電子技術(shù)第04講(多級(jí)放大器,場(chǎng)效應(yīng)管)

1、1第第15章章 基本放大電路基本放大電路多級(jí)放大電路及其極間耦合方式多級(jí)放大電路及其極間耦合方式第第4（1）講）講 1.阻容耦合阻容耦合 2.直接耦合直接耦合2第一級(jí)第一級(jí)第二級(jí)第二級(jí)第第n-1級(jí)級(jí)第第n級(jí)級(jí)輸入輸入輸出輸出耦合耦合耦合方式：耦合方式：(1)直接耦合直接耦合 (2)阻容耦合阻容耦合(3)變壓器耦合變壓器耦合 (4)光電耦合光電耦合1.多級(jí)阻容耦合放大電路多級(jí)阻容耦合放大電路 為獲得足夠大的放大倍數(shù)為獲得足夠大的放大倍數(shù),需將單級(jí)放大需將單級(jí)放大器串接，組成多級(jí)放大器。器串接，組成多級(jí)放大器。3對(duì)耦合電路要求：對(duì)耦合電路要求：耦合電路：耦合電路：要求要求動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài): 傳送信號(hào)傳送信

2、號(hào)減少壓降損失減少壓降損失 靜態(tài)：靜態(tài)：保證保證各級(jí)各級(jí)Q點(diǎn)點(diǎn)設(shè)置設(shè)置波形不失真波形不失真4R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15V單級(jí)放大器單級(jí)放大器(靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共發(fā)射極放大器發(fā)射極放大器)IC=1.2mAIB=20 AUCE =6Vri= R11/ R12/ rbe =1.43 k ro= RC1 =5k rbe=1.52 k Au載載=-985多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的級(jí)聯(lián)放大器的級(jí)聯(lián)R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2

3、C21C22R22CE2RE2RLuo設(shè)二級(jí)放大器的參數(shù)完全一樣設(shè)二級(jí)放大器的參數(shù)完全一樣6多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的分析放大器的分析(1) 由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算。點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算。(2) 前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓。(3) 后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。(4) 前一級(jí)的輸出電阻是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻。前一級(jí)的輸出電阻是后一級(jí)的信號(hào)源內(nèi)阻。(5) 總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。各級(jí)放大倍數(shù)的乘積

4、。(6) 總輸入電阻總輸入電阻ri即為第一級(jí)的輸入電阻即為第一級(jí)的輸入電阻ri1 。(7) 總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻?？傒敵鲭娮杓礊樽詈笠患?jí)的輸出電阻。7R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuoIC1=1.2mAIB1=20 AUCE1 =6Vrbe1=1.52 k IC2=1.2mAIB2=20 AUCE2 =6Vrbe2=1.52 k 多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)第一級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)第一級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)第二級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)第二級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)8多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的微變等效電路放大器的微變等效電

5、路R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuori=ri1rori2uo1ui2前一級(jí)的輸出電壓前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓是后一級(jí)的輸入電壓后一級(jí)的輸入后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻交流負(fù)載電阻。9多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的微變等效電路放大器的微變等效電路rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC1iU R11R12BECIc1Ib1Uo110多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算輸出電阻的計(jì)算ri2rbe1RC1

6、iU R11R12BECIc1Ib1Uo1第一級(jí)的微變等效電路第一級(jí)的微變等效電路第二級(jí)的第二級(jí)的輸入電阻輸入電阻beLurRA ri= ri1 = R11/ R12/ rbe1=- 1RC1/ri2rbe1Au1=Uo1Ui11多級(jí)多級(jí)阻容耦合阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算輸出電阻的計(jì)算 ri2 = R21/ R22/ rbe2=- 2RC2/RLrbe2Au2=UoUi2 ro = RC2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21Ui2第二級(jí)的微變等效電路第二級(jí)的微變等效電路12Au=UoUi=Uo1UiUoUi2= Au

