《模拟电子技术》第2章4 三组态 频响 场效应例fv30120418周四34

1、第第2章章_半导体器件基础半导体器件基础第第3章章_放大电路基础放大电路基础第第6章章_正弦波振荡换电路正弦波振荡换电路第第4章章_放大电路中的反馈放大电路中的反馈第第1章章_绪论绪论第第5章章_集成动算放大器集成动算放大器第第8章章_数字逻辑基础数字逻辑基础第第9章章_组合逻辑电路组合逻辑电路第第10章章_时序逻辑电路时序逻辑电路第第7章章_直流稳压电源直流稳压电源放大电路基础放大电路基础问题的提出问题的提出 单管共射放大电路存在的问题单管共射放大电路存在的问题实验中出现的现象实验中出现的现象.5 .5 稳定静态工作点的放大电路稳定静态工作点的放大电路当环境温度发生变化时当环境温度发生变化时

2、1.1.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响TITICBOCBO,温度每升高温度每升高1010o oC, IC, ICBOCBO一倍一倍TUUBEBE,温度每升高温度每升高1 1o oC, UC, UBEBE2.5mv2.5mvT,T,温度每升高温度每升高1 1o oC,/ 0.51%C,/ 0.51%3.5.13.5.1温度对工作点的影响温度对工作点的影响 2.2.温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响I ICQCQ=I=IBQBQ+(1+) I+(1+) ICBOCBOI IBQBQ= =（Vcc- UVcc- UBEBE）/ R/ RB B TI TICQCQQQ饱和失真饱

3、和失真 3 工作点上移时输出波形分析工作点上移时输出波形分析“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。uCEiCt OOiCO tuCEQV CC不接负载时，交、直流负载线重合不接负载时，交、直流负载线重合静态是基础，动态是目的静态是基础，动态是目的稳定静态工作点的措施稳定静态工作点的措施特点特点：R RB1B1上偏流电阻、上偏流电阻、R RB2B2下偏流电阻、下偏流电阻、 R RE E发射极电阻发射极电阻 共发射极电路共发射极电路 1.电路组成电路组成3.5.23.5.2分压式偏置电路分压式偏置电路

4、+ UBEQ IBQI1IEQ2.电路的静态分析和动态分析电路的静态分析和动态分析直流通路直流通路ICQ直流通路的画法直流通路的画法(1)(1)静态分析静态分析 若电路调整适当，可以使若电路调整适当，可以使ICQICQ基本不变基本不变。稳定过程（原理）稳定过程（原理）TITICQCQIICQCQR RE EUUB B固定固定UUBEBEIIBQBQIICQCQ 稳定的条件稳定的条件 UB固定固定 UB=VCCRB2 / (RB1+RB2)（1）I I1 1 I IB B 硅管硅管I I1 1= =（5-105-10）I IBQBQ 锗管锗管I I1 1= =（10-2010-20）I IBQB

5、Q（2 2）U UB B U UBEBE 硅管硅管U UB B= =（3-53-5）V V 锗管锗管U UB B= =（1-31-3）V V EBEQBQEQRUUI EQCQII /QBQCII )(ECCQCCCEQRRIVU 说明说明Q是否合适是否合适+VCCRCRERB1RB2+ UBEQ IBQI1IEQICQ+ UCEQ 求求Q点（点（IBQ、ICQCQ 、UCEQCEQ）(2)(2)动态分析动态分析求求AU、Ri、RO（一）（一）画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路 1.画出交流通路画出交流通路2.2.画出放大电路的微变等效电路画出放大电路的微变等效电路（二）计算

6、动态性能指标（二）计算动态性能指标1.计算计算AuAu“-”“-”表示表示UoUo和和UiUi反相。反相。 AuAu的值比固定偏流放大电路小了。的值比固定偏流放大电路小了。ERberLRuAUUAiOu)1 (2.2.计算输入电阻计算输入电阻iiiiuR/ )1 (/21EbeBBiRrRRRR Ri i，同时说明公式的记法和折合的概念。，同时说明公式的记法和折合的概念。 uo在在RE两端的电压可以忽略不计，因此两端的电压可以忽略不计，因此RoRc 。3. 3. 计算输出电阻计算输出电阻Ro o Ro= Ro=u uo/o/i io o Us=0Us=0 R RL L= .6 .6 共集电极电

