模擬電路-第三章-基本放大電路(2-3)-課件

1、第三章 基本放大電路Simple Amplifier放大器的作用和類型放大器的主要性能指標(biāo)基本放大器的組成原理放大器的分析方法 解析分析法 圖解分析法 等效電路分析法 直流偏置電路分析 交流信號(hào)放大電路分析雙極型晶體管基本放大電路及性能分析場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路及性能分析 本章內(nèi)容是電子線路的基礎(chǔ)，非常重要。1/153.1 放大器的作用、類型和主要性能指標(biāo)一、放大器的作用和類型 放大器Amplifier 線性LinearRsUsRL信號(hào)源放大器負(fù)載Ui、IiUo、IoRiRoAIoUo+-IiUi+-三個(gè)性能指標(biāo)反映對(duì)信號(hào)放大傳輸?shù)年P(guān)系：信息有效；線性性能指標(biāo)反映對(duì)信號(hào)放大傳輸?shù)馁|(zhì)量：信息完整。

2、提供電壓、電流、功率、 小要求電壓、電流、功率、 大作用：信號(hào)放大：U、I；功率放大：UI2/15二、放大器的主要性能指標(biāo)1、放大倍數(shù)（增益）A定義：輸出量輸入量電壓放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)：互導(dǎo)放大倍數(shù)：互阻放大倍數(shù)：+-+-+RsUs+-RiUiRLUoRoAuoUiRsIsRiRLIoRoAioIiIi+-RsUs+-RiUiRLRoAgoUiIo( S )()類型+-+RLUoRoAroIiRsIsIiRi3/15電壓放大器電流放大器互導(dǎo)放大器互阻放大器對(duì)無(wú)量鋼的Au、Ai也可用分貝（dB）為單位表示：源放大倍數(shù)：源電壓放大倍數(shù)源電流放大倍數(shù)+-+-+RsUs+-RiUiRLUoRoAu

3、oUiRsIsRiRLIoRoAioIiIi源電壓放大倍數(shù)與三方面有關(guān)源電流放大倍數(shù)與三方面有關(guān)4/152、輸入電阻Ri定義：放大器的輸入電阻Ri是信號(hào)源Us的負(fù)載，取值大小與信號(hào)源特性有關(guān)。低內(nèi)阻等效為電壓源，高內(nèi)阻等效為電流源。Rs+-UsRi-+UiIsRsRiIi電壓信號(hào)源：若RiRs：電流信號(hào)源：若RiRs：信號(hào)源RiIi小信號(hào)源功率要求很小信號(hào)源功率要求很小Ui小5/15Ri=Rs時(shí)，Pi最大，但信號(hào)源功率損失一半。3、輸出電阻 Ro定義：放大器輸出等效為負(fù)載RL的信號(hào)源，其輸出電阻Ro 是等效信號(hào)源的內(nèi)阻。若RoRL：放大器等效為電流源，帶小電阻負(fù)載能力強(qiáng)。應(yīng)該根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的

4、特點(diǎn)，選用類型適合的放大器。信號(hào)放大，帶負(fù)載能力強(qiáng)不是指功率輸出能力強(qiáng)，而是指輸出量變化小。RiRLIoRoAioIi+-+-+RsUs=0+-RiUiUoRoAuoUiIo+-+RiRLUoRoAuoUi6/154、線性失真 放大非正弦復(fù)雜信號(hào)時(shí)，由放大器非理想頻率特性引起輸出信號(hào)的失真。主要與放大器的頻率響應(yīng)帶寬和被放大信號(hào)頻譜寬度有關(guān)。5、非線性失真系數(shù) THD(Total Harmonic Distortion)ffAuUm信號(hào)頻譜寬度放大器頻率 響應(yīng)寬度ttUoUi007/153.2 基本放大器的組成原理及直流偏置電路3.2.1 基本放大器的組成原理一、基本放大器： 一個(gè)晶體管構(gòu)成的

5、放大器，也稱為單級(jí)放大器。有三種接法的單級(jí)放大器，即共射極、共集電極和共基極組態(tài)放大器。二、基本放大器的組成原則：1、直流偏置：必須將晶體管偏置在放大狀態(tài)，并保證在信號(hào)變化范圍內(nèi)始終處于放大狀態(tài)；2、交流輸入：輸入信號(hào)必須加在基極發(fā)射極回路，即必須能控制發(fā)射結(jié)電壓的變化；3、交流放大：必須有合理、有效的信號(hào)傳輸通路。 這也是判斷放大器能否正常放大信號(hào)的充要條件。8/15 直流偏置電路的作用：1、保證小信號(hào)能處于放大區(qū)；2、保證信號(hào)變化不超出放大區(qū)。電路畫(huà)法簡(jiǎn)化 RBRCUBBUCCIBICUBE+-RBRCUCCIBIC UBE+RBRCUCCIBIC UBE+-+-UCE公共地QuBEiBO

