模拟电子电路第2章基本放大电路.ppt

2.6基本放大电路的派生电路基本放大电路的派生电路在实际应用中，为了进一步改善在实际应用中，为了进一步改善放大电路的性能可用多只晶体管构放大电路的性能可用多只晶体管构成复合管来取代基本电路中的一只晶成复合管来取代基本电路中的一只晶体管；也可根据需要将两种基本接法体管；也可根据需要将两种基本接法组合起来，以得到多方面性能具佳的组合起来，以得到多方面性能具佳的放大电路。放大电路。5/20/20231第四章2.6.1复合管及其用途复合管及其用途(P111)一、复合管的构成及一、复合管的构成及的计算的计算(1)构成与计算构成与计算a.同类型管的复合同类型管的复合如如P112图图2.6.1(a)、(b)所示，以图所示，以图(a)为例，复合管的为例，复合管的值和值和rbe计算如下：计算如下：转转45/20/20232第四章图图2.6.1(a)两只两只NPN型管构成的型管构成的NPN复合管复合管5/20/20233第四章Icic1ic2iB1iE1(iB2)iE(2.6.1)所以所以5/20/20234第四章 rberbe1(1+1)rbe2 rbe11rbe2PNP型复合晶体管如图型复合晶体管如图2.6.1(b)所示。所示。图图2.6.1(b)两只两只PNP型管构成的型管构成的PNP复合管复合管5/20/20235第四章iE2iB2(iC2)iE1 iCiB1b.不同类型管的复合不同类型管的复合(互补型复合管互补型复合管)如如图图2.6.1(c)、(d)所示，以图所示，以图(d)为例，为例，复合管的复合管的值和值和rbe计算如下：计算如下：转转85/20/20236第四章图图2.6.1 两只不同类型管构成的复合管两只不同类型管构成的复合管(c)(d)5/20/20237第四章rbe=rbe1 所以所以5/20/20238第四章(2)复合管的构成原则复合管的构成原则a.把两只管子构成一只复合管，把两只管子构成一只复合管，必须保证每一只管子的必须保证每一只管子的电流都能顺电流都能顺着各管的正常电流方向流动着各管的正常电流方向流动，否则，否则，构成的复合管是错误的。构成的复合管是错误的。5/20/20239第四章b.向内流的复合管为向内流的复合管为NPN型复合管，型复合管，向外流的复合管为向外流的复合管为PNP型复合管；型复合管；的流的流向由向由T1的的 决定，即复合管的导电极性决定，即复合管的导电极性取决于第一只管子。取决于第一只管子。c.复合管的复合管的12d.同类型复合管同类型复合管，rberbe11rbe2 互补型复合管，互补型复合管，rberbe15/20/202310第四章(3)复合管的用途复合管的用途a.可以可以提高提高单管的单管的输入电阻输入电阻(同类型同类型复合管复合管)。b.解决解决大功率管的大功率管的配对配对难的问题。难的问题。c.解决解决大功率管大功率管值小值小的问题。的问题。一般大功率晶体管的一般大功率晶体管的值都比较小，值都比较小，在要求工作电流较大的场合在要求工作电流较大的场合(电源调整管电源调整管)，必须使，必须使 Ib较大，但较大，但Ib只有只有A数量级，数量级，这时必须采用复合管。这时必须采用复合管。5/20/202311第四章复合管因其等效电流放大系数很高，复合管因其等效电流放大系数很高，等效输入电阻亦很高，特别是当它制成等效输入电阻亦很高，特别是当它制成集成器件时，使用方便而受到拥护的欢集成器件时，使用方便而受到拥护的欢迎。迎。复合管又称为达林顿管复合管又称为达林顿管。5/20/202312第四章二、复合管共射放大电路二、复合管共射放大电路将图将图2.2.5(a)所示电路中的晶所示电路中的晶体管用图体管用图2.6.1(a)所示复合管取代，所示复合管取代，便可得到如图便可得到如图2.6.2(a)所示的复所示的复合管共射放大电合管共射放大电路。路。