7、路和共集电极电路和共基极电路共基极电路IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+usIBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) ) REICQ = I BQUCEQ = VCC ICQ RE交流通路交流通路RsRB+ +uo RLibiciiRE一、电路组成与静态工作点一、电路组成与静态工作点二、性能指标分析二、性能指标分析交流通路交流通路RsRB+ +uo RLibiciiRE小信号等效电路小信号等效电路usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ R L = RE / RL)1(/ )1( LbeBLbeiBiii iiRrRRruRuuiuR

8、电压放大倍数：电压放大倍数：LbeLLEbbebLEbio)1()1(/)1(/1RrRRRiriRRiuuAu ）（ 1输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：usRB+uo RLibiciirbe ibRERs+ RBibrbe ibRERsus = 0+u iiRESbeE)1(RruRu R S = Rs / RBi = iRE ib ib 1)(/)1/()(SbeESbeEoRrRRruRuuiuR 0LoS RiuRu射极输出器射极输出器特点特点Au 1 输入输出同相输入输出同相Ri 高高Ro 低低用途：用途：输入级输入级 输出级输出级 中间隔离级中间隔离级例例 : =120，R

9、B = 300 k ，r bb= 200 ，UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k ，VCC = 12V。求：求：“Q ”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui RERB+VCCC2RL+uo+us 解解 1) )求求 “Q”IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 27 ( A)IEQ I BQ = 3.2 (mA)UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V)2) )求求 Au，Ri，RoRbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k )98

10、. 0)1()1(LbeL RrRAu Ri = 300/(1.18 121) = 51.2 (k )( 18 1)(/SbeEo RrRRRL = 1 / 1 = 0.4 (k )一、一、 共基极放大电路共基极放大电路+VCCRCC2C3RLRE+RB1RB2RS +us +uo C1一、求一、求“Q”( (略略) )二、性能指标分析二、性能指标分析beLbebLbio rRriRiuuAu RiR i 1)1(be bbebeiiririiuR)1(/beEi rRRRoRo = RC特点：特点：1. Au 大小与共射电路相同。大小与共射电路相同。2. 输入电阻小，输入电阻小，Aus 小。

11、小。RCRERS +us RL+uo RCRERS+us RLrBEioicieiiib ib+ui 电压增益：电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR1)/)(1 ()/()1 (LebeLeRRrRR )/)(1(/LebebRRrR beLc)/(rRR 1/beerRcR+-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu共集共集+S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eR共基共基共射共射+b2b-iucC+RR-CCb1RuToL+CV输出电阻输出电阻不含负载不含负载R RL L输入电阻输入电阻不含信源内阻不

12、含信源内阻rbe=300+26/iE=f(,R=f(,Ri i,R,Ro o）R R串并联值串并联值, ,倍反射倍反射 1)/(/bebserRRR三种组态：三种组态：共源、共漏、共栅共源、共漏、共栅特点：特点：输入电阻极高，输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好噪声低，热稳定性好1.直流偏置电路：零偏压直流偏置电路：零偏压 VG=0 (1)场效应管：场效应管：N沟道沟道耗尽型耗尽型绝缘栅（绝缘栅（MOS）+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSD2.7.1 FET放大电路的静态分析放大电路的静态分析栅极电阻栅极电阻 RG 的作用：的作用：( (1) )为栅偏压为栅偏压USQ提供通路提

13、供通路( (2) )释放栅极积累电荷释放栅极积累电荷源极电阻源极电阻 RS 的作用：的作用：提供负栅偏压提供负栅偏压UGSQ （自偏压方式）（自偏压方式）漏极电阻漏极电阻 RD 的作用：的作用：把把 iD 的变化变为的变化变为 uDS 的变化量，输出到负载的变化量，输出到负载UGSQ = IDQRS (即即URS ) UGSQ增强型增强型uDSIDQ UGQ各个电容：通交流隔直流各个电容：通交流隔直流IDUGSN沟道沟道P沟道沟道0耗尽型：耗尽型：UGS=0,有有IDSDQSG2G1G2DDGQ RIURRRVU ；SDQG2G1G2DDGSQ RIRRRVU (2) 分压式自偏压电路：正偏压

14、分压式自偏压电路：正偏压调整电阻（调整电阻（RE、RG1、RG2、RG3）的大小，可获得：的大小，可获得：UGSQ 0UGSQ = 0UGSQ RD，有：有：输出电流输出电流 电压电压带负载带负载RL 时时LmgsDgsmio)/(RguRRuguuALu 2.7.2 小信号模型分析法小信号模型分析法ID)(213GGGiRRRr输出电流输出电流ID、电压、电压UO:输出电阻：输出电阻：将放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应称放大电将放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应称放大电路的频率响应，简称频响或频率特性。路的频率响应，简称频响或频率特性。 频率特性包括频率特性包括幅频特性幅频特性与与相频

