第二章第二章放大电路的基本原理放大电路的基本原理2.1放大的概念放大的概念2.2单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.3放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法2.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态2.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.8多级放大电路多级放大电路12.1放大的概念放大的概念本质：本质：实现能量的控制。实现能量的控制。在在放放大大电电路路中中提提供供一一个个能能源源，由由能能量量较较小小的的输输入入信信号号控控制制这这个个能能源源，使使之之输输出出较较大大的的能能量量，然然后后推推动动负载。负载。小能量对大能量的控制作用称为小能量对大能量的控制作用称为放大作用放大作用。放大的对象是放大的对象是变化量。变化量。元件：元件：双极型三极管和场效应管。双极型三极管和场效应管。22.2放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标图图 2.2.1放大电路技术指标测试示意图放大电路技术指标测试示意图1. 放大倍数放大倍数32. 最大输出幅度最大输出幅度在在输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真情情况况下下放放大大电电路路能能够够提提供供给给负负载载的的最最大大输输出出电电压压( (或或最最大大输输出出电电流流) )可可用用峰峰-峰峰值值表表示示，或有效值表示或有效值表示( (Uom 、Iom) )。3. 非线性失真系数非线性失真系数 D4. 输入电阻输入电阻 Ri所有谐波总量与基波成分之比，即所有谐波总量与基波成分之比，即从从放放大大电电路路输输入入端端看看进进去去的的等等效电阻。效电阻。45. 输出电阻输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。测量测量 Ro：输输入入端端正正弦弦电电压压 ，分分别别测测量量空空载载和和输输出出端端接接负负载载 RL 的输出电压的输出电压 、 。输出电阻愈小，带载能力愈强。输出电阻愈小，带载能力愈强。5Aum6. 通频带通频带BW7. 最大输出功率与效率最大输出功率与效率 输输出出不不产产生生明明显显失失真真的的最最大大输输出出功功率率。用用符符号号 Pom表示。表示。 ：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率fL fHfL：下限频率：下限频率fH：上限频率：上限频率图图 2.2.262.3单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路2.3.1单管共发射极放大电路的组成单管共发射极放大电路的组成图图 2.3.1单管共射放大电路单管共射放大电路的原理电路的原理电路VT：NPN 型三极管，为放大元件；型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；为输出信号提供能量；RC：当当 iC 通通过过 Rc，将将电电流流的的变变化化转转化化为为集集电电极极电电压压的的变变化化，传传送送到到电电路路的输出端；的输出端；VBB 、Rb：为为发发射射结结提提供供正正向向偏偏置置电电压压，提提供供静静态基极电流态基极电流( (静态基流静态基流) )。72.3.2单管共发射极放大电路的单管共发射极放大电路的工作原理工作原理1. 放大作用：放大作用：图图 2.3.1单管共射放大电路单管共射放大电路的原理电路的原理电路82. 组成放大电路的原则：组成放大电路的原则：（1） 外外加加直直流流电电源源的的极极性性必必须须使使发发射射结结正正偏偏，集电结反偏。则有：集电结反偏。则有：（2） 输输入入回回路路的的接接法法应应使使输输入入电电压压 u 能能够够传传送送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。（3） 输输出出回回路路的的接接法法应应使使变变化化量量 iC 能能够够转转化化为为变变化量化量 uCE，并传送到放大电路的输出端。，并传送到放大电路的输出端。3. 原理电路的缺点：原理电路的缺点：（1） 双电源供电；双电源供电； （2） uI、uO 不共地。不共地。94. 单管共射放大电路单管共射放大电路图图 2.3.2单管共射放大电路单管共射放大电路C1 、C2 ：为隔直电容或耦合电容；为隔直电容或耦合电容； RL：为负载电阻。为负载电阻。该电路也称该电路也称阻容耦合阻容耦合单管共射放大电路。单管共射放大电路。10图图 2.4.1( (b) )2.4放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法基本分析方法两种基本分析方法两种图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法2.4.1直流通路与交流通路直流通路与交流通路图图 2.3.2( (b) )图图 2.4.1( (a) )112.4.2静态工作点的近似计算静态工作点的近似计算bceIBQICQ UCEQ图图 2.4.1( (a) )硅管硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V锗管锗管 UBEQ = (0.1 0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC12【例例】图示单管共射放大电路中，图示单管共射放大电路中，VCC = 12 V，Rc = 3 k ，Rb = 280 k ，NPN 硅硅管管的的 = 50，试试估估算算静静态工作点。