晶體管放大電路

1、2、晶體管放大電路原理2.1晶體管和FET的工作原理2.1.1晶體管和FET的放大工作的理解電源電源晶體管和FET的放大作用：晶體管或 FET的輸入信號(hào)通過器件而出來，晶體管或FET吸收此時(shí)輸入信號(hào)的振幅信息，由電源重新產(chǎn)生輸出信號(hào)，由于該輸出信號(hào)比輸入信號(hào)大，可以看成將輸入信號(hào)放大而 成為輸出信號(hào)。這就是放大的原理。2.1.2晶體管和FET的工作原理晶體管內(nèi)部工作原理： 對(duì)流過基極與發(fā)射極之間的電流進(jìn)行不斷地監(jiān)視，并控制集電極-發(fā)射極間電流源使基極-發(fā)射極間電流的B倍的電流流在集電極與發(fā)射極之間。就是說，晶體管是用基極電流來控制集電極-發(fā)射極電流的器件。2、FET的工作原理FET的內(nèi)部原理F

2、ET內(nèi)部工作原理：對(duì)加在柵極與源極之間的電壓進(jìn)行不斷地監(jiān)視，并控制漏極-源極間電流源使柵極-源極間電壓的gm倍的電流流在漏極與源極之間。 就是說，F(xiàn)ET是用柵極電壓來控制漏極-源極電流的器件。2.1.3分立元件放大電路的組成原理放大電路的組成原理（應(yīng)具備的條件）1放大器件工作在放大區(qū)（三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；結(jié)型FET與耗盡型MOSFET可采用自偏壓方式或分壓式偏置或混合偏置方式，增強(qiáng)型MOSFET則一定要采用分壓式偏置或混合偏置方式）即要保證合適的直流偏置；（2）:輸入信號(hào)能輸送至放大器件的輸入端；（3）:有信號(hào)電壓輸出。判斷放大電路是否具有放大作用，就是根據(jù)這幾點(diǎn)，它們必須

3、同時(shí)具備。2.1.4晶體管放大電路的直流工作狀態(tài)分析（以晶體管電路為例）直流通路：在沒有信號(hào)輸入時(shí)，估算晶體管的各極直流電流和極間直流電壓，將放大電路中的電容視 為開路，電感視為短路即得。它又被稱為靜態(tài)分析。直流工作點(diǎn)：又稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，簡稱Q點(diǎn)。在進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)，晶體管放大電路主要是求基極直流電流Ib、集電極直流電流lc、集電極與發(fā)射極間的直流電壓Uce。FET放大電路主要是求柵源電壓Ugs,漏極直流電流Id，漏極與原極間的直流電壓Uds。1）共e接法1、公式法計(jì)算Q點(diǎn)Ib=(U cc-U be)/Rb lc= 3 l bUce=U cc-IcRc在IiIb時(shí)，可認(rèn)為li IUBRbXUcc

4、ICIeUb -UbeReU CE U CC _ I C ( Rc RE )自偏壓式共基接法rbccuEBu-分壓式共基接法-0+Lr- TnJU CE U CC _ 1 C (RCRE)Ib=I c/ 32)共b接法Ucc=l bRb+U be+I eRe= IbRb+U be+ (1+ 3 )I b ReIc = I b 3U ce U cc _ I c (住Re )3）共c接法自偏壓式共集接法IB=I C/ 3Ucc=I bRb+U be+I eRe= IbRb+U be+ (1+ 3 )Ib ReU ce 二 U cc - c ReIc = IB 3RB2UUB Rb1 Rb2 CC-