图图2.6.2阻容耦合复合共射放大电路阻容耦合复合共射放大电路(a)电路电路5/20/202313第四章图图2.6.2(b)交流等效电路交流等效电路交流等效电路如图交流等效电路如图(b)所示，从图所示，从图(b)可知可知5/20/202314第四章图图2.6.2(b)交流等效电路交流等效电路5/20/202315第四章电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻(2.6.3)若若(1+1)rbe2rbe1，且，且11，则，则(2.6.2)5/20/202316第四章分析表明，复合管共射放大电分析表明，复合管共射放大电路增强了电流放大能力，从而减小路增强了电流放大能力，从而减小了对信号源驱动电流的要求，从另了对信号源驱动电流的要求，从另一角度看，若驱动电流不变，则采一角度看，若驱动电流不变，则采用复合管后，输出电流将增大约用复合管后，输出电流将增大约倍。倍。5/20/202317第四章三、复合管共集放大电路三、复合管共集放大电路图图2.6.3 (a)阻容耦合复合管阻容耦合复合管 共集放大电路共集放大电路5/20/202318第四章图图2.6.3 (b)交流通路交流通路5/20/202319第四章由图由图(c)可知可知图图2.6.3(c)交流等效电路交流等效电路5/20/202320第四章输入电阻输入电阻(2.6.4)(2.6.5)输出电阻输出电阻5/20/202321第四章显然，由于采用复合管，输入电显然，由于采用复合管，输入电阻阻Ri中与中与Rb相并联的部分大大提高，相并联的部分大大提高，而输出电阻而输出电阻Ro中与中与Re相并联的部分大相并联的部分大大降低，使共集放大电路大降低，使共集放大电路Ri大、大、Ro小小的特点得到进一步的发挥。的特点得到进一步的发挥。5/20/202322第四章从式从式(2.6.4)可知，共集放大电路的可知，共集放大电路的输入电阻与负载电阻有关；从式输入电阻与负载电阻有关；从式(2.6.5)可知，共集放大电路的输出电阻与信号可知，共集放大电路的输出电阻与信号源内阻有关源内阻有关.但是必须特别指出，根据输但是必须特别指出，根据输入、输出电阻的定义，无论什么样的放入、输出电阻的定义，无论什么样的放大电路，大电路，Ri均与均与Rs无关，而无关，而Ro均与均与RL无无关。关。5/20/202323第四章2.6.2 共射共射共基放大电路共基放大电路将共射电路与共基电路组合在一起将共射电路与共基电路组合在一起,既既保持共射放大电路电压放大能力较强的优保持共射放大电路电压放大能力较强的优点点,又获得共基放大电路较好的高频特性又获得共基放大电路较好的高频特性.图图2.6.4所示为共射所示为共射共基放大电路的交流共基放大电路的交流通路。通路。图图2.6.4 共射共射共基放大电路的交流通路共基放大电路的交流通路5/20/202324第四章T1组成共射电路，组成共射电路，T2组成共基电路，组成共基电路，由于由于T1管以输入电阻小的共基电路为负载，管以输入电阻小的共基电路为负载，使使T1管集电结电容对输入回路的影响减小，管集电结电容对输入回路的影响减小，从而使共射电路高频特性得到改善。从而使共射电路高频特性得到改善。图图2.6.4 共射共射共基放大电路的交流通路共基放大电路的交流通路5/20/202325第四章由图由图2.6.4可以推导出电压放大倍数可以推导出电压放大倍数Au的表达式。设的表达式。设T1的电流放大系数的电流放大系数1，b-e间间动态电阻为动态电阻为rbe1，T2的电流放大系数为的电流放大系数为2，则则5/20/202326第四章因因21，即，即2/(1+2)1，所以，所以(2.6.6)与单管共射放大电路的与单管共射放大电路的Au相同。相同。