6、UBEQuBEtO9/15三、共射極放大器基本組成：iBuBE+-Rsus+-iC+uCE-+C1+C2RL+-uoRBRCTT：晶體管RB：基極偏置電阻RC：集電極負(fù)載電阻UCC：直流工作電源C1、C2：耦合電容us：信號(hào)源Rs：信號(hào)源內(nèi)阻RL：放大器負(fù)載電阻四、放大器中電壓、電流組成：uBEUBEube， iBIBib；iCICic，uCEUCEuce；iEIEie；符號(hào)表示約定：例如 uCE：瞬時(shí)值電壓UCE：直流量電壓 uce ：交流量電壓 Uce ：有效值電壓UCC10/151：放大器件及偏置電路2：耦合電路3：信號(hào)源和負(fù)載3.2.2 直流通路和交流通路 電路中直流量是直流電源作用的

7、結(jié)果，交流量是交流信號(hào)源作用的結(jié)果，總瞬時(shí)量是兩者共同作用的結(jié)果。 根據(jù)疊加定理，可以分別計(jì)算直流電源、交流信號(hào)源的作用，將二者結(jié)果相加就可得到實(shí)際總的結(jié)果。交流通路：令直流電源為零，僅有交流信號(hào)作用的電路。直流通路：令交流信號(hào)為零，僅由直流電源作用的電路；確定方法：將放大電路中所有的電容開(kāi)路，電感短路，交流電壓源短路、電流源開(kāi)路。確定方法：根據(jù)信號(hào)頻率，將放大電路中電抗極小的大電容、小電感短路，電抗極大的小電容、大電感開(kāi)路；電抗不容忽略的電容、電感保留；直流電壓源短路、電流源開(kāi)路。11/15+uce-例1：RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTusRCIBI

8、CUBE+-+UCE-TUCCRBRBRCibicube+-+-RL+-uoTRsus直流通路用于 偏置電路分析；交流通路用于 放大性能分析。二者都不是實(shí)際完整電路。 ui+-直流通路交流通路12/15iiio例2：RB1RCUCCiBiCuBE+-RE+-RB2RLRsusuoC1C2+-uoRB1ibicube+-RE+-RB2RLRsusRC+-uce根據(jù)基本放大器組成原則通過(guò)直流通路、交流通路判斷電路是否能正常放大：1、直流通路：是否滿足放大狀態(tài)條件；2、交流通路：輸入信號(hào)能否控制發(fā)射結(jié)電壓；3、交流通路：是否具有合理的信號(hào)通路；RB1、RB2、RE 既是直偏置電阻，又是交流信號(hào)負(fù)載，

9、必須兼顧兩方面的要求。13/15例3：RB1UCCiBiCuBE+-RE+-RB2RLuiuo+-uCE+IBICUBE+-RERB2+-UCCRB1UCERB1RB2REibicube+-+-RLuiuo+-uce+14/15例4：直流通路： 交流通路：UDDRG1RG2RG3RSC1C2RDRLC3 +Ui - +Uo -RDRSRG1UDDuiRG2RG3作業(yè)：31、3338、39RG3RG1RG2RDRL +Ui +Uo 15/153.3.3 晶體管直流偏置電路及靜態(tài)工作點(diǎn)解析分析法 Biasing Circuit Quiescent Operation Point 晶體管的放大狀態(tài)，

10、一般是由外加直流偏置電路確定的，必須保證兩個(gè)方面的需要：1、發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2、在被放大的信號(hào)變化范圍內(nèi)，仍始終處于放大狀態(tài)。特點(diǎn)： 偏置電路是指能控制直流電流 IC 的管外電路； 主要影響放大倍數(shù)、輸入電阻和非線性失真等性能指標(biāo)。對(duì)偏置電路組成的基本要求：1、電路形式要簡(jiǎn)單：盡可能少用電源組數(shù)、電阻等元件數(shù)；2、保證狀態(tài)的穩(wěn)定性：受環(huán)境溫度、更換管子等影響??；3、對(duì)信號(hào)的傳輸損耗?。罕M可能減小對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?直流偏置電路分析也稱靜態(tài)工作點(diǎn)（Q點(diǎn)）分析。1/11一、固定偏置電路偏置電路組成： 基極直流電源UBB=UCC， 基極偏置電阻RB。 RBRCUCCIBQICQUBEQ+-+

11、-UCEQ公共地特點(diǎn)： 電路簡(jiǎn)單；穩(wěn)定性差， 溫度變化致 IBQ、ICQ、UCEQ 變化。UCCUCEQRBRCIBQICQUBEQ+-+-UBB2/11二、電流負(fù)反饋型偏置電路偏置電路組成：直流電源UCC、基極偏置電阻RB、發(fā)射極偏置電阻RE。工作點(diǎn)穩(wěn)定原理： 在電路中引入自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，當(dāng)ICQ變化時(shí)，同時(shí)引起IBQ相反的變化，從而抑制ICQ的變化。RE ICQIEQUEQ (=IEQRE )ICQIBQUBEQ (=UBQUEQ )-RBRCUCCIBQICQUBEQ+-+UBQUEQRE、與IBQ成反比，RB越小，調(diào)節(jié)越強(qiáng)，但管子易飽和，且影響交流通路。UCEQ+-3/11三、分壓式偏置