态工作点。图图 2.4.3( (a) )解：解：设设 UBEQ = 0.7 VICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 3)V = 6 V132.4.3图解法图解法在在三三极极管管的的输输入入、输输出出特特性性曲曲线线上上直直接接用用作作图图的的方方法求解放大电路的工作情况。法求解放大电路的工作情况。1. 图解的基本方法图解的基本方法(1) (1) 图解分析静态图解分析静态 先用估算的方法计算输入回路先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。 用图解法确定输出回路静态值用图解法确定输出回路静态值方法：方法：根据根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点14输出回路输出回路输出特性输出特性直流负载线直流负载线Q图图 2.4.3由由静静态态工工作作点点 Q 确确 定定 的的 ICQ、UCEQ 为静态值。为静态值。15图图 2.4.3( (a) )【例例】图图示示单单管管共共射射放放大大电电路路及及特特性性曲曲线线中中，已已知知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集集电电极极直直流流电电源源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQ做直流负载线，确定做直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .160iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA图图 2.4.3( (b) )17( (二二) ) 图解分析动态图解分析动态1. 交流通路的输出回路交流通路的输出回路图图 2.4.4 输输出出通通路路的的外外电电路路是是 Rc 和和 RL 的并联。的并联。2. 交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：OIBiC / mAuCE /VQ静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点图图 2.4.5( (b) )183. 动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析图图 2.4.5( (a) )输入回路工作情况输入回路工作情况0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE19交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC图图 2.4.5( (b) )输出回路工作输出回路工作情况分析情况分析204. 电压放大倍数电压放大倍数图图 2.4.3( (a) )【例例】用用图图解解法法求求图图示示电电路路电电压压放放大大倍倍数数。输输入入、输输出特性曲线如右图，出特性曲线如右图，RL = 3 k 。 uCE = (4.5 7.5) V = 3 V uBE = (0.72 0.68) V = 0.04 V解：解：求求 确定交流负载线确定交流负载线取取 iB = (60 20) A = 40A则输入、输出特性曲线上有则输入、输出特性曲线上有21单单管管共共射射放放大大电电路路当当输输入入正正弦弦波波 uI 时时，放放大大电电路路中中相相应应的的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。波形。图图 2.4.6单管共射放大电路的单管共射放大电路的电压电流波形电压电流波形22 二、图解法的应用二、图解法的应用( (一一) )用图解法分析非线性失真用图解法分析非线性失真1. 静静态态工工作作点点过过低低，引引起起 iB、iC、uCE 的波形失真的波形失真ibui结论：结论：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真23iC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管管截截止止失失真真时时的输出的输出 uo 波形。波形。uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ24OIB = 0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQ2. Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真25( (二二) )用图解法估算最大输出幅度用图解法估算最大输出幅度OiB = 0QuCE/ViC / mAACBDE交流负载线交流负载线 输输出出波波形形没没有有明明显显失失真真时时能能够够输输出出最最大大电电压压。即即输输出出特特性性的的 A、B 所所限定的范围。限定的范围。 Q 尽量设在线段尽量设在线段 AB 的中点。则的中点。则 AQ = QB，CD = DE26( (三三) )用图解法分析电路参数对静态工作点的影响用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1. 