5、D i 1時(shí)，lE1 lr,lE2 IC2，由此可得R2lC2IC2此式表明,2.1.8 FET當(dāng)Ir和所需要的小電流一定時(shí), 偏置電路可計(jì)算出所需的電阻R2。類電增強(qiáng)型耗盡型NMOSPMOSN結(jié)型P結(jié)型NMOSPMOSVGS正負(fù)負(fù)正負(fù)（或正）正（或負(fù)）VDS正負(fù)9正負(fù)正負(fù)1固定偏壓電路Ugsq=-Eg要確定IDQ和UdsQ,可以在輸出特性曲線上根據(jù)輸出回路的直流負(fù)載線方程UDS=E D-1 D rDC1RdV C22、自偏壓電路自偏壓電路利用漏極直流電流Id在源極電阻Rs上產(chǎn)生的壓降形成自偏壓。由圖可知，輸入回路的直流偏置電壓方程為uGs=-i DRS如果場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線可表示為Rg

6、Rl則靜態(tài)工作點(diǎn)Q也可以通過計(jì)算來確定。1 _ 2 Rs 1 DSS /Up- 4 Rs 1 DSS /Up2R；Idss/UP(b)托DUgs 二Up1-pDss3、混合偏置電路*+edClR1rdTZC2RGR2R2C3RsED _ iD Rs(a)(a)4、恒流源電路T(a)7+EdI(c)V3Io場效應(yīng)管電流源（a）基本電流源；（b）多路輸出電流源；（c）威爾遜電流源2.2晶體管放大器三種基本組態(tài)2.2.1共射（CE）放大電路共射晶體放大器的輸入端為基極和發(fā)射極，輸出端為集電極和發(fā)射極，發(fā)射極是公共端，故稱為共射放大器。1、分壓式共射極接法c| Ucc+ C2 IIt+Rs+Us+Ui

7、1210-I BJ彈2冷ReRl+分壓式共射極接法有Ce時(shí):?+Uo電壓放大倍數(shù)Au由圖可知U i i brbeUo = -lc(Rc Rl) lb(Rc Rl)AuUiRl(Rc Rl)電流放大倍數(shù)Ai=1RcoRcRl26(mV)lcQ(mV)rolbRc RlRc RlRb %bRb其中，Rb=RbiRb2A = Lli =lRbRcl iRB + rbe & * RL若滿足 Rbrbe,RL I： Rc,則Ai : 1輸入電阻RiRsUie(b)有Ce的等效電路R-IlRo%2Uo無Ce的等效電路RccRL UoR =Rbi| Rb2|be輸出電阻RoUoIo=Rc無Ce時(shí)：此時(shí)，對(duì)交

8、流信號(hào)而言，發(fā)射極將通過電阻Re接地，因此必須考慮它的影響U。_RlgmRLUile(1JRe1gmRE可見放大倍數(shù)減小了。這是因?yàn)镽e的自動(dòng)調(diào)節(jié)(負(fù)反饋)作用，使得輸出隨輸入的變化受到抑制，從而導(dǎo)致Au減小。當(dāng)(1+ 3 )RErbe時(shí)，則有與此同時(shí)，從b極看進(jìn)去的輸入電阻 R i變?yōu)?尺上匕二rbe(1)Re1 b即射極電阻Re折合到基極支路應(yīng)擴(kuò)大(1+ 3 )倍。因此，放大器的輸入電阻為Ri=RB1 II Rb2 II R i顯然，此時(shí)，輸入電阻明顯增大了。對(duì)于輸出電阻，盡管Ic更加穩(wěn)定，但從輸出端看進(jìn)去的電阻仍為Rc，即Ro=Rc。2、自偏壓式共射極接法 f丄空二hfeiTIi Ib

9、fe輸入電阻RiRi Rb hieI i中頻電壓放大倍數(shù)Aum和Aums：A _ U o _ h fe I b RL_ h fe RLm 武 一 Ibhe一代 式中號(hào)，說明輸出電壓 Uo與輸入電壓Ui反相。AumsUiUiRiRiRS輸出電阻RoRo = Rc順便指出，如果晶體管hoe不可忽略則1Ro =/ Rchoe2.2.2共集（CC）放大電路1、分壓式共集接法電壓放大倍數(shù)AuUoe（RE RL）=（1：）lbRLUi 叫気 U。Tbhe （1JlbRLA Uo（1）RlUi % （1：）RlRl 二聞 RlAu恒小于1, 一般情況下，滿足（1+ 3 ）R Lrbe，因而又接近于1，且輸出

