3场效应管放大电路及多级放大电路ppt课件

1、第三章第三章 场效应管放大电路场效应管放大电路及多级放大电路及多级放大电路模拟电子技术根底3.1、结型场效应管、结型场效应管JFET3.2、金属、金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管 MOSFET 3.3、场效应管静态任务点的设置方法、场效应管静态任务点的设置方法3.5、复合管、复合管3.4、场效应管放大电路的动态分析、场效应管放大电路的动态分析3.6、多级放大电路、多级放大电路第三章第三章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路晶体三极管：电流控制电流元件晶体三极管：电流控制电流元件场效应管：电压控制电流元件场效应管：电压控制电流元件引入场效应管的缘由：引入场效应管的缘由：晶体

2、管放大电路不能满足晶体管放大电路不能满足riM在晶体管放大电路中，共集放大电路输入电阻最高在晶体管放大电路中，共集放大电路输入电阻最高iBbeL/(1)100rRrRK所以引入场效应管来提高输入电阻。所以引入场效应管来提高输入电阻。序论序论场效应管场效应管结型结型N沟道沟道uGS0P沟道沟道uGS0, uDS0时，使沟道中各点与栅极时，使沟道中各点与栅极g间电压不再相间电压不再相 等，所以等，所以PN上宽下窄。上宽下窄。PN结上宽下窄结上宽下窄预夹断预夹断(2)uGD=uGS-uDS，随着，随着uDS增大，增大，uGD变小耗尽层变宽，导变小耗尽层变宽，导电沟道变窄，电沟道变窄，iD随随uDS线

3、性添加。线性添加。(3)uGD=uGS-uDS，随着，随着uDS继续增大，当继续增大，当uGD=uGSOff时，为预夹断。时，为预夹断。uGDUGSoffuGDUGSoff3.1 结型结型场效应管场效应管b b、漏、漏- -源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响(3)uGD=uGS-uDS，随着，随着uDS继续增大，当继续增大，当uGDuGSOff时，夹断加深，此时时，夹断加深，此时iD不再随不再随uDS增大而增增大而增大，大，uDS的增大几乎全部用来抑制沟道电阻，的增大几乎全部用来抑制沟道电阻，iD仅取决于仅取决于uGS大小，此时为恒流区。大小，此时为恒流区。uGD0ugs0时，由于二

4、氧化硅绝缘层那么时，由于二氧化硅绝缘层那么ig=0ig=0，导电沟，导电沟 道变宽，在道变宽，在uDSuDS作用下，作用下，iDiD较大较大2 2当当ugs0ugs0时，导电沟道变窄，时，导电沟道变窄，iDiD变小，当变小，当ugs=UGSugs=UGS0ff0ff时，时， 出现夹断区，出现夹断区，iD=0.iD=0.总结：耗尽型总结：耗尽型MOSMOS管可以在管可以在ugsugs正负电压下任务，而结型管正负电压下任务，而结型管 仅在仅在ugs0ugsIDSS， 而结型管只能而结型管只能ID IDSS场效应管总结：场效应管总结：任务在恒流区时任务在恒流区时g-sg-s、d-sd-s间的电压极性

5、间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuu场效应管的分类：1)1)夹断电压夹断电压UGS(off)UGS(off)： 漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的uGSuGS值值 。3) 3) 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSSIDSS： uGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参数2开启电压开启电压UGSth：仅适用于加强型，使：仅适用于加强型，使iD0所需最所需最小的小的 g

6、、s间电压。间电压。4) 4) 直流输入电阻直流输入电阻RGSRGS： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。1 1、直流参数、直流参数1) 1) 输出电阻输出电阻rdrd：GSDDSdVivr 2 2、交流参数、交流参数2) 2) 低频跨导低频跨导gmgm： DSGSDmVvig 时）（当）（）（）（0uUU)Uu1 (2GSoffGSoffGSoffGSGSDSSmIg或或 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制造用。的控制造用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。2) 2)

