課題三放大小信號(hào).ppt

課題三放大小信號(hào) 教學(xué)目析和要求1 能力目標(biāo)要求1 認(rèn)識(shí)三極管 場(chǎng)效應(yīng)管等放大器件的電氣特性 掌握其電極判斷的方法 2 能夠根據(jù)電路原理圖搭建或制作放大電路 掌握放大電路靜態(tài) 動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量方法 3 能夠判斷放大電路的非線(xiàn)性失真情況 并掌握調(diào)整電路以改善失真的方法 下一頁(yè) 課題三放大小信號(hào) 教學(xué)目析和要求2 知識(shí)目標(biāo)要求1 理解信號(hào)與放大的概念 掌握用三極管 場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路的方法 2 掌握三極管 場(chǎng)效應(yīng)管的電氣特性 了解放大電路的非線(xiàn)性失真問(wèn)題 3 理解三極管 場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路 掌握放大電路靜態(tài) 動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算方法 4 理解基極分壓式偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定原理 5 了解多級(jí)放大電路的三種藕合方式的特點(diǎn) 6 理解放大電路頻率響應(yīng)的概念 了解共發(fā)射極放大電路中影響電路響應(yīng)的元件因素 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題三放大小信號(hào) 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實(shí)訓(xùn) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 課題3 5 多級(jí)放大電路 課題3 6 差動(dòng)放大電路 課題3 7 放大電路的頻率響應(yīng)小結(jié) 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實(shí)訓(xùn) 3 1 1實(shí)訓(xùn)目的掌握蓄電池供電的汽車(chē)擴(kuò)音機(jī)的連接及使用方法 建立對(duì)放大作用的感性認(rèn)識(shí) 初步了解放大作用的特點(diǎn) 3 1 2實(shí)訓(xùn)器材汽車(chē)擴(kuò)音機(jī) 蓄電池 MP3播放器 存放有一段1kHz頻率正弦波的信號(hào) 無(wú)源多媒體音箱 雙蹤示波器 耳機(jī)和連接線(xiàn) 下一頁(yè) 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實(shí)訓(xùn) 3 1 3實(shí)訓(xùn)步驟1 將耳機(jī)插入MP3播放器的輸出插座 調(diào)節(jié)MP3的音量旋鈕到合適位置 仔細(xì)聆聽(tīng)聲音效果 2 將MP3播放器的輸出接入多媒體音箱 MP3播放器音量調(diào)制最大 仔細(xì)聆聽(tīng)音箱的聲音效果 3 將MP3播放器 汽車(chē)擴(kuò)音機(jī) 音箱和示波器按圖3 1所示進(jìn)行連接 播放音樂(lè) 調(diào)節(jié)音量旋鈕 仔細(xì)聆聽(tīng)音箱的聲音效果 然后播放1kHz單頻正弦波信號(hào) 通過(guò)示波器觀(guān)察汽車(chē)擴(kuò)音機(jī)輸入端和輸出端的信號(hào)波形 大小和波形 4 斷開(kāi)蓄電池 音箱聲音有什么變化 5 恢復(fù)蓄電池 斷開(kāi)MP3播放器 音箱聲音有什么變化 6 用鑷子碰觸汽車(chē)擴(kuò)音機(jī)的輸入端 音箱有沒(méi)有聲音 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 1 蓄電池供電音響系統(tǒng)實(shí)訓(xùn) 3 1 4實(shí)訓(xùn)結(jié)論1 MP3輸出的音樂(lè)信號(hào)太小 無(wú)法推動(dòng)音箱正常發(fā)出聲音 2 汽車(chē)擴(kuò)音機(jī)能夠?qū)⑿盘?hào)放大推動(dòng)音箱正常工作 3 汽車(chē)擴(kuò)音機(jī)輸出的放大信號(hào)來(lái)源于蓄電池 變化與輸入信號(hào)相同 所以音箱能夠播放出MP3的音樂(lè) 上一頁(yè) 返回 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 1信號(hào)放大的實(shí)質(zhì)信號(hào)的本質(zhì)特征就是變化 它的變化規(guī)律就反映了所攜帶的信息 將一個(gè)信號(hào)放大 是在不改變其變化規(guī)律的情況下 使它的幅度變得更大 在電子技術(shù)中 電信號(hào)通常用交流電壓 交流電流和交流功率表示 出于分析 處理和測(cè)量的方便 以正弦交流電壓代表電信號(hào) 本課程簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào) 放大的實(shí)質(zhì)是控制 要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大 需要具有控制作用的器件 