项目一音频放大器的设计与制作任务音频放大器前置放大ppt课件.ppt

项目一项目一 音频放大器的设计与制作音频放大器的设计与制作 任务任务2 2 音频放大器前置放大电路的制作（一）音频放大器前置放大电路的制作（一）认识晶体管放大电路认识晶体管放大电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 2.4 拓展知识拓展知识v 2.4.1 场效应管放大电路场效应管放大电路v 2.4.2 差动放大电路差动放大电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.4.1 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应管场效应管(FET)和双极型三极管都是电子电路中和双极型三极管都是电子电路中常用的，重要的放大元件。它们都具有放大作用，都常用的，重要的放大元件。它们都具有放大作用，都是放大电路中的核心元件。场效应管和普通晶体管一是放大电路中的核心元件。场效应管和普通晶体管一样具有放大作用，它们组成的放大电路也十分相似，样具有放大作用，它们组成的放大电路也十分相似，分析计算方法也类似。与晶体管放大电路的共发射极、分析计算方法也类似。与晶体管放大电路的共发射极、共集电极、共基极接法相对应，场效应管放大电路有共集电极、共基极接法相对应，场效应管放大电路有共源极、共漏级两种接法。共源极、共漏级两种接法。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么一、共源极放大电路一、共源极放大电路 下图所示的是一个由下图所示的是一个由N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管作为放大场效应管作为放大元件的单管共源极放大电路的原理电路图。电路中元件的单管共源极放大电路的原理电路图。电路中VDD是漏极是漏极直流电源，直流电源，RD是漏极负载电阻，是漏极负载电阻，VGG是栅极直流电源，是栅极直流电源，RG为栅为栅极电阻。输入电极电阻。输入电u i加在场效应管的栅加在场效应管的栅源极之间，输出电压源极之间，输出电压u o从漏从漏源极之间得到。可见输入、输出回路的公共端为场效应源极之间得到。可见输入、输出回路的公共端为场效应管的源极，因此，称为共源极放大电路管的源极，因此，称为共源极放大电路 对于对于N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管来说，为了使管子工作在场效应管来说，为了使管子工作在恒流区，以实现良好的放大作用，必须满恒流区，以实现良好的放大作用，必须满足以下条件：足以下条件：uGS UTN uDS uGSUTN在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-1 共源极放大电路的原理电路共源极放大电路的原理电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么1.静态分析静态分析 场效应管组成的放大电路和晶体管场效应管组成的放大电路和晶体管样，也必须设置静态工样，也必须设置静态工作点，需要计算作点，需要计算:当输入信号为零时，管子的当输入信号为零时，管子的UGSQ、IDQ和和UDSQ，可以用图解法和微变等效电路法来分析它们的工作情况。可以用图解法和微变等效电路法来分析它们的工作情况。近似计算近似计算 MOS场效应管的栅极被绝缘层隔离，栅极没有电流，所以场效应管的栅极被绝缘层隔离，栅极没有电流，所以当输入信号为零时，栅当输入信号为零时，栅源间的电压等于外加的栅极直流电源源间的电压等于外加的栅极直流电源VGG，即：，即：由由N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管的漏极电流场效应管的漏极电流i D与栅与栅源极电源极电压压uGS之间的关系可知：之间的关系可知：i D=IDO (uGSUTN)UGSQ=VGGUDSQ=VDDIDQRD 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图解法图解法 在在场场效效应应管管输输出特性曲出特性曲线线的基的基础础上，利用上，利用图图解的方法得到解的方法得到共源放大共源放大电电路的静路的静态态工作点。工作点。根据根据图图示放大示放大电电路的漏极回路，可列出其直流路的漏极回路，可列出其直流负载线负载线方程：方程：uDS=VDDiDRD找直线上两个特殊的点，连接这两点画出直流负载线。找直线上两个特殊的点，连接这两点画出直流负载线。iD=0时时，uDS=VDD (VDD，0)(0，)uDS=0时，时，直流负载线与输出特性曲线中直流负载线与输出特性曲线中uGS=UGSQ=VGG的的条条曲线的交点，就是所求的静态工作点，曲线的交点，就是所求的静态工作点，Q点的位置确定后，点的位置确定后，就可从输出特性曲线上得到就可从输出特性曲线上得到IDQ和和UDSQ，如图所示，如图所示 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-2 用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点Q在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.动态分析动态分析 场效应管是电压控制的放大元件，如果输入信号很小，场效场效应管是电压控制的放大元件，如果输入信号很小，场效应管工作在恒流区，和晶体管应管工作在恒流区，和晶体管样场效应管放大电路也可以用微样场效应管放大电路也可以用微变等效电路法来分析。