12、電路RB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUEQRB2RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUEQRB1RB2UCCRBUBB偏置電路組成：上偏置電阻RB1、下偏置電阻RB2發(fā)射極電阻RE、直流電源UCC。電路分析：戴維南定理等效：RB越小，UBQ 越接近UBB，由UBEQ=UBQ-UEQ，穩(wěn)定性越好。4/11但RB過(guò)小，即RB1、RB2過(guò)小，將引起UCC消耗過(guò)大，還會(huì)增大對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膿p耗。RB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUEQRB2I1工程實(shí)踐中通常選取：I1(510)IBQ（硅管）(1020)IBQ（鍺管）滿足以上條件，認(rèn)為 I1IB，直流電

13、路分析采用近似方法：近似等于基極開(kāi)路時(shí)，RB1、RB2分壓電路對(duì)直流電源UCC的分壓。5/11例3.3.1 電路中已知，100，UBE(on)=0.7V,UCC12V，RB139k，RB225k，RCRE2k，試計(jì)算ICQ和UCEQ。RB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUCEQRB2I1解：6/11 RB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUCEQRB2I17/11固定偏置電流負(fù)反饋偏置分壓式偏置RB /k63239325/39=152.5/3.9=1.5100150100150100150100150IBQ/mA0.0190.0190.0190.01630.0

14、190.1480.0190.0132ICQ/mA1.92.851.92.441.92.221.91.98ICQ/ICQ50%28%17%7.7%UCEQ/V8.26.34.42.244.43.124.44.0639k25k2k2k+12VRERBRCUCCIBQICQUBEQ+-RBRCUCCIBQICQUBEQ+-PNP型晶體管電路圖1電路：UCC0，UBEQ0，UCEQ0，UBQ0。電壓極性，電流方向與NPN相反。圖2電路：UCC0，UBEQ0，UCEQ0，UBQ0。RB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-UBQUCEQRB212VRB1RCUCCIBQICQUBEQ+-RE+-U

15、BQUCEQRB2+12V+-8/11例2（題37）電壓負(fù)反饋偏置電路如圖示。若晶體管的、UBE已知：（1）試導(dǎo)出計(jì)算工作點(diǎn)的表達(dá)式；（2）簡(jiǎn)述穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理。解：RBRCUCCTIBQICQI +UCEQ +UBEQ 聯(lián)立求解UCEQICQ UCEQIBQ9/11例3 電路如圖所示。已知晶體管的50，UBE(on)0.2V，試求：（1）UBQ0時(shí)RB的值；（2）RE短路時(shí)ICQ、UBEQ的值；（3）RB開(kāi)路時(shí)ICQ、UCEQ的值。解：（1）（2）同例2；（3）ICQ=0，UCEQ=24V。UBQRBRCUCC(12V)TREUEE(12V)12k1kIEQUCQIBQ10/11例4（題38

16、）試判斷圖中各電路是否具有正常放大作用？若無(wú)放大作用則說(shuō)明理由，并將錯(cuò)誤改正。作業(yè)：35、3611/113.2 放大器圖解分析法放大器常用分析法：等效電路分析法：圖 解 分 析 法：大信號(hào)狀態(tài)小信號(hào)狀態(tài)直流等效模型交流等效模型特性曲線分析等效電路分析法：采用電路模型依據(jù)電路理論進(jìn)行定量分析， 誤差較小；圖解分析法：采用器件特性曲線定性分析放大波形直觀過(guò)程， 定量分析誤差較大。直流圖解分析，交流圖解分析。1/163.2.1 直流圖解分析(P77) 在晶體管特性曲線上，用作圖的方法確定電路的直流工作狀態(tài)，即輸入回路電壓、電流，輸出回路電壓、電流。在特性曲線上表現(xiàn)為一個(gè)特定的點(diǎn)，稱為直流工作點(diǎn)或靜態(tài)

17、工作點(diǎn)（Quiescent Operating Point），簡(jiǎn)稱Q點(diǎn)。 直流分析是對(duì)電路直流工作狀態(tài)進(jìn)行的分析，所以首先應(yīng)確定放大電路的直流通路。 直流圖解分析也涉及輸入回路、輸出回路的分析。但由于晶體管輸入特性曲線通常不夠精確，圖解分析實(shí)際意義不大，工程中一般采用近似直流模型估算基極電流IBQ，實(shí)際通過(guò)電路調(diào)試最后確定靜態(tài)工作點(diǎn)。 所以重點(diǎn)討論輸出回路。2/16一、畫(huà)出直流通路：RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTusRCIBQICQUBEQ+-+UCEQ-TUCCRBRCIBQICQUBEQ+-+UCEQ-TUCCRBUCC晶體管輸出特性； 集電極外電

18、路 負(fù)載特性。3/16二、作法：1、估算IBQ2、在晶體管輸出特性曲線上確定IBQ對(duì)應(yīng)的曲線；3、在晶體管輸出特性曲線同一坐標(biāo)中畫(huà)出RC直流負(fù)載線；令 uCE0，則 iCUCC/RC確定M點(diǎn)；令 iC0，則 uCEUCC確定N點(diǎn)；連接兩點(diǎn)即得直流負(fù)載線。4、IBQ確定的晶體管曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。由此可確定ICQ和UCEQ。uCE/ViC/mAIBQICQ0MNQUCEQ直流負(fù)載線斜率完全由RC確定4/16iB/A例3.2.1RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTus560k3k+12VuCE/ViC/mAIBQ0MNQ12342468101