7、1Au2總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)= 1RC1/ri2rbe1 2RC2/RLrbe2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC2iU R11R12BECIc1Ib1Uo1Ui2Au為正，輸入輸出同相為正，輸入輸出同相總放大倍數(shù)等于各級(jí)總放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的乘積！放大倍數(shù)的乘積！13代入數(shù)值計(jì)算代入數(shù)值計(jì)算ri= ri 1 = R11/ R12/ rbe1 =100/33/1.52=1.43k RB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15V ri 2 = R21/ R22/ rbe2 =100/33/1.52=1.4

8、3k =- 1RC1/ri2rbe1Au1=-44=- 2RC2/RLrbe2Au2=-98Au= Au1Au2 =(-44)(-98) =4312 ro = RC2 = 5k 兩級(jí)單管放大器級(jí)聯(lián)兩級(jí)單管放大器級(jí)聯(lián),可可提高電壓放大倍數(shù)提高電壓放大倍數(shù);但輸?shù)斎腚娮枞院苄∪腚娮枞院苄?輸出電阻輸出電阻仍很大。仍很大。14阻容耦合多級(jí)放大電路阻容耦合多級(jí)放大電路 當(dāng)兩級(jí)放大器（靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的基本放當(dāng)兩級(jí)放大器（靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的基本放大器）級(jí)聯(lián)時(shí)，放大倍數(shù)大大提高，但輸入大器）級(jí)聯(lián)時(shí)，放大倍數(shù)大大提高，但輸入電阻較小，輸出電阻較大。電阻較小，輸出電阻較大。R11RC1C11C12R12CE1R

9、E1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuoAu= Au1 Au2 =431215R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15VusRSRS=20k Aus=Auriri+RS=(-98)1.43+201.43=-6.5輸入電阻很小的放大器當(dāng)信號(hào)源有較輸入電阻很小的放大器當(dāng)信號(hào)源有較大內(nèi)阻時(shí)大內(nèi)阻時(shí),放大倍數(shù)變得很小。放大倍數(shù)變得很小。ri= R11/ R12/ rbe =1.43 k Au=-98ri由于信號(hào)源內(nèi)阻由于信號(hào)源內(nèi)阻大大,而放大器輸入而放大器輸入電阻小電阻

10、小,致使放大致使放大倍數(shù)降低。倍數(shù)降低。16RB=570k RE=5.6k RL=1.52k =100EC=15VRB+ECC1C2RERLuiuori=101 k Au=0.98rbe=2.36 k 用射極輸出器作為輸入級(jí)用射極輸出器作為輸入級(jí),構(gòu)成兩級(jí)放大器，可提高構(gòu)成兩級(jí)放大器，可提高放大器的輸入電阻。放大器的輸入電阻。 1Rr/RsbeEro=5.6/2.361+100=23 RS=017uiRBC1RER11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLui2uousRSri2=1.43 k Au2=-98ri=101 k Au1=0.98Aus=Au1 Au2riri+RS=(-9

11、8)(0.98)101+20101=-80用射極輸出器作為輸入級(jí)時(shí)電壓放大倍數(shù)的估算用射極輸出器作為輸入級(jí)時(shí)電壓放大倍數(shù)的估算18用射極輸出器作為輸出級(jí)，構(gòu)成兩級(jí)放大器，可用射極輸出器作為輸出級(jí)，構(gòu)成兩級(jí)放大器，可減小放大器的輸出電阻，提高其帶負(fù)載的能力。減小放大器的輸出電阻，提高其帶負(fù)載的能力。R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoro1= RC1 =5k RL=5k 時(shí)時(shí), Au=-98RL=1k 時(shí)時(shí), Au=-33beLurRA RB+ECC1C2RERLui2uo5k 5.6 k 570 k =100ri2=173 k Au2=0.99rbe=2.36 k 19

12、R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RL1uiuo1第一級(jí)放大倍數(shù)的計(jì)算第一級(jí)放大倍數(shù)的計(jì)算=ri2=173 k beLurRA Au1=-192rbe1=1.52 k RC1=5 k =60后一級(jí)的輸入后一級(jí)的輸入電阻作為前一電阻作為前一級(jí)的交流負(fù)載級(jí)的交流負(fù)載電阻電阻RL=RC1/ri220總放大倍數(shù)的計(jì)算總放大倍數(shù)的計(jì)算Au= Au1 Au2 =（-192） 0.99=-190Au= Au1 Au2 =（-185） 0.97=-179比較不接射極輸出器時(shí)的帶負(fù)載能力：比較不接射極輸出器時(shí)的帶負(fù)載能力：RL=5k 時(shí)時(shí), Au=-98RL=1k 時(shí)時(shí), Au=-33當(dāng)負(fù)載電阻由