7、最大漏源电压：最大漏源电压：U(BR)DSU(BR)DS3) 3) 最大栅源电压：最大栅源电压：U(BR)GSU(BR)GS1) 1) 最大漏极电流：最大漏极电流：IDMIDM4) 4) 最大漏极功耗最大漏极功耗PDMPDM：DDSivP DM3 3、极限参数、极限参数为保证场效应管任务在恒流区，在为保证场效应管任务在恒流区，在g-sg-s、d-sd-s间加极性适宜的电源间加极性适宜的电源3.3 3.3 场效应管静态任务点的设置方法场效应管静态任务点的设置方法场效应管放大电路：场效应管放大电路： 共源共源(S)、共漏、共漏(d)、共栅、共栅(g) 共射共射(e)、共集、共集(c)、共基、共基(

8、b) 。正常任务条件：正常任务条件：VGGUGS(th)VGGUGS(th)VDD作用：作用：保证保证d、s间电压大于预夹断电压间电压大于预夹断电压为负载提供能源为负载提供能源Rd作用：将变化的作用：将变化的iD转变为电压转变为电压UDS，实现电压放大。，实现电压放大。dDQDDDSQ2GS(th)GGDODQGSQ)1(RIVUUVIIVUGG 静态分析：静态分析：公式法：公式法：DSQDQGSQUIU，确定确定2(1)GSQDDSSGS(off)QUIIU)(sdDQDDDSQRRIVU 所以称为自给偏压电路所以称为自给偏压电路哪种场效应管可以采用这种哪种场效应管可以采用这种电路方式设置电

9、路方式设置Q Q点？点？一、自给偏压电路一、自给偏压电路 1 1、公式法、公式法由于结型管正常任务时必需由于结型管正常任务时必需ugs0由图知静态由图知静态ui=0时时Ig=0，即，即URg=0IgIDGSgsDsUVVI R 所以所以本人产生的本人产生的GSQDQsUIR 2 2、图解法、图解法)(sdDDDDSRRiVu sDGSRiU QQIDQUGSQUDSQ输出回路负载线输出回路负载线输入回路负载线输入回路负载线sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU 2TGSQDODQ) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU 为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？其数值应大

10、些小些？哪种场效应管可以采用这种电路方式设置哪种场效应管可以采用这种电路方式设置Q点？点？二、分压式偏压电路二、分压式偏压电路 典型的典型的Q Q稳定电路稳定电路g1GSQDDDQsg1g2RUVIRRR求求Q Q点点根据根据iDiD的表达式或转移特性可求得的表达式或转移特性可求得gmgm。与晶体管的与晶体管的h h参数等效模型类似：参数等效模型类似：一、场效应管的交流等效模型一、场效应管的交流等效模型3.4 3.4 场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析阐明阐明: :(1)(1)以结型、加强型为例以结型、加强型为例ig=0ig=0，所以，所以g g、s s延续开，但延续开，但u

11、gs0ugs0(2)(2)小信号任务时，在恒流区小信号任务时，在恒流区 常数用受控源等效。常数用受控源等效。DSDmGSUigu(3)(3)在线性区在线性区DSdsDurI 假设假设Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，那么那么 ? uA二、根本共源放大电路的动态分析二、根本共源放大电路的动态分析doidmgsddioRRRRgURIUUAu 1 1、固定偏置电路、固定偏置电路(与共射电路比较。与共射电路比较。)总结：总结： (2) (2)虽然输入电阻可以达虽然输入电阻可以达，但，但AuAu却仅有却仅有1010倍级左右。倍级左右。(1)(1)共源与共射均为反相放大电路。共源与共射均为反相放

12、大电路。2 2、分压式偏置电路、分压式偏置电路do213mgsddio /)/(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu 解：解：1 1画微变等效电路画微变等效电路2 2求各量值求各量值有旁路电容时：有旁路电容时：无旁路电容时：无旁路电容时：do213mgsddio /1 )/(RRRRRRRgRgRUgURRIUUAgggismLsgsmLu do213mgsddio /)/(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu 总结：总结：(2)(2)此电路中此电路中C C可以用无极性电容。可以用无极性电容。 假设负载小时，假设负载小时，C2C2要用有极性电容，以减小要用有极性电容，以减小C2