19、2解：確定M點(diǎn)，令uCE=0，則iC=UCC/RC=12V/3k=4mA；確定N點(diǎn)，令iC=0，則uCE=UCC=12V；兩點(diǎn)連接，作出直流負(fù)載線。得估算確定IBQ，10A20A30A40A5/16IBQIBQQ點(diǎn)與RB、RC、UCC的關(guān)系：uCE/ViC/mAIBQICQ0MNQUCEQ1、設(shè)RC、UCC保持不變， RB改變，即IBQ改變；直流負(fù)載線不變RBIBQICQ、UCEQQ點(diǎn)沿負(fù)載線向左上移接近飽和區(qū)；RBIBQICQ、UCEQQ點(diǎn)沿負(fù)載線向右下移接近截止區(qū)；2、UCC、RB不變（IBQ不變），RC改變；斜率改變，直流負(fù)載線以UCC為圓心旋轉(zhuǎn)，Q點(diǎn)沿IBQ線平移；RC越小，越垂直；

20、RC越大，越接近飽和區(qū)；3、RC不變，UCC改變； 直流負(fù)載線斜率不變，水平移動(dòng)。如果IBQ不變，UCC越小，越接近飽和區(qū)，Q點(diǎn)沿IBQ線平移； UCC越大，越接近擊穿區(qū)。RC06/16IBQ與RB反比變化RC3.2.2 交流圖解分析一、畫(huà)出交流通路：uoRBibicube+- +-RLRsusRC+-uce交流負(fù)載和交流負(fù)載線：交流等效負(fù)載：即由交流等效負(fù)載確定的iC與uCE之間的關(guān)系也是一條直線，其斜率為該直線稱為交流負(fù)載線。當(dāng)iC=0時(shí)，uCE=0，iCICQ，uCE=UCEQ，即在此時(shí)刻交變瞬時(shí)信號(hào)的動(dòng) 點(diǎn)就在Q點(diǎn)，所以交流負(fù)載線通過(guò)Q點(diǎn)。瞬時(shí)值：iC=ICQ+ic=ICQ+iC， u

21、CE=UCEQ+uce=UCEQ+uCE當(dāng)iC=-ICQ時(shí)，iC=0，而uCE=ICQRL ，則uCE=UCEQ+ICQRL；橫軸上截點(diǎn)7/16當(dāng)iC,uCE連續(xù)變化時(shí)，(iC，uCE)點(diǎn)為沿交流負(fù)載上連續(xù)移動(dòng)點(diǎn)。二、畫(huà)交流負(fù)載線：根據(jù)交流負(fù)載線的兩個(gè)特點(diǎn)，確定UAUCEQICQRL點(diǎn)，從A點(diǎn)通過(guò)Q點(diǎn)畫(huà)直線即為交流負(fù)載線。IBQIBQiC/mAIBQICQ0MNQUCEQUCCA8/16三、放大器信號(hào)波形iC/mAIBQICQ0QUCEQuCE/ViC/mAiB/AiB/AttttuBE/V00000QIBQUBEQiBmaxiBminiBminiBmax動(dòng)點(diǎn)沿交流負(fù)載線移動(dòng)共射極輸出與輸入

22、電壓反相或倒相9/16共射電路晶體管電壓、電流波形特點(diǎn)：1、晶體管的極間電壓、極電流隨輸入交流信號(hào)瞬時(shí)大小變化，但電壓極性、電流方向不變，交流量圍繞靜態(tài)直流量變化；2、直流量保證工作條件，交流量反映輸入信號(hào)；3、共射放大器是反相放大器，其輸出電壓與輸入電壓相位相反。iBt0uit0t0uBEt0t0uot0iCuCEUBEQIBQICQUCEQuBEUBEQube， iBQIBQib；iCICQic，uCEUCEQuce；iEIEQie；RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-Tus+-uoui10/163.2.3 直流工作點(diǎn)與放大器非線性失真的關(guān)系截止失真：Q點(diǎn)太靠

23、近截止區(qū)；不失真幅度減小。最大不失真輸出電壓幅度 UomICQRLiC/mAIBQICQ0QUCEQuCE/ViC/mAtt00UCCUom11/16飽和失真：Q點(diǎn)太靠近飽和區(qū)；不失真幅度減小。最大不失真輸出電壓幅度 UomUCEQUCE(sat)iC/mAIBQICQ0QUCEQuCE/ViC/mAtt00UCE(sat)UomIB(sat)12/16輸出動(dòng)態(tài)范圍:最大輸出動(dòng)態(tài)范圍:UoppUAUCE(sat) UAUCEQ ICQRLQ點(diǎn)設(shè)置在中間UCEQ UCE(sat) +UAUCE(sat)/2 UA/2 +UCE(sat)/2 UA/2Uom ICQRL UCEQUCE(sat)

24、UCEQUCE(sat) /2UCEQ最大不失真幅度。iC/mAIBQICQ0QUCEQuCE/ViC/mAtt00UoppUomUopp=2UomUomUAUCE(sat)13/16小結(jié)：1、如果RC、UCC保持不變，則增大IBQ電流(減小RB)時(shí)，工作點(diǎn)Q趨于飽和區(qū)，易出現(xiàn)飽和失真；反之，易出現(xiàn)截止失真。2、如果RB、UCC保持不變( IBQ不變)，則增大RC時(shí)，工作點(diǎn)Q趨于飽和區(qū)，易出現(xiàn)飽和失真；反之，易出現(xiàn)截止失真。3、較大的UCC以及合適的工作Q點(diǎn)，才可能獲得較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍。RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTus14/16NPN管與PNP管R

