電子技術(shù)第04講(多級放大器,場效應(yīng)管)

1、1第第15章章 基本放大電路基本放大電路多級放大電路及其極間耦合方式多級放大電路及其極間耦合方式第第4（1）講）講 1.阻容耦合阻容耦合 2.直接耦合直接耦合2第一級第一級第二級第二級第第n-1級級第第n級級輸入輸入輸出輸出耦合耦合耦合方式：耦合方式：(1)直接耦合直接耦合 (2)阻容耦合阻容耦合(3)變壓器耦合變壓器耦合 (4)光電耦合光電耦合1.多級阻容耦合放大電路多級阻容耦合放大電路 為獲得足夠大的放大倍數(shù)為獲得足夠大的放大倍數(shù),需將單級放大需將單級放大器串接，組成多級放大器。器串接，組成多級放大器。3對耦合電路要求：對耦合電路要求：耦合電路：耦合電路：要求要求動態(tài)動態(tài): 傳送信號傳送信

2、號減少壓降損失減少壓降損失 靜態(tài)：靜態(tài)：保證保證各級各級Q點點設(shè)置設(shè)置波形不失真波形不失真4R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15V單級放大器單級放大器(靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共發(fā)射極放大器發(fā)射極放大器)IC=1.2mAIB=20 AUCE =6Vri= R11/ R12/ rbe =1.43 k ro= RC1 =5k rbe=1.52 k Au載載=-985多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的級聯(lián)放大器的級聯(lián)R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2

3、C21C22R22CE2RE2RLuo設(shè)二級放大器的參數(shù)完全一樣設(shè)二級放大器的參數(shù)完全一樣6多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的分析放大器的分析(1) 由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。點相互獨立，分別估算。(2) 前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。(3) 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。(4) 前一級的輸出電阻是后一級的信號源內(nèi)阻。前一級的輸出電阻是后一級的信號源內(nèi)阻。(5) 總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積。各級放大倍數(shù)的乘積

4、。(6) 總輸入電阻總輸入電阻ri即為第一級的輸入電阻即為第一級的輸入電阻ri1 。(7) 總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻?？傒敵鲭娮杓礊樽詈笠患壍妮敵鲭娮琛?R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuoIC1=1.2mAIB1=20 AUCE1 =6Vrbe1=1.52 k IC2=1.2mAIB2=20 AUCE2 =6Vrbe2=1.52 k 多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的靜態(tài)工作點放大器的靜態(tài)工作點第一級靜態(tài)工作點第一級靜態(tài)工作點第二級靜態(tài)工作點第二級靜態(tài)工作點8多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的微變等效電路放大器的微變等效電

5、路R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuori=ri1rori2uo1ui2前一級的輸出電壓前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓是后一級的輸入電壓后一級的輸入后一級的輸入電阻是前一級的電阻是前一級的交流負載電阻交流負載電阻。9多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的微變等效電路放大器的微變等效電路rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC1iU R11R12BECIc1Ib1Uo110多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算輸出電阻的計算ri2rbe1RC1

6、iU R11R12BECIc1Ib1Uo1第一級的微變等效電路第一級的微變等效電路第二級的第二級的輸入電阻輸入電阻beLurRA ri= ri1 = R11/ R12/ rbe1=- 1RC1/ri2rbe1Au1=Uo1Ui11多級多級阻容耦合阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計算輸出電阻的計算 ri2 = R21/ R22/ rbe2=- 2RC2/RLrbe2Au2=UoUi2 ro = RC2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21Ui2第二級的微變等效電路第二級的微變等效電路12Au=UoUi=Uo1UiUoUi2= Au

