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1、第一章 放大電路的基本原理和分析方法(二) 五、單管放大電路的三種基本組態(tài)放大電路有三種基本組態(tài),或稱三種接法 共射組態(tài)、共集組態(tài)和共基組態(tài)。三種組態(tài)電路的性能比較見教材 65 頁(yè)表 1 一 1 。 【 例 9 】共集電極電路如圖 1 6 ( a ) 所示。已知三極管=100 , rbb´= 300, UBEQ = 0 . 7V , R b= 430k, Rs = 20k, Vcc = 12V , Re = 7 . 5k, RL= 1 . 5k。
2、60; 圖十六( 1 ) 畫出電路的微變等效電路; ( 2 ) 求電路的電壓放大倍數(shù) Au和 Aus: ; ( 3 ) 求電路的輸入電阻 Ri 和輸出電阻 R0 。 解: ( 1 ) 電路的微變等效電路見圖 16 ( b )。
3、160; 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)共集電極電路動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)葬方法。 【 例 10 】 在圖 17 ( a ) 所示的放大電路中,已知三極管的= 50 , UBEQ = 0 . 6V , rbb ' = 300,電路其它參數(shù)如圖中所示。 圖十七( 1
4、 ) 畫出電路的直流通路和微變等效電路; ( 2 ) 若要求靜態(tài)時(shí)發(fā)射極電流 IEQ = 2mA ,則發(fā)射極電阻 Re應(yīng)選多大? ( 3 ) 在所選的 Re之下,估算 IBQ 和 UcEQ 值; ( 4 ) 估算電路的電壓放大倍數(shù) Au、輸入電阻 Ri和輸出電阻 R0 。 解: ( 1 ) 畫出電路的直流通路和微變等效電路,見圖 1 7( b )和( c )所示。 ( 2 ) 根據(jù)圖( b )的直流通路,可列出 【 說(shuō)明 】 本題練習(xí)共基極放大電路的分析方法。 六、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 (一
5、)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型三極管一樣,也可作為放大元件,但它本身又具有自己的 特點(diǎn):( 1 ) 場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制元件,它是利用柵極與源極之間的電壓 UGS 的變化來(lái)控制漏極電流 iD 的變化的;( 2 ) 場(chǎng)效應(yīng)管的共源輸入電阻很高,其等效電阻 rGs 可達(dá) 1010以上,所以靜態(tài)時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極基本不取電流; ( 3 )為使放大電路正常工作,應(yīng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō),應(yīng)預(yù)先設(shè)置一個(gè)靜態(tài)偏置電壓UGSQ;( 4 )場(chǎng)效應(yīng)管是利用一種極性的多數(shù)載流子導(dǎo)電,故有單極型三極管之稱,它的性能受溫度變化的影響較小。而晶體三極管是利用兩種極性的載流子參與導(dǎo)電,
6、故被稱做雙極型三極管。 (二)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路性能比較現(xiàn)將各種場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的性能比較列于表中(略)(電路請(qǐng)參閱教材)。 【 例 11 】在圖 18(a) 所示的放大電路中,已知場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性如圖(b)。 &
7、#160; 圖十八 ( l ) 畫出直流負(fù)載線,確定靜態(tài)工作點(diǎn); ( 2 ) 確定靜態(tài)工作點(diǎn)處的跨導(dǎo)gm; ( 3 ) 估算電壓放大倍數(shù)Au和輸出電阻R0; ( 4 ) 若已知UTN =2V ,試用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)處的 UGsQ , IDQ和UDSQ值。 解:( 2 ) 根據(jù)定義 gm= iD/uGS, 在Q點(diǎn)附近取 iD 便有相應(yīng)的 uGS見圖(b), 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)基
8、本共源電路的綜合分析方法。 【 例 12 】在圖1 9( a )所示的共源極放大電路中,場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性見圖(c)。
