模擬電子技術(shù)簡(jiǎn)明教程

1、第一章 放大電路的動(dòng)態(tài)和頻響分析3.1.1放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路質(zhì)量的優(yōu)劣， 常用性能指標(biāo)來(lái)衡量。 放大電路的性能指標(biāo)主要有增益、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、最大不失真輸出幅度等，它們通常是對(duì)交流信號(hào)而言的。(1)增益增益又稱放大倍數(shù)，是衡量放大電路放大電信號(hào)能力的重要指標(biāo)。放大電路的增益可用電壓增益、電流增益、互阻增益、互導(dǎo)增益或功率增益來(lái)表示。最常用的是電壓增益。電壓增益又稱電壓放大倍數(shù)，定義為放大電路輸出電壓與輸入電壓之比，即Au冷0(3.1.1)當(dāng)負(fù)載開路，即 Rl= 8時(shí)的電壓增益稱為放大電路的開路電壓增益，表示為To(3.1.2)放大電路輸出電壓與信號(hào)源電壓之比稱為源電壓增

2、益，表示為(3.1.3)由圖3.1.1放大電路框圖可知，源電壓增益與電壓增益及開路電壓增益有下列關(guān)系:(3.1.4)輸入電阻Ri輸入電阻Ri是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻，定義為輸入電壓與輸入電流之比,即Ri=U(3.1.5)輸入電阻Ri反映了在一定的輸入電壓下，放大電路從信號(hào)源所汲取電流的大小。顯然，Ri越大，表明放大電路從信號(hào)源所汲取的電流li越小，則信號(hào)源內(nèi)阻上的電壓越小，信號(hào)電壓損失越小，則放大電路所得到輸入電壓Ui越接近信號(hào)源電壓 Us。(3)輸出電阻Ro輸出電阻Ro是放大電路負(fù)載開路時(shí)從輸出端看進(jìn)去的等效電阻。輸出電阻Ro的大小,反映了放大電路帶負(fù)載的能力。對(duì)放大電路而言，Ro

3、越小，則放大電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)，電路輸出越接近恒壓源輸出；反之，Ro越大，越接近恒流源輸出。有兩種方法可以確定輸出電阻Ro。59分析電路時(shí)采用在輸出端反加等效信號(hào)源的方法。如圖3.1.1(a)所示，將輸入端信號(hào)源短路，即令Ui=0 ,在輸出端將負(fù)載Rl開路(Rl = ),用一個(gè)等效電壓源U。加在輸出端,從而根據(jù)該電壓源的電流計(jì)算電路的輸出電阻Usz0Rl(3.1.6)(b)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量法 求Ro等效電路在實(shí)驗(yàn)室采用測(cè)量的方法。具體做法是加入正弦信號(hào)電壓(a)分析計(jì)算方法圖 3.1.1Us,在輸出端分別測(cè)量空載(Rl開路)時(shí)的電壓Uo和滿載(接Rl)時(shí)的電壓Uo值，由圖3.1.1 (b)可得RlU

4、。=Ro fU(3.1.7)所以可求得輸出電阻為UoRo =.lUo-1丿Rl(3.1.8)式中，Uo為空載電壓，Uo為滿載電壓，Rl為負(fù)載。(4)通頻帶當(dāng)放大電路的信號(hào)頻率很低或很高時(shí)，由于電路中存在的電抗元件以及晶體管的結(jié)電容和極間電容的影響， 放大電路的電壓放大倍數(shù)在低頻段或高頻段都要降低，只有在中頻段范圍內(nèi)放大倍數(shù)為常數(shù)，如圖3.1.2所示。在工程上，通常把放大倍數(shù)在高頻和低頻段分別下降到中頻段放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)的頻率分別稱為上限截止頻率fH和下限截止頻率fL(也稱-3dB頻率)。頻率小于下限頻率fL的部分稱為低頻段，頻率大于上限頻率fH的部分稱為高頻段，而把下限頻率 fL與上限

5、頻率fH之間的頻段稱為中頻段，也稱為放大電路的通頻帶，通 頻帶的寬度記作 BW，即(3.1.9)BW = fH fL 圖3.1.2放大電路的頻率指標(biāo)通頻帶越寬，表明放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力越強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，通頻帶是一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)，如對(duì)于擴(kuò)音機(jī)電路，其通頻帶應(yīng)大于音頻范圍（20Hz20kHz ）,才能完全不失真地放大聲音信號(hào)。（5）最大不失真輸出幅度（或輸出電流）最大不失真輸出幅度是放大電路輸出不失真時(shí)所能供給的最大輸出電壓 的峰值，用Uom （或lom）表示。3.1.2雙極型管和場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型分析計(jì)算放大電路動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)常用的方法有圖解分析法、模型分析法。兩者各有特點(diǎn)，

6、圖解分析法雖然直觀易懂，但過(guò)程繁瑣，計(jì)算精度低，所以更為實(shí)用的是通過(guò)模型分析法進(jìn)行定量計(jì)算。本節(jié)介紹的模型適用于信號(hào)頻率不高（例如音頻范圍內(nèi)），并且放大器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，動(dòng)態(tài)范圍不大的情況。這樣的模型常稱為低頻小信號(hào)模型。一、雙極型管的低頻小信號(hào)模型圖3.1.3為雙極型管輸入、輸出特性曲線。設(shè) BJT的靜態(tài)工作點(diǎn)位于線性放大區(qū)，當(dāng)輸 入信號(hào)引起基極電壓 Ube在UbeQ的基礎(chǔ)上變化 Ube，基極電流iB在IbQ的基礎(chǔ)上變化 iB 時(shí)，輸出回路 c-e兩端電壓UcE將在Uceq的基礎(chǔ)上變化 UcE，集電極電流ic將在Icq的基 礎(chǔ)上變化 ic，即工作點(diǎn)將從 Q移至Q。因此，根據(jù)圖 3.1.