变等效电路法来分析。场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路 图图1-4-3中中Ugs栅栅源极的控制源极的控制电压电压，gmUGS为受控电压为受控电压源，它反映了栅源，它反映了栅源极之间电压对漏极电流的控制作用，源极之间电压对漏极电流的控制作用，rD为为场效应管的输出电阻场效应管的输出电阻(rD是输出特性静态工作点处斜率的倒数），是输出特性静态工作点处斜率的倒数），rD通常为几百千欧姆，当负载电阻比通常为几百千欧姆，当负载电阻比rD小很多时，可认为小很多时，可认为rD开开路。路。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-3 场效应管和共源极放大电路的微变等效电路场效应管和共源极放大电路的微变等效电路(a)场效应管；场效应管；(b)共源极放大电路共源极放大电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么共源放大电路的微变等效电路共源放大电路的微变等效电路 在共源放大在共源放大电电路的微路的微变变等效等效电电路，路，图图中漏源中漏源间间的等效的等效电电阻阻rD省略，由等效省略，由等效电电路的路的输输入回路可知，由于入回路可知，由于栅栅极极电电流流IG=0，因此，因此，RG上没有上没有电压电压降，降，则则：U i=U gs 由等效由等效电电路的路的输输出回路可知：出回路可知：UO=IdRD=g mU gsRD Au=不考虑不考虑rD，则共源放大电路的输出电路为：，则共源放大电路的输出电路为：RO=RD 共源放大电路的输入电阻很大，基本上等于场效应管栅共源放大电路的输入电阻很大，基本上等于场效应管栅源极之间的等效电阻，高达源极之间的等效电阻，高达1010欧姆以上。欧姆以上。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么例例2-1 在图在图2-4-1所示的共源放大电路中，场效应管的输出所示的共源放大电路中，场效应管的输出特性曲线如图（特性曲线如图（b）所示，已知）所示，已知VDD20 V，VGG4V，RD=10 k，R=10 M。试用图解法确定静态工作点试用图解法确定静态工作点Q；根据输出特性曲线求场效应管在根据输出特性曲线求场效应管在Q点处的跨导；点处的跨导；用近似估算法估算静态工作点、跨导并与用近似估算法估算静态工作点、跨导并与小题的结果进行小题的结果进行比较。比较。估算电压放大倍数估算电压放大倍数Au和输出电阻。和输出电阻。图图2-4-1 共源极放大电路的原理电路共源极放大电路的原理电路图图2-4-4 场效应管输出特性曲线场效应管输出特性曲线在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么解：解：图图解法确定静解法确定静态态工作点工作点Q 由由图图3-9所示所示电电路得其路得其输输出方程：出方程：UDS=VDDID RD=2010 I D UDS=0，ID=2 mA I D=0，UDS=20 V 在在输输出特性曲出特性曲线线中画出直流中画出直流负载线负载线，如，如图图3-12所示，直流所示，直流负载线负载线与与uGS=UGSQ=VGG=4 V的交点就是静的交点就是静态态工作点工作点Q，由由图图可知：可知：UDSQ10V，IDQ1 mA。在在输输出特性曲出特性曲线线上作上作图图求跨求跨导导g m 过过Q点作点作条垂直于条垂直于X轴轴的垂的垂线线，该该垂垂线线与与u DS3V，u GS5V 的曲的曲线线各有一个交点，由各有一个交点，由图图可知，可知，这这两个交点两个交点处处的的i D分分别别为为 0.4 mA和和2.3 mA，则则跨跨导为导为：g m=在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 近似估算法估算静态工作点并进行比较由图可知，该场效近似估算法估算静态工作点并进行比较由图可知，该场效 应管的开应管的开 电压电压UTN 2V，在，在uGS 2UTN 4V处，处，漏极漏极 电流电流IDO1mA，可得：，可得：UDSQ=VDDIDQ RD=20110=10 V （近似计算的结果与图解法一致）（近似计算的结果与图解法一致）根据公式近似计算跨导：根据公式近似计算跨导：g m=ms 计算结果与图解法的结果相近，略有误差。计算结果与图解法的结果相近，略有误差。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么二、分压自偏压式共源极放大电路二、分压自偏压式共源极放大电路 图图2-4-5所示的共源极放大所示的共源极放大电电路中，只用了一路直流路中，只用了一路直流电电源源VDD，静，静时栅时栅极极电压电压UGQ由由VDD经电经电阻阻R1和和R2分分压获压获得，静得，静态态漏漏极极电电流流IDQ在源极在源极电电阻阻RS上上产产生生个自偏个自偏压压USQ（USQ=IDQRS），），则则静静态态偏置偏置电压电压由分由分压压和自偏和自偏压压共同决定，共同决定，UGSQUGQUSQ，所以称所以称为为分分压压自偏自偏压压式共源极放大式共源极放大电电路。路。电电路中的源极路中的源极电电阻阻RS与晶体管分与晶体管分压压式式稳稳定静定静态态工作点工作点电电路一路一样样，电电路中的射极路中的射极电电阻阻Re都是起都是起稳稳定静定静态态工作点的作用，工作点的作用，为为防止接入防止接入RS后影响后影响电压电压放大倍数，也在放大倍数，也在其两端并联其两端并联个旁路电容个旁路电容CS，从交流通路上看，从交流通路上看其输入、输出回路都共用源极，所以称之为共源放大电路。