9、 圖十九 ( 1 ) 畫出電路的微變等效電路; 解:(1)放大電路的微變等效電路見圖20所示。
10、160; 圖二十 (2)圖解發(fā)求Q和gm: 連接這兩點(diǎn),得到直流負(fù)載線 AB ,見圖 1 9( c )。 作轉(zhuǎn)移特性曲線:由輸出特性可以看出,當(dāng) uGs = 0 時(shí),ID2 . 2mA (a ) ,連接 a , b , c , 各點(diǎn)得到轉(zhuǎn)移特性曲線,見圖 19 ( b )。連接這兩點(diǎn),得到轉(zhuǎn)移特性的負(fù)載線。 轉(zhuǎn)移特性和直流負(fù)載線的交點(diǎn)便是靜態(tài)工作點(diǎn) Q ,且可
11、對(duì)應(yīng)得到 IDQ= lmA , UGsQ =2V ,和確定輸出特性上的靜態(tài)工作點(diǎn)Q,得到 UDsQ 12V . 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)分壓自偏壓式共源電路的綜合分析方法。 【 例 1 3 】 效應(yīng)管放大電路如圖 21( a )所示,已知VDD =12V , RG=12M,R1= l00k , R2 = 300k , RS = 12k, RL = ,電容 C1, C2足夠大,效應(yīng)管在工作點(diǎn)處的跨導(dǎo) g m=0 .9mS, rDs 很大,可忽略。
12、; ( l ) 列出靜態(tài)工作點(diǎn)處的 UGSQ , UDsQ 和IDQ的表達(dá)式; ( 2 ) 畫出電路的微變等效電路; ( 3 ) 求電路的 Au,Ri和R0值; ( 4 ) 求當(dāng) R L
13、=12k時(shí)的Au值。
14、160; 圖二十一 解:本題練習(xí)共漏放大電路的分析方法。 ( 1 ) 根據(jù)公式列出 (2)微變等效電路見圖 21 ( b )。 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)共漏放大電路的分析方法。
15、60; 七、放大電路的頻率響應(yīng) (一)頻率響應(yīng)的一般概念前面各章的討論,均是假設(shè)在輸入信號(hào)的中頻范圍內(nèi),即忽略了電路中各種電抗性元件的作用的情況下進(jìn)行的。但是在實(shí)際中,隨著信號(hào)頻率的變化,放大電路的放大倍數(shù)要隨之變化并產(chǎn)生一定的相位移。因此,放大電路的電壓放大倍數(shù)和相位是頻率的函數(shù),稱之為放大電路的頻率特性。前者稱之為幅頻特性,后者稱之為相頻特性。 圖22電路的頻率特性。在低頻段,由于信號(hào)頻率很低,使禍合電容的容抗增大,三極管極
16、間電容的作用可忽略,輸入電壓 uBE 減小,電壓放大倍數(shù)降低。同時(shí)C1放大電路輸人電阻Ri構(gòu)成RC 高通電路,產(chǎn)生超前的相位移,在高頻段,由于信號(hào)頻率較高,三極管極間電容的作用不可忽略(串聯(lián)電容的作用可忽略),它將部分電流分走,使流入管子的電流減小,電壓放大倍數(shù)降低,同時(shí)形成的 RC 低通回路產(chǎn)生滯后的相位移。圖 22 ( a ) 為幅頻特性,圖(b)為相頻特性。 (二)單管共射放大電路的頻率響應(yīng)圖 22 ( a )是單管共射放大電路,圖(b)是其完整的混合等效電路。 ( l ) 中頻電壓放大倍數(shù)在
17、中頻段,隔直電容和管子極間電容的作用均可忽略,經(jīng)推導(dǎo),其電壓放大倍數(shù)為: (1)( 2 ) 低頻電壓放大倍數(shù)設(shè) C2 C1, C2的作用可忽略(不考慮極間電容的影響),經(jīng)推導(dǎo),其電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式為 (2)
18、0; 圖二十二
19、0; 圖二十三 ( 3 ) 高頻電壓放大倍數(shù)設(shè) C' C'
20、', C''和R'L的時(shí)間常數(shù)小于C'和輸入電阻的時(shí)間常數(shù),在前者可以忽略的條件下(不考慮藕合電容的影響),經(jīng)推導(dǎo),其電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式為 (3) (三)波特圖波特圖是一種采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)來(lái)繪制放大電路頻率特性曲線的一種圖形。即頻率的坐標(biāo)用其對(duì)數(shù) lgf 表示,幅頻特性的縱坐標(biāo)用放大倍數(shù)的模取對(duì)數(shù)后乘以 20 來(lái)表示,即 20lgÀu,單位為分貝(dB)。相頻特性的縱坐