25、BRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTus560k3k+12VRBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTus560k3k12VuBEUBEQubeiBIBQibuBE UBEQubeiB IBQibiCICQicuCEUCEQuceuCE UCEQuceiC ICQic15/16電路波形iBt0uit0t0uBEt0t0uot0iCuCEUBEQIBQICQUCEQiBt0uit0t0uBEt0t0uot0iCuCEUBEQIBQICQUCEQ飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和失真截止失真截止失真飽和失真NPNPN

26、P作業(yè): 32632732833033116/163.3 放大器的交流等效電路分析法前提條件：1、晶體管已偏置在放大狀態(tài)，即Q點(diǎn)確定；2、輸入交流信號(hào)在Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)變化，即交流小信號(hào)。近似認(rèn)為：晶體管Q點(diǎn)附近的特性近似線性特性。加在發(fā)射結(jié)上的ube足夠小iCiCiBiBt00QIBQtuBEUBEQIBQICQ0QUCEQuCEtt0uBE1/21 RBRCUCCiBiCuBE+-+uCE+Rs+-RLC1C2+-uoTus560k3k+12VuBEUBEQubeiBIBQibiCICQicuCEUCEQuce2/21 g參數(shù)量綱相同 h參數(shù)量綱不同 Hhybrid混合參數(shù) H參數(shù)電路模型

27、 ibbe+- ubeuceice+- c3/21 輸入電阻 反向電壓 傳輸系數(shù) 輸出電導(dǎo) 正向電流 傳輸系數(shù) 3.3.1 晶體管交流小信號(hào)電路模型常用兩種類型：1、 H參數(shù)電路模型：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型。（二端口網(wǎng)絡(luò)）2、混合型電路模型：物理型模型；（結(jié)構(gòu)，放大過(guò)程）一、混合型電路模型uceibube+- +-icbceeibbe+- ubeuceice+- c4/21建模過(guò)程幾個(gè)方面：1、發(fā)射結(jié)正向?qū)ǎ?伏安特性ibube；rbe2、電流控制放大作用； ic=ib；gmube3、基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)。 icuce ；rce ； ibuce ；rbcibbe+- ubeuceice+- ciCIBQI

28、CQ0QUCEQuCEiB0QIBQuBEUBEQ5/21電路參數(shù)：1、b-e極間交流結(jié)電阻ibbe+- ubeuceice+- c2、發(fā)射結(jié)交流結(jié)電阻3、正向傳輸電導(dǎo)（跨導(dǎo)）4、集電極輸出電阻5、反向傳輸電阻6/21rce參數(shù)圖解意義厄爾利電壓UAiCIBQ0QUCEQuCEAICQiCuCEUA例如，若UA100V，且ICQ2mA時(shí)，rce50k。輸出特性曲線斜率倒數(shù);與ICQ成反比7/21如果100，則此時(shí)rbc10050k=5M 。高頻混合型電路模型ibbe+- ubeuceice+- c基區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)、集電區(qū)體電阻忽略不計(jì)；發(fā)射結(jié)電容集電結(jié)電容ibbe+- ubeuceice+-

29、c低頻混合型電路模型8/21二、晶體管低頻簡(jiǎn)化電路模型1、壓控型電路模型 Ube作為控制電壓；2、流控型電路模型 Ib作為控制電流。二者等效：Ibbe+- UbeUceIce+- cIbbe+- UbeUceIce+- cUbe+- 9/213.3.2 共射極放大器交流小信號(hào)等效電路分析法 用于分析晶體管放大電路的性能。主要包括： 放大倍數(shù)(增益)A 輸入電阻Ri 輸出電阻Ro基本步驟：1、直流偏置將晶體管置于放大狀態(tài)（計(jì)算Q點(diǎn)）；2、畫(huà)出交路通路；3、將電路中的晶體管用相應(yīng)小信號(hào)電路模型取代， 成為等效線性電路形式；4、根據(jù)線性電路理論分析電路性能。10/21共發(fā)射極放大器一、直流分析確定Q

30、點(diǎn) IBQ，ICQ，UCEQ二、交流性能分析1、放大倍數(shù) Au2、輸入電阻 Ri3、輸出電阻 RoRB1RCUCCiBiC+uCE+Rs+-RLC1C2+-UoTUs+-UiIiIo+CERB2REIbb+- UiIcecRB1+-RsUsUo+-RLRCIiIoRB2T11/211、電壓放大倍數(shù) Au輸入回路：輸出回路：討論：（1）共射極放大器是反相放大器；(負(fù)號(hào))（2）Au幾乎與無(wú)關(guān)，與ICQ近似成正比；（3） RL越大， Au越大，但RC受Q點(diǎn)制約。Ibb+- UiIcecRB1+-RsUsUo+-RLRCIiIoRB2rberceIb足夠大12/212、電流放大倍數(shù) Ai輸入端：輸出端