5/20/202327第四章2.6.3共集共集共基放大电路共基放大电路图图2.6.5所示为共集所示为共集共基放大电路的共基放大电路的交流通路，交流通路，图图2.6.5 共集共集共基放大电路的交流通路共基放大电路的交流通路5/20/202328第四章它以它以T1管组成的共集电路作为输入端，管组成的共集电路作为输入端，故输入电阻较大；以故输入电阻较大；以T2管组成的共基电路管组成的共基电路作为输出端，故具有一定电压放大能力；作为输出端，故具有一定电压放大能力；由于共集电路和共基电路均有较高的上限由于共集电路和共基电路均有较高的上限截止频率，故电路有较宽的通频带。截止频率，故电路有较宽的通频带。图图2.6.5 共集共集共基放大电路的交流通路共基放大电路的交流通路5/20/202329第四章根据具体需要，还可以组成其它电根据具体需要，还可以组成其它电路，如共漏共射放大电路，既保持高路，如共漏共射放大电路，既保持高输入电阻，又具有高的电压放大倍数。输入电阻，又具有高的电压放大倍数。可见，利用两种基本接法组合，可以同可见，利用两种基本接法组合，可以同时获得两种接法的优点。时获得两种接法的优点。5/20/202330第四章2.7FET放大电路放大电路2.7.1 场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法以场效应管的源极、栅极和漏极为公以场效应管的源极、栅极和漏极为公共端组成放大电路时也有三种接法，即共共端组成放大电路时也有三种接法，即共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。以路。以N沟道结型场效应管为例，三种接沟道结型场效应管为例，三种接法的交流通路如图法的交流通路如图2.7.1所示。所示。5/20/202331第四章图图2.7.1 (a)共源放大电路共源放大电路5/20/202332第四章图图2.7.1(b)共漏放大电路共漏放大电路5/20/202333第四章图图2.7.1(c)共栅放大电路共栅放大电路5/20/202334第四章由于共栅电路很少使用，本节只对共由于共栅电路很少使用，本节只对共源和共漏两种电路进行分析。源和共漏两种电路进行分析。2.7.2 FET放大电路静态工作点的设放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算置方法及其分析估算1直流偏置电路直流偏置电路FET与与BJT放大电路比较放大电路比较（1）相同点：都要建立合适的）相同点：都要建立合适的Q点。点。（2）不同点：）不同点：FET是电压控制器件，是电压控制器件，BJT是流控器件。因此是流控器件。因此FET电路需要有合电路需要有合适的栅极电压。适的栅极电压。5/20/202335第四章通常通常FET放大电路的偏置形式有两种，放大电路的偏置形式有两种，现以现以N沟道耗尽型沟道耗尽型JFET为例说明如下：为例说明如下：(1)自偏压电路自偏压电路(P118)图图2.7.4a所示所示,和和BJT的射极偏置电路的射极偏置电路相似，通常在源极接相似，通常在源极接入源极电阻入源极电阻R，就可，就可组成自偏压电路。组成自偏压电路。图图2.7.4(a)结型场效应管放大电路结型场效应管放大电路5/20/202336第四章 考虑到耗尽型考虑到耗尽型FET即使在即使在uGS0时，时，也有漏源电流流过也有漏源电流流过R，而栅极是经电阻，而栅极是经电阻Rg接接地的，所以在静态时栅源之间将有负栅压地的，所以在静态时栅源之间将有负栅压uGS IDR。图中电容。图中电容C对对R起旁路作用，起旁路作用，称为源极旁路电容。称为源极旁路电容。增强型增强型FET只有栅源电压先达到某个只有栅源电压先达到某个开启电压开启电压Uon时才有漏极电流时才有漏极电流ID，因此这类，因此这类管子不能用于图管子不能用于图2.7.4a所示自偏压电路。所示自偏压电路。