°?ri=Rg+（Rg1llRg2）（3）輸出電阻。由輸出電阻的定義，得到用于計(jì)算輸出電阻的微變等效電路如圖所示。由于測(cè)試電壓影響到柵源電壓支路，因此需要按照定義進(jìn)行ro的計(jì)算，電路的輸出電阻計(jì)算如下:而故輸出電阻為交流負(fù)載線的作法ICUCEUCCQIB過(guò)Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線各點(diǎn)波形RB+UCCRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB失真分析在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的不失真的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真°iCuCEuoQ點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真；截止失真發(fā)生在截止區(qū)附近。輸出波形輸入波形ibib失真iCuCEQ點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生飽和失真;飽和失真發(fā)生在飽和區(qū)附近°ib輸入波形uo輸出波形如何判斷一個(gè)電路是否能實(shí)現(xiàn)“不失真”地放大？3.晶體管必須工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。如果已給定電路的參數(shù)，則計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)來(lái)判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則假定參數(shù)設(shè)置正確。1.信號(hào)能否輸入到放大電路中。2信號(hào)能否輸出。與實(shí)現(xiàn)不失真放大的條件相對(duì)應(yīng)，判斷的過(guò)程如下:本次課內(nèi)容放大電路的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)放大電路靜態(tài)分析的近似計(jì)算法、圖解法放大電路動(dòng)態(tài)分析的圖解法、微變等效電路法三極管和FET的微變等效電路靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的關(guān)系6-2分壓式偏置電路溫度的改變、集電極工作電源電壓的改變、元件參數(shù)的變化等均會(huì)使原本合適的靜態(tài)工作點(diǎn)位置發(fā)生變化，從而使輸出波形失真。所以靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定與否關(guān)系著電路能否正常地不失真地放大的問(wèn)題。一、溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC=、溫度對(duì)?值及ICEO的影響T?、ICEOICiCuCEQQ'總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。小結(jié)TIC固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，希望能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持。點(diǎn)基本穩(wěn)定。分壓式偏置電路具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的功能。分壓式偏置電路：RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo—、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路RE為射極直流負(fù)反饋電阻CE為交流旁路電容TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過(guò)程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過(guò)程I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理從輸入特性曲線可得I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路2.求靜態(tài)工作點(diǎn)可以認(rèn)為幾乎與溫度無(wú)關(guān)，且I2似乎越大，則IC越穩(wěn)定。但是RB1、RB2太小，將增加功耗。因此一般取幾十k?。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo例：已知？=50，UCC=12V，RB1=7.5k?，RB2=2.5k?，RC=2k?，RE=1k?，求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。3、動(dòng)態(tài)分析+UCCuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR''B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？很明顯，它將改變電路的電壓放大能力和輸入電阻oI1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER''BRB1RCRLuiuoRB2RE求輸出電阻：假設(shè)信號(hào)源短路，保留其內(nèi)阻；去掉負(fù)載電阻，在負(fù)載電阻原來(lái)的位置上引入v得i,則：rbeRCRER''BRS去掉CE后，放大倍數(shù)減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大（從信號(hào)源處取得的電流可以減?。?wèn)題：Au和Aus的關(guān)系如何？定義：源電壓放大倍數(shù)放大電路RLRS共射極放大電路的特點(diǎn)反相電壓放大，且電壓放大能力較大。輸入阻抗較?。◤男盘?hào)源獲得的電流較大，在信號(hào)源內(nèi)阻上的信號(hào)損失較大，即對(duì)信號(hào)源影響較大）。輸出阻抗較大（引入負(fù)載電阻后，信號(hào)在輸出電阻上的損失較大，負(fù)載得到的信號(hào)電壓較小，即負(fù)載能力較弱）。起電壓放大作用，常作為多級(jí)方攵大電路的中間級(jí)。6-3射極輸出器（共集電極電路）RB+UCCC1C2RERLuiuoRB+UCCRE直流通道一、靜態(tài)分析IBIERB+UCCRE直流通路二、動(dòng)態(tài)分析RBRERLuiuo交流通道共集電極rbeRERLRB微變等效電路1.