清華大學(xué)_模電4版_華成英_

1、會計學(xué)1清華大學(xué)清華大學(xué)_模電模電4版版_華成英華成英_2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)2.2 基本共射放大電路的工作原理2.3 放大電路的分析方法2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.5 晶體管放大電路的三種接法2.6 場效應(yīng)管及其基本放大電路2.7 基本放大電路的派生電路一、放大的概念二、放大電路的性能指標(biāo)u放大的對象：變化量u放大的本質(zhì)：能量的控制u放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的前提判斷電路能否放大的基本出發(fā)點(diǎn)VCC至少一路直流電源供電ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電

2、壓輸出電流對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。 將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空載時輸出電壓有效值帶RL時的輸出電壓有效值iiiIUR 輸入電壓與輸入電流有效值之比。從輸入端看進(jìn)去的等效電阻4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。 由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。下限頻率上限頻率LHbwfff5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數(shù)一、電路的組成及各元件的作用二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性三、波形分析四、放大電

3、路的組成原則VBB、Rb：使UBE Uon，且有合適的IB。VCC：使UCEUBE，同時作為負(fù)載的能源。Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(uo) 。)( oCEcbIcuuuiiuR動態(tài)信號作用時： 輸入電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。共射 輸出電壓必然失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問題，但Q點(diǎn)幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！ 為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO飽和失真底部失真截止失真頂部失真輸出和

4、輸入反相！動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上與iC變化方向相反 要想不失真，就要在信號的整個周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！問題：1. 兩種電源2. 信號源與放大電路不“共地”共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時，b1BEQRUU動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失 UBEQ 耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對于交流信號近似為短路。其作用是“隔離直流、通過交流”。靜態(tài)時，C1、C2上電壓？CEQC2BEQC1UUUU，動態(tài)時，C1、C2為耦合電容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。負(fù)載上只有交流信號。一、放大電路的直流通路和交流通路二、圖

5、解法三、等效電路法 通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI 列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，令I(lǐng)CQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點(diǎn)。 VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI當(dāng)VCCUBEQ時，bCCBQRVI已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路bBBBBERiVucCCCCERiVu輸入回路負(fù)載線QIBQU

6、BEQIBQQICQUCEQ負(fù)載線1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程符號為“”。反相，與給定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不變消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。t截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！減小Rb能消除截止失真嗎？ Q QRb或或VBB Rc或VCC：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。2 最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。這可不是好辦法！1. 直流模型：適于Q點(diǎn)的分析理想二極管利用估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，實質(zhì)上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBB

7、Q RIVUIIRUVICC輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低頻小信號模型ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhUCECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子畫模型）電阻無量綱無量綱電導(dǎo)beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e間的動態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間的電導(dǎo)分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？EQTbbebbbbbebe)1 ( IUr

8、rrIUr查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越?。?()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大電路的交流等效電路beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 輸入電阻中不應(yīng)含有Rs!輸出電阻中不應(yīng)含有RL!1. 在什么參數(shù)、如何變化時Q1 Q2 Q3 Q4？2. 從輸出電壓上看，哪個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點(diǎn)下Uom最大？

9、3. 設(shè)計放大電路時，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？2. 空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？3. 在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負(fù)載后這種失真消除？4. 增強(qiáng)電壓放大能力的方法？beLc )( rRRAu 已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空載情況下，當(dāng)輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負(fù)載的情況下呢？EQTbbbe)1 (IUrr11)(bebLcrRRRAuk3coRR20080bbrQIBQ35AUBEQ0.65VV8 . 3mA8 . 2cCQCCCEQBQCQRIVUII 為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？k11bebirRR952)

10、1 (EQTbbbeIUrr60)( 120)(beLcisiiosisosbeLcrRRRRRUUUUUUArRRAuuk180ber，V2 . 7mA6 . 1A20cCQCCCEQBQCQbCCbBEQCCBQRIVUIIRVRUVI3k 1kcobebebiRRrrRR 失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真一、溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法 所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。 若溫度升高時要Q回到Q，則只有減小IBQT（ ）ICQQICEO若UBEQ不變IBQQ直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路

11、中可視為短路1. 電路組成CCb21b1bBQVRRRUeBEQBQEQ RUUI 為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1 IB，即I1 I2；因此基本不隨溫度變化。設(shè)UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，則IEQ穩(wěn)定。T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC Re起直流負(fù)反饋作用，其值越大，反饋越強(qiáng)，Q點(diǎn)越穩(wěn)定。關(guān)于反饋的一些概念： 將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。Re有上限值嗎？IC通過Re轉(zhuǎn)換為UE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結(jié)果使之減小b21bbCCb21b

