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晶体管放大电路

2017-10-01 37页 doc 65KB 69阅读

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晶体管放大电路晶体管放大电路 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 晶体管放大电路 2.1 晶体管和FET的工作原理 2.1.1晶体管和FET的放大工作的理解 输出 输出 电源 电源 (a)双极型晶体管(以NPN型为例) (b)FET(以N型JFET为例) 晶体管和FET的放大作用:晶体管或FET的输入信号通过器件而出来,晶体管或FET吸收此时输入信号的振幅信息,由电源重新...
晶体管放大电路
晶体管放大电路 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 晶体管放大电路 2.1 晶体管和FET的工作原理 2.1.1晶体管和FET的放大工作的理解 输出 输出 电源 电源 (a)双极型晶体管(以NPN型为例) (b)FET(以N型JFET为例) 晶体管和FET的放大作用:晶体管或FET的输入信号通过器件而出来,晶体管或FET吸收此时输入信号的振幅信息,由电源重新产生输出信号,由于该输出信号比输入信号大,可以看成将输入信号放大而成为输出信号。这就是放大的原理。 2.1.2晶体管和FET的工作原理 1、双极型晶体管的工作原理 集电极(输出端) 双极型晶体管的内部原理 晶体管内部工作原理:对流过基极与发射极之间的电流进行不断地监视,并控制集电极-发射极间电流源使基极-发射极间电流的β倍的电流流在集电极与发射极之间。就是说,晶体管是用基极电流来控制集电极-发射极电流的器件。 1 2、FET的工作原理 漏极(输出端) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ FET的内部原理 FET内部工作原理:对加在栅极与源极之间的电压进行不断地监视,并控制漏极-源极间电流源使栅极-源极间电压的gm倍的电流流在漏极与源极之间。就是说,FET是用栅极电压来控制漏极-源极电流的器件。 2.1.3分立元件放大电路的组成原理 放大电路的组成原理(应具备的条件) 1放大器件工作在放大区(三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置;结型FET与耗尽型MOSFET 可采用自偏压方式或分压式偏置或混合偏置方式,增强型MOSFET则一定要采用分压式偏置或混合偏置 方式)即要保证合适的直流偏置; (2):输入信号能输送至放大器件的输入端; (3):有信号电压输出。 判断放大电路是否具有放大作用,就是根据这几点,它们必须同时具备。 直流通路:在没有信号输入时,估算晶体管的各极直流电流和极间直流电压,将放大电路中的电容视为开路,电感视为短路即得。它又被称为静态。 1、公式法计算Q点 1)共e接法 IB=(UCC-UBE)/RB IC=βIB —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ UCE=UCC-ICRC 2 自偏压式共射极接法 在I1》IB时,可认为I1?I2,于是 U B ? RRB1 ?R UB2 CC U s U?UBE IC?IE?B R E UCE?UCC?IC(RC?RE) IB=IC/β 2)共b接法 UCC=IBRB+UBE+IERE= IBRB+UBE+ (1+β)IB RE IC = IBβ UCE?UCC?IC(RC?RE) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ U B ? RRU B1?R B2 CC IUB?UBE C?IE? RE UCE?UCC?IC(RC?RE) IB=IC/β 3)共c接法 UCC=IBRB+UBE+IERE= IBRB+UBE+ (1+β)IB RE UCE?UCC?ICRE IC = IBβ UB? RRB1?R UB2 CC 3 自偏压式共基接法 分压式共基接法 自偏压式共集接法 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 分压式共集接法 IC?IE? UB?UBE RE UCE?UCC?ICRE IB=IC/β 2、法计算Q点 三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线示,可以在特性曲线上,直接用作图的来确定静态工作点。