7、1Au2總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)= 1RC1/ri2rbe1 2RC2/RLrbe2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC2iU R11R12BECIc1Ib1Uo1Ui2Au為正，輸入輸出同相為正，輸入輸出同相總放大倍數(shù)等于各級總放大倍數(shù)等于各級放大倍數(shù)的乘積！放大倍數(shù)的乘積！13代入數(shù)值計算代入數(shù)值計算ri= ri 1 = R11/ R12/ rbe1 =100/33/1.52=1.43k RB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15V ri 2 = R21/ R22/ rbe2 =100/33/1.52=1.4

8、3k =- 1RC1/ri2rbe1Au1=-44=- 2RC2/RLrbe2Au2=-98Au= Au1Au2 =(-44)(-98) =4312 ro = RC2 = 5k 兩級單管放大器級聯(lián)兩級單管放大器級聯(lián),可可提高電壓放大倍數(shù)提高電壓放大倍數(shù);但輸?shù)斎腚娮枞院苄∪腚娮枞院苄?輸出電阻輸出電阻仍很大。仍很大。14阻容耦合多級放大電路阻容耦合多級放大電路 當兩級放大器（靜態(tài)工作點穩(wěn)定的基本放當兩級放大器（靜態(tài)工作點穩(wěn)定的基本放大器）級聯(lián)時，放大倍數(shù)大大提高，但輸入大器）級聯(lián)時，放大倍數(shù)大大提高，但輸入電阻較小，輸出電阻較大。電阻較小，輸出電阻較大。R11RC1C11C12R12CE1R

9、E1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuoAu= Au1 Au2 =431215R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60EC=15VusRSRS=20k Aus=Auriri+RS=(-98)1.43+201.43=-6.5輸入電阻很小的放大器當信號源有較輸入電阻很小的放大器當信號源有較大內(nèi)阻時大內(nèi)阻時,放大倍數(shù)變得很小。放大倍數(shù)變得很小。ri= R11/ R12/ rbe =1.43 k Au=-98ri由于信號源內(nèi)阻由于信號源內(nèi)阻大大,而放大器輸入而放大器輸入電阻小電阻

10、小,致使放大致使放大倍數(shù)降低。倍數(shù)降低。16RB=570k RE=5.6k RL=1.52k =100EC=15VRB+ECC1C2RERLuiuori=101 k Au=0.98rbe=2.36 k 用射極輸出器作為輸入級用射極輸出器作為輸入級,構(gòu)成兩級放大器，可提高構(gòu)成兩級放大器，可提高放大器的輸入電阻。放大器的輸入電阻。 1Rr/RsbeEro=5.6/2.361+100=23 RS=017uiRBC1RER11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLui2uousRSri2=1.43 k Au2=-98ri=101 k Au1=0.98Aus=Au1 Au2riri+RS=(-9

11、8)(0.98)101+20101=-80用射極輸出器作為輸入級時電壓放大倍數(shù)的估算用射極輸出器作為輸入級時電壓放大倍數(shù)的估算18用射極輸出器作為輸出級，構(gòu)成兩級放大器，可用射極輸出器作為輸出級，構(gòu)成兩級放大器，可減小放大器的輸出電阻，提高其帶負載的能力。減小放大器的輸出電阻，提高其帶負載的能力。R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoro1= RC1 =5k RL=5k 時時, Au=-98RL=1k 時時, Au=-33beLurRA RB+ECC1C2RERLui2uo5k 5.6 k 570 k =100ri2=173 k Au2=0.99rbe=2.36 k 19

12、R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RL1uiuo1第一級放大倍數(shù)的計算第一級放大倍數(shù)的計算=ri2=173 k beLurRA Au1=-192rbe1=1.52 k RC1=5 k =60后一級的輸入后一級的輸入電阻作為前一電阻作為前一級的交流負載級的交流負載電阻電阻RL=RC1/ri220總放大倍數(shù)的計算總放大倍數(shù)的計算Au= Au1 Au2 =（-192） 0.99=-190Au= Au1 Au2 =（-185） 0.97=-179比較不接射極輸出器時的帶負載能力：比較不接射極輸出器時的帶負載能力：RL=5k 時時, Au=-98RL=1k 時時, Au=-33當負載電阻由