電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB2.輸入電阻3.輸出電阻rorbeRERBRS電源置0rbeRERBRS射極輸出器小結(jié)1、射極輸出器的電壓放大倍數(shù)小于1但接近于1（射極跟隨器），其輸出電流增大，具有一定的電流放大能力，故可作為功率放大用；2、射極輸出器的輸入阻抗較大，所以從信號(hào)源取得的電流較小，信號(hào)在信號(hào)源內(nèi)阻上的壓降較小，故可作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)；3、射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)（當(dāng)負(fù)載電阻變化時(shí)，放大倍數(shù)的變化較?。?，故可作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)；4、由于射極輸出器的輸入電阻較大，而輸出電阻較小，具有阻抗匹配作用，故也常作為多級(jí)方攵大電路的中間級(jí)。RB+UCCC1C2RERLuiu。例：已知射極輸出器的參數(shù)如下:RB=570k?,RE=5.6k?,RL=5.6k?,?=100,UCC=12V求Au、ri和ro。RL=1k?和8時(shí)，求Au。rbeRERLRB微變等效電路解：（1）RL=1k?時(shí)（2）RL=1k?和?時(shí)，求Au。RL=?時(shí)可見(jiàn)：射極輸出器帶負(fù)載能力強(qiáng)。比較:空載時(shí)Au=0.995RL=5.6K?時(shí)Au=0.990本次課內(nèi)容靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定對(duì)波形失真的影響靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的因素分壓式靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的工作原理共射極放大電路的特點(diǎn)共集電極放大電路的靜、動(dòng)態(tài)分析共集電極放大電路的特點(diǎn)第6章基本放大電路6.1基本放大電路6.2三極管共射極單級(jí)放大電路6.3分壓式偏置放大電路6.4共集電極放大電路6.5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路放大電路的目的是將微弱的變化信號(hào)不失真地放大成較大的信號(hào)。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：uiuoAv6.1基本放大電路6-1-1基本放大電路的組成三種三極管（FET）放大電路共射（源）極放電路共基（柵）極放大電路共集（漏）電極放大電路以共射極放大電路為例講解工作原理放大元件iC=?iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T++作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作電流?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。++集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容：電解電容，有極性。大小為10?F~100?F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的電路：?jiǎn)坞娫垂╇婋娐?UCCRCC1C2TRB++6.2三極管共射極單級(jí)放大電路放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析（靜態(tài)基極電流、集電極電流、集電極與射極之間的電位差）動(dòng)態(tài)分析（電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻）估算法（近似計(jì)算法）圖解法微變等效電路法圖解法直流通路和交流通路放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。但電容對(duì)交、直流的作用不同。交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通路：只考慮直流信號(hào)的分電路。信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通路分析。6-2-1放大電路的靜態(tài)分析例：對(duì)直流信號(hào)（只有+UCC起作用）開(kāi)路開(kāi)路RB+UCCRCC1C2T直流通道RB+UCCRC對(duì)交流信號(hào)（輸入信號(hào)ui）短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路ui=0時(shí)由于電源的存在IB?0IC?0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ靜態(tài)工作點(diǎn)RB+UCCRCC1C2TUCEQ（IBQ,UBEQ）（ICQ,UCEQ）（IBQ,UBEQ）和（ICQ,UCEQ）分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)Q，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ一、估算法（近似計(jì)算法）（1）根據(jù)直流通路估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+UCC直流通道RBRC（2）根據(jù)直流通道估算UCE、ICICUCE直流通道RBRC+UCCICUCE1三極管的輸出特性。2.UCE=UCC-ICRCOICUCEUCCQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通道RB+UCCRC二、圖解法先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。ICUCEQUCC也可從輸入特性曲線中求得。6-2-2放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、微變等效電路法iBuBE從輸入回路看，當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性曲線在小范圍內(nèi)可近似成線性。?uBE?iB對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe從幾百歐到幾千歐。對(duì)于小功率三極管：1.三極管的微變等效電路ubeibuceicubeuce