用图解法的关键是正确的作出直流负载线,通过直流负载线与iB=IBQ的特性曲线的交点,即为Q点。读出它的坐标即得IC和UCE 图解法求Q点的步骤为: 1):通过直流负载方程画出直流负载线, 2):由基极回路求出IB 3):找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。读出Q点的坐标即为所求。 共射极放大电路 为例 BEQC CEQCCE 2.1.5 FET放大电路的直流工作状态分析 1、解析法 输入回路直流偏流线,求IBQ 输出回路直流负载线 ,求ICQ、UCEQ —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 已知电流方式及栅源直流负载线方程,联立求解即可求得工作点。如: iD?IDSS(1?uGS??iDRS UGS2 )UGSoff 将下式代入上式,解一个iD的二次方程,有两个根,舍去不合理的一个根,留下合理的一个根便是IDQ。 2、图解法 画出N沟道场效应管的转移特性如图所示。 对于自偏压方式,栅源回路直流负载线方程为 uGS??iDRS 在转移特性坐标上画出该负载线方程如图(a)所示。分别求出JFET的工作点为Q1点,耗尽型MOSFET的工作点为Q2点,而与增强型MOSFET转移特性则无交点。 对于混合偏置方式,栅源回路直流负载线方程为 (a) GS (b) G2DDGS RG1,RG2 图解法求直流工作点 (a)自偏压方式;(b)混合偏置方式 4 uGS? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ RG2 UDD?iDRS RG1?RG2 画出该负载线如图(b)所示,对于三种不同类型的场效应管的工作点分别为Q′1、Q′2及Q3。这里要特别注意的是,对JFET,RG2过大,或RS太小,都会导致工作点不合适,如图(b)虚线所示。 1、图解法 交流图解分析是在输入信号作用下,通过作图来确定放大管各级电流和极间电压的变化量。此时,放大器的交流通路如图所示。由图可知,由于输入电压连同UBEQ一起直接加在发射结上,因此,瞬时工作点将围绕Q点沿输入特性曲线上下移动,从而产生iB的变化,如图所示。瞬时工作点移动的斜率为 : k? ? iC1 ?? ??uCEkL 放大器的交流图解分析----- 输入回路的工作波形 iBmaxIBQiBmin 交流通路 ICQ —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ uCEuCE 放大器的交流图解分析 输出回路的工作波形 画出交流负载线之后,根据电流iB的变化规律,可画出对应的iC和uCE的波形。在图中,当输入正弦电压使iB按图示的正弦规律变化时,在一个周期内Q点沿交流负载线在Q1到Q2之间上下移动,从而引起iC和uCE分别围绕ICQ和UCEQ作相应的正弦变化。由图可以看出,两者的变化ui正好相反,即iC增大,uCE减小;反之, iC减小,则uCE增大。 t交流负载线的特点:(1)必须通过静态工作点(2)交流负载线的斜率由R"L表示(R"L=Rc//RL) 交流负载线的画法(有两种): 1)先作出直流负载线,找出Q点; 作出一条斜率为R"L的辅助线,然后过Q点作它的平行线即得。(此法为点斜式) 2)先求出UCE坐标的截距(通过方程U"CC=UCE+ICR"L) 连接Q点和U"CC点即为交流负载线。(此法为两点式) 根据上述交流图解分析,可以画出在输入正弦电压下,放大管各极电流和极间电压的波形,如图所示。观察这些波形,可以得出以下几点结论: 1)放大器输入交变电压时,晶体管各极电流的方向和极间电压的极性始终不变,只是围绕各自的静态值,按输入信号规律近似呈线性变化。 5 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ uBEUBE iBIBiCICuCEUCEutttt t 共射极放大器的电压、电流波形 2)晶体管各极电流、电压的瞬时波形中,只有交流分量才能反映输入信号的变化,因此,需要放大器输出的是交流量。 3)将输出与输入的波形对照,可知两者的变化规律正好相反,通常称这种波形关系为反相或倒相。 2、微变等效电路法 采用微变等效电路法的思想是:当信号变化的范围很小(微变)时,可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的。根据导出的方法不同,晶体管交流小信号电路模型可分为两类:一类是物理型电路模型,它是模拟晶体管结构及放大过程导出的电路模型,它有多种形式,其中较为通用的是混合π型电路模型;另一类是网络参数模型,它是将晶体管看成一个双端口网络,根据端口的电压、电流关系导出的电路模型,其中应用最广的是H参数电路模型。