15、特性相频特性两部分：两部分：u幅频特性幅频特性: 描写放大倍数之模与频率的关系曲线描写放大倍数之模与频率的关系曲线u相频特性相频特性: 描写相位与频率的关系曲线描写相位与频率的关系曲线2.8放大电路的频率响应放大电路的频率响应波特图：波特图：不是用逐点描绘曲线，采用折线近似的方法画出的其对数频率不是用逐点描绘曲线，采用折线近似的方法画出的其对数频率特性，称波特图。特性，称波特图。对数幅频特性曲线：对数幅频特性曲线： 横坐标频率横坐标频率f,f,取对数为：取对数为：lg(f)lg(f)，曲线将大幅度被压缩（例如用，曲线将大幅度被压缩（例如用1 16 6可表示可表示1010106106）；）； 纵

16、坐标电压增益纵坐标电压增益A,A,用分贝用分贝(dB)(dB)即取对数表示为：即取对数表示为：20lg(A)20lg(A)，( (当当A A从从1010倍变化倍变化到到103103倍时，分贝值从倍时，分贝值从2020变化到变化到60)60)。 该该“20lg(A)20lg(A)lg(f)lg(f)关系曲线关系曲线”称为称为“对数幅频特性对数幅频特性”。对数相频特性曲线：对数相频特性曲线：相频特性的纵坐标相移相频特性的纵坐标相移采用线性刻度，绘制出的采用线性刻度，绘制出的“lg(f)lg(f)关系曲线关系曲线”称为称为“对数相频特性对数相频特性”。两者合一，称为两者合一，称为“对数频率特性对数频

17、率特性”。波特图与波特图与对数频率特性对数频率特性幅频响应幅频响应相频响应相频响应lg(f)lg(f) 做图时不是用逐点描绘曲线，而是采用折线近似的方法画出做图时不是用逐点描绘曲线，而是采用折线近似的方法画出的对数频率特性，通常称为波特图。就是横坐标频率的对数频率特性，通常称为波特图。就是横坐标频率f f采用采用lgflgf对数刻度，这样将频率的大幅度的变化范围压缩在一个对数刻度，这样将频率的大幅度的变化范围压缩在一个小范围内小范围内( (例如用例如用1 16 6代表代表1010106)106)，幅频特性的纵坐标电，幅频特性的纵坐标电压增益，用分贝压增益，用分贝(dB)(dB)表示为表示为20

18、lgA20lgA，( (当当A A从从1010倍变化到倍变化到103103倍倍时，分贝值只从时，分贝值只从2020变化到变化到60)60)。这样绘出的。这样绘出的20lgA20lgAlgflgf的关系的关系曲线称为对数幅频特性。而相频特性的纵坐标相移曲线称为对数幅频特性。而相频特性的纵坐标相移采用线采用线性刻度，绘制出的性刻度，绘制出的lgflgf关系曲线称为对数相频特性。两者关系曲线称为对数相频特性。两者合起来，称为对数频率特性。合起来，称为对数频率特性。什么是波特图什么是波特图幅频响应幅频响应相频响应相频响应幅频特性幅频特性共射基本放大电路共射基本放大电路相频特性相频特性中心频中心频率增益

19、率增益的的0.707倍倍通频带通频带通频带通频带(相移相移45o)为什么要多级放大？为什么要多级放大？ 前面我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路（单前面我们主要研究了由一个晶体管组成基本放大电路（单管放大器），它们的电压放大倍数一般只有几十倍。管放大器），它们的电压放大倍数一般只有几十倍。 但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，单管但是在实际应用中，往往需要放大非常微弱的信号，单管放大器放大倍数是远远不够的。放大器放大倍数是远远不够的。 为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路为了获得更高的电压放大倍数，可以把多个基本放大电路连接起来，组成连接起来，组成“多级放大电路多