改改变变 Rb，保保持持VCC ，Rc ， 不变；不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 减小，减小，Q 点下移；点下移；Q 点上移；点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q32. 改改变变 VCC，保保持持 Rb，Rc ， 不变；不变； 升升高高 VCC，直直流流负负载载线线平平行行右右移移，动动态态工工作作范范围围增增大大，但管子的动态功耗也增大。但管子的动态功耗也增大。Q2图图 2.4.9( (a) )图图 2.4.9( (b) )273. 改改变变 Rc，保保持持 Rb，VCC ， 不变；不变；4. 改改变变 ，保保持持 Rb，Rc ，VCC 不变；不变；增增大大 Rc ，直直流流负负载载线线斜斜率率改改变变，则则 Q 点点向向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增增大大 ，ICQ 增增大大，UCEQ 减减小小，则则 Q 点点移移近近饱饱和区。和区。图图 2.4.9 ( (c) )图图 2.4.9 ( (d) )28图解法小结图解法小结1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；失真的关系；2. 方便估算最大输出幅值的数值；方便估算最大输出幅值的数值；3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响；可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4. 有利于对静态工作点有利于对静态工作点 Q 的检测等。的检测等。292.4.4微变等效电路法微变等效电路法 晶晶体体管管在在小小信信号号( (微微变变量量) )情情况况下下工工作作时时，可可以以在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内用用直直线线段段近近似似地地代代替替三三极极管管的的特特性性曲曲线线，三三极极管管就就可可以以等等效效为为一一个个线线性性元元件件。这这样样就就可可以以将将非非线线性性元元件件晶晶体体管管所所组组成成的的放放大大电电路路等等效效为为一一个个线性电路。线性电路。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小30一、简化的一、简化的 h 参数微变等效电路参数微变等效电路( (一一) ) 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 iB uBE 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线 rbe ：晶体管的输入电阻。：晶体管的输入电阻。 在在小小信信号号的的条条件件下下，rbe是是一一常常数数。晶体管的输入电路可用晶体管的输入电路可用 rbe 等效代替。等效代替。1. 输入电路输入电路Q 点附近的工作段点附近的工作段近似地看成直线近似地看成直线 可认为可认为 uBE 与与 iB 成正比成正比QOiB uBE 图图 2.4.10( (a) )312. 输出电路输出电路假假设设在在 Q 点点附附近近特特性性曲曲线线基基本本上上是是水水平平的的( ( iC 与与 uCE无关无关) )，数量关系上，数量关系上， iC 比比 iB 大大 倍；倍； iB iB从从三三极极管管输输出出端端看看，可可以以用用 iB 恒恒流流源源代代替三极管；替三极管；该恒流源为受控源；该恒流源为受控源；为为 iB 对对 iC 的控制。的控制。uCE QiC O图图 2.4.10( (b) )323. 三极管的简化参数等效电路三极管的简化参数等效电路注注意意：这这里里忽忽略略了了 uCE 对对 iC与与输输出出特特性性的的影影响响，在在大大多多数数情情况况下下，简简化化的的微微变变等等效效电电路路对对于于工工程程计计算算来来说说误差很小。误差很小。图图 2.4.11三极管的简化三极管的简化 h 参数等效电路参数等效电路cbe + uBE + uCE iC iBebcrbe iB+ uBE + uCE iC iB334. 电压放大倍数电压放大倍数 Au；输入电阻输入电阻 Ri、输出电阻、输出电阻 ROC1RcRb+VCCC2RL+VT+ Ri = rbe / Rb ，Ro = Rcrbe ebcRcRLRb+ + 图图 2.4.12单管共射放大电路的等效电路单管共射放大电路的等效电路34( (二二) ) rbe 的近似估算公式的近似估算公式rbb ：基区体电阻。基区体电阻。re b ：基射之间结电阻。基射之间结电阻。低频、小功率管低频、小功率管 rbb 约为约为 300 。UT ：温度电压当量。：温度电压当量。c beiBiCiE图图 2.4.1335电流放大倍数与电压放大倍数之间关系电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论讨论1. 当当 IEQ 一一定定时时， 愈愈大大则则 rbe 也也愈愈大大，选选用用 值值较大的三极管其较大的三极管其 Au 并不能按比例地提高；并不能按比例地提高；因：因：2. 当当 值值一一定定时时，IEQ 愈愈大大则则 rbe 愈愈小小，可可以以得得到到较较大的大的 Au ，这种方法比较有效。，这种方法比较有效。 36( (三三) ) 等效电路法的步骤等效电路法的步骤( (归纳归纳) )1. 