不论按哪种方法导出的电路模型,它们都应当是等价的,因而相互间可以进行转换。 在使用放大电路时,一般是要求输出信号尽可能的大,但是它要受到三极管非线性的限制。有时输入信号过大或者工作点选择不恰当,输出电压波形就会产生失真。这种失真是由于三极管的非线性引起的,所以它被称为非线性失真。 1、输入信号过大引起的非线性失真 它主要表现在输入特性的起始弯曲部分,输出特性的间距不匀,—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 当输入又比较大时,就会使Ib、Uce和Ic的正负半周不对称,即产生非线性失真。如图所示 2、工作点不合适引起的失真 当工作点设置过低,在输入信号的负半周,工作状态进入截止区,从而引起Ib、Uce和Ic的波形失真,称为截止失真如图所示 当工作点设置过高,在输入信号的正半周,工作状态进入饱和区,此时Ib继续增大而Ic不再随之增大,因此引起Ic和Uce的波形失真,称为饱和失真。如图所示 iC 输入信号过大引起的非线性失真 i载线 (a)截止失真;(b)饱和失真 由于放大电路有失真问题,因此它存在最大不失真输出电压幅值Uom。最大不失真输出电压是指:当工作状态一定的前提下,逐渐增大输入信号,三极管还没有进入截止或饱和时,输出所能获得的最大电压 ? 输出。当电压受饱和区限制时Uom?UCEQ?UCES ,当电压受截止区限制时Uom?ICQRL 2.1.7晶体管偏置电路 晶体管在放大应用时,要求外电路将晶体管偏置在放大区,而且在信号的变化范围内,管子始终工作在放大状态。此时,对偏置电路的要求是:?电路形式要简单。例如采用一路电源,尽可能少用电阻等;?偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时应力求保持稳定;—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?对信号的传输损耗应尽可能小。 1、固定偏流偏置电路 由图可知,UCC通过RB使e结正偏,则基极偏流为 RCC 6 固定偏流电路 IBQ? UCC?UBE(on) RB 只要合理选择RB,RC的阻值,晶体管将处于放大状态。 此时 ICQ??IBQ UCEQ?UCC?ICQRC 这种偏置电路虽然简单,但主要缺点是工作点的稳定性差。由上式可知,当温度变化或更换管子引起β,ICBO改变时,由于外电路将IBQ固定,所以管子参数的改变都将集中反映到ICQ,UCEQ的变化上。结果会造成工作点较大的漂移,甚至使管子进入饱和或截止状态。 电流负反馈型偏置电路 使工作点稳定的基本原理,是在电路中引入自动调节机制,用IB的相反变化去自动抑制IC的变化,从而使ICQ稳定。这种机制通常称为负反馈。实现方法是在管子的发射极串接电阻RE。由图可知,不管何种原因,如果使ICQ有增大趋向时,电路会产生如下自我调节过程: ICQ??IEQ?? UEQ(=IEQRE)? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ? ICQ?? IEQ ??UBEQ(= UEQ -UEQ)? 结果,因IBQ的减小而阻止了ICQ的增大;反之亦然。可见,通过RE对ICQ的取样和调节,实现了工作点的稳定。显然, RE的阻值越大,调节作用越强,则 工作点越稳定。但RE过大时,因UCEQ过小会使Q点靠近饱和区。因此,要二者兼顾,合理选择RE的阻值。 CC R 电流负反馈型偏置电路 2、分压式偏置电路 分压式偏置电路如图所示,它是电流负反馈型偏置电路的改进电路。由图可知,通过增加一个电阻RB2,可将基极电位UB固定。这样由ICQ引起的UE变化就是UBE的变化,因而增强了UBE对ICQ的调节作用,有利于Q点的近一步稳定。 从分析的角度看,在该电路的基极端用戴文宁定理等效,可得如图的等效电路。图中,RB=RB1‖RB2,UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)。此时, IIBQ? UCC?UBE(on)RB?(1??)RE (b) ICQ??IBQ UCEQ?UCC?ICQ(RC?RE) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 分压式偏置电路 (a) 如果RB1 、RB2取值不大,在估算工作点时,则ICQ可按下式直接求出: (a)电路;(b)用戴文宁定理等效后的电路 ICQ?IEQ?UBB?UB? UBB?UBE(on) RE RB2 UCC RB1?RB2 3、电流源偏置电路 在电子电路中,特别是模拟集成电路中,广泛使用不同类型的电流源,为各种基本放大电路提供稳定的偏置电流或作有源负载。 