电子技术第04讲(多级放大器,场效应管)

1、1第第15章章 基本放大电路基本放大电路多级放大电路及其极间耦合方式多级放大电路及其极间耦合方式第第4（1）讲）讲 1.阻容耦合阻容耦合 2.直接耦合直接耦合2第一级第一级第二级第二级第第n-1级级第第n级级输入输入输出输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)变压器耦合变压器耦合 (4)光电耦合光电耦合1.多级阻容耦合放大电路多级阻容耦合放大电路 为获得足够大的放大倍数为获得足够大的放大倍数,需将单级放大需将单级放大器串接，组成多级放大器。器串接，组成多级放大器。3对耦合电路要求：对耦合电路要求：耦合电路：耦合电路：要求要求动态动态: 传送信号传送信

2、号减少压降损失减少压降损失 静态：静态：保证保证各级各级Q点点设置设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单级放大器单级放大器(静态工作点稳定的共静态工作点稳定的共发射极放大器发射极放大器)IC=1.2mAIB=20 AUCE =6Vri= R11/ R12/ rbe =1.43 k ro= RC1 =5k rbe=1.52 k Au载载=-985多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的级联放大器的级联R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2

3、C21C22R22CE2RE2RLuo设二级放大器的参数完全一样设二级放大器的参数完全一样6多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的分析放大器的分析(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。点相互独立，分别估算。(2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 前一级的输出电阻是后一级的信号源内阻。前一级的输出电阻是后一级的信号源内阻。(5) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积

4、。(6) 总输入电阻总输入电阻ri即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(7) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。7R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuoIC1=1.2mAIB1=20 AUCE1 =6Vrbe1=1.52 k IC2=1.2mAIB2=20 AUCE2 =6Vrbe2=1.52 k 多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的静态工作点放大器的静态工作点第一级静态工作点第一级静态工作点第二级静态工作点第二级静态工作点8多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的微变等效电路放大器的微变等效电

5、路R11RC1C11C12R12CE1RE1uiR21+ECRC2C21C22R22CE2RE2RLuori=ri1rori2uo1ui2前一级的输出电压前一级的输出电压是后一级的输入电压是后一级的输入电压后一级的输入后一级的输入电阻是前一级的电阻是前一级的交流负载电阻交流负载电阻。9多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的微变等效电路放大器的微变等效电路rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC1iU R11R12BECIc1Ib1Uo110多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算输出电阻的计算ri2rbe1RC1

6、iU R11R12BECIc1Ib1Uo1第一级的微变等效电路第一级的微变等效电路第二级的第二级的输入电阻输入电阻beLurRA ri= ri1 = R11/ R12/ rbe1=- 1RC1/ri2rbe1Au1=Uo1Ui11多级多级阻容耦合阻容耦合放大器的电压放大倍数、输入电阻、放大器的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算输出电阻的计算 ri2 = R21/ R22/ rbe2=- 2RC2/RLrbe2Au2=UoUi2 ro = RC2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21Ui2第二级的微变等效电路第二级的微变等效电路12Au=UoUi=Uo1UiUoUi2= Au

7、1Au2总电压放大倍数总电压放大倍数= 1RC1/ri2rbe1 2RC2/RLrbe2rbe2RC2RLoU R22BECIc2Ib2R21rbe1RC2iU R11R12BECIc1Ib1Uo1Ui2Au为正，输入输出同相为正，输入输出同相总放大倍数等于各级总放大倍数等于各级放大倍数的乘积！放大倍数的乘积！13代入数值计算代入数值计算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 两级单管放大器级联两级单管放大器级联,可可提高电压放大倍数提高电压放大倍数;但输但输入电阻仍很小入电阻仍很小,输出电阻输出电阻仍很大。仍很大。14阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路 当两级放大器（静态工作点稳定的基本放当两级放大器（静态工作点稳定的基本放大器）级联时，放大倍数大大提高，但输入大器）级联时，放大倍数大大提高，但输入电阻较小，输出电阻较大。电阻较小，输出电阻较大。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输入电阻很小的放大器当信号源有较输入电阻很小的放大器当信号源有较大内阻时大内阻时,放大倍数变得很小。放大倍数变得很小。ri= R11/ R12/ rbe =1.43 k Au=-98ri由于信号源内阻由于信号源内阻大大,而放大器输入而放大器输入电阻小电阻

