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課題三放大小信號 教學目析和要求1 能力目標要求1 認識三極管 場效應管等放大器件的電氣特性 掌握其電極判斷的方法 2 能夠根據(jù)電路原理圖搭建或制作放大電路 掌握放大電路靜態(tài) 動態(tài)參數(shù)的測量方法 3 能夠判斷放大電路的非線性失真情況 并掌握調(diào)整電路以改善失真的方法 下一頁 課題三放大小信號 教學目析和要求2 知識目標要求1 理解信號與放大的概念 掌握用三極管 場效應管組成放大電路的方法 2 掌握三極管 場效應管的電氣特性 了解放大電路的非線性失真問題 3 理解三極管 場效應管的等效電路 掌握放大電路靜態(tài) 動態(tài)參數(shù)的計算方法 4 理解基極分壓式偏置電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定原理 5 了解多級放大電路的三種藕合方式的特點 6 理解放大電路頻率響應的概念 了解共發(fā)射極放大電路中影響電路響應的元件因素 下一頁 上一頁 課題三放大小信號 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實訓 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 課題3 5 多級放大電路 課題3 6 差動放大電路 課題3 7 放大電路的頻率響應小結(jié) 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實訓 3 1 1實訓目的掌握蓄電池供電的汽車擴音機的連接及使用方法 建立對放大作用的感性認識 初步了解放大作用的特點 3 1 2實訓器材汽車擴音機 蓄電池 MP3播放器 存放有一段1kHz頻率正弦波的信號 無源多媒體音箱 雙蹤示波器 耳機和連接線 下一頁 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實訓 3 1 3實訓步驟1 將耳機插入MP3播放器的輸出插座 調(diào)節(jié)MP3的音量旋鈕到合適位置 仔細聆聽聲音效果 2 將MP3播放器的輸出接入多媒體音箱 MP3播放器音量調(diào)制最大 仔細聆聽音箱的聲音效果 3 將MP3播放器 汽車擴音機 音箱和示波器按圖3 1所示進行連接 播放音樂 調(diào)節(jié)音量旋鈕 仔細聆聽音箱的聲音效果 然后播放1kHz單頻正弦波信號 通過示波器觀察汽車擴音機輸入端和輸出端的信號波形 大小和波形 4 斷開蓄電池 音箱聲音有什么變化 5 恢復蓄電池 斷開MP3播放器 音箱聲音有什么變化 6 用鑷子碰觸汽車擴音機的輸入端 音箱有沒有聲音 下一頁 上一頁 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實訓 3 1 4實訓結(jié)論1 MP3輸出的音樂信號太小 無法推動音箱正常發(fā)出聲音 2 汽車擴音機能夠?qū)⑿盘柗糯笸苿右粝湔９ぷ?3 汽車擴音機輸出的放大信號來源于蓄電池 變化與輸入信號相同 所以音箱能夠播放出MP3的音樂 上一頁 返回 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 1信號放大的實質(zhì)信號的本質(zhì)特征就是變化 它的變化規(guī)律就反映了所攜帶的信息 將一個信號放大 是在不改變其變化規(guī)律的情況下 使它的幅度變得更大 在電子技術(shù)中 電信號通常用交流電壓 交流電流和交流功率表示 出于分析 處理和測量的方便 以正弦交流電壓代表電信號 本課程簡稱信號 放大的實質(zhì)是控制 要實現(xiàn)信號的放大 需要具有控制作用的器件 也就是受控源器件 下一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導體器件三極管是是具有電流控制特性的半導體器件 其外形如圖3 2所示 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同 可分為NPN和PNP兩種類型 三個電極分別是基極B 集電極C和發(fā)射極E B和E之間稱為發(fā)射結(jié) C和B之間稱為集電結(jié) 它們都具有基極電流幾控制集電極電流左的特性 只是電流的方向不同 如圖3 3所示 本課程以目前應用較為廣泛的NPN三極管為例進行分析 通過對圖3 4所示的電路測試數(shù)據(jù)進行分析 來了解三極管的電流控制特性 改變電路中的基極回路電源VBB使基極電流IB發(fā)生變化 測量對應的集電極電流IC和發(fā)射極電流IR 得到表3 1所示的數(shù)據(jù) 