7、3所示不難得出雙極管的低頻 小信號(hào)模型。（a）輸入特性曲線（b）輸出特性曲線圖3.1.3雙極型管輸入、輸出特性曲線（1）因?yàn)樵诰€性放大區(qū)且動(dòng)態(tài)范圍變化不大的情況下，基極電壓變化量 Ube與基極電流變化量 iB近似呈線性關(guān)系，所以輸入回路b-e間的模型可用一動(dòng)態(tài)電阻（或稱微變等效電阻）表示，記作 be。AUbe rbe =be AiB(3.1.10)由圖3.1.3 ( a)可知，be是BJT輸入特性曲線在 Q點(diǎn)附近斜率的倒數(shù)。(2)從輸出回路看，按照全微分的概念，集電極電流的變化A ic可以看作分別單獨(dú)變化時(shí)引起的，如圖中：當(dāng)Uce = UcEQ不變時(shí)，若基極電流變化A iB，則Q點(diǎn)將垂直地上移

8、至 Q 電極電流變化A icE，按照BJT電流放大倍數(shù)的定義有A i B 和 UcE，此時(shí)，集AicE 3 Ai B(3.1.11)當(dāng)基極電流iB = Ibq +AiB保持不變時(shí)，若 UcE變化A UcE (注意A UceV0),貝y Q點(diǎn) 將沿輸出特性曲線左移至 Q''。此時(shí)ic的變化為A ic'( A icv 0,它反映了 Uce變化對(duì)ic 的影響)。為求A ic，在A Q Q P中，令_ AUCE 1 ce ='ce Aictg a(3.1.12)式中，a為Q Q' 電阻，是輸出特性曲線在與Q'' P之間的夾角。因此，rce為BJT

9、射極集電極之間的動(dòng)態(tài)輸出Q點(diǎn)附近的斜率的倒數(shù)。所以Aic亠(3.1.13)rce當(dāng)A Ib和a Uce同時(shí)作用時(shí)，工作點(diǎn)從Q點(diǎn)經(jīng)Q '移至Q。所以集電極電流的變化A ic為Aic =AicE +Aic = 3AiB +rce(3.1.14)因此，BJT輸出回路c-e間的模型由受控電流源“3 A iB”和c-e間動(dòng)態(tài)輸出電阻 心并聯(lián)組成。綜上所述，根據(jù) BJT輸入回路和輸出回路的模型可得出雙極型管的低頻小信號(hào)模型， 如圖3.1.4(b)所示，由于動(dòng)態(tài)輸出電阻rce 一般很大，通?？梢院雎?。在忽略的情況下，得BJT的簡(jiǎn)化小信號(hào)模型如圖 3.1.4(c)所示。(c)簡(jiǎn)化模型(a)將BJT視作

10、雙口網(wǎng)絡(luò)(b )低頻小信號(hào)模型圖3.1.4雙極型管低頻小信號(hào)模型圖3.1.4(b)的模型也可由網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出。如圖3.1.4(a)中，把BTJ視作雙口網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)已知 i B, UcE求 Ube和 i c時(shí)，可寫出H參數(shù)網(wǎng)絡(luò)方程如下:(3.1.15)(3.1.16) UBE=h11 iB+h 12 UcE ic = h21 iB + h22 UcE圖3.1.5雙極型管H參斷模型式中的各H參數(shù)的含義如下：1.輸入電阻h11是輸出端交流短路（ UcE=O）時(shí)的輸入電阻（單位為Q ）,即BJT的動(dòng)態(tài)輸入電阻be。ube h11= liB-ucE = rbe(3.1.17)2 反饋系數(shù)h12是輸入端交流短路

11、時(shí)的電壓反饋系數(shù)（無(wú)量綱）。h12 =UcEiB =0(3.1.18)h12的數(shù)h12反映了當(dāng)iB不變時(shí)，輸出電壓的變化對(duì)輸入端電壓的變化的影響。事實(shí)上， 值很小，一般為103數(shù)量級(jí)，因此該項(xiàng)通?？珊雎圆挥?jì)。3 .電流放大系數(shù) h21是輸出端交流短路（ UcE=0 ）時(shí)的電流放大系數(shù)（無(wú)量綱），即 BJT的交流電流放大系數(shù) 3 。(3.1.19)h21=護(hù)ib4.輸出電導(dǎo)h22是輸入端交流短路時(shí)的輸出電導(dǎo)，單位是 S （西門子），即BJT動(dòng)態(tài)輸 出電阻ce的倒數(shù)。h22 = UcEiBrce(3.1.20)h12時(shí)，H參數(shù)等效模型與小信由于以上四個(gè)參數(shù)的量綱不同，故稱混合參數(shù)。當(dāng)忽略 號(hào)模型是

12、相同的。在應(yīng)用BJT低頻小信號(hào)模型時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 低頻小信號(hào)模型或 H參數(shù)模型只在低頻小信號(hào)下才適用。 低頻小信號(hào)模型中的對(duì)象都是變化量或交流分量，因而電路中的電壓、 電流符號(hào)不允許出現(xiàn)反映直流量或瞬時(shí)總量的“大下標(biāo)”符號(hào)。 小信號(hào)模型中的各個(gè)參數(shù)，如be、3、rce均為微變參數(shù)，且其數(shù)值與靜態(tài)工作點(diǎn)位置有關(guān)，并非固定的常數(shù)。 小信號(hào)模型中的電流源“ 3 iB”為受控源，受 iB的控制，其方向和大小由 iB決定。當(dāng)A iB不存在時(shí)，受控電流源電流也消失。當(dāng)A iB自b端流向e端時(shí)，A ic必須自c端流向e端（或均反之），無(wú)論對(duì)NPN型或PNP型晶體管都是如此。 對(duì)3和be可用H參數(shù)測(cè)試儀和