栅其输入、输出回路都共用源极，所以称之为共源放大电路。栅极接入极接入个大电阻个大电阻RG，目的是为了提高放大电路的输入电阻。，目的是为了提高放大电路的输入电阻。由于栅极没有电流，因此由于栅极没有电流，因此RG上没有压降。上没有压降。C1、C2为隔直电容。为隔直电容。在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-5 分压一自偏式共源极放大电路分压一自偏式共源极放大电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么1.静态分析静态分析USQ=IDQ RIDQ=求解上述两个联立方程求解上述两个联立方程、，确定静态漏极电流，确定静态漏极电流IDQ，栅源极的静态电压，栅源极的静态电压UGSQ，则：，则：UGSQ=UGQUSQ =UDSQ=VDDIDQ(RD+RS)在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么2.动态分析动态分析 利用微变等效电路计算电压放大倍数和输入输出电阻。设利用微变等效电路计算电压放大倍数和输入输出电阻。设C1、C2、CS足够大，对交流信号而言相当于短路，电源电压的变化足够大，对交流信号而言相当于短路，电源电压的变化量为零，视为短路，共源极放大电路的交流通路和微变等效电路量为零，视为短路，共源极放大电路的交流通路和微变等效电路如图如图2-4-6所示。所示。U i=U gsU O=Id RDRL=I d RD=g m U gs RD Au=R i=RG+R1R2 RO=RD 在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-6 共源极放大电路的交流通路和微变等效电路共源极放大电路的交流通路和微变等效电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么例例2-2电路如图电路如图2-4-7所示，所示，VDD=24 V，R S=2.5 k，R D=10 k，R 1=100 k，R 2=300 k，R G=10 M，IDO=2 mA，UTN=2 V，电容，电容C1、C2和和CS足够大，负载电阻足够大，负载电阻RL=10 k。试用近似估算法计算静态工作点；试用近似估算法计算静态工作点；利用微变等效电路法计算放大电路的利用微变等效电路法计算放大电路的A u、R i、Ro；若去掉旁路电容若去掉旁路电容Ce，则，则Au？图图2-4-7 无旁路电容无旁路电容Ce的微变等效电路的微变等效电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么 列联立方程确定静态工作点：列联立方程确定静态工作点：解：解：I DQ=UGSQ=解方程得：解方程得：I DQ=1.03 mA UGSQ=3.43 V I DQ=2.4 mA UGSQ=02时，有时，有 IC2 IR 由上式可以看出，当由上式可以看出，当VCC,R确定后，确定后，IR值就确定了，值就确定了，IC2也随也随之被确定并基本等于之被确定并基本等于IR，因此称该电流源被称为镜像电流源。，因此称该电流源被称为镜像电流源。图图2-4-17 镜像电流源电路镜像电流源电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么v比例式电流源比例式电流源 如果将三极管的如果将三极管的发发射极分射极分别别接接电电阻阻R1和和R2如下如下图图所示，当所示，当R1和和R2阻阻值值的比例关系的比例关系变变化化时时，则电则电流源流源输输出出电电流与参考流与参考电电流流保持一定的比例关系，故称之保持一定的比例关系，故称之为为比例比例电电流源。流源。由比例由比例电电流源流源电电路，可以看出，当路，可以看出，当 较大时，较大时，IE1IC1IR，IE2IC2。因此因此，IE1R1IE2R2IRR1可可见见，只要改，只要改变变R1与与R2的比例，就可得到与的比例，就可得到与IR 不同比例不同比例的的IC1。当当R1与与R2相差不太大时，可以认为相差不太大时，可以认为UBE1UBE2，则有，则有在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么图图2-4-18 比例式电流源电路比例式电流源电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么v微电流源电路微电流源电路 镜像电流源电路和比例电流源电路的输出电流镜像电流源电路和比例电流源电路的输出电流IC2一般较大一般较大（毫安级），当要求输出电流很小（微安级）时，则要求（毫安级），当要求输出电流很小（微安级）时，则要求R的的值很大，不利于集成电路制造，因此需要采用微电流源电路。值很大，不利于集成电路制造，因此需要采用微电流源电路。微电流源电路如下图所示，微电流源电路如下图所示，IC1或或IE1较大（毫安级），较大（毫安级），UBE1为正为正常的导通压降（约常的导通压降（约0.7V左右）。左右）。由于由于R2的接入，则的接入，则UBE2=UBE1 IE2R2UBE1 IC2R2，从而使，从而使UBE1减小，因此当减小，因此当R2较大时，较大时，T2管管只能处于微导通状态，只能处于微导通状态，IC2值很小，值很小，一般为微安级。一般为微安级。图图2-4-19 微电流源电路微电流源电路在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么