首首先先利利用用图图解解法法或或近近似似估估算算法法确确定定放放大大电电路路的静态工作点的静态工作点 Q 。2. 求求出出静静态态工工作作点点处处的的微微变变等等效效电电路路参参数数 和和 rbe 。3. 画画出出放放大大电电路路的的微微变变等等效效电电路路。可可先先画画出出三三极极管管的的等等效效电电路路，然然后后画画出出放放大大电电路路其其余余部部分分的的交交流通路。流通路。4. 列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。37二、二、 微变等效电路法的应用微变等效电路法的应用例例：接接有有发发射射极极电电阻阻的的单单管管放放大大电电路路，计计算算电电压压放放大大倍数和输入、输出电阻。倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+VT+ Rerbe bcRcRLRb+ Ree+ 图图 2.4.14接有发射极电阻的放大电路接有发射极电阻的放大电路38rbe bcRcRLRb+ Ree+ 根据微变等效电路列方程根据微变等效电路列方程引入发射极电阻引入发射极电阻后，后， 降低了。降低了。若满足若满足(1 + ) Re rbe 与与三三极极管管的的参参数数 、rbe 无关。无关。392. 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻引引入入 Re 后后，输输入入电电阻阻增大了。增大了。3. 放大电路的输出电阻放大电路的输出电阻rbe ebcRcRLRb+ + Rerbe bcRcRbRee将将放放大大电电路路的的输输入入端端短短路路，负负载载电电阻阻 RL 开开路路 ，忽忽略略 c 、e 之之间间的的内电阻内电阻 rce 。RL图图 2.4.14( (b) )40讨论讨论引入引入 Re 后对输出电阻的影响。后对输出电阻的影响。rbe ebcRcRbRerce +_式中式中图图 2.4.15求图求图 2.4.14( (a) )电路电路输出电阻的等效电路输出电阻的等效电路41将将 代入代入 式，放大电路输出电阻为式，放大电路输出电阻为上式中，通常上式中，通常 ，故可简化为，故可简化为如果如果 Re = 0 ，但考虑，但考虑 rce 的作用，则的作用，则 显显然然，接接入入 Re 后后，三三极极管管集集电电极极至至公公共共端端之之间间的的等效电阻大大提高了。等效电阻大大提高了。422.5工作点的稳定问题工作点的稳定问题2.5.1温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 三三极极管管是是一一种种对对温温度度十十分分敏敏感感的的元元件件。温温度度变变化化对对管管子参数的影响主要表现有：子参数的影响主要表现有： 1. UBE 改改变变。UBE 的的温温度度系系数数约约为为 2 mV/ C，即即温温度每升高度每升高 1 C，UBE 约下降约下降 2 mV 。 2. 改改变变。温温度度每每升升高高 1 C， 值值约约增增加加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。温度系数分散性较大。 3. ICBO 改改变变。温温度度每每升升高高 10 C ，ICBQ 大大致致将将增增加加一一倍，说明倍，说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。将随温度按指数规律上升。43温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大，增大，Q 上移。波形容易失真。上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT = 20 C T = 50 C图图 2.5.1温度对温度对 Q 点和输出点和输出波形的影响波形的影响442.5.2静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路一、电路组成一、电路组成分压式偏置电路分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图图 2.5.2分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路由于由于 UBQ 不随温度变化，不随温度变化，电流负反馈式工作点稳定电路电流负反馈式工作点稳定电路T ICQ IEQ UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 45说明：说明：1. Re 愈愈大大，同同样样的的 IEQ 产产生生的的 UEQ 愈愈大大，则则温温度度稳稳定定性性愈愈好好。但但 Re 增增大大，UEQ 增增大大，要要保保持持输输出量不变，必须增大出量不变，必须增大 VCC。2. 接接入入 Re ，电电压压放放大大倍倍数数将将大大大大降降低低。在在 Re 两两端端并并联联大大电电容容 Ce ，交交流流电电压压降降可可以以忽忽略略，则则 Au 基基本本无影响。无影响。 Ce 称旁路电容称旁路电容3. 要要保保证证 UBQ 基基本本稳稳定定，IR IBQ，则则需需要要 Rb1、Rb2 小小一一些些，但但这这会会使使电电阻阻消消耗耗功功率率增增大大，且且电电路路的的输输入入电电阻阻降降低低。实实际际选选用用 Rb1、Rb2 值值，取取 IR = (5 10)IBQ，UBQ = (5 10)UBEQ。