也就是受控源器件 下一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導(dǎo)體器件三極管是是具有電流控制特性的半導(dǎo)體器件 其外形如圖3 2所示 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同 可分為NPN和PNP兩種類(lèi)型 三個(gè)電極分別是基極B 集電極C和發(fā)射極E B和E之間稱(chēng)為發(fā)射結(jié) C和B之間稱(chēng)為集電結(jié) 它們都具有基極電流幾控制集電極電流左的特性 只是電流的方向不同 如圖3 3所示 本課程以目前應(yīng)用較為廣泛的NPN三極管為例進(jìn)行分析 通過(guò)對(duì)圖3 4所示的電路測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 來(lái)了解三極管的電流控制特性 改變電路中的基極回路電源VBB使基極電流IB發(fā)生變化 測(cè)量對(duì)應(yīng)的集電極電流IC和發(fā)射極電流IR 得到表3 1所示的數(shù)據(jù) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導(dǎo)體器件對(duì)表中所列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 得到以下結(jié)論 1 三極管三個(gè)電流IB IC和IE的大小關(guān)系為IE IB IC 3 2 1 2 IB 0時(shí) IC 0 01mA 稱(chēng)為穿透電流ICEO 這是不受基極電流IB控制的電流部分 在電路中表現(xiàn)為器件噪聲 這個(gè)值越小 三極管的噪聲系數(shù)就越小 3 基極電流IB小 集電極電流IC大 有IC IB 常量 3 2 2 即小電流IB增大 大電流IC也增大 小電流IE減小 大電流IC也減小 IC跟隨IB變化 也就是IB能夠控制IC 稱(chēng)為直流電流放大倍數(shù) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 2三極管是具有電流控制作用的半導(dǎo)體器件4 從表中可以看到 當(dāng)IB增大或減小0 01mA IC就會(huì)增大或減小0 58mA左右 IC的變化量明顯大于IB的變化量 即IC跟隨IB變化 同時(shí)具有更大的變化幅度 IC IB稱(chēng)為交流電流放大倍數(shù) 它反映三極管對(duì)信號(hào)的放大能力 在低頻的情況下 與 近似相等 后面內(nèi)容里不再加以區(qū)分 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 3三極管的伏安特性1 輸入特性當(dāng)UCE不變時(shí) 輸入回路中的基極電流IB與發(fā)射極電壓UBE之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為輸入特性 即以硅材料NPN三極管為例 輸入特性如圖3 5所示 1 當(dāng)UCE 0時(shí) 輸入特性是左邊那條曲線(xiàn) 2 當(dāng)UBE 0 0 4V 死區(qū)電壓 IB 0 三極管截止 3 當(dāng)UBE 0 4V 死區(qū)電壓 后 三極管開(kāi)始導(dǎo)通 IB 0 導(dǎo)通初期 IB與UBE呈曲線(xiàn)關(guān)系變化 4 三極管導(dǎo)通后 IB迅速增大 此時(shí)UBE基本維持穩(wěn)定 約為0 7V 如圖中曲線(xiàn)AB之間區(qū)域 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 3三極管的伏安特性2 輸出特性當(dāng)IB不變時(shí) 輸出回路中的集電極電流IC與集電極發(fā)射極之間電壓UCE之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為輸出特性 即固定一個(gè)IB值 可以得到一條輸出特性曲線(xiàn) 分別改變IB值可以得到一簇輸出特性曲線(xiàn) 如圖3 6所示 1 IB 0mA時(shí) IC ICEO 穿透電流 很小 有時(shí)為簡(jiǎn)化分析將其忽略 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 3三極管的伏安特性2 以IB 40mA為例 如下所述 UCE從0V開(kāi)始增大時(shí) IC迅速增大 當(dāng)UCE 1V以后 輸出特性曲線(xiàn)變?yōu)榻扑?即UCE繼續(xù)增大 IC保持穩(wěn)定 UCE對(duì)IC的影響很小 要增大IC的值 需要將IB值增大 IB維持不變 UCE增大到一定數(shù)值時(shí) IC會(huì)急劇增加 如圖中輸出特性曲線(xiàn)的尾部所示 稱(chēng)為擊穿 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 4三極管的三種工作狀態(tài)以圖3 7所示電路為例 1 截止當(dāng)VBB 0V時(shí) IB 0 IC 0 三極管處于截止?fàn)顟B(tài) IB與IC沒(méi)有形成控制關(guān)系 UCE VCC ICRC VCC 2 放大當(dāng)VBB大于死區(qū)電壓時(shí) 三極管導(dǎo)通 IB 0 IC IB IC的大小沒(méi)有超過(guò)VCC回路所能提供的最大值VCC