31、：如果RBrbe、RL RC，則 共射極放大器既有電壓放大，又有電流放大，故功率增益很大 ，是其最突出的優(yōu)點(diǎn)。 Ibb+- UiIcecRB1+-RsUsUo+-RLRCIiIoRB2rberceIb13/213、輸入電阻 Ri通常滿足 RB(RB1RB2)rbe4、輸出電阻 Ro5、源電壓放大倍數(shù) Aus AusAu RiRs時(shí)， AusAuRLIbb+- UiIcecRB1+-RsUo+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsQ點(diǎn)穩(wěn)定性要求(RB1RB2)越小越好，交流信號(hào)傳輸放大卻要求其越大越好。14/216、旁路電容CE和發(fā)射極電阻RE的作用電壓放大倍數(shù) Au (忽略rce)交

32、流通路中RE的存在使電壓放大倍數(shù)減小。通常(1+)RErbeRB1RCUCCiBiC+uCE+Rs+-RLC1C2+-UoT+-UiIiIo+CERB2RERLIbb+- UiIcecRB1+-RsUo+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsRE15/21Ie輸入電阻：(忽略rce)晶體管基極輸入電阻射極電阻RE折合到基極支路擴(kuò)大（1）倍。輸出電阻：(忽略rce)RLIbb+- UiIcecRB1+-RsUo+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsRERiRoRE使放大器輸入電阻提高，有利于對(duì)電壓信號(hào)源放大；放大倍數(shù)近似僅與負(fù)載電阻和發(fā)射極電阻有關(guān)，有利于大批量制作，尤其是

33、集成電路生產(chǎn)放大能力一致性好穩(wěn)定的放大電路。16/21考慮 rce的影響考慮IcIe，則同理：RLIbb+- UiIcecRB1+-RsUo+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsRERiRoUe =017/21例3.3.1 已知RB1 = 75k, RB2 = 25k,RC=RL=2k,RE=1k,UCC=12V,=80, rbb=100,Rs=0.6k. 求靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ、UCEQ及Au、Ri、Ro、Aus。解：1、直流分析RB1RCUCCiBiC+uCE+Rs+-RLC1C2+-UoTUs+-UiIiIo+CERB2RE18/212、交流分析電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：輸出電阻：

34、源電壓放大倍數(shù)：Ibb+- UiIcecRB1+-RsUsUo+-RLRCIiIoRB2rberceIb19/21例3.3.2 RE1=100, RE2=900,其余與例5.3.1相同。解：直流分析完全同例5.3.1。交流分析：RB1RCUCCiBiC+uCE+Rs+-RLC1C2+-UoTUs+-UiIiIo+CERB2RE2RE1RLIbb+- UiIcecRB1+-RsUo+-RCIiIoRB2rberceIbRiRoUsRE120/21NPN和PNP小信號(hào)模型uoRBibube+- +-RLRsusRC+-uceicuoRBibube+- +-RLRsusRC+-uceicNPN和PN

35、P晶體管的交流小信號(hào)電路模型完全相同。Ibbe+- UbeIce+- cRB+-Rsusuo+-RLRCuce作業(yè)： 310 311 31221/21電壓放大倍數(shù) AuIbb+- UiIcecRB1+-RsUsUo+-RLRCIiIoRB2rbeIb0/15+- Ui+-RsUsUo+-RLRo=RCIiIoRi+ AuoUi-負(fù)載開(kāi)路電壓3.4 共集電極放大器和共基極放大器 晶體管放大電路不同的基本組態(tài)（Configuration），其放大能力等主要性能區(qū)別較大，在電子線路中起不同的作用。三種基本組態(tài)的判斷：1、按回路判斷：輸入、輸出回路共有的電極；2、按端頭判斷：既不是輸入端、也不是輸出端

36、的電極。beccceebb共基極共發(fā)射極共集電極ibibieicieic輸入輸出晶體管放大電路三種基本接法（三種基本組態(tài)）1/15一、共發(fā)射極電路RBRCUCCiBiCuBE+-+Rs+-+uCE-RLC1C2+-UoTUs+12VUoRBIbUbe+- +-RLRsUsRC+-UceIcIbbe+- UbeIce+- cRB+-RsUsUo+-RLRCUce2/15二、共集電極電路RB1UCCiBiEuBE+-RE+-RB2RLUs+-Uo+-uE+-UiTRsUoRB2IbUbe+- +-RLRsUsRE+-UeIeRB1Ibb+- UbeIee+-cRB2+-RsUsUo+-RLREUe

37、RB1Ui+-UoRB2IbUbe+- +-RLRsUsRE+-UeIeRB13/15三、共基極電路Ui+-REUCCbecRCiEUo+-+CB+RB1RB2RLC1C2TIiIoiCREUCCbecRCIERB1RB2TIC4/15uBE-+uC+-Ui+-REbecRCIeUo+-RLTIiIoIcUbe-+Ui+-REbecRCIeUo+-RLIiIoIc+-UbeIbrberce3.4.1 共集電極放大器1、電壓放大倍數(shù) Au通常(1+)RLrbeAu小于1，接近于1；輸出、輸入電壓同相，近似相等。電壓跟隨器射極跟隨器射極輸出器RB1UCCiBiEuBE+-RE+-RB2RLUsUo