10、電壓與輸入電壓同相。換 句話說，輸出電壓幾乎跟隨輸入電壓變化。因此，共集電極放大器又稱為射極跟隨器。電流放大倍數(shù)Ai圖中，當(dāng)忽略RB1、RB2的分流作用時(shí)，貝y lb=li，而流過rl的輸出電流I。為Relo RE Rl=(V )lbReReRl十1+0)ReReR.輸入電阻Ri從基極看進(jìn)去的電阻R j為Rl 二丘（1 JRlRi Rb1Rb2| Ri與共射電路相比，由于 R i顯著增大，因而共集電路的輸入電阻大大提高了。 輸出電阻Ro當(dāng)輸出端外加電壓 U。，而將Us短路并保留內(nèi)阻 Rs時(shí)，可得圖所示電路。由圖可得Uo =b(rbe Rs) Rs =民 I RB1RB2o =e (1J則由e極

11、看進(jìn)去的電阻b*rbeeI。obR o為RsB1RB2BI+UoUorbe - RsRo :o1-所以，輸出電阻RoUobus 衛(wèi)=ReRo 二 Rehe 忠1 - 2、自偏式共集接法Rb(射rnT4電流放大倍數(shù)Aj：AiIo-(1hfe)IbT7輸入電阻Rj:r = =hJb(1Ihfe)IbRLRb=(he (1hfe)RL)Rb1 iIb中頻電壓放大倍數(shù) Aum和Aums：U o _(1 - hfe)IbRL_(1 - hfe)RLU (hie (1hfe)RL )Ib hie (1AimsR a(1+hfe)R二Rs+R mRs+hie+(1+hfe)RL輸出電阻Ro： 由圖(c)可知

12、=(1 hfe)IbReIbU2Rs hie1 hfe U2 叵u2-Rs hieRERo -5Rs hie r =( Rshie )忌1 hfe ERs Fe(1 hfeR2.2.3共基（CB）放大電路1、分壓式共基接法Ui4+Uo廠CTRB1RcJp b rHRoo-L屮Re電壓放大倍數(shù)AuUi JbSU。lb(Rc Rl)rbeRl =Rc Rl電流放大倍數(shù)Ai由于輸入電流I. |I e，而輸出電流l=lcRcRcRlA11RcRcle RcRlRcRl顯然，A|1，所以仍有功率增益。輸入電阻RjR=Re| “卡化輸出電阻Ro若 U|=0，則 lb=0, 3 lb=0,顯然有 尺=Rc2

13、、自偏式共基接法自偏壓式共基接法電流放大倍數(shù)Ai：A =I ohfe 1 bali(1hfj lb -輸入電阻Ri：oUi(heRb)I b蘭B b- Rbli(1hfe)lb中頻電壓放大倍數(shù) Aum和Aums:hfel b Rlhfe Rl輸出電阻(hie Rb )l bhie RbA 一U-Ajms Us Us UiRo：如果晶體管 不難得到Ro=Rchoe不可忽略，則求輸出電阻的等效電路如圖所示U2Ro = UU ihfe Rs1 =Rs(hieRb) . (1)/RchoeRs hieRBAumhfeRLhe +(1 +hfeUr2.3 FET放大器三種基本組態(tài)2.3.1共源（CS）放