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導體器件對表中所列數(shù)據(jù)進行分析 得到以下結(jié)論 1 三極管三個電流IB IC和IE的大小關系為IE IB IC 3 2 1 2 IB 0時 IC 0 01mA 稱為穿透電流ICEO 這是不受基極電流IB控制的電流部分 在電路中表現(xiàn)為器件噪聲 這個值越小 三極管的噪聲系數(shù)就越小 3 基極電流IB小 集電極電流IC大 有IC IB 常量 3 2 2 即小電流IB增大 大電流IC也增大 小電流IE減小 大電流IC也減小 IC跟隨IB變化 也就是IB能夠控制IC 稱為直流電流放大倍數(shù) 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導體器件4 從表中可以看到 當IB增大或減小0 01mA IC就會增大或減小0 58mA左右 IC的變化量明顯大于IB的變化量 即IC跟隨IB變化 同時具有更大的變化幅度 IC IB稱為交流電流放大倍數(shù) 它反映三極管對信號的放大能力 在低頻的情況下 與 近似相等 后面內(nèi)容里不再加以區(qū)分 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 3三極管的伏安特性1 輸入特性當UCE不變時 輸入回路中的基極電流IB與發(fā)射極電壓UBE之間的關系曲線稱為輸入特性 即以硅材料NPN三極管為例 輸入特性如圖3 5所示 1 當UCE 0時 輸入特性是左邊那條曲線 2 當UBE 0 0 4V 死區(qū)電壓 IB 0 三極管截止 3 當UBE 0 4V 死區(qū)電壓 后 三極管開始導通 IB 0 導通初期 IB與UBE呈曲線關系變化 4 三極管導通后 IB迅速增大 此時UBE基本維持穩(wěn)定 約為0 7V 如圖中曲線AB之間區(qū)域 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 3三極管的伏安特性2 輸出特性當IB不變時 輸出回路中的集電極電流IC與集電極發(fā)射極之間電壓UCE之間的關系曲線稱為輸出特性 即固定一個IB值 可以得到一條輸出特性曲線 分別改變IB值可以得到一簇輸出特性曲線 如圖3 6所示 1 IB 0mA時 IC ICEO 穿透電流 很小 有時為簡化分析將其忽略 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 3三極管的伏安特性2 以IB 40mA為例 如下所述 UCE從0V開始增大時 IC迅速增大 當UCE 1V以后 輸出特性曲線變?yōu)榻扑?即UCE繼續(xù)增大 IC保持穩(wěn)定 UCE對IC的影響很小 要增大IC的值 需要將IB值增大 IB維持不變 UCE增大到一定數(shù)值時 IC會急劇增加 如圖中輸出特性曲線的尾部所示 稱為擊穿 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 4三極管的三種工作狀態(tài)以圖3 7所示電路為例 1 截止當VBB 0V時 IB 0 IC 0 三極管處于截止狀態(tài) IB與IC沒有形成控制關系 UCE VCC ICRC VCC 2 放大當VBB大于死區(qū)電壓時 三極管導通 IB 0 IC IB IC的大小沒有超過VCC回路所能提供的最大值VCC RC IB與IC的比例關系得以保持 IB具有控制IC的作用 這個狀態(tài)稱為放大 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 4三極管的三種工作狀態(tài)3 飽和當VBB增大使IB很大時 維持 倍比例要求的IC IB 超出了VCC回路能提供的最大電流值VCC RC 即IC達到最大值仍小于 IB IB與IC比例關系不能保持 此時IB再增加 IC維持飽和 控制關系被破壞 這種狀態(tài)稱為飽和三極管的三種工作狀態(tài)在輸出特性曲線上分別對應于截止區(qū) 放大區(qū)和飽和區(qū) 如圖3 6所示 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 5用三極管組成信號放大電路以三極管為核心 組成放大電路 需要滿足以下條件 1 三極管要工作在放大 控制 狀態(tài) 2 輸入小信號ui能激發(fā)基極電流IB發(fā)生變化 使集電極電流IC發(fā)生更大幅度的變化 3 將集電極電流IC的更大幅度變化轉(zhuǎn)化為電壓uo的變化 向外送出 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 5用三極管組成信號放大電路下面按照上述要求來構(gòu)建放大電路 