模電助教版第2章基本放大電路分析

第二章基本放大電路分析P2832.1放大電路基本概念1.管子:①場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)

②雙極型晶體管(“BJT”)2.放大電路構(gòu)成:

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)Amplifier3.靜態(tài)與動(dòng)態(tài):

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①“先靜后動(dòng)”②“分步調(diào)試”大信號(hào)模型“分析”與“設(shè)計(jì)”1.管子:①場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)

②雙極型晶體管(“BJT”)2.放大電路構(gòu)成:小信號(hào)模型“靜態(tài)分析”(“直流分析”)與“動(dòng)態(tài)分析”“圖解法”與

“估算法”(模型分析法)Amplifier例:共源極放大電路.分析iD,uDS.

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路輸出回路+-ui

1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管(“FET”)1.3.1絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(“IGFET”)1.3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)1.3.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(“JFET”)參考P58-60復(fù)習(xí)舉例例:共源極放大電路.分析iD,uDS.

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路令UGS（th）=3V輸出回路+-ui

1.靜態(tài)工作點(diǎn)(ui=0V時(shí))輸入靜態(tài)點(diǎn):iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V輸出靜態(tài)點(diǎn):iO=iD=IDQ=？

uO=uDS=UDSQ=？利用:①iD=f(uDS)|uGS=4.5V

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)1.靜態(tài)工作點(diǎn)(ui=0V時(shí))輸入靜態(tài)點(diǎn):iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V輸出靜態(tài)點(diǎn):iO=iD=IDQ=？

uO=uDS=UDSQ=？利用:①iD=f(uDS)|uGS=4.5V

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

1.靜態(tài)工作點(diǎn)(ui=0V時(shí))輸入靜態(tài)點(diǎn):iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V輸出靜態(tài)點(diǎn):iO=iD=IDQ=？

uO=uDS=UDSQ=？利用:①iD=f(uDS)|uGS=4.5V

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2V例:共源極放大電路.分析iD,uDS.

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路令UGS（th）=3V輸出回路+-ui

1.靜態(tài)工作點(diǎn)(ui=0V時(shí))輸入靜態(tài)點(diǎn):iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V輸出靜態(tài)點(diǎn):iO=iD=IDQ=？

uO=uDS=UDSQ=？利用:①iD=f(uDS)|uGS=4.5V

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2V例:共源極放大電路.分析iD,uDS.

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路令UGS（th）=3V輸出回路+-ui

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)輸出工作點(diǎn):iO=iD=IDQ

＋id=0.9＋id=？(mA)uO=uDS=UDSQ

＋uds=8.2＋uds=？(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2ViD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)輸出工作點(diǎn):iO=iD=IDQ

＋id=0.9＋id

=？(mA)uO=uDS=UDSQ

＋uds=8.2＋uds

=？(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)輸出工作點(diǎn):iO=iD=IDQ

＋id=0.9＋id

=？(mA)uO=uDS=UDSQ

＋uds=8.2＋uds

=？(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

uGS=uI(V)12V

iD(mA)ttt1.2mA0.6mA2.20.30.5iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)輸出工作點(diǎn):iO=iD=IDQ

＋id=0.9＋id

=0.9＋0.3sint(mA)uO=uDS=UDSQ

＋uds=8.2＋uds

=8.2－2.2sint(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

uGS=uI(V)12V

iD(mA)ttt1.2mA0.6mA2.20.30.5iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)輸出工作點(diǎn):iO=iD=IDQ

＋id=0.9＋

id

=？(mA)uO=uDS=UDSQ

＋uds=8.2＋

uds

=？(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

uGS=uI(V)12V

iD(mA)ttt1.2mA0.6mA2.20.3iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

2.動(dòng)態(tài)分析(令ui=0.5sint(V)

時(shí))輸入工作點(diǎn):iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQ

＋ui

=4.5＋0.5sint(V)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

uGS=uI(V)12V

iD(mA)ttt1.2mA0.6mA2.20.3ui=5sint(V)時(shí)大信號(hào)非線性失真—截止區(qū):縮頂,

可變電阻區(qū):削頂最大不失真輸出幅度—Q中點(diǎn)iD(mA)12V9.5V

VDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ

4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD

3.電子開關(guān)

iI=iGS=0mA

uI=uGS=方波時(shí)利用:①iD=f(uDS)|uGS=uI

②uO=uDS=VDD

－iD·Rd

即iD=－uDS/Rd

＋VDD/Rd

uGS=uI(V)12V

iD(mA)ttt1.2mA0.6mA2.20.3反相器—電子開關(guān)dgs

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路輸出回路+-ui

12V0V15V0.2Vdgs1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管(“FET”)1.3.1絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(“IGFET”)例:共源極放大電路.分析iD,uDS.1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)1.3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)1.3.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(“JFET”)參考P58-60反相器—電子開關(guān)

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路輸出回路+-ui

12V0Vdgs1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管(“FET”)1.3.1絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(“IGFET”)例:共源極放大電路.分析iD,uDS.1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)1.3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)1.3.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(“JFET”)參考P58-60157.5dsg反相器—電子開關(guān)例:共源極放大電路.分析iD,uDS.