RC IB與IC的比例關(guān)系得以保持 IB具有控制IC的作用 這個(gè)狀態(tài)稱(chēng)為放大 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 4三極管的三種工作狀態(tài)3 飽和當(dāng)VBB增大使IB很大時(shí) 維持 倍比例要求的IC IB 超出了VCC回路能提供的最大電流值VCC RC 即IC達(dá)到最大值仍小于 IB IB與IC比例關(guān)系不能保持 此時(shí)IB再增加 IC維持飽和 控制關(guān)系被破壞 這種狀態(tài)稱(chēng)為飽和三極管的三種工作狀態(tài)在輸出特性曲線(xiàn)上分別對(duì)應(yīng)于截止區(qū) 放大區(qū)和飽和區(qū) 如圖3 6所示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 5用三極管組成信號(hào)放大電路以三極管為核心 組成放大電路 需要滿(mǎn)足以下條件 1 三極管要工作在放大 控制 狀態(tài) 2 輸入小信號(hào)ui能激發(fā)基極電流IB發(fā)生變化 使集電極電流IC發(fā)生更大幅度的變化 3 將集電極電流IC的更大幅度變化轉(zhuǎn)化為電壓uo的變化 向外送出 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 5用三極管組成信號(hào)放大電路下面按照上述要求來(lái)構(gòu)建放大電路 1 三極管要工作在放大狀態(tài) 如圖3 8所示電路 2 輸入信號(hào)ui 如圖3 9所示 3 取出放大以后的信號(hào) 電壓變化量 圖3 10所示電路需要VBB和VCC兩組電源 為簡(jiǎn)化電路 將VBB改由VCC提供 本課程中 電源VCC通常省略不畫(huà) 只用電氣符號(hào) VCC表示 得電路如圖3 11所示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算放大電路沒(méi)有加入輸入信號(hào) ui 0 時(shí) 電路中的電壓 電流都是直流狀態(tài) 稱(chēng)為直流工作狀態(tài)或靜態(tài)工作點(diǎn) 簡(jiǎn)稱(chēng)靜態(tài) 例3 2 1 試估算圖3 11所示共發(fā)射極放大電路的IBQ ICQ和UCEQ 已知VCC 12V RB 280K RC 3K 50 解在直流狀態(tài) 電容C1和C2可以看成開(kāi)路 得放大電路的直流等效電路如圖3 13所示 三極管導(dǎo)通時(shí)UBEQ 0 7V 對(duì)IBQ支路 有 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算1 截止失真靜態(tài)時(shí) 如果集電極電流IC很小 三極管接近截止?fàn)顟B(tài) 在正弦交流信號(hào)ui 輸入時(shí) IC跟隨變化 就會(huì)在減小時(shí) 負(fù)半周 因進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)而無(wú)法正常變化 如圖3 14所示 這種失真稱(chēng)為截止失真 2 飽和失真靜態(tài)時(shí) 如果集電極電流IC很大且靠近最大值 則三極管接近飽和狀態(tài) 在正弦交流信號(hào)ui輸入時(shí) IC跟隨變化 就會(huì)在增大時(shí) 正周 因達(dá)到最大值 飽和 而無(wú)法正常變化 如圖3 15所示 這種失真稱(chēng)為飽和失真 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 7共發(fā)射極放大電路動(dòng)態(tài)分析1 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro電壓放大倍數(shù)Au u0 ui 它反映了放大電路的放大能力 放大器接受信號(hào)源的信號(hào) 是信號(hào)源的負(fù)載 放大電路輸入端的等效電阻 輸入電阻Ri 反映了放大電路與信號(hào)源的配合關(guān)系 輸入電阻Ri越大 傳入放大電路的信號(hào)比例越大 放大電路從信號(hào)源索取的電流就越小 對(duì)信號(hào)源的影響就越小 放大電路給負(fù)載提供信號(hào) 是負(fù)載的信號(hào)源 這個(gè)信號(hào)源的內(nèi)阻 放大電路輸出端等效電阻 即輸出電阻Ro 反映了放大電路與負(fù)載的配合關(guān)系 輸出電阻越小 帶負(fù)載能力越強(qiáng) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 2 用三極管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 2 6共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算2 三極管的簡(jiǎn)化等效電路三極管輸入特性如圖3 18所示 在三極管導(dǎo)通后 UBE與IB近似線(xiàn)性關(guān)系 圖中AB段 可以用等效電阻rbe表示 rbe的大小與三極管的IEQ有關(guān) 三極管輸出特性如圖3 19所示 在IB 0 UCE 1V時(shí) 集電極電流IC受基極電流IB控制 是受控電流源 在小信號(hào)作用下 三極管的線(xiàn)性等效電路如圖3 20所示 上一頁(yè) 返回 