5/20/202337第四章图图2.7.4 (b)由由N沟道耗尽型管沟道耗尽型管 组成的自偏压电路组成的自偏压电路图图2.7.4(b)所示电路是自所示电路是自给偏压的一种给偏压的一种特例，其特例，其UGSQ=0。5/20/202338第四章图图2.7.4 (b)由由N沟道耗尽型管沟道耗尽型管 组成的自偏压电路组成的自偏压电路 图中采用图中采用耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管，因此其管，因此其栅栅源之间电压源之间电压在小于零、等于在小于零、等于零和大于零的一零和大于零的一定范围内均能正定范围内均能正常工作。常工作。5/20/202339第四章求解求解Q点时，点时，可先在转移特性可先在转移特性上求得上求得UGS=0时时的的iD，即，即IDQ；然后利用式然后利用式(2.7.2)求出管求出管压降压降UDSQ。图图2.7.4 (b)由由N沟道耗尽型管沟道耗尽型管 组成的自偏压电路组成的自偏压电路5/20/202340第四章2.分压器式偏置电路分压器式偏置电路P119虽然自偏压电路比较简单，但当虽然自偏压电路比较简单，但当静态工作点决定后，静态工作点决定后，UGS和和ID就确定了，就确定了，因而因而R选择的范围很小。分压器式自偏选择的范围很小。分压器式自偏压电路是在图压电路是在图2.7.4a的基础上加接分压的基础上加接分压电阻后组成的，如图电阻后组成的，如图2.7.5所示。所示。5/20/202341第四章图图2.7.5 FET分压式偏置电路分压式偏置电路5/20/202342第四章漏极电源漏极电源VDD经分压电阻经分压电阻Rg1和和Rg2分压分压后，通过后，通过Rg3供给栅极电位供给栅极电位UGRg2VDD/(Rgl+Rg2)，同时漏极电流在源极电，同时漏极电流在源极电阻阻R上也产生压降上也产生压降UsIDR，因此，静态时，因此，静态时加在加在FET上的栅源电压为上的栅源电压为:5/20/202343第四章这种偏压电路的另一特点是这种偏压电路的另一特点是适用于增适用于增强型管电路强型管电路。2静态工作点的确定静态工作点的确定对对FET放大电路的静态分析可以采用放大电路的静态分析可以采用图解法或用公式计算，图解的原理和图解法或用公式计算，图解的原理和BJT相似。下面讨论用公式进行计算以确定相似。下面讨论用公式进行计算以确定Q点。由式：点。由式：5/20/202344第四章分析图分析图2.7.4a和图和图2.7.5有：有：转转48485/20/202345第四章图图2.7.4(a)FET自偏压共源放大电路自偏压共源放大电路uoui5/20/202346第四章图图 2.7.5 FET分压式偏置电路分压式偏置电路uoui5/20/202347第四章故确定故确定Q点时：点时：对图对图2.7.4a，可联立求解式，可联立求解式(*)和上和上页页1式；式；对图对图2.6.5，可联立求解式，可联立求解式(*)和上页和上页2式。式。5/20/202348第四章Rg1=2M，Rg2=47k，Rdd30k，R=2k，VDD=18V，FET的的Vp=一一1V，IDSS0.5mA，试确定，试确定Q点。点。解：根据解：根据(*)式和式和2式有式有例例4.4.1 电路参数如图电路参数如图2.75所示，所示，5/20/202349第四章或或5/20/202350第四章将上式中将上式中uGS的表达式代人的表达式代人iD的表达式，的表达式，得得 iD 0.5mA(1+0.42 iD)2解出解出iD=(0.950.64)mA，而，而IDSS=0.5mA，iD 不应大于不应大于IDSS，所以，所以 iD IDQ0.31mA，uGS UGSQ0.42iD0.22V,uDSUDSQ=VDD ID(Rd+R)8.1V。5/20/202351第四章如果管子的输出特性和电路参数已知，如果管子的输出特性和电路参数已知，则可用图解法进行分析。则可用图解法进行分析。