10、小,致使放大致使放大倍数降低。倍数降低。16RB=570k RE=5.6k RL=1.52k =100EC=15VRB+ECC1C2RERLuiuori=101 k Au=0.98rbe=2.36 k 用射极输出器作为输入级用射极输出器作为输入级,构成两级放大器，可提高构成两级放大器，可提高放大器的输入电阻。放大器的输入电阻。 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用射极输出器作为输入级时电压放大倍数的估算用射极输出器作为输入级时电压放大倍数的估算18用射极输出器作为输出级，构成两级放大器，可用射极输出器作为输出级，构成两级放大器，可减小放大器的输出电阻，提高其带负载的能力。减小放大器的输出电阻，提高其带负载的能力。R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RLuiuoro1= RC1 =5k RL=5k 时时, Au=-98RL=1k 时时, Au=-33beLurRA RB+ECC1C2RERLui2uo5k 5.6 k 570 k =100ri2=173 k Au2=0.99rbe=2.36 k 19

12、R11+ECRC1C11C12R12CE1RE1RL1uiuo1第一级放大倍数的计算第一级放大倍数的计算=ri2=173 k beLurRA Au1=-192rbe1=1.52 k RC1=5 k =60后一级的输入后一级的输入电阻作为前一电阻作为前一级的交流负载级的交流负载电阻电阻RL=RC1/ri220总放大倍数的计算总放大倍数的计算Au= Au1 Au2 =（-192） 0.99=-190Au= Au1 Au2 =（-185） 0.97=-179比较不接射极输出器时的带负载能力：比较不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k 时时, Au=-98RL=1k 时时, Au=-33当负载电阻由

13、当负载电阻由5k 变为变为1k 时，放大倍数降低到原来的时，放大倍数降低到原来的94.2%降低到原来的降低到原来的33.7%Au1=-192Au2=0.99ri2=173 k RL=5 k Au1=-185Au2=0.97ri2=76 k RL=1 k 当负载当负载电阻由电阻由5k 变为变为1k 时：时：21 1Rr/RsbeEro结论结论:用射极输出器作为输出级用射极输出器作为输出级,可减小放大器的输出可减小放大器的输出电阻，提高带负载的能力。电阻，提高带负载的能力。输入电阻输入电阻ri 、输出电阻、输出电阻ro的计算的计算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为信号源内为信号源内阻阻,即前一级的即前一级的输出电阻输出电阻RC1= RB/ RC1usRS= ro1= RC1RS= RB/ RS 222.直接耦合电路直接耦合电路因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。容耦合只适用于放大频率较高的交流信号。对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必对于直流信号和低频信号，阻容耦合

15、已不适用，必须采用须采用直接耦合直接耦合方式。方式。R1+ECRCC1C2TRLuiuoR2建立静态工作点建立静态工作点23+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE21.前后级前后级Q点相互影响。（需增加点相互影响。（需增加RE2）问题问题:2. .零点漂移零点漂移: :前一级的温漂将作为后一级的输前一级的温漂将作为后一级的输入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截入信号，被一级级放大，导致后级饱和或截止（止（需增加两级之间的直流负反馈）需增加两级之间的直流负反馈） 。直接耦合放大器的级联直接耦合放大器的级联24RE2的作用：的作用：（1）提高）提高T1集电极电位，增大其输出集电极电位，