13、晶體管特性圖示儀測(cè)量。而be也可用公式估算：(3.1.21)rbe =rbb' +0 + 3)當(dāng)1 EQ式中，血 為基區(qū)體電阻，對(duì)于低頻小功率管的 rbb，約為100300Q （實(shí)驗(yàn)值）；Ut為常數(shù)， 約等于26mV , Ieq為靜態(tài)工作點(diǎn)的發(fā)射極電流。二、場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型Q附近的特仿照獲取雙極型晶體管的小信號(hào)模型方法，在低頻小信號(hào)條件下，工作點(diǎn)性曲線可局部線性化，由此可以求得場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型。漏極與源極之間將場(chǎng)效應(yīng)管看成是一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，柵極與源極之間看成是輸入端口，看成是輸出端口。不管是 JFET或是IGFET，場(chǎng)效應(yīng)管是一種用柵極輸入電壓控制漏極輸出 電流的半導(dǎo)體器件

14、。由于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電流為零（JFET的柵源、柵漏是反偏的；IGFET的gm 柵源、柵源是絕緣的），柵極與源極之間只有電壓存在，因此，輸入回路柵極源極之間可用 開路來(lái)等效。而輸出回路漏極源極之間是受柵源間電壓A Ugs控制的一個(gè)受控電流源“ugs”和并聯(lián)動(dòng)態(tài)電阻rds組成。等效后的電路模型如圖3.1.6所示。圖3.1.6場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)模型圖中參數(shù)gm稱為低頻跨導(dǎo)，它表征了 Ugs對(duì) iD的控制能力，rds為場(chǎng)效應(yīng)管的輸出電 阻（或動(dòng)態(tài)電阻）。受控電流源"gmA Ugs”的方向由 Ugs決定。3.1.3放大電路的動(dòng)態(tài)分析在用晶體管組成放大電路時(shí)，必須考慮兩個(gè)問(wèn)題：一是靜態(tài)偏置問(wèn)題

15、， 即為了使晶體管工作在線性放大區(qū)，應(yīng)如何建立合適并且穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。合適并且穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)是放大電路工作的基礎(chǔ)和前提條件。二是電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)問(wèn)題， 包括電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能。放大電路的靜態(tài)偏置點(diǎn)可通過(guò)靜態(tài)分析來(lái)求得， 已在前一章作了詳細(xì)的說(shuō)明。放大電路 的動(dòng)態(tài)指標(biāo)通常通過(guò)動(dòng)態(tài)分析來(lái)求得。 動(dòng)態(tài)分析是在放大電路的交流通路基礎(chǔ)上， 假定放大 器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)，利用其小信號(hào)模型建立放大電路的等效電路， 然后計(jì)算電路的電 壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。用于研究電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。對(duì)于交流通路是輸入信號(hào)作用下交流信號(hào)流經(jīng)的通路， 交流通路，為簡(jiǎn)化問(wèn)

16、題，可作如下處理：所有耦合電容和旁路電容，由于其電容量設(shè)計(jì)得很大，使其在低頻范圍內(nèi)容抗很小， 因而可忽略不計(jì)，當(dāng)作交流短路；所有直流供電電源（如 Vcc、Vee等），由于視作理想電壓源，所以對(duì)交流信號(hào)而言， 其交流變化量為零，因而也當(dāng)作交流短路。一、放大電路的三種基本組態(tài)根據(jù)放大電路交流信號(hào)在交流通路中輸入輸出的不同，BJT放大電路可分為共射（CE ）、共集（CC）、共基（CB ）三種基本組態(tài)。每一種組態(tài)的放大電路都有其共同的特性。(a) 共射(CE)（b）共集（CC）圖3.1.7 BJT的三種基本組態(tài)(c)共基(CB)(a) 共射(CE)（b）共集（CC）圖3.1.8 BJT三種基本組態(tài)的交

17、流通路(C)共基(CB)1.共射組態(tài)（CE） 如圖3.1.7 （a）所示，Uo通過(guò)耦合電容 C2取自集電極C。在其交流通路中（電容 Vcc交流短路，如圖3.1.8 （a）所示），信號(hào)的輸入輸出回路更清楚，由圖可見，發(fā)射極 輸入、輸出回路中的公共端（交流接地），共射組態(tài)的名稱也由此而來(lái)。在實(shí)用電路中，旁路電容Ce有時(shí)并不接入，或射極電阻不被完全交流短路。這樣的電路雖然發(fā)射極e不再交流共地，但由于發(fā)射極e依然是輸入輸出回路的公共端，因而習(xí)慣上仍稱為共射組態(tài)。2共集組態(tài)（CC）如圖3.1.7 （b）所示，其特點(diǎn)是輸入信號(hào)Ui通過(guò)耦合電容 C1加在基極b上，輸出信號(hào)Uo通過(guò)耦合電容 C2取自發(fā)射極e。

18、在其交流通路中（電容C1、C2交流短路，直流電源 Vcc交流短路，如圖3.1.8 （b）所示），負(fù)載接在發(fā)射極上，因而集電極電阻可以省去，為交流接地，因此稱為共集組態(tài)。3.共基組態(tài)（CB）如圖3.1.7 （C）所示，其特點(diǎn)是輸入信號(hào)Ui通過(guò)耦合電容 C1加在發(fā)射極e上，輸出信其特點(diǎn)是輸入信號(hào)Ui通過(guò)耦合電容Ci加在基極b上，輸出信號(hào)Ci、C2、Ce交流短路，直流電源e為號(hào)Uo通過(guò)耦合電容C2取自集電極C,基極通過(guò)旁路電容 Cb而交流接地，是輸入、輸出回路 中的公共端，因此稱為共基組態(tài)。與BJT放大電路的三種組態(tài)相類似，F(xiàn)ET電路也因輸入信號(hào)引入、輸出信號(hào)取出的不同，分為共源(CS)、共漏(CD