7 (1)三极管电流源 当IB一定时,只要晶体管不饱和也不击穿,IC就基本恒定。因此,固定偏流的晶体管,从集电极看进去相当于一个恒流源。由交流等效电路知,它的动态内阻为rce ,是一个很大的电阻。为了使IC更加稳定,可以采用分压式偏置电路(即引入电流负反馈),便得到图(b)所示的单管电流源电路。图(c)为该电路等效的电流源表示法,图中Ro为等效电流源的动态内阻。利用图(b)电路的交流等效电路可以证—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 明,Ro近似为 Ro?rce(1?式中,RB=R1‖R2 需要指出,晶体管实现恒流特性是有条件的,即要保证恒流管始终工作在放大状态,否则将失去恒流作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。 带补偿的三极管电流源 利用二极管来补偿三极管VBE随温度变化的影响。 集成电路中,常用三极管接成二极管来实现。 (2)基本电流源 在单管电流源中,要用三个电阻,所以不便集成。为此,用一个完全相同的晶体管V1,将集电极和基极短接在一起来代替电阻RB2和RE,便得到图所示的镜像电流源电路。由图可知,参考电流Ir为 ?R3 rbe?R3?RB ) Ir? UCC?UBEUCC ? RrRr RIC1C2 由于两管的e结连在一起,所以IB相同,IC也相同。由图可知 IC2?IC1?Ir?2IB?Ir?2 IC2 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ? 因此可得 IC2? ?1Ir ?1?2 镜像电流源 Rr V4 IC4 如果β1》1,则IC2?Ir。可见,只要Ir一定,I,2就恒定;改变Ir,IC2也跟着改变。两者的关系好比物与镜中的物像一样,故称为镜像电流源。 将上述原理推广,可得多路镜像电流源,如图所示。图中为三路电流源,V5管是为了提高各路电流的精度而设置的。因为在没有V5管时,IC1=Ir-4IB1,加了V5管后, IC1 = Ir - 4IB1 /(1+β5),故此可得 多路镜像电流源 IC2?IC3?IC4? ?1(1??5) I ?1(1??5)?4r CC 因β1(1+β5)4容易满足,所以各路电流更接近Ir,并且受β的温度影响也小。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 在集成电路中,多路镜像电流源是由多集电极晶体管实现的,图(a)电路就是一个例子。它利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源(横向PNP管是采用标准工艺,在制作NPN管过程中同时制作出来的一种PNP管,其等价电路如图(b)所示。 8 R C3 R 多集电极晶体管镜像电流源 (a)三集电极横向PNP管电路;(b)等价电路 (a)(b) (3)比例电流源 如果希望电流源的电流与参考电流成某一比例关系,可采用图所示的比例电流源电路。由图可知 Ir IE1 E2UBE1?IE1R1?UBE2?IE2R2 I 因为 UBE1?UTlnE1 IS1 所以 UBE1?UBE2 UBE2 I —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?UTlnE2 IS2IIS1?E2 IS2 II ?UTlnE1??UTlnE2 IE2IE1 当两管的射极电流相差10倍以内时: UBE1?UBE2?UTln IE1IE2 ?UTln10?60mV 即室温下,两管的UBE相差不到60mV,仅为此时两管UBE电压(>600mV)的10%。因此,可近似认为UBE1?UBE2。这样,式UBE1?IE1R1?UBE2?IE2R2 简化为IE1R1?IE2R 2 若β》1,则IE1?Ir, IE2?IC2,由此得出IC2? R1 Ir R2 可见,IC2与Ir成比例关系,其比值由R1和R2确定。参考电流Ir现在应按下式计算: Ir? UCC?UBE1UCC ? Rr?R1Rr?R1 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Ir C2 (4)微电流电流源 在集成电路中,有时需要微安级的小电流。如果采用镜像电流源,Rr势必过大。这时可令比例电流源电路图中的R1=0, 便得到图所示的微电流电流源电路。 因UBE1?UBE2?IE2R2 UBE1?UBE2?UTln 2 IE1I ??UTlnE2 IE2IE1 所以 IE2? 