38、+-uE+-UiTRsIbb+- UbeIee+-cRB2+-RsUsUo+-RLREUeRB1Ui+-IiIo5/152、電流放大倍數(shù)3、輸入電阻4、輸出電阻特點(diǎn)：輸入電阻很大， 輸出電阻很小， 電壓跟隨。Ibb+- UbeIeecRB2+-RsUsUo+-RLRB1Ui+-RERoIoRoRiRiIiIo6/153.4.2 共基極放大器1、電壓放大倍數(shù)Au2、電流放大倍數(shù)Ui+-REUCCbecRCiEUo+-+CB+RB1RB2RLC1C2TIiIoiC電流跟隨器，只有電壓放大，沒(méi)有電流放大。7/15Ui+-REbecRCIeUo+-RLIiIoIc+-UbeIbrbeIbrceuBE-

39、+3、輸入電阻共基極發(fā)射結(jié)交流電阻輸入電阻很小。4、輸出電阻 特點(diǎn)：輸入電阻很小， 同相電壓放大， 電流跟隨。Ui+-REbecRCIeUo+-RLIiIoIc+-rbeIbRiRiRoIb8/153.4.3 三種基本放大器性能比較 性 能共 射共 基共 集大（幾十幾百）Ui與Uo反相大（幾十幾百）Ui與Uo同相Ui與Uo同相?。?）約為（大）約為(1)（大）約為（1）大（幾千）中（幾十幾百）?。◣资┲校◣装賻浊W）低（幾幾十歐）高（幾十千歐）高（RC）高（RC）低高頻性能差好好用 途單級(jí)放大或多極放大器中間級(jí)寬帶放大高頻電路電流跟隨器多極放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)和中間緩沖級(jí)，電壓跟隨9/15

40、例3.6.1 晶體管放大電路如圖示。已知晶體管的100，rbe2k。為了分別滿足以下要求，電路應(yīng)接成什么組態(tài)？三個(gè)端點(diǎn)、 、分別該如何連接？（1）要求源電壓放大倍數(shù)最大，此時(shí)Aus=Uo/Us=?（2）要求輸出Uo Us；（3）要求輸出Uo Us；（4）要求接上RL1k的負(fù)載時(shí)，Uo Us，并求輸出電阻Ro；（5）要求同時(shí)獲得一對(duì)大小相同極性相反的輸出信號(hào)。RBRCUCC12V+Rs+-TUsRLRE+2k2k500k1k2k10/15解：（1）要求源電壓放大倍數(shù)最大， 此時(shí)Aus=Uo/Us=?分析：電壓放大可選共基極或共射極電路，但共基極輸入電阻小，故源電壓放大倍數(shù)不大，所以選共射電路。

41、電路連接如圖所示。電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：源電壓放大倍數(shù)：RBRC+TRE+2k2k500kUCC12VUs2kRs+-UiUo11/15（2）要求輸出Uo Us；分析：輸出與輸入反相，只能選共射極放大電路，但放大倍數(shù)為1，所以考慮發(fā)射極接電阻。 電路連接如圖示。電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：源電壓放大倍數(shù)：當(dāng)RiRs時(shí)，源電壓放大倍數(shù)與電壓放大倍數(shù)接近相等。RBRC+TRE+2k2k500kUCC12VRs+-Us2kUiUo12/15（3）要求輸出Uo Us；分析：同相放大可選共基極和共集電極電路，但共集電極性能很容易滿足題目要求，故選共集電極。 電路連接如圖示。電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：源電壓放

42、大倍數(shù)：RBRC+TRE+2k2k500kUCC12VRs+-Us2kUiUo共基極連接：信號(hào)源接端，端輸出，端接地。但信號(hào)源消耗功率大13/15（4）要求接上RL1k的負(fù)載時(shí)， UoUs，并求輸出電阻Ro；分析：外接1k的負(fù)載電阻，不論接、端，都使得交流等效負(fù)載變小，故只能選共集電極電路，如圖示。電壓放大倍數(shù)：輸入電阻：源電壓放大倍數(shù)：RBRC+TRE+2k2k500kUCC12VRs+-Us2kUiUoRL輸出電阻：UoUs14/15（5）要求同時(shí)獲得一對(duì)大小 相同極性相反的輸出信號(hào)。分析：?jiǎn)渭?jí)晶體管電路同時(shí)輸出二個(gè)放大信號(hào)，只能基極輸入，集電極和發(fā)射極輸出，分別對(duì)應(yīng)共射極和共集電極電路，

43、如圖。共射極源電壓放大倍數(shù)：共集電極源電壓放大倍數(shù)：該電路稱為分離倒相器。RBRC+TRE+2k2k500kUCC12VRs+-Us2kUiUo1Uo2作業(yè)：314、315、31715/15Ui+-REUCCbecRCiEUo+-+CB+RB1RB2RLC1C2TIiIoiCuBE-+RB1UCCiBiEuBE+-RE+-RB2RLUsUo+-uE+-UiTRsRB1RCUCCiBiC+uCE+Rs+-RLC1C2+-UoTUs+-UiIiIo+CERB2REuBE+-3.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大器3.5.1 場(chǎng)效應(yīng)管偏置電路及分析一、直流偏置電路1、自偏置電路自偏置電阻RS柵極電阻RG直流工作電源U