19、)、共柵(CG)三種基本組態(tài)，如圖 3.1.9所示。FET放大 電路三種組態(tài)對(duì)應(yīng)的交流通路如圖3.1.10 所示。共源(CS)(b)共漏(CD)圖3.1.9 FET的三種基本組態(tài)(C)共柵(CG)(a) 共源(CS)(b)(C)共漏(CD)共柵(CG)FET三種基本組態(tài)的交流通路圖 3.1.10二、基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析對(duì)放大電路進(jìn)行分析時(shí)，總是遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。放大電路的動(dòng)態(tài)分析一 般步驟為： 求出靜態(tài)工作點(diǎn)，保證電路工作在放大區(qū)，并根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算放大器件小信號(hào)模型的參數(shù)，如be； 確定交流通路：耦合電容、旁路電容、直流電源當(dāng)作交流短路； 畫出微變等效電路：在交流通路中將放大

20、器件用其小信號(hào)模型代替， 弦信號(hào)，因此等效電路中的電壓和電流的交流分量通常采用復(fù)數(shù)符號(hào)標(biāo)定； 根據(jù)微變等效電路計(jì)算動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：如電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro指標(biāo)等。以下通過(guò)對(duì)基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析，熟悉三種基本組態(tài)對(duì)放大電路的性能和特點(diǎn)，握動(dòng)態(tài)分析方法。在對(duì)三種組態(tài)放大電路的分析中，假定放大電路工作在放大區(qū)。1.共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析典型的共射放大電路如圖3.1.7 (a)所示，在其圖3.1.8 (a)所示交流通路的基礎(chǔ)上晶由于習(xí)慣采用正體管用低頻小信號(hào)模型代入后的動(dòng)態(tài)等效電路如圖3.1.11 所示。圖3.1.11共射放大電路的微變等效電路 求電壓放大倍數(shù)由圖3.1.11列出

21、輸入和輸出回路電壓方程，Uo=lC(Rc/RL/rce) = PbRLUi-1 brbe式中Rl=Rc / RL / rce比Rc / RL，負(fù)號(hào)表示輸出電壓的實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。所以AuUo -3IbRL3RL=>=BU iI brberbe(3.1.22)可見，式中負(fù)號(hào)表示共射放大電路的輸出電壓U 0與輸入電壓U i相位相反。電壓放大倍數(shù)Au的大小與B、Rl、rbe有關(guān)，而rbe =缶+（1 + 3）26mV，因此又與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。I EQ若要增大Au,必須使3增大或rbe減小，但這兩者有一定矛盾，因?yàn)楫?dāng)3增大時(shí)，使rbe也增大，可參見例3.1.1。為此，可調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)Ieq

22、，使之適當(dāng)增大，有助于提高電壓放大倍數(shù)Au。計(jì)算輸入電阻EQ，UiUiRj=Rb1/Rb2/be=Rb I i U i + U i + U iRb1Rb2r be(3.1.23)式中，Rb =Rb1/Rb2?？梢姡瑸榱颂岣吖采浞糯箅娐返妮斎腚娮鑂i,希望Rb和rbe均應(yīng)增大。計(jì)算輸出電阻 計(jì)算輸出電阻常采用輸出端反向加信號(hào)源的方法：令輸入電壓短路（Ui = 0),將負(fù)載Rl開路，在輸出端外加一個(gè)等效電壓源，通過(guò)動(dòng)態(tài)等效電路可求得從輸出端看進(jìn)去的等效 電阻。由于Ui為0，即Ib為0，因此，受控源3 Ib也為0 （開路）。所以，從輸出端看進(jìn)去的 等效電阻為Rq = Rc r ce 止 Rc(3.1

23、.24)2.共集放大電路的動(dòng)態(tài)分析典型的共集電路如圖3.1.7 ( b)所示，集電極作交流信號(hào)的公共端，信號(hào)由發(fā)射極輸出,因此也稱為射極輸出器或射極跟隨器。畫出其微變等效電路如圖3.1.12所示，圖中Rb Rb1 / Rb2。圖3.1.12 CC的微變等效電路求電壓放大倍數(shù)由圖3.1.12列出輸入和輸出回路電壓方程，圖3.1.13 求Ro等效電路U i = I brbe + I e Rl = I b ke + (1 + 3) RL(3.1.25)Uo =ieRL =ib(1 + 3)RL(3.1.26)式中，rL = Re / Rl所以電壓放大倍數(shù)為代町-J； 2 R；rL蘭1(3.1.27)

24、般 3 >>1,上式中，(1 + B)Rl » rbe，則A3(3.1.28)射極輸出器的電壓放大倍數(shù)小于1且近似為1,輸出電壓與輸入電壓相位相同，因此射極輸出器又稱為射極跟隨器。計(jì)算輸入電阻由式(3.1.26)可得從BJT基極處看進(jìn)去的輸入電阻為Ui'Ri=7=rbe +(1 + 3)RlI b(3.1.29)所以整個(gè)放大電路的輸入電阻為R-U：Ui計(jì)Ib叫一 =Rb / Ri' = Rb / L + (1 + 3)RLU i + U iRb R'(3.1.30)或直接考慮Rb的分流作用，得(3.1.31)Ri =Rb/Ri，=Rb/rbe+(1

25、十 3)RL從式(3.1.31)可以看出，輸入電阻Ri比共射放大電路提高了幾十倍甚至幾百倍。輸入電阻大是射極輸出器的一個(gè)重要特點(diǎn)。計(jì)算輸出電阻將信號(hào)源短路，并保留其內(nèi)阻計(jì)算輸出電阻采用反向加信號(hào)源的辦法，計(jì)算輸出電阻的等效電路如圖3.1.13所示，即Rs,將負(fù)載Rl開路，外加一個(gè)等效電壓源 U。，計(jì)算等效電流I。，其比值即為輸出電阻在e點(diǎn)列出電流方程,所以Io = Ib + 3Ib +I &UoW 3)Ib+IRe" 3)rbe+Rb/Rs'eRe(3.1.32)UoUO he + Rb / Rs= Re (1 + 3)+匕rbe+Rb/RsRe(3.1.33)Ro是