46二、静态与动态分析二、静态与动态分析静态分析静态分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ， 可得可得( (估算估算) )静态基极电流静态基极电流47动态分析动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe ebcRcRL+ + Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+ uiuoRb1Re482.6放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本组态三种基本接法三种基本接法共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+_ _+rbebec( (b) )等效电路等效电路为射极输出器为射极输出器图图 2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路( (a) )电路图电路图49一、静态工作点一、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re+RS+由基极回路求得静态基极电流由基极回路求得静态基极电流则则( (a) )电路图电路图图图 2.6.1共集电极放大电路共集电极放大电路50二、电流放大倍数二、电流放大倍数所以所以三、电压放大倍数三、电压放大倍数结结论论：电电压压放放大大倍倍数数恒恒小小于于 1，而而接接近近 1，且且输输出出电电压与输入电压同相，又称压与输入电压同相，又称射极跟随器。射极跟随器。+_+rbebec( (b) )等效电路等效电路51四、输入电阻四、输入电阻+_+rbebec输入电阻较大。输入电阻较大。Ri52五、输出电阻五、输出电阻+_rbebec 输出电阻低，故带载能力比较强。输出电阻低，故带载能力比较强。Ro图图 2.6.2求射极输出器求射极输出器 Ro 的等效电路的等效电路532.6.2共基极放大电路共基极放大电路图图 2.6.3共基极放大电路共基极放大电路( (a) )原理电路原理电路VEE 保保证证发发射射结结正正偏偏；VCC 保保证证集集电电结结反反偏偏；三三极极管管工作在放大区。工作在放大区。( (b) )实际电路实际电路实实际际电电路路采采用用一一个个电电源源 VCC ，用用 Rb1、Rb2 分分压提供基极正偏电压。压提供基极正偏电压。C1C2+_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRc54一、静态工作点一、静态工作点( (IBQ , ICQ , UCEQ) )图图 2.6.3( (b) )实际电路实际电路C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLRc55二、电流放大倍数二、电流放大倍数微变等效电路微变等效电路由图可得：由图可得：所以所以由由于于 小小于于 1 而而近近似似等等于于 1 ，所所以以共共基基极极放放电电电电路路没有电流放大作用。没有电流放大作用。+_+_Rerbebec图图 2.6.4共基极放大电路的等效电路共基极放大电路的等效电路56三、电压放大倍数三、电压放大倍数+_+_Rerbebec图图 2.6.4由微变等效电路可得由微变等效电路可得共共基基极极放放大大电电路路没没有有电电流流放放大大作作用用，但但是是具具有有电电压压放放大大作作用用。电电压压放放大大倍倍数数与与共共射射电电路路相相等等，但但没没有有负负号号，说说明该电路明该电路输入、输出信号同相位。输入、输出信号同相位。57四、输入电阻四、输入电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Re 的作用的作用五、输出电阻五、输出电阻暂不考虑电阻暂不考虑电阻 Re 的作用的作用 Ro = = rcb . 已知共射输出电阻已知共射输出电阻 rce ，而，而 rcb 比比 rce大大 得多，可认为得多，可认为rcb (1 + )rce如如果果考考虑虑集集电电极极负负载载电电阻阻，则则共共基基极极放放大大电电路路的的输输出电阻为出电阻为Ro = Rc / rcb Rc582.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较大大( (数数值值同同共共射射电路，但同相电路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十几十几 一几百一几百) ) 小小 大大( (几十几十 一百以上一百以上) ) 大大( (几十几十 一百以上一百以上) )电电路路组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态C1C2VCCRb2Rb1+_ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+C1Rb+VCCC2RL+Rc592.6.3三种基本组态的比较三种基本组态的比较 频率频率响应响应大大( (几百千欧几百千欧 几兆欧几兆欧) )大大( (几欧几欧 几十欧几十欧) )中中( (几十千欧几十千欧几百千欧几百千欧) )rce小小( (几欧几欧 几十欧几十欧) )小小( (几十千欧以上几十千欧以上) )中中(几百欧几百欧几千欧几千欧) rbe组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态差差较好较好好好602.7场效应管放大电路场效应管放大电路2.7.1场效应管的特点场效应管的特点1. 场效应管是电压控制元件；场效应管是电压控制元件； 2. 栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高； 3. 