＋VGG

－4.5VdgsiDiO

＋uO=uDS

－

＋

uI=uGSiI

－

＋VDD

－15VRd

7.5k

輸入回路輸出回路+-ui

1.3.4NMOS應(yīng)用(“圖解法”分析)1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管(“FET”)1.3.1絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(“IGFET”)1.3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)1.3.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(“JFET”)參考P58-603.靜態(tài)與動(dòng)態(tài):

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①“先靜后動(dòng)”②“分步調(diào)試”大信號(hào)模型“分析”與“設(shè)計(jì)”1.管子:①場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“FET”)

②雙極型晶體管(“BJT”)2.放大電路構(gòu)成:小信號(hào)模型“靜態(tài)分析”(“直流分析”)與“動(dòng)態(tài)分析”“圖解法”與

“估算法”(模型分析法)Amplifier4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))UimUom電壓增益Au：Au=Uo/Ui=Uom/Uim=uo/ui

Au=Uo/Ui

Au(dB)=20lgUo/Ui

源電壓增益Aus:Aus=Uo/Us=uo/us

Amplifier開路電壓增益：負(fù)載開路(即RL=∞)時(shí)的電壓增益。4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))UimUom電壓增益Au：Au=Uo/Ui=Uom/Uim=uo/ui

Au=Uo/Ui

Au(dB)=20lgUo/Ui

源電壓增益Aus:Aus=Uo/Us=uo/us

Amplifier電流增益互阻增益互導(dǎo)增益功率增益開路電壓增益：其它：4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻RiUomIoIiUim＋－Amplifier低頻小信號(hào)模型看成一個(gè)電壓控制電壓源(VCVS).4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻RiUomIoIiUim源電壓增益Aus:Aus=Uo/Us

UiUoRi

UsUiRi

＋Rs

=Au=＋－Amplifier1.

一般來說Ri越大越好(高阻入，低阻出的連接方式

).

Ri越大，Ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小,信號(hào)源電壓損失越小，輸入電壓越接近信號(hào)源電壓.2.匹配:

Ri=Rs時(shí),稱阻抗匹配,可實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸.

還有功率匹配,傳輸線匹配,電平匹配,通信口間電氣及物理特性匹配等.低頻小信號(hào)模型看成一個(gè)電壓控制電壓源(VCVS).4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

IoIiUo=Uoo－IoRo輸出電阻Ro的確定：①分析電路時(shí)采用在輸出端反加等效信號(hào)源的方法。②在實(shí)驗(yàn)室采用測(cè)量的方法。＋－低頻小信號(hào)模型③開路短路法。（電壓源或電流源）①分析電路時(shí)采用在輸出端反加等效信號(hào)源的方法。（電壓源或電流源）②在實(shí)驗(yàn)室采用測(cè)量的方法。4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

IoIiUo=Uoo－IoRo輸出電阻Ro的確定：＋－低頻小信號(hào)模型

Ro越小，則放大電路的輸出特性越接近恒壓源特性，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。Ro的大小，反映了放大電路帶負(fù)載的能力。

Ro越大，則放大電路的輸出特性越接近恒流源特性。③開路短路法。4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

UimUomus=Usmsin2f·t(V)

ui=Uimsin2f·t(V)

uo=Uomsin2f·t(V)電壓增益Au：Au=Uo/Ui=Uom/Uim=uo/ui

Au=Uo/Ui

Au(dB)=20lgUo/Ui

源電壓增益Aus:Aus=Uo/Us=uo/us

④通頻帶Amplifier4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

④通頻帶Au(f)或Uom(f)UimUomus=Usmsin2f·t(V)

ui=Uimsin2f·t(V)

uo=Uomsin2f·t(V)電壓增益Au：Au=Uo/Ui=Uom/Uim=uo/ui

Au=Uo/Ui

Au(dB)=20lgUo/Ui

源電壓增益Aus:Aus=Uo/Us=uo/us

Amplifier4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

④通頻帶Au(f)或Uom(f)UimUomus=Usmsin2f·t(V)

ui=Uimsin2f·t(V)

uo=Uomsin2f·t(V)通頻帶：上限頻率：fH下限頻率：fLAmplifier線性失真(頻率失真與相位失真）“－3dB帶寬”

4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

④通頻帶Au(f)或Uom(f)⑤最大不失真輸出幅度us=Usmsin2f·t(V)

ui=Uimsin2f·t(V)

uo=Uomsin2f·t(V)UomUimui

大信號(hào)時(shí)非線性失真—截止區(qū):縮頂—截止失真

(對(duì)FET)可變電阻區(qū):削頂—飽和失真

(對(duì)BJT

)

最大不失真輸出幅度—Q中點(diǎn)線性失真Amplifier(頻率失真與相位失真）4.主要性能指標(biāo)(5個(gè))(動(dòng)態(tài)指標(biāo))

A放大電路+-us

RsRL信號(hào)源直流電源負(fù)載＋

ui－＋

uo－uo(t)=A·ui(t)①增益(放大倍數(shù))②輸入電阻Ri

③輸出電阻Ro

④通頻帶Au(f)或Uom(f)⑤最大不失真輸出幅度us=Usmsin2f·t(V)

ui=Uimsin2f·t(V)

uo=Uomsin2f·t(V)UomUimAmplifier基本功能:能放大、不失真

.

加得進(jìn)、取得出.2.2基本放大電路(結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí))P292共漏組態(tài)

(CD)共源組態(tài)(CS)C1,C2:“通交隔直”,“阻容耦合”自給刪偏壓:URs=IDQ·Rs

固定刪偏壓:Rg2Rg1+Rg2

UG=·VDD

UGURsUGSQ=UG－URs<0共柵組態(tài)(CG)1.場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(NJFET—三種組態(tài))電壓源:IC

＋

VCC

－電流源:等效交流電阻：ri=VCC/

IC=0/IC=0

故:

VCC=ri·IC=0等效直流電阻:RI=