26、很小的。1, Uo與Ui相同； 輸入電阻Ri大；輸出電阻Ro小。因此共集電路常作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、隔離級(jí)、輸出級(jí)。如在測(cè)量電路中常用射極輸出器作輸入級(jí)，可起到隔離”和阻抗變換”的作用。當(dāng)用射極輸出器作輸出級(jí)時(shí)，則其工作點(diǎn)穩(wěn)定，具有電流放大作用，且具備較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。3.共基放大電路的動(dòng)態(tài)分析電路如圖3.1.7 (C)所示。畫出其微變等效電路如圖3.1.14所示。通常，be較小，信號(hào)源的內(nèi)阻 Rs也很小，所以射極輸出器的輸出電阻綜上分析，可見射極輸出器的特點(diǎn)是： 電壓放大倍數(shù)近似 1而小于圖3.1.14 CB的微變等效電路求電壓放大倍數(shù)Au 3 si 遲U i I b rbebe(3.1

27、.34)式中，rL =Rc/Rl與共射電路比較，Au的大小相同，只差一個(gè)負(fù)號(hào)。這是因?yàn)楣采潆娐?共基電路為同相。Uo與Ui反相，而 計(jì)算輸入電阻 由輸入電阻定義有r beo' U i - I b rbe(3.1.35)Ri _-Ie -(1 + P)Ib1+ P考慮Re的分流作用，則rbeRi=ReRi=Re/£ p(3.1.36)可內(nèi)，共基電路的輸入電阻 Ri比共射電路小得多。 計(jì)算輸出電阻求輸出電阻時(shí)按反向加等效信號(hào)源的方法處理。并令 Us=0,所以，lb = 0 , Pib = 0(受控電流源開路)，則(3.1.37)Ro Rc可見，共基電路的輸出電阻Ro與共射電路相同

28、。例3.1.1 雙極型管CE放大電路如圖3.1.15所示，設(shè)晶體管在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的p =50。試計(jì)算：(1) Au、Ri、Ro；(2) 若改用p = 100的晶體管，重新計(jì)算 Au、Ri、Ro；(3) 若不接Ce，對(duì)有何影響。圖 3.1.15這是一個(gè)典型的CE放大電路，式例圖(3.1.22)、(3.1.23)、(3.1.24)已求得:Au=p(c Rl )rbeRi=Rb1 / Rb2 / rbeRo=Rc / Le 俺 Rc但手冊(cè)中，一般只給出B值。計(jì)算Au、Ri、靜態(tài)工作點(diǎn)?？紤]圖3.1.15的直流通路，可得Ro需先求取rbe值，所以應(yīng)計(jì)算放大電路的式中,所以,Ub-0.7I BQ =R

29、b +0 + B)ReRbUbI BQI EQ=Rb1 / Rb2 =15/ 6.2 =4.4 k Q=空竺空=3.5VRb1 +Rb215+6.2=3.5 0.7 = 0.026 mA4.4 + 51x2止1 CQ 3I BQ =1.3 mA取rbb= 200 Q，則rbe "bb +(1 + 3)嚴(yán)=200+51x£I EQ1 .3= 1.2 kQ由此可得Au50M3/3)62=621.2Ri= 15/6.2/1.2 止 0.94 kQRoRc = 3 k Q(2)若改用3 = 100的晶體管，貝y3.5-0.7I BQ=0.0136 mA4.4+101咒2I EQI

30、CQ =1.36 mAbeAu26= 200 + 101%=2.1 kQ1.36100x(3/3)“=s： 712.1Ri= 15/6.2/2.仆 1.4 kQRoRc =3 k Q5% ）,這是由于Re的反饋抑制作用的 所以除了能有效地抑制溫漂外，還允計(jì)算結(jié)果表明，3增大后，I CQ增加不多（僅增加 結(jié)果。正因?yàn)樯錁O偏置電路有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用， 許晶體管的3在一定范圍內(nèi)選擇，這將有利于批量生產(chǎn)和調(diào)試。由于3增大后Icq增加不多，所以rbe增大較多（增大約 75%）,因此，電壓放大倍數(shù) Au增大不多（僅增加 15%）。（3）若不接Ce，畫出微變等效電路如圖3.1.16所示。由圖可以得到：圖

31、 3.1.16不接Ce時(shí)的等效電路Au=U="u"_3(c / Rl )be + (1 中 3) Re= 50"33)=O.731.2+51 咒 2Ri= Rb1 /Rb2 /tbe +(1 + 3)Re = 15/6.2/1.2+51x2b 4.2 kQRo=Rc = 3 k Q計(jì)算結(jié)果表明，若 Ce不接，由于Re對(duì)直流和交流信號(hào)均有反饋抑制作用，所以在穩(wěn)定 靜態(tài)工作點(diǎn)Icq的同時(shí)，使電壓放大倍數(shù) Au大大減小，而輸入電阻卻明顯增大。這就是為 什么需要在CE電路的發(fā)射極接旁路電容 Ce的原因。例3.1.2由雙極型管構(gòu)成的電流源電路如圖3.1.17所示。設(shè)晶體管的