1 三極管要工作在放大狀態(tài) 如圖3 8所示電路 2 輸入信號ui 如圖3 9所示 3 取出放大以后的信號 電壓變化量 圖3 10所示電路需要VBB和VCC兩組電源 為簡化電路 將VBB改由VCC提供 本課程中 電源VCC通常省略不畫 只用電氣符號 VCC表示 得電路如圖3 11所示 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點計算放大電路沒有加入輸入信號 ui 0 時 電路中的電壓 電流都是直流狀態(tài) 稱為直流工作狀態(tài)或靜態(tài)工作點 簡稱靜態(tài) 例3 2 1 試估算圖3 11所示共發(fā)射極放大電路的IBQ ICQ和UCEQ 已知VCC 12V RB 280K RC 3K 50 解在直流狀態(tài) 電容C1和C2可以看成開路 得放大電路的直流等效電路如圖3 13所示 三極管導通時UBEQ 0 7V 對IBQ支路 有 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點計算 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點計算1 截止失真靜態(tài)時 如果集電極電流IC很小 三極管接近截止狀態(tài) 在正弦交流信號ui 輸入時 IC跟隨變化 就會在減小時 負半周 因進入截止狀態(tài)而無法正常變化 如圖3 14所示 這種失真稱為截止失真 2 飽和失真靜態(tài)時 如果集電極電流IC很大且靠近最大值 則三極管接近飽和狀態(tài) 在正弦交流信號ui輸入時 IC跟隨變化 就會在增大時 正周 因達到最大值 飽和 而無法正常變化 如圖3 15所示 這種失真稱為飽和失真 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 7共發(fā)射極放大電路動態(tài)分析1 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro電壓放大倍數(shù)Au u0 ui 它反映了放大電路的放大能力 放大器接受信號源的信號 是信號源的負載 放大電路輸入端的等效電阻 輸入電阻Ri 反映了放大電路與信號源的配合關系 輸入電阻Ri越大 傳入放大電路的信號比例越大 放大電路從信號源索取的電流就越小 對信號源的影響就越小 放大電路給負載提供信號 是負載的信號源 這個信號源的內(nèi)阻 放大電路輸出端等效電阻 即輸出電阻Ro 反映了放大電路與負載的配合關系 輸出電阻越小 帶負載能力越強 下一頁 上一頁 課題3 2 用三極管實現(xiàn)小信號放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點計算2 三極管的簡化等效電路三極管輸入特性如圖3 18所示 在三極管導通后 UBE與IB近似線性關系 圖中AB段 可以用等效電阻rbe表示 rbe的大小與三極管的IEQ有關 三極管輸出特性如圖3 19所示 在IB 0 UCE 1V時 集電極電流IC受基極電流IB控制 是受控電流源 在小信號作用下 三極管的線性等效電路如圖3 20所示 上一頁 返回 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 1穩(wěn)定靜態(tài)工作點的分壓式射極偏置電路放大電路工作一段時間后 器件的溫度會升高 三極管的UBE隨溫度的升高而減小 增大 三極管的ICEO和 隨溫度的升高而增大 因此IC ICEO IB增大 嚴重時甚至會進入飽和狀態(tài)而失去放大能力 為了克服上述問題 可以從電路結(jié)構(gòu)上采取措施 使Ic增大而引發(fā)IB減小 從而將Ic回調(diào) 減少溫度的影響 圖3 22所示電路是最常應用的工作點穩(wěn)定電路 稱為分壓式偏置電路 下一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 1穩(wěn)定靜態(tài)工作點的分壓式射極偏置電路此電路的特點所下所述 1 利用電阻Rb1和Rb2的分壓來穩(wěn)定基極電位 2 利用發(fā)射極電阻RE使發(fā)射極電位從隨IC增大而提高 使UBE下降 IB減小 將IC回調(diào) 通常UB UBE 所以發(fā)射極電流為 下一頁 上一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 1 電路組成構(gòu)建放大電路時 在三極管發(fā)射極串人電阻Re 使發(fā)射極電位UE隨IC變化 通過C2將UE的變化量u0輸出給負載 三極管集電極接到電源VCC構(gòu)成共集電極放大電路 又稱射極輸出器 如圖3 