1UI (UBE1?UBE2)?TlnE1 R2R2IE2 UTI lnr IC2IC2 当β1>>1时,IE1?Ir,IE2?IC2,由此可得 R2? 此式表明,当Ir和所需要的小电流一定时,可计算出所需的电阻R2。 2.1.8 FET偏置电路 1、固定偏压电路 UGSQ=-EG 要确定IDQ和UDSQ,可以在输出特性曲线上根据输出回路的直流负载线方程 uDS=ED-IDrD —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2、自偏压电路 自偏压电路利用漏极直流电流ID在源极电阻RS上产生的压降形 成自偏压。由图可知,输入回路的直流偏置电压方程为 uGS=-iDRs 如果场效 应管的转移特性曲线可表示为 ,E u iD?IDSS(1?GS)2 U p 则静态工作点Q也可以通过计算来确定。 (a) UGS?UP[1? 3、混合偏置电路 TR2 uGS?ED?iDRS R1?R2 (a) 4、恒流源电路 R RR V1 V1 VV2 (a) (b)(c) —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 场效应管电流源 (a) 基本电流源;(b)多路输出电流源;(c)威尔逊电流源 2.2晶体管放大器三种基本组态 2.2.1共射(CE)放大电路 ID? SDSSP GS GSQ(b ) GSQ (b) 21,2 ED 10 共射晶体放大器的输入端为基极和发射极,输出端为集电极和发射极,发射极是公共端,故称为共射放大器。 1、分压式共射极接法 o Us 有CE时: 电压放大倍数Au 由图可知 Ui?Ibrbe Uo??Ic(RCRL)???Ib(RCRL) AUou? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ???(RCRL)???R?LUirberbe r?r??26(mV) bebb??(1??)re?rbb?ImV) (?) CQ(R?L ?RCRL电流放大倍数Ai Io?IRCcR??IRC b C?RLRC?RLIRB?rbei?Ib RB 其中,RB?RB1//RB2 AIoI??RB ?RCi? iRB?rbeRC?RL 若满足RB??rbe,RL??RC,则Ai?? 输入电阻Ri (b) 有CE的等效电路 Us 无CE的等效电路 11 Ri?RB1RB2rbe —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 输出电阻Ro Ro?Uo IoUs?0?RC 无CE时: 此时,对交流信号而言,发射极将通过电阻RE接地,因此必须考虑它的影响 Au??Uo?RLgR?????mL Uirbe?(1??)RE1?gmRE 可见放大倍数减小了。这是因为RE的自动调节(负反馈)作用,使得输出随输入的变化受到抑制,从而导致Au减小。当(1+β)RE>>rbe时,则有 Au???RL RE Ui?rbe?(1??)RE Ib与此同时,从b极看进去的输入电阻R′i变为 Ri?? 即射极电阻RE折合到基极支路应扩大(1+β)倍。因此,放大器的输入电阻为 Ri=RB1‖RB2‖R′i 显然,此时,输入电阻明显增大了。 对于输出电阻,尽管Ic更加稳定,但从输出端看进去的电阻仍为RC,即Ro=RC。 2、自偏压式共射极接法 电流放大倍数Ai Ai?IohfeIb??hfei IiIb Ui?RB//hie Ii输入电阻Ri Ri? 中频电压放大倍数Aum和Aums: Aum?hfeRL?Uo?hfeIbRL ????UiIbhiehie —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 式中“-”号,说明输出电压Uo与输入电压Ui反相。 12 Aums? UoUiUoRi ???Aum UsUsUiRi?RS 输出电阻Ro R0?RC 顺便指出,如果晶体管hoe不可忽略,则 R0? 1 //RC hoe 2.2.2共集(CC)放大电路 1、分压式共集接法 U (a) 电压放大倍数Au III(b) Us ?Uo?Ie(RERL)?(1??)IbRL ?Ui?Ibrbe?Uo?Ibrbe?(1??)IbRL ?U(1??)RL Au?o? ?Uirbe?(1??)RL??RERLRL Au恒小于1,一般情况下,满足(1+β)R′L>>rbe,因而又—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 接近于1,且输出电压与输入电压同相。换 句话说,输出电压几乎跟随输入电压变化。