2.7.3 FET放大电路的小信号模型放大电路的小信号模型 分析法分析法当输入信号很小，当输入信号很小，FET工作在线性放工作在线性放大区大区(即输出特性中的恒流区即输出特性中的恒流区)时，可用小时，可用小信号模型来分析。信号模型来分析。5/20/202352第四章图图2.7.6(a)MOS管的低频管的低频 小信号等效模型小信号等效模型一、一、FET的小信号模型的小信号模型以以N沟道增强型沟道增强型MOS管为例，如图管为例，如图2.7.6(a)所示。所示。iD=f(uGS,uDS)对上式求全微分得：对上式求全微分得：(2.7.7)5/20/202353第四章令式中令式中图图2.7.6(a)MOS管的低频管的低频 小信号等效模型小信号等效模型当输入信号较小，当输入信号较小，电压、电流只在电压、电流只在Q点点附近变化，用有效值附近变化，用有效值取代变化量，则式取代变化量，则式(2.7.7)可写成：可写成：(2.7.8)(2.7.9)5/20/202354第四章MOS管的低频小信号作用下的等效模管的低频小信号作用下的等效模型，如图型，如图2.7.6(b)所示。输入回路栅所示。输入回路栅源之源之间由于间由于PNJ反偏相当于开路；输出回路与反偏相当于开路；输出回路与晶体管的晶体管的h参数等效模型相似，是一个电参数等效模型相似，是一个电压压Ugs控制的电流源和一个电阻控制的电流源和一个电阻rgs并联。并联。(2.7.10)转转575/20/202355第四章 可以从场效应管的转移特性和输出可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出特性曲线上求出gm和和rds。(参阅参阅P120121)图图2.7.6(b)MOS管的低频小信号等效模型管的低频小信号等效模型5/20/202356第四章二、基本共源放大电路的动态分析二、基本共源放大电路的动态分析画出图画出图2.7.2所示基本共源放大电路的所示基本共源放大电路的交流等效电路如交流等效电路如图图2.7.8所示，图中采用了所示，图中采用了MOS管的简化模型，即认为管的简化模型，即认为rds。根据。根据电路可得：电路可得：(2.7.12a)转转595/20/202357第四章图图 2.7.8 基本共源放大电路的交流等效电路基本共源放大电路的交流等效电路5/20/202358第四章Ri=Ro=Rd例【例【2.7.1】(自学自学)5/20/202359第四章三、基本共漏放大电路的动态分析三、基本共漏放大电路的动态分析图图2.7.9(a)基本共漏放大电路基本共漏放大电路基本共漏放基本共漏放大电路如图大电路如图2.7.9(a)所示，图所示，图(b)是它的交流等是它的交流等效电路。效电路。5/20/202360第四章利用输入利用输入回路方程和场回路方程和场效应管的电流效应管的电流方程联立方程联立图图2.7.9(b)交流等效电路交流等效电路VGG=UGSQ+IDQRs5/20/202361第四章求出漏极静态电流求出漏极静态电流IDQ和栅和栅源静态源静态电压电压UGSQ，再根据输出回路方程求出管压，再根据输出回路方程求出管压降降UDSQ=VDDIDQRsRi=从图从图(b)可得动态参数可得动态参数5/20/202362第四章分析输出电阻时，将输入端短路，在分析输出电阻时，将输入端短路，在输出端加交流电压输出端加交流电压Uo，然后求出，然后求出Io,则则Ro=Uo/Io，如图，如图2.7.10所示。所示。图图2.7.10 求解基本共漏放大求解基本共漏放大 电路的输出电阻电路的输出电阻所以所以5/20/202363第四章作业：作业：复习本章小结复习本章小结本章自测题本章自测题2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.9、2.10、2.112.12、2.13共共12个题，书面个题，书面10个题。个题。5/20/202364第四章