32、3 = 50, rce=50 k Q。要求：(1) 寫出Ic與Uz的關(guān)系式；(2) 計(jì)算電流源的輸出電阻Ro；(3) 分析當(dāng)負(fù)載電阻 Rl改變時(shí)，電流源的靜態(tài)工作條件。例圖圖3.1.18小信號(hào)模型圖 3.1.17解：(1 )由其直流通路可寫出:I _I Uz -0.7VIc 一 Icq Re= 3=10.4 mA0.51(2) 為計(jì)算電流源的輸出電阻，需將電路改畫成它的小信號(hào)模型，并在輸出端用外加 電壓源代替負(fù)載電阻，如圖3.1.18所示。圖中，rz為穩(wěn)壓管動(dòng)態(tài)電阻，一般在幾十歐以內(nèi),所以rz<<Rb。由圖可列出下列回路方程式:1 b( rbe 十 Rb rz)中 U 0 + 1

33、b)Re = 0 (1 o 3 lb )rce +( o +=Uo可解得輸出電阻為be+R二尺rz 廠凡(rbe + Rbrz)s：1 +、be + Re 丿(3.1.38)設(shè)3= 50, rce= 50 k Q,因 Icq= 10.4mA，由此可算出rbe= rbb +(1 + 3)26mV=100 +51X 竺 “28 (Q) bbIcq10.4所以Ros：1+5"510 L50 =1.78M QV 228 +510丿可見圖例電路有很高的輸出電阻，因而具有較理想的恒流源特性。特別是當(dāng)Re » rbe時(shí)，電流源的輸出電阻為Ro =(1 十斗RIce - 3rceVbe+R

34、e 丿(3.1.39)(3)當(dāng)Rl變化時(shí)， UcEQ 隨著改變:UcEQ -VCC (Re + RJCQ當(dāng)Rl增大到使UcEQW 0.7V時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，IcqM Ieq，因而 恒流，為此要求：Icq無(wú)法繼續(xù)保持所以UcEQ -Vcc -(Re + RL)ICQ 工 0.7VRl <Vcc "0.7 - Re 二12"。.7 _0.51 上 0.576 kq10.41 CQRl在0-576 Q之間變化?？梢娫摵懔髟措娐穬H允許負(fù)載4. FET放大電路的動(dòng)態(tài)分析與雙極型管電路相類似，F(xiàn)ET放大電路也有對(duì)應(yīng)的三種組態(tài)，它們分別如圖3.1.19所示。按照BJT放大電路的

35、分析方法，可以求得它們的動(dòng)態(tài)指標(biāo)如下：對(duì)圖(a)共源(CS)放大電路有：（a）共源組態(tài) （b）共漏組態(tài)（c）共柵組態(tài)圖3.1.19場(chǎng)效應(yīng)管放大電路及其微變等效電路= ±4_gmRLUgs(3.1.40)式中，Rl =Rd / Rl / rd Rd / Rl 。(3.1.41)Rj+Rg1/Rg21 i顯然，在FET柵極上串聯(lián)電阻 Rg有助于提高電路的輸入電阻。對(duì)圖(b)共漏U 0= Rd rds 止 RdsRl(CD)放大電路有：(3.1.42)A-Utg mU gs RlU gs + g mU gs RL1 中 gmRL(3.1.43)式中，Rl =R/ Rl。(3.1.44)Uo

36、-0 -，/+Uog mU gsR對(duì)圖(c)共柵(CG)放大電路有：UsRl壬Uog mU ogm1 1r = R/一+ 一 g mR(3.1.45)AuU o g mU gs RL'冷=gmRLU i一 U gs(3.1.46)RiUi=-IiU gsgs11R+gmr/gm(3.1.47)RoUo"Io=0UsRl壬=Rd(3.1.48)因此應(yīng)該熟練掌握三種組態(tài)放大CC組態(tài)和場(chǎng)效應(yīng)管 CD組態(tài)作為射極(或源極)跟隨器，其電壓增益 1，輸出電壓與輸入電壓之間相位相同。CB組態(tài)和場(chǎng)效應(yīng)管 CG組態(tài)作為同相電壓放大器，具有較大的電壓增 益，并且輸出電壓與輸入電壓相位相同。上述不

37、同組態(tài)的電壓相位關(guān)系，無(wú)論對(duì)NPN型或PNP型雙極型管還是 N型溝道或P型溝道場(chǎng)效應(yīng)管均適用。2.輸入電阻(1)場(chǎng)效應(yīng)管CS、CD組態(tài)放大電路的輸入電阻較大。這是因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管是一種電壓三、放大電路三種組態(tài)性能指標(biāo)的比較 放大電路的三種組態(tài)是組成復(fù)雜放大電路的基本單元， 電路的特性及它們的區(qū)別。1 .電壓增益(1) 雙極型管CE組態(tài)和場(chǎng)效應(yīng)管 CS組態(tài)作為反相電壓放大器， 具有較大的電壓增益,并且輸出電壓與輸入電壓相位相反。一般來(lái)說(shuō)，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的電壓增益比雙極型管放大電路相對(duì)較低。(2) 雙極型管 均小于1且接近于(3) 雙極型管控制型器件，它的柵極電流總是近似為零，Rg1、Rg2僅作為分

38、壓器用，允許選用較大的阻值(例如幾百千歐)，并且還可以在柵極串聯(lián)Rg以進(jìn)一步提高輸入電阻，如式(3.1.41)和式CS、CD電路的輸入電阻。 它的基極偏置電阻 Rb1、Rb2不僅起分壓作用，而 CE電路的輸入電阻為(3.1.44)所示。(2)雙極型管CE電路的輸入電阻數(shù)值上遠(yuǎn)小于場(chǎng)效應(yīng)管 這是因?yàn)殡p極型管是一種電流控制型器件， 且還需提供一定的偏置電流，故一般選用幾千歐至幾十千歐。而R =Rb1/Rb2/rbe見式(3.1.23),rbe的數(shù)值通常約為幾千歐，因此，雙極型管CE電路的Ri = Rb /be +(1 + B)RL 見=(1+ B)ib，所以 Rl輸入電阻典型值為幾千歐左右。(3)