21、標(biāo)為放大倍數(shù)的相角。采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是可開闊視野,在較短的坐標(biāo)軸上表示出較寬頻帶范圍內(nèi)的情況。根據(jù)式 1 3 可畫出單管共射放大電路的波特圖,見圖24所示。 圖二十四 在中頻段, Ausm是一個(gè)與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù),因
22、此它是一條水平線,且是最大值,由于三極管的倒相作用,相位差180o在低頻段,頻率每下降 10 倍,電壓放大倍數(shù)就下降 20dB ,即斜率為 20dB / 10 倍頻程,并經(jīng) f = fL這一點(diǎn),相位移在180o的基礎(chǔ)上超前最多不會(huì)超過 90o
23、; 在高頻段,頻率每升高10 倍,電壓放大倍數(shù)就下降 20dB ,即斜率為20dB / 10 倍頻程,并經(jīng)過 f = fhhHHHHH這一點(diǎn),相位移在180o的基礎(chǔ)上滯后最多不超過 90o完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為: (四)上限頻率 fH和下限頻率 fL 的計(jì)算方法一般來(lái)說(shuō),fL 、 fH的計(jì)算方法通常采用時(shí)間常數(shù)法。當(dāng)信號(hào)頻率較低求算fL時(shí),我們忽略三極管極間電容的作用,突出
24、藕合電容 C 1, C2 的作用;當(dāng)信號(hào)頻率較高,求算fH時(shí),我們忽略藕合電容的作用而突出管子極間電容的影響,一般步驟是: ( 1 ) 分別畫出放大電路低頻等效電路和高頻時(shí)混合等效電路; ( 2 ) 計(jì)算電容單獨(dú)作用時(shí)(低頻時(shí),其它耦合電容短路;高頻時(shí),其它極間電容開路)回路的時(shí)間常數(shù)值; ( 3 ) 比較各值。低頻時(shí)選值小,高頻時(shí)選值大的作為該電路的低頻時(shí)間常數(shù)和高頻時(shí)間常數(shù);( 4 ) f = 換算出下限頻率fL限頻率 fH .在求算fL和fH時(shí),一般來(lái)說(shuō)fH的計(jì)算比較麻煩。可根據(jù)上面有關(guān)公式和給定的已知條
25、件求得。 fT的數(shù)值有時(shí)需從手冊(cè)中查得?!?例 14 】放大電路如圖25所示。已知 Vcc = 6 . 7V , Rb 300k, Rc2k,三極管的 100 , rbe = 300 , UBEQ = 0.7V , Cl = C2 = 5 F 。( 1 ) 求中頻電壓放大倍數(shù) Aum; ( 2 ) 求下限頻率fL;( 3 ) 若設(shè)上限頻率 fH = 300kHz ,試畫出波特圖。解:本題練習(xí)中頻電壓放大倍數(shù) Aum,
26、下限頻率fL的計(jì)葬方法及波特圖的畫法。 ( 1 ) 本題雖然要求的是動(dòng)態(tài)參數(shù),但有時(shí)卻要從靜態(tài)分析開始。
27、 圖二十五 根據(jù)上面所給公式可得:( 3 ) 畫波特圖,關(guān)鍵是要抓住以下幾點(diǎn): 求出電路中頻電壓放大倍數(shù) Aum ( Aum)。該值為常數(shù)且最大值,是一水平直線。對(duì)于單管共射放大電路來(lái)說(shuō),其相位為180o。 求電路的上限頻率fH和下限頻率fL 在低頻段,幅頻特性:按20dB / 10 倍頻程的斜率變化(即頻率增加 10 倍,幅值增加
28、 20dB )。相頻特性:在180o的基礎(chǔ)上,相位超前最大不超過 90o。一般認(rèn)為頻率在 10fL至 0.1fL 范圍按90o 的斜率變化,且fL正好發(fā)生在180o + 45o135o處。 在高頻段,幅頻特性按20dB/10倍頻程的斜率變化(即頻率增加 10 倍,幅值減少 20dB )。相頻特性:在180o的基礎(chǔ)上,相位滯后最大不超過 90o,一般認(rèn)為頻率在 0.1fH 至 10fH 介范圍內(nèi),按90o的斜率變化,且fH正好發(fā)生在180o 45o 225o處。已知 |Aum| = 125 ,則 20lg|Aum| 42dB , fL = 20Hz ,fH 300kHz,畫出其波特圖,見圖26所
29、示。 圖二十六 八、多級(jí)放大電路 (一)多級(jí)放大電路的藕合
30、方式將若干級(jí)單管放大電路級(jí)連起來(lái)就構(gòu)成了多級(jí)放大電路。級(jí)與級(jí)之間的連接方式常用的有三種直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。三種耦合方式的比較見教材 105 頁(yè)表 12 。 (二)多級(jí)放大電路的靜態(tài)分析直接藕合放大電路因無(wú)電容隔直,各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不獨(dú)立,分析時(shí)比較麻煩。一般都要找好突破口,通過關(guān)鍵支路的電壓電流關(guān)系求解聯(lián)立方程得到。阻容禍合和變壓器藕合電路因有隔直作用,故各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立,只要按前面學(xué)過的分析方法,一級(jí)一級(jí)地計(jì)算就可以了。 (三)多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析