23所示 2 電路特點靜態(tài)工作點 下一頁 上一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 3 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro共集電極放大電路的微變等效電路如圖3 24所示 設RL Re RL 1 電壓放大倍數(shù) 2 輸入電阻Ri 下一頁 上一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 3 輸出電阻Ro 下一頁 上一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 3共基極放大電路共基極放大電路如圖3 26所示 ui從發(fā)射極輸入 uo從集電極輸出 基極是交流通路的公共端 由共基極放大電路的小信號等效電路圖3 26 c 所示可知 可見 共基極電路的放大倍數(shù)與共發(fā)射極電路大小相同 符號相反 Au為正值 ui與uo相位相同 由小信號等效電路可求得輸入電阻Ri和輸出電阻Ro為 下一頁 上一頁 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 4三種組態(tài)的基本放大電路比較三極管的三種放大電路組態(tài) 共發(fā)射極 共集電極和共基極 由于其電壓 電流放大能力 輸入電阻和輸出電阻不同 對信號的放大有各自不同的特點 因此適用于不同的應用場合 如表3 2所示 以上以NPN型三極管作為例子進行了討論 對于PNP型三極管 其工作原理與應用方法與NPN型類似 以上分析的電路也適用于PNP型三極管 但由于PNP三極管的電極電流方向與NPN型相反 因此需將電路中電源的正負極性 電容的正負極性等互換 上一頁 返回 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 場效應晶體管是電壓控制型半導體器件 電壓uGS控制電流iD 簡稱場效應管 分類如下所示 下一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 1N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖外形如圖3 27所示 三個電極分別為柵極 g 漏極 d 和源極 s 2 N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管的電氣特性按圖3 28連接電路 測試得N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線 uGS iD 和輸出特性曲線 uDS iD 如圖3 29所示 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 1N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 1 轉(zhuǎn)移特性曲線1 uGSUGS th 后 iD開始導通 iD隨uGS的增大而增大 uGS具有控制iD的能力 iD與uGS的關系 可用下式近似表示 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 1N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 2 輸出特性曲線1 uGS UGS th 且保持不變時 uGS由0開始增大 iD迅速升高 uGS越大 iD增速越快 D S極間等效電阻的大小取決于uGS的大小 這個區(qū)域稱為可變電阻區(qū) 見特性曲線中的 區(qū) 2 當uDS增大到一定程度 uDS UGS th 時 iD趨于飽和 其數(shù)值幾乎不隨uDS的變化而變化 表現(xiàn)出恒流特性 這個區(qū)域稱為恒流區(qū) 飽和區(qū) 見特性曲線中的 區(qū) 3 當uDS很大時 漏源極之間會發(fā)生擊穿 iD急劇增大 若不加以限制 就容易造成場效應管損壞 這個區(qū)域稱為擊穿區(qū) 見特性曲線中的 區(qū) 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 1N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路3 用N溝道增強型絕緣柵場效應管組成放大電路圖3 30所示電路是分壓式偏置共源極場效應管放大電路 1 靜態(tài)工作點的計算由圖3 30所示的電路可以列出uGS與iD的方程 3 4 2 和 3 4 3 聯(lián)立求解即可算出電路的靜態(tài)工作點 要滿足uGS UGS th 的條件 