39、 CC組態(tài)是雙極型管放大電路中 Ri最大的一種組態(tài),式(3.1.31)。這是因?yàn)閞L位于輸入回路中，且流經(jīng)它的電流為折合到基極輸入端相當(dāng)于放大(1 + B )倍。(4)相反，CB組態(tài)是雙極型管放大電路中的輸入電阻Ri最小，rbeRiZ 見式(3.1.36)。這是因?yàn)閞be處于基極回路中，與射極回路相比，流經(jīng)它的電流為lb = I e/(1 +卩),所以從射極回路看(輸入端)相當(dāng)于rbe/(1 + B)，約為幾十歐。同樣,CG組態(tài)在場(chǎng)效應(yīng)管放大電路中也有較小的輸入電阻，R1=R/ 見式(3.1.47)，其中,g m1/gm約為幾百歐，這是電流源“ gmUgs ”并聯(lián)影響的結(jié)果。3.輸出電阻(1)

40、凡是以集電極作為輸出端的CE、CB和以漏極作為輸出端的 電路，其輸出電阻為該電極與電源之間的負(fù)載電阻(如雙極型管放大電路中的 管放大電路中的 Rd)。cs、CG組態(tài)的放大Rc和場(chǎng)效應(yīng)(2) CC和CD組態(tài)的放大電路其輸出電阻最小。分別是R。=艮/be + RMRs 見1式(3.1.33)和R。= R/見式(3.1.45)，與CB和CG組態(tài)的輸入電阻g mRi表達(dá)式相似。這是因?yàn)樗鼈兌际菑纳錁O e或源極s看進(jìn)去的等效電阻。4.用途(1) CE放大電路既有電壓放大作用，又有電流放大作用，因而應(yīng)用廣泛, 級(jí)放大電路的中間級(jí)。(2) CC放大電路只放大電流、 于輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)，起隔離、(3)

41、CB放大電路只放大電壓、 高頻放大電路。(4) 場(chǎng)效應(yīng)管(單極型管)的特別適合多不放大電壓，其特點(diǎn)是輸入電阻高、輸出電阻低，多用 阻抗變換或電流放大的作用。不放大電流，其最大優(yōu)點(diǎn)是頻率特性好，常用于寬頻或CS、CD、CG組態(tài)分別與雙極型管的 CE、CC、CB組態(tài)相對(duì)應(yīng)。值得注意的是，場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力比晶體管差，例如CS放大電路的電壓放大倍數(shù)只有幾到幾十，而 CE放大電路的電壓放大倍數(shù)通?？蛇_(dá)幾十或上百。但場(chǎng)效應(yīng)管最突 出的優(yōu)點(diǎn)是可以組成高輸入電阻的放大電路，并且噪聲低、溫度穩(wěn)定性好，易于集成化，因 此被廣泛地應(yīng)用于各種集成電子電路中。四、多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用中，放大電路通常由多個(gè)

42、單級(jí)放大電路組成，稱為多級(jí)放大電路。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。1. 級(jí)間耦合多級(jí)放大電路的級(jí)間連接原則和單級(jí)放大器基本相同，都要求各級(jí)都應(yīng)有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，且各級(jí)間的靜態(tài)工作點(diǎn)最好互不影響，以防止漂移電壓逐級(jí)放大。動(dòng)態(tài)時(shí)， 信號(hào)能實(shí)現(xiàn)不失真的傳遞和放大。多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式要根據(jù)連接原則來(lái)決定，主要的級(jí)間耦合方式有阻容耦 合、直接耦合、變壓器耦合、光電耦合。(1)阻容耦合阻容耦合方式通過(guò)耦合電容傳遞信號(hào)，并對(duì)各自的靜態(tài)工作點(diǎn)互相隔離。如二級(jí)阻容耦合放大電路如圖3.1.20所示，其中第一級(jí)為共射放大電路，第二級(jí)為共集放大電路。圖3.1.20阻

43、容耦合放大電路由于電容有隔直作用，阻容耦合放大電路各級(jí)的直流通路互相隔離，各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，在設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)可按單級(jí)放大電路處理，因此阻容耦合放大電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，在分立元件電路中得到非常廣泛的應(yīng)用。阻容耦合的缺點(diǎn)是不能放大頻率較低的信號(hào)以及直流信號(hào)，頻率特性較差。此外，在集成電路中制造大容量電容很困難，所以這種耦合方 式不便于集成化。(2)直接耦合將前一級(jí)放大電路的輸出直接連接到后一級(jí)放大電路的輸入端，稱為直接耦合。圖 3.1.21所示為一直接耦合放大電路。由于電路中沒(méi)有大容量電容，直接耦合放大電路的突出 優(yōu)點(diǎn)是具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號(hào)；并且易于將全部電路集成在硅

44、片上， 所以集成運(yùn)放中常采用這一耦合方式，對(duì)變化緩慢的信號(hào)或直流信號(hào)也常采用這一耦合方 式。但直接耦合電路存在下面問(wèn)題： 各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響直接耦合放大電路使各級(jí)之間的直流通路相連，因而靜態(tài)工作點(diǎn)之間相互影響，這樣給直接耦合放大電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)了一定的困難。 直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題當(dāng)放大電路輸入電壓 Us= 0時(shí)，輸出電壓應(yīng)該是零或者是某一固定的電壓。但是對(duì)于直接耦合放大電路，如果用電壓表測(cè)量它的輸出，則輸出電壓會(huì)忽大、忽小，慢慢地偏移零的輸出電壓或某一固定的電壓，這種現(xiàn)象就是直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因是，當(dāng)?shù)谝患?jí)由于某一種原因使輸出產(chǎn)生一個(gè)變化時(shí)，