因此,共集电极放大器又称为射极跟随器。 电流放大倍数Ai 图中,当忽略RB1、RB2的分流作用时,则Ib=Ii,而流过RL的输出电流Io为 Io?Ie RERE ?(1??)Ib RE?RLRE?RL IRE Ai?o?(1??) IiRE?RL 输入电阻Ri 从基极看进去的电阻R′i为 ??rbe?(1??)RL?RL Ri?RB1RB2Ri? 与共射电路相比,由于R′i显著增大,因而共集电路的输入电阻大大提高了。 输出电阻Ro 当输出端外加电压Uo,而将Us短路并保留内阻Rs时,可得图所示电路。 13 由图可得 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?)Uo??Ib(rbe?Rs ??RsRB1RB2Rs ???Ie??(1??)IbIo 则由e极看进去的电阻R′o为 RsIUo??Ro?Uorbe?Rs ??Io1?? ?rbe?Rs 1??所以,输出电阻 Ro?Uo IbUs?0??RE?RERo 2、自偏式共集接法 电流放大倍数Ai: Ai?Io?(1?hfe)Ib?IiIb 输入电阻Ri: ?UihieIb?(1?hfe)IbRLRi??//Rb?(hie?(1?hfe)RL?)//Rb IiIb 中频电压放大倍数Aum和Aums: Aum(1?hfe)IbRL?(1?hfe)RL?Uo???Ui(h?(1?h)R)Ihie?(1?hfe)RLiefeLb ?(1?hfe)RLRi Aums?Aum??R?RRs?hie?(1?hfe)RLsi 输出电阻Ro: 由图(c)可知 I2?(1?hfe)Ib?Ib?I2? Ro?U2Rs?hie1?hfeRs?hieU2 I2Us?0U2REU2??U2RE14 Rs?hie(Rs?hie)RE//RE?1?hfeRs?hie?(1?hfe)RE 2.2.3共基(CB)放大电路 1、分压式共基接法 I —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ II(b) (a) 电压放大倍数Au Ui?Ibrbe,Uo??Ib(RCRL)Au? ?Uo?RL ?Uirbe ??RCRLRL 电流放大倍数Ai 由于输入电流Ii?Ie,而输出电流Io?Ic RC RC?RL Ai? IoIcRCRC ??? IiIeRC?RLRC?RL 显然,Ai<1。若RC>>RL,则Ai?α,即共基极放大器没有电流放大能力。但因Au>>1,所以仍有功 率增益。 输入电阻Ri ??RL Uir ?beIe1?? rbe1?? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Ri?RERi??RE 输出电阻Ro 若Ui=0,则Ib=0,βIb=0,显然有Ro?RC 2、自偏式共基接法 自偏压式共基接法 15 电流放大倍数Ai: Ai? hfeIbIo ?????Ii(1?hfe)Ib 输入电阻Ri: Ri? Ui(hie?RB)Ib??hie?RB Ii(1?hfe)Ib 中频电压放大倍数Aum和Aums: UoUiUoRi ???Aum AumUsUsUiRs?Ri 输出电阻Ro: Ro=RC hfeIbRL?hfeRL?Uo ??? Ui(hie?RB)Ibhie?RB Aums? 如果晶体管hoe不可忽略,不难得到 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Ro? hfeRs U21 |Us?0?[Rs//(hie?RB)?(1?)]//RCU1hoeRs?hie ?RB 2.3 FET放大器三种基本组态 2.3.1共源(CS)放大电路 1、分压式共源接法 g(b) 电压放大倍数Aum (a) 共源电路及等效电路 (,)电路; (b)等效电路 Uo??gmUi(rds//RD//RL) Aum? Uo ??gm(rds//RD//RL) Ui 输入电阻Ri: Ri? Ui ?RG?R1//R2 Ii 输入电阻R0: 通常有RG>>R1?R2,于是 16 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Ri?RG R0?rds//RD gd UUi (a)(b) rr Ui 2 (c)(d) 源极具有电阻的电路 (,)电路; (b)等效电路; (c)变换电路; (d) 求Ro电路 I? gmrdsUi d rds?R? L (1?gmrds)RS UgmrdsR?L Ui o??IdR? L ?? rds?R?L?