13、當負載電阻由5k 變?yōu)樽優(yōu)?k 時，放大倍數(shù)降低到原來的時，放大倍數(shù)降低到原來的94.2%降低到原來的降低到原來的33.7%Au1=-192Au2=0.99ri2=173 k RL=5 k Au1=-185Au2=0.97ri2=76 k RL=1 k 當負載當負載電阻由電阻由5k 變?yōu)樽優(yōu)?k 時：時：21 1Rr/RsbeEro結(jié)論結(jié)論:用射極輸出器作為輸出級用射極輸出器作為輸出級,可減小放大器的輸出可減小放大器的輸出電阻，提高帶負載的能力。電阻，提高帶負載的能力。輸入電阻輸入電阻ri 、輸出電阻、輸出電阻ro的計算的計算R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoRB+E

14、CC1C2RERLui2uo5k 5.6 k 570 k =100uo1ro=5.6/2.36+570/51+100=73 ri= ri1 = R11/ R12/ rbe1=1.52 k RS為信號源內(nèi)為信號源內(nèi)阻阻,即前一級的即前一級的輸出電阻輸出電阻RC1= RB/ RC1usRS= ro1= RC1RS= RB/ RS 222.直接耦合電路直接耦合電路因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻因為電容的隔直作用以及低頻時容抗加大，所以阻容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號。容耦合只適用于放大頻率較高的交流信號。對于直流信號和低頻信號，阻容耦合已不適用，必對于直流信號和低頻信號，阻容耦合

15、已不適用，必須采用須采用直接耦合直接耦合方式。方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2建立靜態(tài)工作點建立靜態(tài)工作點23+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE21.前后級前后級Q點相互影響。（需增加點相互影響。（需增加RE2）問題問題:2. .零點漂移零點漂移: :前一級的溫漂將作為后一級的輸前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，被一級級放大，導(dǎo)致后級飽和或截入信號，被一級級放大，導(dǎo)致后級飽和或截止（止（需增加兩級之間的直流負反饋）需增加兩級之間的直流負反饋） 。直接耦合放大器的級聯(lián)直接耦合放大器的級聯(lián)24RE2的作用：的作用：（1）提高）提高T1集電極電位，增大其輸出集電極電位，

16、增大其輸出電壓的幅度；（電壓的幅度；（2）提供）提供T2合適的工作點合適的工作點, RE2可由下可由下式?jīng)Q定：式?jīng)Q定：2212EBECEEIUUR抑制零點漂移辦法：采用差動放大電路。抑制零點漂移辦法：采用差動放大電路。25第第15章章 基本放大電路基本放大電路15.9 場效應(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)管及其放大電路第第4講（講（2）2615.9.1 場效應(yīng)管簡介場效應(yīng)管簡介場效應(yīng)管與晶體管比較：場效應(yīng)管與晶體管比較：（1）T為電流控制元件（通過控制為電流控制元件（通過控制IB控制控制IC），），F(xiàn)ET為電壓控制元件（通過控為電壓控制元件（通過控制制UGS控制控制ID）；）；（2）T輸入電阻較低，溫度

17、穩(wěn)定性差；輸入電阻較低，溫度穩(wěn)定性差；而而FET輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。場效應(yīng)管場效應(yīng)管FET-Field Effect Transistor27結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種:N溝道溝道P溝道溝道耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型28 MOS絕緣柵場效應(yīng)管（絕緣柵場效應(yīng)管（N溝道）溝道）（1） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)PNNGSDP型基底型基底兩個兩個N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層金屬鋁金屬鋁N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道未預(yù)留未預(yù)留 N溝道增強型溝道增強型預(yù)留預(yù)留 N溝道耗盡型溝道耗盡型29PNNGSDGSDN溝