13、當(dāng)負(fù)載電阻由5k 變?yōu)樽優(yōu)?k 時(shí)，放大倍數(shù)降低到原來(lái)的時(shí)，放大倍數(shù)降低到原來(lái)的94.2%降低到原來(lái)的降低到原來(lái)的33.7%Au1=-192Au2=0.99ri2=173 k RL=5 k Au1=-185Au2=0.97ri2=76 k RL=1 k 當(dāng)負(fù)載當(dāng)負(fù)載電阻由電阻由5k 變?yōu)樽優(yōu)?k 時(shí)：時(shí)：21 1Rr/RsbeEro結(jié)論結(jié)論:用射極輸出器作為輸出級(jí)用射極輸出器作為輸出級(jí),可減小放大器的輸出可減小放大器的輸出電阻，提高帶負(fù)載的能力。電阻，提高帶負(fù)載的能力。輸入電阻輸入電阻ri 、輸出電阻、輸出電阻ro的計(jì)算的計(jì)算R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB+E

14、CC1C2RERLui2uo5k 5.6 k 570 k =100uo1ro=5.6/2.36+570/51+100=73 ri= ri1 = R11/ R12/ rbe1=1.52 k RS為信號(hào)源內(nèi)為信號(hào)源內(nèi)阻阻,即前一級(jí)的即前一級(jí)的輸出電阻輸出電阻RC1= RB/ RC1usRS= ro1= RC1RS= RB/ RS 222.直接耦合電路直接耦合電路因?yàn)殡娙莸母糁弊饔靡约暗皖l時(shí)容抗加大，所以阻因?yàn)殡娙莸母糁弊饔靡约暗皖l時(shí)容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號(hào)。容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號(hào)。對(duì)于直流信號(hào)和低頻信號(hào)，阻容耦合已不適用，必對(duì)于直流信號(hào)和低頻信號(hào)，阻容耦合

15、已不適用，必須采用須采用直接耦合直接耦合方式。方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2建立靜態(tài)工作點(diǎn)建立靜態(tài)工作點(diǎn)23+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE21.前后級(jí)前后級(jí)Q點(diǎn)相互影響。（需增加點(diǎn)相互影響。（需增加RE2）問題問題:2. .零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移: :前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸前一級(jí)的溫漂將作為后一級(jí)的輸入信號(hào)，被一級(jí)級(jí)放大，導(dǎo)致后級(jí)飽和或截入信號(hào)，被一級(jí)級(jí)放大，導(dǎo)致后級(jí)飽和或截止（止（需增加兩級(jí)之間的直流負(fù)反饋）需增加兩級(jí)之間的直流負(fù)反饋） 。直接耦合放大器的級(jí)聯(lián)直接耦合放大器的級(jí)聯(lián)24RE2的作用：的作用：（1）提高）提高T1集電極電位，增大其輸出集電極電位，

16、增大其輸出電壓的幅度；（電壓的幅度；（2）提供）提供T2合適的工作點(diǎn)合適的工作點(diǎn), RE2可由下可由下式?jīng)Q定：式?jīng)Q定：2212EBECEEIUUR抑制零點(diǎn)漂移辦法：采用差動(dòng)放大電路。抑制零點(diǎn)漂移辦法：采用差動(dòng)放大電路。25第第15章章 基本放大電路基本放大電路15.9 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路第第4講（講（2）2615.9.1 場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)介場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)介場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管比較：場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管比較：（1）T為電流控制元件（通過控制為電流控制元件（通過控制IB控制控制IC），），F(xiàn)ET為電壓控制元件（通過控為電壓控制元件（通過控制制UGS控制控制ID）；）；（2）T輸入電阻較低，溫度