一一种种极极性性的的载载流流子子导导电电，噪噪声声小小，受受外外界界温温度度及及辐射影响小；辐射影响小； 4. 制造工艺简单，有利于大规模集成；制造工艺简单，有利于大规模集成； 5. 存存放放管管子子应应将将栅栅源源极极短短路路，焊焊接接时时烙烙铁铁外外壳壳应应接接地良好，防止漏电击穿管子；地良好，防止漏电击穿管子； 6. 跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。612.7.2共源极放大电路共源极放大电路图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系与双极型三极管对应关系b G , e S , c D 为为了了使使场场效效应应管管工工作作在在恒恒流流区区实实现现放放大作用，应满足：大作用，应满足：图图示示电电路路为为 N 沟沟道道增增强强型型 MOS 场场效效应应管管组组成成的的放放大大电路。电路。( (UT：开启电压：开启电压) )62一、静态分析一、静态分析VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD图图 2.7.3共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路两种方法两种方法近似估算法近似估算法图解法图解法 ( (一一) ) 近似估算法近似估算法MOS 管栅极电流管栅极电流为零，当为零，当 uI = 0 时时UGSQ = VGG而而 iD 与与 uGS 之间近似满足之间近似满足( (当当 uGS UT) )式中式中 IDO 为为 uGS = 2UT 时的值。时的值。则静态漏极电流为则静态漏极电流为63 ( (二二) ) 图解法图解法图图 2.7.4用图解法分析共源极用图解法分析共源极放大电路的放大电路的 Q 点点VDDIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD iDRD 画出直流负载线。画出直流负载线。图中图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。即为静态值。64二、动态分析二、动态分析iD 的全微分为的全微分为上式中定义：上式中定义： 场效应管的跨导场效应管的跨导( (毫毫西门子西门子 mS) )。 场效应管漏源之间等效电阻。场效应管漏源之间等效电阻。1. 微变等效电路微变等效电路65二、动态分析二、动态分析如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：成为：根据上式做等效电路如图所示。根据上式做等效电路如图所示。图图 2.7.5场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路+GDS由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。66微变参数微变参数 gm 和和 rDS ( (1) ) 根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。( (2) ) 用求导的方法计算用求导的方法计算 gm在在 Q 点附近，可用点附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，则则一一般般 gm 约约为为 0.1 至至 20 mS。 rDS 为为几几百百千千欧欧的的数数量量级级。当当 RD 比比 rDS 小得多时，可认为等效电路的小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路。开路。672. 共源极放大电路的动态性能共源极放大电路的动态性能VDD+uO iDVT+ uIVGGRGSDGRD图图 2.7.6共源极放大电路的微变等效电路共源极放大电路的微变等效电路将将 rDS 开路开路而而所以所以输出电阻输出电阻Ro = RDMOS 管输入电阻高达管输入电阻高达 109 。 D+ GSRG+ 682.7.3分压分压自偏压式共源放大电路自偏压式共源放大电路一、静态分析一、静态分析( (一一) )近似估算法近似估算法根据输入回路列方程根据输入回路列方程图图 2.7.7分压分压 - 自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+解联立方程求出解联立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。69+ VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+图图 2.7.7分压分压 - 自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路列输出回路方程求列输出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)( (二二) )图解法图解法由式由式可可做做出出一一条条直直线线，另另外外，iD 与与 uGS 之之间间满满足足转转移移特特性性曲曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定 UGSQ， IDQ 。