18、道增強型溝道增強型（2）符號）符號N溝道耗盡型溝道耗盡型GSD柵極柵極漏極漏極源極源極30耗盡型耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線IDmAVUDSUGS 實驗線路實驗線路(共源極接法共源極接法)GSD31輸出特性曲線輸出特性曲線UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)=-2V固定一個固定一個U DS，畫出，畫出ID和和UGS的關(guān)系曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性的關(guān)系曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線曲線IDSS32耗盡型耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線實驗表明，在實驗表明

19、，在UGS(off)UGS 0時，耗盡型時，耗盡型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性可近似表示：近似表示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夾斷電壓夾斷電壓IDSS 原始溝道導(dǎo)電電流原始溝道導(dǎo)電電流2GS(off)GSDSSD)UU(1II33跨導(dǎo)跨導(dǎo)gmUGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V= ID / UGS =（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V UGS ID34 15.9.2 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路1. 電路的組成原則及分析方法電路的組成原則及分析方法(1) 靜態(tài)：適當?shù)撵o態(tài)工作

20、點，使場效應(yīng)管工靜態(tài)：適當?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應(yīng)管工作在恒流（作在恒流（ID）區(qū)。）區(qū)。 (2) 動態(tài)動態(tài): 能為交流信號提供通路。能為交流信號提供通路。組成原則組成原則靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： 估算法、圖解法。估算法、圖解法。動態(tài)分析：動態(tài)分析：微變等效電路法。微變等效電路法。分析方法分析方法35N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管 符號及特性曲線符號及特性曲線GSDIDUDSUGSGSD36UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID =

21、gm UGS372 場效應(yīng)管的微變等效電路場效應(yīng)管的微變等效電路gsudsuGSDdiSGDrDSgsugsmugdsuidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。很大，可忽略。38場效應(yīng)管的微變等效電路場效應(yīng)管的微變等效電路壓控電流源壓控電流源（VCCS）SGDgsugsmugdsuid流控電流源流控電流源(CCCS)對照對照becrbeic = ibib393 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路uo+UDDRSuiCSC2C1RDRGRLGDSIDUDSIS注：柵極無電流注：柵極無電流UGSRSISRSIDUDSUDD RDID RSIS= UDD ID (RD+RS)電路中元件作用：電

22、路中元件作用：RG柵極電阻柵極電阻RS源極電阻源極電阻RD漏極電阻漏極電阻CS源極旁路電容源極旁路電容404 分壓式偏置電路分壓式偏置電路靜態(tài)分析靜態(tài)分析無輸入信號時（無輸入信號時（ui=0），），估算：估算：UDS和和 ID。uo+UDD=+20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V41IG=0VURRRVDDG4212直流通道直流通道+UDD+20VR1RDRGR2200K5

23、1K1M10KRS10KGDSIDUDSIGDSDGGSIRIVU3101042)()1 (offGSGSDSSDUUIIV10)RR(IUUDSDDDDS mAIVUDGS5 . 0,1計算得：計算得：42動態(tài)分析動態(tài)分析微變等效電路微變等效電路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K43 動態(tài)分析：動態(tài)分析：UgsUiUgsgmIdrirogsiUU UoSGR2R1RGRL DRLRD)R/R(UgULDgsmo = gm UiRL Lmu

24、RgA 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)負號表示輸出輸入反相負號表示輸出輸入反相44電壓放大倍數(shù)估算電壓放大倍數(shù)估算LmuRgA =-1.5 （10/10）=-7.5RL=RD/RLR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V45ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD輸入電阻、輸出電阻輸入電阻、輸出電阻=1+0.2/0.051=1.0407M rirori=RG+R1/R2R1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V465 源極輸出器源極輸出器uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V47靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點:VRIUUSDDDDS15mAIVUDGS5 . 0,1計算得：計算得：IG=0VURRRVDDG4212DSDGGSIRIVU3101042)()1 (offGSGSDSSDUUII48uo+UDD +20VRS