12、1bBBRRRVRRRVeBEQBQEQCCb21b1bBQRUUIVRRRU)( ecEQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU1EQBQII分壓式電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？eEQBEQbBQBBRIURIV?)1 (eb2b1RRR判斷方法：beLio rRUUAubeb2b1irRRRcoRR ee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAu)1 (ebeb2b1iRrRRR利?弊?eLbee)1 (RRArRu，則若無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？Bb1CBBEEC )(URIIUUIT 圖示兩個電路中是否采用了措施來

13、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？若采用了措施，則是什么措施？SI一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較eEQCEQCCeEQBEQbBQBBRIUVRIURIVeEQCCCEQBQEQebBEQBBBQ)1 ()1 (RIVUIIRRUVI1. 靜態(tài)分析ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )(RrRRRIrRIRIUUAu。，即，則）若（ 1 1iobebeUUArRRu故稱之為射極跟隨器Uo Uiebebbiiii)1 (RrRIUIURRi與負(fù)載有關(guān)！RL)/)(1 (LebebiRRrRR帶負(fù)載電阻后從基極看Re，被增大到（1+）倍1 )1 (bebebeboeo

14、oeooooerRRrRURUUIIUIURRRo與信號源內(nèi)阻有關(guān)！3. 特點(diǎn)：輸入電阻大，輸出電阻小；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！ oU令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io, 。oooIUR 從射極看基極回路電阻，被減小到（1+）倍eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcEQCCCEQURIVUCCBEQCEQeCQBBeEQBEQVUURIVRIU1. 靜態(tài)分析3. 特點(diǎn)：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！1beeirRRcoRR ebecbebeeccio)1 ( RrRrIRIRIUUAu接法接法共射共射共集共集共基共基輸入輸入bbe輸

15、出輸出cec電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。1. Q為多少？2. Re有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用嗎？3. 電路的交流等效電路？4. V 變化時，電壓放大倍數(shù)如何變化？)(1 ()(DebeLcRrRrRRAuuuArVrrRRArRRDDbeLcDe)1 ()(，時，當(dāng)改變電壓放大倍數(shù)一、場效應(yīng)管二、場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法三、場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析 場效應(yīng)管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1. 結(jié)型場效應(yīng)管符號結(jié)構(gòu)示意圖柵極漏極源極導(dǎo)電溝道單極型管噪聲小、

16、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷 uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負(fù)電壓？UGS（off）uGSUGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預(yù)夾斷uGDUGS（off） VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）常量DS)(GSDUufi夾斷電壓漏極飽和電流場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）GS(off)GSDSUuu2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在

17、恒流區(qū)時常量GS)(DSDUufig-s電壓控制d-s的等效電阻常量DSGSDmUuig預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSiD 不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導(dǎo)： uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強(qiáng)型管大到一定值才開啟 用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū) uGDUGS（th）,預(yù)夾斷 iD幾乎僅僅受控于uGS，恒

18、流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻 耗盡型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS0時仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導(dǎo)電溝道1)增強(qiáng)型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi時的為式中在恒流區(qū)時，從輸出特性曲線說明場效應(yīng)管的哪些特點(diǎn)？)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS極性任意，溝道極性任意，溝道耗盡型，溝道，溝道增

19、強(qiáng)型絕緣柵型，溝道，溝道結(jié)型場效應(yīng)管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ 根據(jù)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU1. 基本共源放大電路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正電源獲得負(fù)偏壓稱為自給偏壓哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？sDQSQDDg2g

20、1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)GSQDODQ) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？即典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路DSGSDmUuig近似分析時可認(rèn)為其為無窮大！根據(jù)iD的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：1. 場效應(yīng)管的交流等效模型doidmgsddioRRRRgURIUUAu若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，則與共射電路比較。?uAismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3k，gm=2mS，則?uAmsomsooooo1gRUgRUUIUR若Rs=3k，gm=2mS，則Ro=?一、復(fù)合管二、派生電路舉例21)1)(1 (211BE ii 不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管。目的：增大，減小前級驅(qū)動電流，改變管子的類型。iB方向決定復(fù)合管的類型 在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復(fù)合管。Ri=? Ro=?)(1 ()1 (Le2be21be1biRRrrR