13、C2上的分压上的分压(1)Rg3(1)Rg3作用：进一步提高输入电阻，对直流无影响。作用：进一步提高输入电阻，对直流无影响。somsigssmsi1mgsumgsg U RUg RAUUg U Rg RR 假设假设Rs=3k，gm=2mS，那么那么? uA与共集电路比较与共集电路比较三、根本共漏放大电路的动态分析三、根本共漏放大电路的动态分析输出电阻的分析输出电阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR 假设假设Rs=3k，gm=2mS，那么，那么Ro=?加压求流法：加压求流法：Ro428与共集电路类似：与共集电路类似： 1 1U0U0与与UiUi同相。同相。2 2Au1Au1。3 3

14、R0R0较小，可以作为多级放大电路的输出级较小，可以作为多级放大电路的输出级复合管的组成：多个管子合理衔接等效成一个管子。复合管的组成：多个管子合理衔接等效成一个管子。21 )1)(1(211BE ii 不同类型的管子复合后，其类型决议于T1管。21 目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改动管子的类型。，减小前级驱动电流，改动管子的类型。iB方向决议复方向决议复合管的类型合管的类型3.5 复合管复合管 任务中常需求任务中常需求很高达上千倍，假设用单管那么电很高达上千倍，假设用单管那么电路稳定性较差，所以采用复合管。路稳定性较差，所以采用复合管。211bebe)1(berrr 复合管的组成原

15、那么复合管的组成原那么: : (1) (1) 在适宜的外加电压下，每虽然子的电流都有适宜的通在适宜的外加电压下，每虽然子的电流都有适宜的通路，且均任务在放大区或恒流区；路，且均任务在放大区或恒流区； (2) (2) 为了实现电流放大，应将第一虽然的集电极漏极为了实现电流放大，应将第一虽然的集电极漏极或发射极源极电流作为第二虽然子的基极电流。或发射极源极电流作为第二虽然子的基极电流。 总之，由于晶体管构成的复合管有很高的电流放大系总之，由于晶体管构成的复合管有很高的电流放大系数，所以只需求很小的输入驱动基极电流，便可获得很大数，所以只需求很小的输入驱动基极电流，便可获得很大的集电极或发射极电流。

16、的集电极或发射极电流。 在适宜的外加电压下，每虽然子的电流都有适宜的通路，才干组成复合管。讨论一：判别以下各图能否能组成复合管讨论一：判别以下各图能否能组成复合管Ri=? Ro=?)(1()1(Le2be21be1biRRrrRR 21sbbe1be2eo11 RRrrRR讨论二：求以下图的输入电阻和输出电阻讨论二：求以下图的输入电阻和输出电阻放大电路的选用：放大电路的选用：按以下要求组成两级放大电路：按以下要求组成两级放大电路： Ri12k，Au 的数值的数值3000； Ri 10M，Au的数值的数值300； Ri100200k，Au的数值的数值150； Ri 10M ，Au的数值的数值10

17、，Ro100。 共源、共集。共源、共集。补充：各种放大器件电路性能比较补充：各种放大器件电路性能比较共射、共射；共射、共射；共源、共射；共源、共射；共集、共射；共集、共射；3.6 多级放大电路多级放大电路多级放大电路作用：多级放大电路作用：输入输入输出输出多级放大电路引入：多级放大电路引入：RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+80K1K3K40K1K3K知知rbe=1.2Krbe=1.2K，=50=50，求，求AVOAVO、AVAV、AVSAVS解：解：62 5(/).CLVbeRRAr 125CVObeRAr 34iVSViSRAARR 分析：分别在不带负载、带负

18、载、思索信号源内阻时，放大分析：分别在不带负载、带负载、思索信号源内阻时，放大倍倍 数大大降低。数大大降低。处理方法：采用多级放大电路。处理方法：采用多级放大电路。空载时空载时思索信号源内阻时思索信号源内阻时RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+80K1K3K40K1K3K+C2+RB82KRE13KRB382KRE23K改良电路：改良电路：知知rbe1=rbe3= 1.5Krbe1=rbe3= 1.5K，1=3= 501=3= 50，求，求AVOAVO、AVAV、AVSAVS1110 96611L1be1L1().VRArR（）232125c2be2(/)iVRRA

19、r 333110 98L3be3L3().VRArR（）130iBbeL/()rRrRKiVsSi118VRAARR V123118VVVAAAA 既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻特点：可以放大变化缓慢的特点：可以放大变化缓慢的信号，便于集成化，信号，便于集成化， Q Q点相点相互影响，存在零点漂移景象。互影响，存在零点漂移景象。零漂的缘由：当输入信号为零时，前级由温度变化所引起零漂的缘由：当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。的电流、电位的变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级1 1、直接耦合、直接耦合输