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 1N溝道增強型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)AU 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的計算1 場效應管的小信號等效電路 可畫出場效應管的簡化小信號等效電路 如圖3 31所示 2 用小信號等效電路法分析場效應管放大電路 應用小信號等效電路法來分析計算場效應管放大電路的電壓放大倍數(shù) 輸入電阻和輸出電阻 其步驟與分析三極管放大電路相同 圖3 32所示為共源極放大電路的小信號等效電路 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管的外形如圖3 33所示 三個電極分別為柵極 g 漏極 d 和源極 s 圖3 34 a 所示為N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管的符號 圖3 34 b 所示為P溝道耗盡型絕緣柵場效應管的圖形符號 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路2 N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管的電氣特性N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線 UGS iD 和輸出特性曲線 UDS iD 如圖3 35所示 1 轉(zhuǎn)移特性曲線1 UGS 0時 iD IDSS 2 iD隨uGS增減而增減 當uGS減小到UGS off 時 iD減小為0 稱為夾斷 iD與uGS的關系 可用下式近似表示 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 2 輸出特性曲線輸出特性曲線與N溝道增強型絕緣柵場效應管相似 不同的是增強型場效應管的UGS只能取正值 而耗盡型場效應管的UGS既可取正值也可取負值 從輸出特性可知 使MOS管工作在恒流區(qū) 同樣可以用UGS來對iD進行控制 進而實現(xiàn)放大作用 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路3 用N溝道耗盡型絕緣柵場效應管組成放大電路圖3 36所示電路是分壓式自偏壓共源極場效應管放大電路 1 靜態(tài)工作點的計算 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的計算 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路4 自偏壓場效應管放大電路由N溝道耗盡型絕緣柵場效應管的轉(zhuǎn)移特性曲線知道 uGS也可以取負值 即在圖3 36所示電路中 令Ug 0 電路仍然具有放大作用 如圖3 37所示 稱為自偏壓電路 電路計算如下 1 靜態(tài)工作點的計算 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場效應晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)AU 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro 自偏壓場效應管放大電路的小信號等效電路如圖3 38所示 有 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 3N溝道結(jié)型場效應晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號結(jié)型場效應管 JunctionTypeFieldEffectTransistor 的特性和耗盡型絕緣柵場效應管類似 圖3 39所示分別為N溝道和P溝道的結(jié)型場效應管的圖形符號 2 N溝道結(jié)型場效應管的電氣特性N溝道結(jié)型場效應管的轉(zhuǎn)移特性曲線 uGS iD 和輸出特性曲線 uGS iD 如圖3 40所示 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 3N溝道結(jié)型場效應晶體管特性及其放大電路3 用N溝道結(jié)型場效應管組成放大電路圖3 41所示電路是分壓式偏置共源極結(jié)型場效應管放大電路 圖3 42所示為自偏壓結(jié)型場效應管放大電路 二者的工作原理和參數(shù)計算與前面例子相似 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 