晶体管放大电路
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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)
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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。它又被称为静态分析。
1、公式法计算Q点
1)共e接法
IB=(UCC-UBE)/RB
IC=βIB
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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
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分压式共集接法
IC?IE?
UB?UBE
RE
UCE?UCC?ICRE
IB=IC/β
2、图解法计算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表示,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?
——————————————————————————————————————
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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
——————————————————————————————————————
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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
——————————————————————————————————————
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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,——————————————————————————————————————
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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;——————————————————————————————————————
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?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)?
——————————————————————————————————————
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?
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) ——————————————————————————————————————
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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——————————————————————————————————————
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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
——————————————————————————————————————
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?
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。
——————————————————————————————————————
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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
,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
——————————————————————————————————————
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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 ——————————————————————————————————————
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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)
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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?
——————————————————————————————————————
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???(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——————————————————————————————————————
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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
?
?
——————————————————————————————————————
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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
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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 ——————————————————————————————————————
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?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。
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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
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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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