20、入为零，输出产生变化输入为零，输出产生变化的景象称为零点漂移的景象称为零点漂移一、多级放大电路的静态分析一、多级放大电路的静态分析ReQ1适宜吗适宜吗？对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置适宜的既可设置适宜的Q点，又可使第二点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？级放大倍数不至于下降太大？二极管导通电压二极管导通电压UDUD小，动态电阻小，动态电阻rdrd小，静动态均处小，静动态均处理理直接耦合特点：直接耦合特点：UCE1=UBE2=0.7V，那么，那么T1 的的Q点太低，已进入饱和区。点太低，已进入饱和区。处理方法：处理方法：接接RERE

21、：静态可处理，但动态静态可处理，但动态AVAV损失大。损失大。接接D D： UCEQ1太小太小加加ReAu2数值数值改用改用D假设要假设要UCEQ1大，那么改用大，那么改用DZ。稳压管稳压管伏安特性伏安特性限流电阻限流电阻rzu /i，小功率管多为几欧至二十几欧。，小功率管多为几欧至二十几欧。假设要使假设要使UCEQ15V，采用什么方式处理？，采用什么方式处理？举例：直接耦合两级放大电路，静态任务点的求解。举例：直接耦合两级放大电路，静态任务点的求解。特点：特点：Q Q点相互独立。点相互独立。 不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，低频特性差， 不能集成化。不能集成化。共

22、射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？ 利用电容衔接信号利用电容衔接信号源与放大电路、放大源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路的前后级、放大电路与负载，称为阻电路与负载，称为阻容耦合。容耦合。2 2、阻容耦合、阻容耦合1.1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2.2.输入电阻输入电阻i1iRR 3.3.输出电阻输出电阻nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。的数值大，最大不失真输出电压大。二、多级放大电路的动态分析二、多级放大电路的动态分析)(1

23、 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR三、分析举例三、分析举例两级放大电路如下图，知三极管的两级放大电路如下图，知三极管的 场效应管的场效应管的 ，写出两级放大电路的组态，并求出，写出两级放大电路的组态，并求出 输入电阻、输出电阻及电压放大倍数输入电阻、输出电阻及电压放大倍数 krbe1 ,100 mSgm5 例例1 1：解：此为共源解：此为共源-共集放大电路共集放大电路 MRRi1011021 vvvAAA124/ /(1)10vmbeAgR

24、rR 424(1)1(1)vbeRArR 301/224 beorRRR图示电路的静态任务点适宜，画出它的交流等效电路，图示电路的静态任务点适宜，画出它的交流等效电路，并写出并写出uA、Ri和和Ro的表达式。的表达式。例例2 2：8o213i2be82be2764m)()(RRRRRRrRrRRRgAu 解：此为共源解：此为共源- -共射放大电路，交流等效电路如图：共射放大电路，交流等效电路如图：零点漂移景象：零点漂移景象：uIuI0 0，uO0uO0的景象。的景象。产生缘由：温度变化，直流电源动摇，元器件老化。其中晶产生缘由：温度变化，直流电源动摇，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主

25、要缘由，故也称零漂为温漂。体管的特性对温度敏感是主要缘由，故也称零漂为温漂。抑制温漂的方法：引入直流负反响，温度补偿。抑制温漂的方法：引入直流负反响，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路差分放大电路的作用：抑制零点漂移景象。差分放大电路的作用：抑制零点漂移景象。3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路电路构造对称，各元件参数一样。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2静态时，ui1 = ui2 = 0IC1VC1 TIC2VC2 uo= VC1 VC2 = 0差模信号 是有用信号共模信号需求抑制可分解成: ui1 =uic + (1/2) uid

26、可分解为一对共模信号叠加一对差模信号ui2 =uic - (1/2) uid差分放大电路中的普通概念i2i1id=vvv 差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号idoD=vvAV 差模电压增益icoC=vvAV 共模电压增益icCidDooo=vAvAvvvVV 2=idici1vvv 2=idici2vvv 用差模信号和共模信号表示输入信号EE：用于补偿RE上的压降，以获得适宜的任务点。+UCCuoui1RCT1RBRCui2RERB+T2EE+RE:共模负反响电阻+UCCuoui1RCT1RBRCui2RERB+T2EE+0OC1C2=UUUEQ1EQ2EQIII2、静态分析1CE