4場效應晶體管的主要參數(shù)1 夾斷電壓UGS off 或開啟電壓UGS on 當UGS為某固定值時 使漏極電流iD接近零 或按規(guī)定等于一個微小電流 這時的柵源極電壓即為夾斷電壓UGS off 耗盡型 或開啟電壓UGS th 增強型 2 零偏漏極電流IDSS當UDS為固定值時 柵源電壓UGS為零時的漏極電流 3 漏極擊穿電壓U BR DS當UDS增加 使ID開始劇增時的UDS稱為U BR DS 使用時 UDS不允許超過此值 否則會燒壞管子 4 柵源擊穿電壓U BR GS使二氧化硅絕緣層擊穿時的柵源電壓叫做柵源擊穿電壓U BR GS 一旦絕緣層擊穿將造成短路現(xiàn)象 使管子損壞 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 4場效應晶體管的主要參數(shù)5 直流輸入電阻RGS是指柵源間所加一定電壓與柵極電流的比值 MOS管的RGS數(shù)值很大 在1010 左右 6 漏極最大功耗PDM是管子允許的最大耗散功率 7 跨導gm在UDS為規(guī)定值的條件下 漏極電流變化量和引起這個變化的柵源電壓變化量之比 稱為跨導或互導 即 下一頁 上一頁 課題3 4 用場效應晶體管實現(xiàn)小信號放大 3 4 5使用場效應晶體管的注意事項1 保存絕緣柵場效應管應使三個電極短接 避免柵極懸空 焊接時 電烙鐵外殼應良好接地 或燒熱電烙鐵后切斷電源再焊 測試絕緣柵場效應管時 應先接好線路再除去電極直接的短接 測試結(jié)束后應先短接各電極 測試儀器要接地良好 2 有些場效應管將襯底引出 故有4個管腳 這種管子的漏極與源極可以互換使用 但有些場效應管在內(nèi)部已將襯底與源極連接在一起 只引出3個電極 這種管子的漏極和源極不能互換使用 上一頁 返回 課題3 5 多級放大電路 3 5 1多級放大電路電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro圖3 44所示為一個三級放大電路示意圖 該電路的輸入信號為ui 輸出信號為uo 前級的輸出信號就是后級的輸入信號 各級的輸入信號分別為ui1 ui2和ui3 輸出信號分別為uo1 uo2和uo3 電壓放大倍數(shù)分別為Au1 Au2和Au31 電壓放大倍數(shù)多級放大電路的電壓放大倍數(shù) 各單級電壓放大倍數(shù)的乘積 下一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 1多級放大電路電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro2 輸入電阻多級放大電路的輸入電阻R 就是第一級的輸入電阻Ri1 即Ri Ri13 輸出電阻多級放大電路的輸出電阻等于最后一級 第n級 的輸出電阻 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 2多級放大電路級間耦合方式1 阻容耦合圖3 45所示電路是用電容C2將兩個單級放大電路連接起來的兩級放大電路 阻容藕合的特點是 由于前 后級之間是通過電容連接的 所以各級的直流電路互不相通 靜態(tài)工作點各自獨立 這樣給電路的設計 調(diào)試和維修帶來很大的方便 但由于耦合電容串接在信號通道中 對低頻信號的阻礙作用大 低頻信號衰減明顯 故不適用于直流或緩慢變化信號的放大 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 2多級放大電路級間耦合方式2 變壓器耦合級與級之間通過變壓器連接的方式 稱為變壓器耦合 圖3 46所示電路為變壓器藕合兩級放大電路 第一級與第二級 第二級與負載之間均采用變壓器耦合方式 變壓器藕合的優(yōu)點有 由于變壓器隔斷了直流 所以各級的靜態(tài)工作點也是相互獨立的 而且 在傳輸信號的同時 變壓器還有阻抗變換作用 以實現(xiàn)阻抗匹配 但是 它的頻率特性較差 常用于選頻放大 如收音機中頻放大 或要求不高的功率放大電路 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 2多級放大電路級間耦合方式3 直接耦合前級的輸出端直接與后級的輸入端相連接的方式 也可以通過電阻連接 稱為直接耦合 如圖3 47所示 直接耦合電路的頻率特性好 變化緩慢的信號甚至是直流信號都可以正常藕合放大 但這個特點也容易引發(fā)零點漂移現(xiàn)象 由于直接耦合只用導線或電阻等元件 便于集成 大容量的電容和線圈都很難集成 故直接耦合在集成電路中得到了廣泛的應用 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 3集成運算放大電路1 集成運放的符號和電路結(jié)構(gòu)集成運算放大電路 簡稱集成運放或運放圖3 48所示為理想集成運放的圖形符號 集成運放的內(nèi)部電路通?？