17、穩(wěn)定性差；輸入電阻較低，溫度穩(wěn)定性差；而而FET輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管FET-Field Effect Transistor27結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:N溝道溝道P溝道溝道耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型28 MOS絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（N溝道）溝道）（1） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)PNNGSDP型基底型基底兩個(gè)兩個(gè)N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層金屬鋁金屬鋁N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道未預(yù)留未預(yù)留 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型預(yù)留預(yù)留 N溝道耗盡型溝道耗盡型29PNNGSDGSDN溝

18、道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型（2）符號(hào)）符號(hào)N溝道耗盡型溝道耗盡型GSD柵極柵極漏極漏極源極源極30耗盡型耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線IDmAVUDSUGS 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路(共源極接法共源極接法)GSD31輸出特性曲線輸出特性曲線UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)=-2V固定一個(gè)固定一個(gè)U DS，畫出，畫出ID和和UGS的關(guān)系曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性的關(guān)系曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線曲線IDSS32耗盡型耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)表明

19、，在UGS(off)UGS 0時(shí)，耗盡型時(shí)，耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可近似表示：近似表示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夾斷電壓夾斷電壓IDSS 原始溝道導(dǎo)電電流原始溝道導(dǎo)電電流2GS(off)GSDSSD)UU(1II33跨導(dǎo)跨導(dǎo)gmUGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V= ID / UGS =（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID34 15.9.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1. 電路的組成原則及分析方法電路的組成原則及分析方法(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作

20、點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流（作在恒流（ID）區(qū)。）區(qū)。 (2) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài): 能為交流信號(hào)提供通路。能為交流信號(hào)提供通路。組成原則組成原則靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： 估算法、圖解法。估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。微變等效電路法。分析方法分析方法35N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 符號(hào)及特性曲線符號(hào)及特性曲線GSDIDUDSUGSGSD36UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID =

21、gm UGS372 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gsudsuGSDdiSGDrDSgsugsmugdsuidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。很大，可忽略。38場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路壓控電流源壓控電流源（VCCS）SGDgsugsmugdsuid流控電流源流控電流源(CCCS)對(duì)照對(duì)照becrbeic = ibib393 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路uo+UDDRSuiCSC2C1RDRGRLGDSIDUDSIS注：柵極無(wú)電流注：柵極無(wú)電流UGSRSISRSIDUDSUDD RDID RSIS= UDD ID (RD+RS)電路中元件作用：電

22、路中元件作用：RG柵極電阻柵極電阻RS源極電阻源極電阻RD漏極電阻漏極電阻CS源極旁路電容源極旁路電容404 分壓式偏置電路分壓式偏置電路靜態(tài)分析靜態(tài)分析無(wú)輸入信號(hào)時(shí)（無(wú)輸入信號(hào)時(shí)（ui=0），），估算：估算：UDS和和 ID。uo+UDD=+20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V41IG=0VURRRVDDG4212直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K5

23、1K1M10KRS10KGDSIDUDSIGDSDGGSIRIVU3101042)()1 (offGSGSDSSDUUIIV10)RR(IUUDSDDDDS mAIVUDGS5 . 0,1計(jì)算得：計(jì)算得：42動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析微變等效電路微變等效電路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K43 動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：UgsUiUgsgmIdrirogsiUU UoSGR2R1RGRL DRLRD)R/R(UgULDgsmo = gm UiRL Lmu

24、RgA 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)負(fù)號(hào)表示輸出輸入反相負(fù)號(hào)表示輸出輸入反相44電壓放大倍數(shù)估算電壓放大倍數(shù)估算LmuRgA =-1.5 （10/10）=-7.5RL=RD/RLR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V45ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD輸入電阻、輸出電阻輸入電阻、輸出電阻=1+0.2/0.051=1.0407M rirori=RG+R1/R2R1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V465 源極輸出器源極輸出器uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V47靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn):VRIUUSDDDDS15mAIVUDGS5 . 0,1計(jì)算得：計(jì)算得：IG=0VURRRVDDG4212DSDGGSIRIVU3101042)()1 (offGSGSDSSDUUII48uo+UDD +20VRS