14、大電路1、分壓式共源接法gsd(b)（a ）電路；（b）等效電路電壓放大倍數(shù)AumUo - -gmUi(rds/ Rd /Rl)Aumg m(rds / Rd / Rl )Ui輸入電阻Ri：URRgR1 / R21 i輸入電阻Ro：通常有RgR 1 II R2,于是Rfe RgRq = rds RdgmrdsRiUiRggsRs(b)R2Rs(c)oR2+Rg Ugs+UiOlR,ULo+45+RgUgsgmrd sUgRl UoRsgmUgsU2(d)(a )電路；(b)等效電路；(c)變換電路；(d)求R。電路gmGsU idsRl(1gmds)RgmdsRLUirdsRl(1gmrds)

15、 RsUogmrdsRLdsR (1gmrds) Rs2、固定偏壓共源接法3、自偏壓式共源接法0-斜率 DRSQGSQIDQ0UGS2.3.2共漏(CD)放大電路1、分壓式共漏接法(b)RG1II 150k-UDDgm=2mA/VC o +Ui50kRG31Mh rl uU 10k o17ICJ (b)電壓放大倍數(shù)AuUD DAuU o I d ( Rs Rl )RG1AuC1 +二 gm U gs二 gmUi-|d(Rs Rl)二 gmli-ldU i1gmRLgmRL(a)RlRsRo+UooRo的等效電路計(jì)算共漏電路輸岀電阻1 gmRL輸出電阻RoI o I Rs I oRs-gm U

16、gs-gm( -U o) = gm U oRoIoU ogm U oRs1gm輸入電阻R=RgRsRi：=Rg3 Rg1 Rg22、自偏壓式共漏接法Ugs =Ui -UoUo =gmUgs(rdsRs Rl)gm(rds RsRl)+1gm(rdsRsRL)RgUgsgsoRSRi=RG由求輸出電阻Ro的等效電路圖可知U2 gmU gs式中 r ds=Rs rds,而 Ugs=-U2，因此,有R-U2丨2up = rds1 二rdsgm 1gm rdsg g sRg|_rdsRln UoaJT -o+o+Ugs(b)rds(c)gmU g s（a ）電路；（b）交流等效電路；（c）求R。電路2

17、.3.3共柵（CG）放大電路1分壓式共柵接法 放大倍數(shù)Au- Vgs輸出電阻To輸入電阻V -0 = Rd S Rl =ORi：- VgsVgsgmVgsRRgmR丄g m2、自偏壓式共柵接法fd2.4晶體管三種基本組態(tài)的比較電壓增益輸入電阻輸出電阻特 點(diǎn)用途共射(CE)反相， 電壓增益 大較大（幾千歐）較大(Rc)既有電壓 放大和電 流放大作 用應(yīng)用廣 泛，中間 級(jí)共集(CC)同相， 近似為 1最大最小輸入電阻 高、輸出 電阻低阻抗變換 或電流放 大共基(CB)同相， 電壓增益 較大最?。◣资畾W）較大(Rc)頻率特性 好寬頻或高 頻放大電 路2.5多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)多級(jí)放大電路可以充分利用各個(gè)單級(jí)放大電路的優(yōu)點(diǎn)，滿足各種不同的要求。2.5.1級(jí)間耦合連接原則：1）靜態(tài)時(shí)各級(jí)應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；2）動(dòng)態(tài)時(shí)信號(hào)能實(shí)現(xiàn)暢通有效的傳遞。1）阻容耦合優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，在分立元件電路中應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是不能放大頻率較低的信號(hào)和直流信號(hào)，低頻響應(yīng)較差，且不便于集成化。2）直接耦合分析、優(yōu)點(diǎn)是低頻特性好，可以放大變化緩慢的信號(hào)，易于集成化。缺點(diǎn)是各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,，且非常笨重。設(shè)計(jì)和調(diào)試較困難；并且還存在 零點(diǎn)漂移問題。4）光電耦合抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛。2.5.2 多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)2k=1V應(yīng)考慮負(fù)載效應(yīng)：后一級(jí)放大電路的輸入電阻作為前一級(jí)放大電路的負(fù)載對(duì)它的影響