16、增大其输出电压的幅度；（电压的幅度；（2）提供）提供T2合适的工作点合适的工作点, RE2可由下可由下式决定：式决定：2212EBECEEIUUR抑制零点漂移办法：采用差动放大电路。抑制零点漂移办法：采用差动放大电路。25第第15章章 基本放大电路基本放大电路15.9 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路第第4讲（讲（2）2615.9.1 场效应管简介场效应管简介场效应管与晶体管比较：场效应管与晶体管比较：（1）T为电流控制元件（通过控制为电流控制元件（通过控制IB控制控制IC），），FET为电压控制元件（通过控为电压控制元件（通过控制制UGS控制控制ID）；）；（2）T输入电阻较低，温度

17、稳定性差；输入电阻较低，温度稳定性差；而而FET输入阻抗高，温度稳定性好。输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管场效应管FET-Field Effect Transistor27结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型28 MOS绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（N沟道）沟道）（1） 结构结构PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝N导电沟道导电沟道未预留未预留 N沟道增强型沟道增强型预留预留 N沟道耗尽型沟道耗尽型29PNNGSDGSDN沟

18、道增强型沟道增强型（2）符号）符号N沟道耗尽型沟道耗尽型GSD栅极栅极漏极漏极源极源极30耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线IDmAVUDSUGS 实验线路实验线路(共源极接法共源极接法)GSD31输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压夹断电压UGS(off)=-2V固定一个固定一个U DS，画出，画出ID和和UGS的关系曲线，称为转移特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线IDSS32耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线实验表明，在实验表明

19、，在UGS(off)UGS 0时，耗尽型时，耗尽型场效应管的转移特性可场效应管的转移特性可近似表示：近似表示：0IDUGSUGS(off)IDSSUGS(off)-夹断电压夹断电压IDSS 原始沟道导电电流原始沟道导电电流2GS(off)GSDSSD)UU(1II33跨导跨导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 场效应管放大电路场效应管放大电路1. 电路的组成原则及分析方法电路的组成原则及分析方法(1) 静态：适当的静态工作

20、点，使场效应管工静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流（作在恒流（ID）区。）区。 (2) 动态动态: 能为交流信号提供通路。能为交流信号提供通路。组成原则组成原则静态分析：静态分析： 估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法分析方法35N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线符号及特性曲线GSDIDUDSUGSGSD36UGS=0VU DS （V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导跨导gm = ID / UGS ID = gm UGSid=gmugsID =

21、gm UGS372 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路gsudsuGSDdiSGDrDSgsugsmugdsuidrDS = UDS / ID 很大，可忽略。很大，可忽略。38场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路压控电流源压控电流源（VCCS）SGDgsugsmugdsuid流控电流源流控电流源(CCCS)对照对照becrbeic = ibib393 场效应管放大电路场效应管放大电路uo+UDDRSuiCSC2C1RDRGRLGDSIDUDSIS注：栅极无电流注：栅极无电流UGSRSISRSIDUDSUDD RDID RSIS= UDD ID (RD+RS)电路中元件作用：电

22、路中元件作用：RG栅极电阻栅极电阻RS源极电阻源极电阻RD漏极电阻漏极电阻CS源极旁路电容源极旁路电容404 分压式偏置电路分压式偏置电路静态分析静态分析无输入信号时（无输入信号时（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计算得：计算得：42动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDgsugsmugdsuid+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL200K51K1M10K10KGDS10K43 动态分析：动态分析：UgsUiUgsgmIdrirogsiUU UoSGR2R1RGRL DRLRD)R/R(UgULDgsmo = gm UiRL Lmu

24、RgA 电压放大倍数电压放大倍数负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相44电压放大倍数估算电压放大倍数估算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输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻=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 源极输出器源极输出器uo+UDD +20VRSuiC1R1RGR2RL200K51K1M10KDSC2G10KR1=200k R2=51k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =1.5mA/VUDD=20VIDSS=0.9mAUGS(off)-4V47静态工作点静态工作点:VRIUUSDDDDS15mAIVUDGS5 . 0,1计算得：计算得：IG=0VURRRVDDG4212DSDGGSIRIVU3101042)()1 (offGSGSDSSDUUII48uo+UDD +20VRS