20、级放大电路”。 其中每一个基本放大电路叫做一其中每一个基本放大电路叫做一“级级”，而级与级之间的，而级与级之间的连接方式则叫做连接方式则叫做“耦合方式耦合方式”。 实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之实际上，单级放大电路中也存在电路与信号源以及负载之间的耦合问题。间的耦合问题。1. 耦合方式耦合方式直接直接耦合耦合A1A2电路简单，能放大交、直流电路简单，能放大交、直流信号，信号，“Q” 互相影响，零互相影响，零点点漂移严重。漂移严重。阻容阻容耦合耦合A1A2各级各级 “Q” 独立，只放大交独立，只放大交流流信号，信号频率低时耦合电信号，信号频率低时耦合电容容抗大。容容抗大。变压

21、变压 器器耦合耦合A1A2用于选频放大器、用于选频放大器、功率放大器等。功率放大器等。2.直接耦合放大电路直接耦合放大电路存在两个问题：存在两个问题：1）静态工作点不合）静态工作点不合理（近饱和）。理（近饱和）。2）级数越多，相互影响越大）级数越多，相互影响越大（同类型的管子影响更大）。（同类型的管子影响更大）。（1）直接耦合放大器电路）直接耦合放大器电路0.7V改进：改进：（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a) 加入电阻加入电阻RE2 ：工作点合理些：工作点合理些RRB1C1R C2uiuoTT12RUz z+VDz zCC（b）在）在T2的发射极加入稳压管的发射极加入

22、稳压管改进：改进：RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC+改进问题改进问题B：在电路中采用不同类型的管子，即：在电路中采用不同类型的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型管和型管和PNP型管级联工作（电平移动）型管级联工作（电平移动）相当于一只大功相当于一只大功率率NPN管（取决管（取决于其第一只管子于其第一只管子的类型）的类型）RRB1C1R E2uiuoTT12RC2VCC-改进问题改进问题B：在电路中采用不同类型的管子，即：在电路中采用不同类型的管子，即NPN和和PNP管配合使用，如下图所示管配合使用，如下图所示。利用利用NPN型

23、管和型管和PNP型管级联工作（电平移动）型管级联工作（电平移动）相当于一只大功相当于一只大功率率PNP管（取决管（取决于其第一只管子于其第一只管子的类型）的类型）（1）可以放大直流信号（或缓慢变化的信号）可以放大直流信号（或缓慢变化的信号）（2）便于集成化）便于集成化（电路中只有晶体管和电阻，没（电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，便于做成集成电路）有电容器和电感器，便于做成集成电路）缺点：缺点：优点优点：（1）各级的静态工作点不独立，相互影响）各级的静态工作点不独立，相互影响(会给设计、会给设计、计算和调试带来不便计算和调试带来不便)（2）存在零点漂移：输入为零而输出不是零（且变动）

24、存在零点漂移：输入为零而输出不是零（且变动着。着。零点漂移影响很严重）零点漂移影响很严重）（2）直接耦合放大电路的优缺点）直接耦合放大电路的优缺点（3）直接耦合放大电路的零点漂移问题）直接耦合放大电路的零点漂移问题1）何谓零点漂移？）何谓零点漂移？2）产生零点漂移的原因）产生零点漂移的原因3）零点漂移的严重性及其抑制方法）零点漂移的严重性及其抑制方法1、元件参数变化、电源波动、元件参数变化、电源波动2、温度变化的影响、温度变化的影响如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采如果采用高精度电阻并经经过老化处理和采 用高稳定度用高稳定度的电源之后，则的电源之后，则晶体管参数随温度的变化将成为产生零点晶

25、体管参数随温度的变化将成为产生零点漂移的主要原因。漂移的主要原因。如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就如果零点漂移的大小足以和输出的有用信号相比拟，就无法对两者进行区分。电路将无法工作！无法对两者进行区分。电路将无法工作！因此，为使放大电路正常工作，必须抑制零点漂移。因此，为使放大电路正常工作，必须抑制零点漂移。注意：注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，阻容耦合放大器会阻断这种缓慢变化的信号，不会逐级阻容耦合放大器会阻断这种缓慢变化的信号

26、，不会逐级传递和放大。传递和放大。但是，直接耦合多级放大电路会逐级放大前但是，直接耦合多级放大电路会逐级放大前级的零点漂级的零点漂移信号移信号，在输出端造成严重影响。，在输出端造成严重影响。特别当温度变化较大，放大电路级数较多时，影响尤为特别当温度变化较大，放大电路级数较多时，影响尤为严重。严重。抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法：1）采用恒温措施：）采用恒温措施：使晶体管工作环境温度稳定。使晶体管工作环境温度稳定。需要恒温室或槽，设备复杂，成本高。需要恒温室或槽，设备复杂，成本高。2）采用温度补偿：）采用温度补偿：热敏元件：热敏元件：在电路中用热敏元件、二极管（或晶体管在电路中用热敏元件