44、DD適用：JFET、D-MOSFET2、分壓式偏置電路（混合偏置）自偏置電阻RS柵極分壓電阻RG1 、RG1直流工作電源UDD適用：所有FETIDQ+USQ -UGQ1/10+RDRSRGUDDuiGSD+uiUDDRDRSRG2RG1GDS二、直流分析(一)、圖解法1.自偏置方式FET轉(zhuǎn)移特性曲線自偏置電阻特性二曲線交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。2.分壓式偏置方式FET轉(zhuǎn)移特性曲線偏置電阻特性(二)、解析法FET轉(zhuǎn)移特性iD/mAuGS/V0+RDRSRGUDDui+uiUDDRDRSRG2RG12/10+USQ -UGSQIDQ3.5.2 場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)電路模型一、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.輸入

45、電阻RGSJFET：1081012；MOSFET：10101015。通常近似認(rèn)為RGS。2.跨導(dǎo) gm 定義： （mA/V，mS）JFET： MOSFET：2.輸出電阻 rds 定義：恒流區(qū)曲線斜率導(dǎo)數(shù)：3/10二、場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)電路模型由 iD= f（uGS, uDS）可得小信號(hào)變化量用正弦復(fù)數(shù)表示簡(jiǎn)化模型：gs+- UgsIddsgmUgsrdsUds+- gs+- UgsIddsgmUgsUds+- 電路模型4/103.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大器及性能分析 場(chǎng)效應(yīng)管三種基本組態(tài)： 共源、共漏、共柵一、共源放大器1、電壓放大倍數(shù)2、輸入電阻3、輸出電阻(Ui =0)UDDRGRSC1C2

46、RDRLC3 +Ui - +Uo - +Ui - +Uo -RLRDrdsgmUgsgdsRGRiRo+Ugs -5/10例3.8.1 電路如圖，已知工作點(diǎn)處gm5mA/V,試畫(huà)出放大器交流等效電路；若Rs1k，計(jì)算增益Au、Ri和Ro，并說(shuō)明電阻RG3的作用。解： (1)畫(huà)出等效電路(2)電壓放大倍數(shù)(忽略rds)(3)輸入電阻(4)輸出電阻RG3RG1RG2RSRDRLrdsgmUgsgds +Ui - +Uo -RG3提高輸入電阻UDD +Uo - +Ui -RG1RG2RG3RSRS1RLRDC1C2C36/10RiRoRSRL +Uo - +Ui -RGgmUgsgdsIo二、共漏放

47、大器1、電壓放大倍數(shù)2、輸入電阻3、輸出電阻UDDRGRSRLC1C2 +Ui - +Uo - +Ugs -7/10三、共柵放大器1、電壓放大倍數(shù)2、輸入電阻3、輸出電阻RSRD+Ui -+Uo -RLUDDSGDRSRDRLgmUgsSGD+Ui -+Uo -IsIiRiRiRo8/10表3.5.1 場(chǎng)效應(yīng)管三種組態(tài)放大器性能比較 性能共源放大器共漏放大器共柵放大器電路AuRiRoRSRD+Ui -+Uo -RLUDDUDDRGRSRLC1C2 +Ui - +Uo -UDDRGRSC1C2RDRLC3 +Ui - +Uo -9/10場(chǎng)效應(yīng)管放大器與晶體管放大器性能比較一、放大能力（跨導(dǎo)）晶體

48、管：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管：絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管：所以晶體管放大器的放大倍數(shù)一般比場(chǎng)效應(yīng)管放大器容易做得大。二、穩(wěn)定性 晶體管有空穴和自由電子兩種載流子導(dǎo)電，稱為雙極型三極管，其中少數(shù)載流子濃度受溫度、光照、核輻射等外界因素影響大。場(chǎng)效應(yīng)管只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，受外界影響小。其中結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管還存在零溫度系數(shù)點(diǎn)。三、噪聲 晶體管E區(qū)發(fā)射、B區(qū)復(fù)合、C區(qū)收集，形成環(huán)節(jié)多噪聲大。場(chǎng)效應(yīng)管溝道多數(shù)載流子導(dǎo)電，噪聲低，適合于輸入級(jí)放大。例：ICQIDQ2mA，UT26mV， IDSS4mA，UGS(off)4V。晶體管gm76.9mA/V，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管gm1.4mA/V。iDuGS零溫度系數(shù)點(diǎn)IDSS(10)UGS(off)(10)IDSS(30)30IDSS(80) 80作業(yè)：319、32010/10T升高時(shí)，PN結(jié)變薄，UGS(off)增大；同時(shí)，導(dǎo)電溝道晶格振動(dòng)加大，多數(shù)載流子遷移受阻，IDSS減小。3.6 放大器的級(jí)聯(lián)（多級(jí)放大器）一、為什么需要級(jí)聯(lián)？1、單級(jí)放大器的放大倍數(shù)不能滿足要求；2、單級(jí)放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等性能不能同時(shí)滿足電路要求。 二、級(jí)聯(lián)放大器的一般結(jié)構(gòu)：（稱為多級(jí)放大器）三、級(jí)聯(lián)放大器的主要問(wèn)題1、級(jí)間連接方式 2、級(jí)聯(lián)放大器的性能指標(biāo)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí) UiUo與信號(hào)源 匹配與負(fù)載 匹配信號(hào)放大