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课件

1、项目一 音频放大器的设计与制作 任务2 音频放大器前置放大电路的制作（一）认识晶体管放大电路第1页，共55页。 2.4 拓展知识 2.4.1 场效应管放大电路 2.4.2 差动放大电路第2页，共55页。2.4.1 场效应管放大电路 场效应管(FET)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，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源极、共漏级两种接法。第3页，共55页。一、共源极放大电路 下图所示的是一个由N沟道增强

2、型MOS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VDD是漏极直流电源，RD是漏极负载电阻，VGG是栅极直流电源，RG为栅极电阻。输入电u i加在场效应管的栅源极之间，输出电压u o从漏源极之间得到。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 对于N沟道增强型MOS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，必须满足以下条件： uGS UTN uDS uGSUTN第4页，共55页。图2-4-1 共源极放大电路的原理电路第5页，共55页。1.静态分析 场效应管组成的放大电路和晶体管样，也必须设置静态工作点，需要计算:当输入信号为零时，管

3、子的UGSQ、IDQ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。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VGG，即： 由N沟道增强型MOS场效应管的漏极电流i D与栅源极电压uGS之间的关系可知： i D = IDO ( uGSUTN ) UGSQ = VGGUDSQ = VDDIDQRD 第6页，共55页。图解法 在场效应管输出特性曲线的基础上，利用图解的方法得到共源放大电路的静态工作点。根据图示放大电路的漏极回路，可列出其直流负载线方程： uDS = VDDiDRD找直线上两个特殊的点，连接这两点画

4、出直流负载线。iD = 0时， uDS = VDD (VDD ，0 ) (0 ，)uDS = 0时， 直流负载线与输出特性曲线中uGS = UGSQ =VGG的条曲线的交点，就是所求的静态工作点，Q点的位置确定后，就可从输出特性曲线上得到IDQ和UDSQ，如图所示 第7页，共55页。图2-4-2 用图解法确定静态工作点Q第8页，共55页。2.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变等效电路法来分析。 场效应管的微变等效电路 图1-4-3中Ugs栅源极的控制电压，gmUGS为受控电压源，它反映了栅源极之间电压对漏极电流

5、的控制作用，rD为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），rD通常为几百千欧姆，当负载电阻比rD小很多时，可认为rD开路。第9页，共55页。图2-4-3 场效应管和共源极放大电路的微变等效电路(a) 场效应管； (b)共源极放大电路第10页，共55页。共源放大电路的微变等效电路 在共源放大电路的微变等效电路，图中漏源间的等效电阻rD省略，由等效电路的输入回路可知，由于栅极电流IG = 0，因此，RG上没有电压降，则：U i = U gs 由等效电路的输出回路可知： UO = IdRD = g mU gsRD Au = 不考虑rD，则共源放大电路的输出电路为：RO = RD

6、 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1010欧姆以上。第11页，共55页。例2-1 在图2-4-1所示的共源放大电路中，场效应管的输出特性曲线如图（b）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Q； 根据输出特性曲线求场效应管在Q点处的跨导； 用近似估算法估算静态工作点、跨导并与小题的结果进行比较。 估算电压放大倍数Au和输出电阻。图2-4-1 共源极放大电路的原理电路图2-4-4 场效应管输出特性曲线第12页，共55页。解： 图解法确定静态工作点Q 由图3-9所示电路得其输出方程： UDS = VD

7、DID RD = 2010 I D UDS = 0 ， ID = 2 mA I D = 0 ， UDS = 20 V 在输出特性曲线中画出直流负载线，如图3-12所示，直流负载线与uGS =UGSQ=VGG = 4 V的交点就是静态工作点Q ， 由图可知： UDSQ10V，IDQ1 mA。 在输出特性曲线上作图求跨导g m 过Q点作条垂直于X轴的垂线，该垂线与u DS3V，u GS5V 的曲线各有一个交点，由图可知，这两个交点处的i D分别为 0.4 mA和2.3 mA，则跨导为： g m =第13页，共55页。 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 电压UTN 2V，

8、在uGS 2UTN 4V处， 漏极 电流IDO1mA，可得： UDSQ = VDDIDQ RD =20110 =10 V （近似计算的结果与图解法一致）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。第14页，共55页。二、分压自偏压式共源极放大电路 图2-4-5所示的共源极放大电路中，只用了一路直流电源VDD，静时栅极电压UGQ由VDD经电阻R1和R2分压获得，静态漏极电流IDQ在源极电阻RS上产生个自偏压USQ（USQ =IDQRS），则静态偏置电压由分压和自偏压共同决定，UGSQUGQUSQ，所以称为分压自偏压式共源极放大电路。电路中的源极电阻RS与晶体管

9、分压式稳定静态工作点电路一样，电路中的射极电阻Re都是起稳定静态工作点的作用，为防止接入RS后影响电压放大倍数，也在其两端并联个旁路电容CS，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。栅极接入个大电阻RG，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RG上没有压降。C1、C2为隔直电容。 第15页，共55页。图2-4-5 分压一自偏式共源极放大电路第16页，共55页。1.静态分析USQ = IDQ RIDQ = 求解上述两个联立方程、，确定静态漏极电流IDQ，栅源极的静态电压UGSQ，则： UGSQ = UGQUSQ =UDSQ = VDDIDQ (RD +

10、 RS)第17页，共55页。2.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2-4-6所示。U i = U gsU O = Id RDRL = I d RD = g m U gs RD Au =R i = RG +R1R2 RO =RD 第18页，共55页。图2-4-6 共源极放大电路的交流通路和微变等效电路第19页，共55页。例2-2电路如图2-4-7所示，VDD= 24 V，R S = 2.5 k，R D =10 k ，R 1 = 100 k，R 2

11、= 300 k ，R G =10 M ，IDO =2 mA，UTN = 2 V，电容C1、C2和CS足够大，负载电阻RL = 10 k。 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A u 、R i、Ro； 若去掉旁路电容Ce，则Au？图2-4-7 无旁路电容Ce的微变等效电路第20页，共55页。 列联立方程确定静态工作点：解：I DQ = UGSQ = 解方程得：I DQ = 1.03 mA UGSQ = 3.43 V I DQ = 2.4 mA UGSQ = 02时，有 IC2 IR 由上式可以看出，当VCC, R确定后，IR值就确定了，IC2也随之被确定并基本等于IR

12、，因此称该电流源被称为镜像电流源。 图2-4-17 镜像电流源电路第52页，共55页。比例式电流源 如果将三极管的发射极分别接电阻R1和R2如下图所示，当R1和R2阻值的比例关系变化时，则电流源输出电流与参考电流保持一定的比例关系，故称之为比例电流源。由比例电流源电路，可以看出，当 较大时，IE1IC1IR，IE2IC2。因此 ， IE1R1IE2R2IRR1可见，只要改变R1与R2的比例，就可得到与IR 不同比例的IC1。 当R1与R2相差不太大时，可以认为UBE1UBE2，则有第53页，共55页。图2-4-18 比例式电流源电路第54页，共55页。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IC2一般较大（毫安级），当要求输出电流很小（微安