70根据漏极回路方程根据漏极回路方程在在漏漏极极特特性性曲曲线线上上做做直直流流负负载载线线， 与与 uGS = UGSQ 的的交点确定交点确定 Q，由，由 Q 确定确定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS = VDD iD(RD + RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ图图 2.7.8用图解法分析图用图解法分析图 2.7.7 电路的电路的 Q 点点71二、动态分析二、动态分析微变等效电路入右微变等效电路入右图所示。图所示。图图 2.7.9图图 2.7.7 电路的电路的微变等效电路微变等效电路D+GS+由图可知由图可知电压放大倍数电压放大倍数输入、输出电阻分别为输入、输出电阻分别为722.7.4共漏极放大电路共漏极放大电路源极输出器或源极跟随器源极输出器或源极跟随器图图 2.7.10源极输出器源极输出器典型电路如右图所典型电路如右图所示。示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+ RG静态分析如下：静态分析如下：分分析析方方法法与与“分分压压-自自偏偏压压式式共共源源电电路路”类类似似，可可采采用用估估算算法法和和图图解法。解法。73动态分析动态分析1. 电压放大倍数电压放大倍数图图 2.7.11微变等效电路微变等效电路D+ GS+而而所以所以2. 输入电阻输入电阻Ri = RG + ( R1 / R2 )743. 输出电阻输出电阻图图 2.7.11微变等效电路微变等效电路D+ GS在电路中，外加在电路中，外加 ，令，令 ，并使，并使 RL 开路开路因输入端短路，故因输入端短路，故则则所以所以实实际际工工作作中中经经常常使使用用的的是是共共源源、共漏组态。共漏组态。752.8多级放大电路多级放大电路2.8.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式三种耦合方式三种耦合方式阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合一、阻容耦合一、阻容耦合图图 2.8.1阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL+VT1+ +Rc2Rb2C3VT2+第第 一一 级级第第 二二 级级76优点：优点：(1) (1) 前前、后后级级直直流流电电路路互互不不相相通通，静静态态工工作作点点相相互独立；互独立；(2) (2) 选选择择足足够够大大电电容容，可可以以做做到到前前一一级级输输出出信信号号几几乎乎不不衰衰减减地地加加到到后后一一级级输输入入端端，使使信信号号得得到到充充分分利利用。用。不足：不足： (1) (1) 不适合传送缓慢变化的信号；不适合传送缓慢变化的信号；(2) (2) 无法实现线性集成电路。无法实现线性集成电路。77二、直接耦合二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2Rb2VT2图图 2.8.2两个单管放大电路简单的直接耦合两个单管放大电路简单的直接耦合特点：特点：( (1) ) 可以放大交流和可以放大交流和缓慢变化及直流信号；缓慢变化及直流信号；( (2) ) 便于集成化。便于集成化。( (3) )各各级级静静态态工工作作点点互互相相影影响响；基基极极和和集集电电极极电电位位会会随随着着级数增加而上升；级数增加而上升；( (4) )零点漂移。零点漂移。781. 解决合适静态工作点的几种办法解决合适静态工作点的几种办法改进电路改进电路( (a) )电电路路中中接接入入 Re2，保保证证第第一一级级集集电电极极有有较较高高的的静静态态电电位位，但但第第二二级级放放大大倍倍数数严严重下降。重下降。 改进电路改进电路( (b) )稳稳压压管管动动态态电电阻阻很很小小，可可以以使使第第二二级级的的放放大大倍倍数数损损失失小小。但但集集电电极极电电压压变变化化范范围减小。围减小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2RVT2( (b) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2Re2VT2( (a) )79改进电路改进电路( (c) )+VCCRc1Rb1+VT1+ Rc2Rb2VT2VDz改进电路改进电路( (d) ) 可可降降低低第第二二级级的的集集电电极极电电位位，又又不不损损失失放放大大倍倍数数。但但稳稳压压管噪声较大。管噪声较大。可可获获得得合合适适的的工工作作点点。为为经经常常采采用用的的方式。方式。( (c) )Rc1Rb1+VCC+VT1+ Re2Rc2VT2 ( (d) )图图 2.8.3直接耦合方式实例直接耦合方式实例80【例例】图图示示两两级级直直接接耦耦合合放放大大电电路路中中，已已知知：Rb1 = 240 k ，Rc1 = 3.9 k ，Rc2 = 500 ，稳稳压压管管 VDz 的的工工作作电电压压 UZ = 4 V，三三极极管管 VT1 的的 1 = 45，VT2 的的 2 = 40，VCC = 24 V，试计算各级静态工作点。试计算各级静态工作点。图图 2.8.4例题的电路例题的电路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2解：设解：设 UBEQ1 = UBEQ2 = 0.7 V，则则UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 V如如 ICQ1 由由于于温温度度的的升高而增加升高而增加 1%，计算静态输出电压，计算静态输出电压 的变化。的变化。81ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = IRc1 ICQ1 = (4.95 4.5 ) mA = 0.45 mAICQ2 = 2 IBQ2 = (40 0.45 ) mA = 18 mAUO= UCQ2 = VCC ICQ2RC2= (24 18 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = ( 15 4 ) V = 11 V当当 ICQ1 增加增加 1% 时，即时，即ICQ1 = (4.5 1.01) mA = 4.545 mAIBQ2 = (4.95 4.545) mA = 0.405 mAICQ2 = (40 0.405) mA = 16.2 mAUO = UCQ2 = (24 16.2 0.5)V = 15.9 V比原来升高了比原来升高了 0.9 V ， 约升高约升高 6%。822. 零点漂移零点漂移直直接接耦耦合合时时，输输入入电电压压为为零零，但但输输出出电电压压离离开开零零点点，并缓慢地发生不规则变化的现象。并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：原因：放大器件的参数受温度影响而使放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。点不稳定。图图 2.8.5零点漂移现象零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。愈严重。83抑制零点漂移的措施：抑制零点漂移的措施：( (1) ) 引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点；( (2) ) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿放大器的零漂；图图 2.8.6利用热敏元件补偿零漂利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+VT2+ RcVT1uIuOiC1ReRuB1( (3) ) 采用差分放大电路。采用差分放大电路。84三、变压器耦合三、变压器耦合选选择择恰恰当当的的变变比比，可可在在负负载载上上得得到到尽尽可可能能大大的的输输出出功率。功率。图图 2.8.8变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路第第 二二 级级VT2、 VT3组组成成推推挽挽式式放放大大电电路路，信信号号正正负负半半周周 VT2、VT3 轮流导电。轮流导电。85优点：优点：( (1) ) 能实现阻抗变换；能实现阻抗变换；( (2) ) 静态工作点互相独立。静态工作点互相独立。缺点：缺点：( (1) ) 变压器笨重；变压器笨重；( (2) ) 无法集成化；无法集成化；( (3) ) 直流和缓慢变化信号不能通过变压器。直流和缓慢变化信号不能通过变压器。86三种耦合方式的比较三种耦合方式的比较阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合特点特点各各级级工工作作点点互互不影响；不影响；结构简单结构简单能放大缓慢变能放大缓慢变化的信号或直流化的信号或直流成分的变化；成分的变化； 适合集成化适合集成化有阻抗变换作用；有阻抗变换作用；各级直流通路互各级直流通路互相隔离。相隔离。存在存在问题问题 不不能能反反应应直直流流成分的变化，成分的变化，不适合集成化不适合集成化有零点漂移现有零点漂移现象；象；各级工作点互各级工作点互相影响相影响不能反应直流成不能反应直流成分的变化；不适合分的变化；不适合放大缓慢变化的信放大缓慢变化的信号；号；不适合集成化不适合集成化适合适合场合场合分立元件交流分立元件交流放大电路放大电路集成放大电路，集成放大电路，直流放大电路直流放大电路低频功率放大，低频功率放大，调谐放大调谐放大872.8.2多级放大电路的电压放大倍数多级放大电路的电压放大倍数和输入、输出电阻和输入、输出电阻一、电压放大倍数一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，其中， n 为多级放大电路的级数。为多级放大电路的级数。二、二、 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 通通常常，多多级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻就就是是输输入入级级的的输输入入电电阻阻；输出电阻就是；输出电阻就是输出级的输出电阻。输出级的输出电阻。 具具体体计计算算时时，有有时时它它们们不不仅仅仅仅决决定定于于本本级级参参数数，也也与与后级或前级的参数有关。后级或前级的参数有关。88图图 2.8.4例题的电路例题的电路Rc1Rb1+VCC+VT1+ Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2 【例例】图示电路中，图示电路中， Rb1= 240 k ，Rc1 = 3.9 k ， Rc2 = 500 ，UZ = 4 V， 1 = 45， 2 = 40， VCC = 24 V，设设稳压管的稳压管的 rz = 50 。试估算总的电压放大倍数，。试估算总的电压放大倍数，以及输入、输出电阻以及输入、输出电阻 Ri 和和 Ro。解解：估估算算 Au1 时时，应应将将第第二二级级 Ri2 作作为为第第一一级的负载电阻。级的负载电阻。89所以所以90个人观点供参考，欢迎讨论