27、Q1CEQ2=UCCCCbeUVI RU0=I2I1 uuebeRuVi/ )(=EEE 静态时输出电压为零。静态时由于UC1=UC23、动态分析2idI2I1vuu 一对大小相等方向相反的信号一管电流添加、一管电流减小0=C2C1O uuua、输入信号为差模信号idv差模输出电压不为零。I1I2icuuv一对大小相等方向一样的信号两管电流同时添加0OC1C2=uuub、输入信号为共模信号iCv共模输出电压为零。干扰信号和温漂以共模方式出现，可以被抑制，所以不出如今输出中。3、动态分析三、差分放大电路主要技术目的计算1.双端输入、双端输出1差模输入？102112121/222LcOdIdbbe

28、 (/)ooddiiiRRuuuuAAAuuuuRr 差模放大倍数 2 )(2cobebiRRrRR ，OCC1C20uuuC21CC21CB21Buuiiii IcI2I1uuu 2共模输入共模放大倍数AC=0.共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR：综合调查差分放大电路放大差模信：综合调查差分放大电路放大差模信 号的才干和抑制共模信号的才干。号的才干和抑制共模信号的才干。 在实践运用时，信号源需求有“ 接地点，以防止干扰；或负载需求有“ 接地点，以平安任务。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入-双端输出、双端输入-单端输出、单端输入-双端输出、单端输入-单端输出。c

29、dCMRAAK )( lg20cdCMR分贝dBAAK 或电路对称理想时，双端输出的KCMR为无穷大。差分放大电路主要技术目的计算010101121122cLdbbe (/)idiiiuuuRRAuuuuRr cobebi)(2RRrRR ，2.双端输入、单端输出1差模输入输入回路没变，输出回路改动。假设RL接T2管，那么12cLdbbe (/)RRARr012 1cLcbbee (/)()icuRRAuRrR 2 12bbeeCMRbbe()()dCARrRKARr？1122icbbee()RRrR2双入单出-共模输入bebLcd)( 21rRRRA 又由很大ocRRRic为T1与T2并联后

30、电阻：bebLcd)( 21rRRRA 1T2的Rc可以短路吗？2什么情况下Ad为“？3双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？)(2)1(2bebebebCMRrRRrRK cobebi)(2RRrRR ，3双入单出分析共模输入电压差模输入电压输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：2/IIcIIduuuu ，3.单端输入、双端输出2IcIdOuAuAu 差模输出共模输出分析方法与双入双出一致，结果也一致。4.单端输入、单端输出OQIcIdO2UuAuAu 静态时的值差模输出共模输出问题讨论：1UOQ产生的缘由？2如何减小共模输出电压？输出方式：Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关

31、。coCMRcbebLcd2 0 )2/(RRKArRRRA / 出： 双端 输 cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1(2 )1(2)/( )(2)/(RRrRRrRKRrRRRArRRRA /单端输出：输入方式：电路的性能目的与输入方式无关，因此输入电阻不变，但是输入信号的分量不同。单端输入时必有共模信号分量和差模信号分量输入。四种接法比较条件：电路参数对称为什么要采用电流源？ Re 越大，共模负反响越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。 为使静态电流不变，Re 越大，VEE也要增大，以致于Re太大不合理。 需求寻觅既能合理偏置静态电流，

32、又能在交流时等效无穷大的Re。处理方法：用电流源替代Re！)(2)1(2bebebebCMRrRRrRK 四、具有恒流源的差分放大电路212333EEBEQ3ECRVURRIIR等效电阻为无穷大近似为恒流源静态时： 假设UBEQ3变化忽略不计，那么IC3根本不受温度影响，且无动态信号作用于T3，所以IC3根本为恒流。B32II 所以I1I2 21333333/1RRRrRrRRbeceoe 交流分析时用电流源的交流等效电阻Ro取代原来的Re。等效电阻 )(2)1(2bebebebCMRrRRrRK提高了单端输出的共模抑制比。近似为恒流源动态时：五、具有调零电阻的差分放大电路1) RW取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？3) 假设RW滑