梢苑譃檩斎爰?中間級 輸出級和偏置電路四部分 如圖3 49所示 2 集成運放的理想化理想化的集成運放具有以下特性 1 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod 2 開環(huán)差模輸入電阻倍數(shù)rid 3 開環(huán)輸出電阻倍數(shù)ro 0 4 共模抑制比倍數(shù)KCMRR 5 通頻帶倍數(shù)BW 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 3集成運算放大電路表示輸出電壓和輸入電壓之間關系的特性曲線稱為電壓傳輸特性 從集成運放的傳輸特性 圖3 50 看 可以分為線性區(qū)和非線性區(qū) 1 線性區(qū) 2 非線性區(qū)由于Aod 所以當u 略大于u 時 uo趨向輸出正飽和電壓Uom 當u 略小于u 時 uo趨向輸出正飽和電壓 Uom 輸出電壓的極性反映了兩個輸入電壓的大小關系 可以用來比較兩個輸入電壓的大小 運放的正 負飽和電壓大小主要受正負電源電壓限制 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 3集成運算放大電路3 集成運放的分類 1 通用型運算放大器 2 高阻型運算放大器 3 低溫漂型運算放大器 4 高速型運算放大器 5 低功耗型運算放大器 6 高壓大功率型運算放大器 下一頁 上一頁 課題3 5 多級放大電路 3 5 3集成運算放大電路4 集成運放的主要性能指標 1 輸入失調(diào)電壓 2 輸入偏置電流 3 輸入失調(diào)電流 4 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)及其頻率特性 5 最大差模輸入電壓 6 差模輸入電阻 7 最大共模輸入電壓 8 共模輸入電阻 9 共模抑制比 10 轉(zhuǎn)換速率 上一頁 返回 課題3 6 差動放大電路 直接耦合放大電路的各級靜態(tài)工作點會互相影響 還存在零點漂移現(xiàn)象 因此 需要通過采用差動放大電路進行克服 典型的差動放大電路如圖3 51所示 電路有兩個輸入端和兩個輸出端 電路結(jié)構(gòu)對稱 對應位置的元器件的溫度特性和參數(shù)相同 通常采用正負對稱電源供電 輸入電壓從ui1和ui2送入 輸出電壓可以從uo1和uo2之間取出 uo uo1 uo2 稱為雙端輸出 也可以從任一輸出端對地取出 稱為單端輸出 靜態(tài)時 ui1和ui2為零 由于電路和元器件參數(shù)對稱 所以UC1 UC2 uo UC1 UC2沒有信號輸入 也沒有信號輸出 如圖3 52所示 下一頁 課題3 6 差動放大電路 給差動放大電路輸入一對大小相等 極性相同的信號 稱共模信號 時 由于電路對稱 輸入電壓相同 所以uo1和uo2同步變化 如圖3 53所示 給差動放大電路輸入一對大小相等 極性相反的信號 稱差模信號 時 uo1和uo2分別向相反的方向作等幅變化 如圖3 54所示 如果只從差動放大電路的一個輸出端取輸出信號 即單端輸出 則輸出信號的大小只等于雙端輸出信號幅值的一半 同時 輸出電阻等于單邊電路的輸出電阻 上一頁 返回 課題3 7 放大電路的頻率響應 放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率的關系稱為幅頻特性 圖3 57所示的分別是阻容藕合單級放大電路的幅頻特性和相頻特性 它說明 在阻容藕合放大電路的某一段頻率范圍內(nèi) 電壓放大倍數(shù) Au 與頻率無關 是一個常數(shù) 隨著頻率的增高或降低 電壓放大倍數(shù)要減小 同時輸出電壓與輸入電壓之間的相位差也隨輸入信號的頻率而改變 這種特性稱為相頻特性 當放大倍數(shù)下降為時所對應的兩個頻率 分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH 在這兩個頻率之間的頻率范圍 稱為放大器的通頻帶 以圖3 58所示電路為例 在分析放大電路的頻率特性時 將頻率范圍分為低 中 高三個頻段 返回 小結(jié) 1 放大的實質(zhì)是信號對能量的控制作用 放大電路輸出的大信號來源于電源 變化規(guī)律受輸入小信號的控制 2 三極管是一種電流控制器件 基極小電流可以控制集電極電流的變化 從而具有了電流放大 控制 的能力 3 用三極管組成放大電路 應遵循以下原則 要保證三極管處于放大狀態(tài) 有合適的靜態(tài)工作點 要放大要的交流小信號能輸入 放大后的交流信號能輸出 4 合適的靜態(tài)工