27、、二极管（或晶体管的发射结）与工作管的温度特性互相补偿。的发射结）与工作管的温度特性互相补偿。差动放大电路：（最有效的方法）差动放大电路：（最有效的方法）用特性相同的两个用特性相同的两个管子使零点漂移相互抵消。即管子使零点漂移相互抵消。即“差动放大电路差动放大电路”的设计的设计思想。思想。3）直流负反馈：采用直流负反馈稳定静态工作点。）直流负反馈：采用直流负反馈稳定静态工作点。4）阻容耦合：级间采用阻容耦合阻断直流（或极低频）信）阻容耦合：级间采用阻容耦合阻断直流（或极低频）信号。号。3.阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 阻容耦合放大电路的方框图阻容耦合放大电路的方框图阻容耦合：通过电容器阻容

28、耦合：通过电容器连接前、连接前、后级电路后级电路方框图：方框图：单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路1）各级的直流工作点相互独立各级的直流工作点相互独立：电容隔直流通交流，所以直流通路相互隔断、相互独立电容隔直流通交流，所以直流通路相互隔断、相互独立给设计、调试和分析带来很大方便。给设计、调试和分析带来很大方便。 2）传输过程中，交流信号损失少：传输过程中，交流信号损失少：只要耦合电容足够大，则较低频率的信号也能由前级只要耦合电容足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地传递到后级。几乎不衰减地传递到后级。阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路优点：优

29、点：3）温度漂移小。）温度漂移小。4）体积小，成本低。）体积小，成本低。缺点：缺点：1）难以集成化；）难以集成化；2）低频特性差；）低频特性差；3）只能进行信号耦合（使信号直接通过），）只能进行信号耦合（使信号直接通过），而不能改变其参数。而不能改变其参数。4. 三种耦合方式放大电路的应用场合三种耦合方式放大电路的应用场合1、阻容耦合放大电路：、阻容耦合放大电路：用于交流信号的放大。用于交流信号的放大。3、变压器耦合放大电路：、变压器耦合放大电路：用于功率放大及调谐放大。用于功率放大及调谐放大。2、直接耦合放大电路：、直接耦合放大电路：放大直流信号或缓慢变化的信号。放大直流信号或缓慢变化的信号

30、。集成电路中的放大电路：集成电路中的放大电路：均采用直接耦合方式。均采用直接耦合方式。为了抑制零漂，输入级采用特殊形式：差动放大电路。为了抑制零漂，输入级采用特殊形式：差动放大电路。iouuAu nuuuuuuuuioi3o32i2oi1o. = Au1Au2 AunAu1(dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + + Aun (dB) 注意：考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放注意：考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把：大倍数时，应把：后级的输入电阻作为前级的负载！后级的输入电阻作为前级的负载！1.多级放大电路电压增益的计算多级放大电路电压增益的计算总放大

31、倍数总放大倍数=各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积总增益总增益=各级增益之和各级增益之和Au1第一级第一级Au2第二级第二级Aun末末 级级uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii多级放大电路的多级放大电路的输入电阻：输入电阻：为为第一级第一级放大电路的输入电阻。放大电路的输入电阻。多级放大电路的多级放大电路的输出电阻：输出电阻：为为最后一级最后一级放大电路的输出电阻。放大电路的输出电阻。2.输入和输出电阻输入和输出电阻当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，则则单级的上下限频率处的增益为：单级的上下限频率处的增益为：。 707. 0M1VA两级的增益为：两级的增益为：。

32、 5 . 0)707. 0(M122M1VVAA 即两级的带宽即两级的带宽小于单级带宽小于单级带宽3.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应两级放大两级放大一级放大一级放大多级放大电路多级放大电路的通频带比它的通频带比它的任何一级都的任何一级都窄窄多级放大电路的通频带多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄比它的任何一级都窄则单级的上下限频率处的增益为：则单级的上下限频率处的增益为：当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，。 707. 0M1VA两级的增益为：两级的增益为：。 5 . 0)707. 0(M122M1VVAA 即两级的带宽小于单级带宽即两级的带宽小于单级带宽3.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应（1）电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为: AU=UO/UI（重点）（重点）（2）电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为: : A AI I= =I IO O/ /I II I （3）互阻增益互阻增益定义为定义为: Ar=UO/II（4）互导增益互导增益定义为定义为: Ag=IO/U