45、這一變化將直接耦合至第二級(jí)、 第三級(jí)并逐級(jí)放大。使輸出電壓偏離原來(lái)數(shù)值。當(dāng)放大電路的放大倍數(shù)越大時(shí)，漂移現(xiàn)象越嚴(yán)重，甚至?xí)跊](méi)真正有用的信號(hào)， 使后級(jí)放大電路中的半導(dǎo)體器件達(dá)到飽和或截止，使之完全偏移了靜態(tài)值。BE、產(chǎn)生直接耦合放大電路零點(diǎn)漂移現(xiàn)象的主要原因在于半導(dǎo)體器件的特性，如B、UIs等，受溫度的影響，元件參數(shù)的不穩(wěn)定，電源的波動(dòng)等。減小零漂的方法有下面的幾種 途徑： 選用性能穩(wěn)定的元器件，并進(jìn)行老化、篩選； 采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ?采用負(fù)反饋方法來(lái)抑制； 采用阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合，或選用隔離放大器； 改變電路結(jié)構(gòu)選用差動(dòng)放大電路。圖3.1.21直接耦合放大電路(3) 變壓器耦合

46、將放大電路前級(jí)的輸出端通過(guò)變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上，稱為變壓器耦 全。電路如圖3.1.22所示。圖3.1.22變壓器耦合多級(jí)放大器變壓器耦合能實(shí)現(xiàn)信號(hào)在多級(jí)放大電路的傳遞，又能對(duì)直流起隔離作用，所以與阻容耦合一樣，其主要優(yōu)點(diǎn)是各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。但變壓器耦合的缺點(diǎn)是同樣頻率特性不好，不能耦合低頻及直流信號(hào)，且非常笨重，體積大，價(jià) 格貴。變壓器耦合的另一優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)阻抗變換，利用變壓器的變比可以選擇最佳的負(fù)載值，使放大電路前后級(jí)、輸出級(jí)和負(fù)載之間實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。因而在分立元件功率放大電路中應(yīng)用較廣。（4）光電耦合光電耦合的基本方式如圖 3.1.23所示

47、。光電耦合是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換、電光轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞，因而在電氣上實(shí)現(xiàn)了隔離。由于其抗干擾能力強(qiáng)而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。圖3.1.23光電耦合2. 多級(jí)放大電路的性能指標(biāo)圖3.1.24所示為多級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)框圖。由圖可知:圖3.1.24多級(jí)放大電路結(jié)構(gòu)（1）前一級(jí)放大電路的輸出為后一級(jí)放大電路的輸入，所以，多級(jí)放大電路的電壓放 大倍數(shù)等于各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)之積，即(3.1.49)代¥ U2 = Au1 入2 Au廠n AukU i U i U1 U n_2心由于后一級(jí)放大電路的輸入電阻是前一級(jí)放大電路的負(fù)載，因此在計(jì)算多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)應(yīng)考慮后一級(jí)放大電路的輸入電阻作為前

48、一級(jí)放大電路的負(fù)載對(duì)它的影響。（2）根據(jù)放大電路輸入電阻的定義，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)電路的輸入 電阻，即(3.1.50)Ri =Ri1 =9丄I i當(dāng)?shù)谝患?jí)為CC電路時(shí)，由于CC電路的輸入電阻與其負(fù)載有關(guān)，所以應(yīng)考慮第二級(jí) Ri2作為第一級(jí)的負(fù)載對(duì)整個(gè)放大電路輸入電阻Ri的影響。(3)根據(jù)放大電路輸出電阻的定義，多級(jí)放大電路的輸出電阻就是末級(jí)放大電路的輸 出電阻，即Ro = Ron(3.1.51)當(dāng)末級(jí)放大電路為 CC電路時(shí)，應(yīng)考慮末前級(jí)輸出電阻Ro(n-1)對(duì)它的影響。例3.1.3 二級(jí)放大電路如圖3.1.25所示，已知晶體三極管T1、T2的Ube=0.7V、3 1=3 2= 5

49、 0, rbb'=300 Q , C1、C2、C3、C4 的容量足夠大。試求(1)(2)(3)提高嗎？放大電路的電壓放大倍數(shù)A u ；放大電路的輸入電阻R|；在電路的A、B二點(diǎn)間跨接一個(gè)大容量的電容時(shí)，您認(rèn)為放大器輸入電阻能顯著圖3.1.25 例圖解：(1)電路由二級(jí)放大電路組成，第一級(jí)為射極輸出器，第二級(jí)為共基放大電路，采用的 是阻容耦合方式。先求靜態(tài)工作點(diǎn)，求出rbe1和rbe2。51Ua =5 天 一 =4.36v51+7.5EQ1 = (1 + 3 B = (1 + 3) Rb；1+ :二=51 1 為著 0.26 mA26 26rbe1=rbb'+(1 + 3)=30

50、0+ 51 沢右=5.4 kQIEQ10.26U B2=5x一-b2一=5咒20=3.125 VR3+Rb212+20Rb2I EQ2Re2y =“+(! + B)0.8126 = 300 + 5仆絲 “94 k.0.81所以 A-rbeFTT其中Rl = Re1 / Ri2尺2 = Re2=3/ =0.0 3 »Q1 + P 1+50Rl = Rm/尺2 =120.038 =0.038 kQAu1=512O382265rbe1 + (1 + B) Rl15.361 + 51X O.O38(1 + B)RliAu2=唱=50曙=8.505A Au1 Au2 =0.265x8.505 =2.254放大電路的輸入電阻 RiRi = Rb +侃1/只2)/人1 +(1 + b)rL2=100+6.54】 5.36 +51x0.038】= 1O6.54/7.299止 6.83k QA點(diǎn)電位同 當(dāng)AB間用大電容跨接后，該電容稱自舉電容，動(dòng)態(tài)時(shí)使發(fā)射極電位和時(shí)升高，流過(guò)Rb +(Ri R2)支路的電流減小，Rb +(Ri R2)支路的等效電阻增加，但該題中，由于rbei +(1 + B)Rli支路電阻已定，再增