31、160; 1、中頻電壓放大倍數(shù)的估算多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù) Au應(yīng)是各級(jí)電路電壓放大倍數(shù)之乘積,即 其中:為多級(jí)放大電路的級(jí)數(shù),其中每級(jí)的電壓放大倍數(shù)可用單級(jí)放大電路的公式來(lái)計(jì)算。單管基本共射、共集、共基電路電壓放大倍數(shù)的公式見以下各式 要特別注意的是,公式中的 Ri ,不僅是本級(jí)電路輸出端的等效電阻,還應(yīng)包含下級(jí)電路等效至輸入端的電阻,即前一級(jí)輸出端往后看總的等效電阻。 &
32、#160; 2 、輸入電阻的估算多級(jí)放大電路的輸入電阻一般來(lái)說(shuō)就是輸入級(jí)電路的輸入電阻,即 3 輸出電阻的估算多級(jí)放大電路的輸出電阻一般來(lái)說(shuō)就是輸出級(jí)電路的輸出電阻,即:
33、0; 【 例 15 】?jī)杉?jí)放大電路如圖27所示。已知rbb1 = rbb2 = 300, UBEQ0,
34、R130k, R2 = 150k, R3 =10k, R4 =3 . 6k, R5= 20k, R6= 10k, R7= 5 . 6K,1 =2 = 50 , VcC = 1 2V 。 ( 1 ) 試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn); ( 2 ) 畫出電路的微變等效電路; ( 3 ) 求電路中頻時(shí)的電壓放大倍數(shù) Au、輸入電阻 Ri和輸出電阻 Ro , &
35、#160; 圖二十七
36、160; 圖二十八 解: ( 1 ) 靜態(tài)工
37、作點(diǎn)兩級(jí)是互相獨(dú)立的,單獨(dú)計(jì)算即可。第一級(jí)放大電路為分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,第二級(jí)為共集電極電路。 ( 2 ) 微變等效電路見圖28 所示。 ( 3 ) Au Aul ×Au2
38、160; 式中: 代入數(shù)據(jù),可得 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)阻容藕合放大電路的綜合分析方法。 【 例 16 】 兩級(jí)放大電路如圖 29所示,求電路靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、
39、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。 解: 圖二十九
40、畫出圖29電路的直流通路和微變等效電路,見圖30所示。
41、160; 圖三十 【 說(shuō)明 】本題練習(xí)共射一共基組態(tài)電路的分析方法。 (四)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) l、幅頻特性已知多級(jí)放大電路總的電壓放大
42、倍數(shù)是各級(jí)放大電路放大倍數(shù)的乘積,則其對(duì)數(shù)幅頻特性便是各級(jí)對(duì)數(shù)幅頻特性之和,即 見圖 31 ( a )。 2、相頻特性多級(jí)放大電路總的相位移為各級(jí)放大電路相位移之和,即
43、 見圖 31 ( b )。 圖三十一
44、0; 3、上限頻率和下限頻率多級(jí)放大電路的上限頻率由下式?jīng)Q定: 若各級(jí)放大電路的上限頻率相等,均為fH1,則兩級(jí)放大電路總的上限頻率fH64fH1。多級(jí)放大電路的下限頻率由下式?jīng)Q定:
45、; 若各級(jí)放大電路的下限頻率相等,均為fL1,則兩級(jí)放大電路總的下限頻率fL1 . 55 fL1。 【 例 l7 】?jī)杉?jí)放大電路如圖32( a )所示。已知 Vcc = 12V , UCEQI = 6V ,1= 100 ,2= 50 , rbe1=1.5k, rbe2 =1k, Rb1= Rb21=R b22 =100M, Rc1= Rc2 = RL = 3k, Re2=1k, Rs = 1k, C1=1F , C2=10F , C3和Ce很大,其容抗可忽略。試計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù) Ausm ,下限頻率fL。 解:其微變等效電路見圖( b )所示。
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