(1?gmrds)RS AUogmrdsR? L —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ um?U??irds?R?L?(1?gmrds)RS 2、固定偏压共源接法 3、自偏 压式共源接法 ,E 2.3.2共漏(CD)放大电路 (a) 1、分压式共漏接法 , ,RL)] oo(b) (a) 电压放大倍数Au ? ? Au? ? UoUi ? ? ? ? Id(RSRL)Ui ? ? —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Id?gmUgs?gm[Ui?Id(RSgm Id?Ui ?1?gmRL ? ? . o?gmRL Au? ?1?gmRL 输出电阻Ro ?? ? Io?IRS?I?o ? ?UoIRS? RS ????I?S??gmUgs??gm(?Uo)?gmUo ?? UoUo1R????RS o? 11Io?Uo? ?gmUoRS1 RS gm 输入电阻Ri: 计算共漏电路输出电阻Ro的等效电路 1gm —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ Ri?RG?RG3?RG1RG2 2、自偏压式共漏接法 g Ui Ugs?Ui?Uo Uo?gmUgs(rds//RS//RL) (a) Uogm(rds//RS//RL)Aum?? Ui1?gm(rds//RS//RL) Ri=RG (b) 由求输出电阻Ro的等效电路图可知 U I2?2?gmUgs ?rds , 式中rds=RS?rds,而Ugs=-U2,因此,有 共漏电路及交流等效电路 (,)电路; (b)交流等效电路; (c)求Ro电路18 (c) URo?2 I2 Ui?0 ?//?rds ?1rds ? ?gm1?gmrds 2.3.3共栅(CG)放大电路 1、分压式共栅接法 放大倍数Au —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ ?R'??gVVmgsL'??o?A?gRvmL Vi?Vgs 输出电阻Ro ?'V Ro?o 'Io ??0VsRL?? ?Rd 输入电阻Ri: ?VRi?i? Ii ??Vgs?VgsR??gmVgs ? 11 ?gmR ?R// 1gm 2、自偏压式共栅接法 2.4 晶体管三种基本组态的比较 2.5多级放大电路的性能指标 19 多级放大电路可以充分利用各个单级放大电路的优点,满足各种 不同的要求。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2.5.1级间耦合 连接原则:1)静态时各级应设置合适的静态工作点;2)动态时信号能实现畅通有效的传递。 1)阻容耦合 优点是电路简单,在分立元件电路中应用广泛。缺点是不能放大频率较低的信号和直流信号,低频响应较差,且不便于集成化。 2)直接耦合 优点是低频特性好,可以放大变化缓慢的信号,易于集成化。缺点是各级静态工作点相互影响,分析、设计和调试较困难;并且还存在零点漂移问题。 3)变压器耦合 优点是各级静态工作点互不影响,能实现阻抗变换。缺点是频率特性不好,且非常笨重。 4)光电耦合 20 抗干扰能力强,数字电路中应用广泛。 2.5.2(多级放大电路的性能指标 n?V??V?VV0n?112????? Av???????Av1?Av2???Avn??AvkVVVVk?1ii1n?2 应考虑负载效应:后一级放大电路的输入电阻作为前一级放大电路的负载对它的影响。 ?VRi?Ri1?i Ii —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 当第一级为CC电路时,应考虑第二级输入电阻的影响。Ro?Ron 当末级电路为CC电路时,应考虑末前级输出电阻的影响。 2.6晶体管电路的频率响应 2.6.1三极管的高频小信号模型 1(物理模型 发射结正偏,结电容由扩散电容决定(达一百皮法左右);集电结反 偏,结电容由势垒电容决定(几个皮法)。 21 2(混合π模型 ?'对集电极电流没有贡献; Ib ?"才能影响集电极电流的大 Ib ?'??I???gmV0be'0b?'Vberb'e gm??0rb'e 简化的混合π模型 高频小信号模型 2.6.2场效应管的高频小信号模型 经密勒定理处理后得 ?)C??CC1h?(1?Kb'cb'cC2h??1K?Cb'c?Cb'c K'?)CCgs?Cgs?(1?Kgd 22 ——————————————————————————————————————
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