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 1穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的分壓式射極偏置電路放大電路工作一段時(shí)間后 器件的溫度會(huì)升高 三極管的UBE隨溫度的升高而減小 增大 三極管的ICEO和 隨溫度的升高而增大 因此IC ICEO IB增大 嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)M(jìn)入飽和狀態(tài)而失去放大能力 為了克服上述問(wèn)題 可以從電路結(jié)構(gòu)上采取措施 使Ic增大而引發(fā)IB減小 從而將Ic回調(diào) 減少溫度的影響 圖3 22所示電路是最常應(yīng)用的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路 稱(chēng)為分壓式偏置電路 下一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 1穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的分壓式射極偏置電路此電路的特點(diǎn)所下所述 1 利用電阻Rb1和Rb2的分壓來(lái)穩(wěn)定基極電位 2 利用發(fā)射極電阻RE使發(fā)射極電位從隨IC增大而提高 使UBE下降 IB減小 將IC回調(diào) 通常UB UBE 所以發(fā)射極電流為 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 1 電路組成構(gòu)建放大電路時(shí) 在三極管發(fā)射極串人電阻Re 使發(fā)射極電位UE隨IC變化 通過(guò)C2將UE的變化量u0輸出給負(fù)載 三極管集電極接到電源VCC構(gòu)成共集電極放大電路 又稱(chēng)射極輸出器 如圖3 23所示 2 電路特點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 3 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro共集電極放大電路的微變等效電路如圖3 24所示 設(shè)RL Re RL 1 電壓放大倍數(shù) 2 輸入電阻Ri 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 2共集電極放大電路 射極輸出器 3 輸出電阻Ro 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 3共基極放大電路共基極放大電路如圖3 26所示 ui從發(fā)射極輸入 uo從集電極輸出 基極是交流通路的公共端 由共基極放大電路的小信號(hào)等效電路圖3 26 c 所示可知 可見(jiàn) 共基極電路的放大倍數(shù)與共發(fā)射極電路大小相同 符號(hào)相反 Au為正值 ui與uo相位相同 由小信號(hào)等效電路可求得輸入電阻Ri和輸出電阻Ro為 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 3 其他組態(tài)的三極管放大電路 3 3 4三種組態(tài)的基本放大電路比較三極管的三種放大電路組態(tài) 共發(fā)射極 共集電極和共基極 由于其電壓 電流放大能力 輸入電阻和輸出電阻不同 對(duì)信號(hào)的放大有各自不同的特點(diǎn) 因此適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合 如表3 2所示 以上以NPN型三極管作為例子進(jìn)行了討論 對(duì)于PNP型三極管 其工作原理與應(yīng)用方法與NPN型類(lèi)似 以上分析的電路也適用于PNP型三極管 但由于PNP三極管的電極電流方向與NPN型相反 因此需將電路中電源的正負(fù)極性 電容的正負(fù)極性等互換 上一頁(yè) 返回 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制型半導(dǎo)體器件 電壓uGS控制電流iD 簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管 分類(lèi)如下所示 下一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖外形如圖3 27所示 三個(gè)電極分別為柵極 g 漏極 d 和源極 s 2 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電氣特性按圖3 28連接電路 測(cè)試得N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) uGS iD 和輸出特性曲線(xiàn) uDS iD 如圖3 29所示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 1 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)1 uGSUGS th 后 iD開(kāi)始導(dǎo)通 iD隨uGS的增大而增大 uGS具有控制iD的能力 iD與uGS的關(guān)系 可用下式近似表示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 2 輸出特性曲線(xiàn)1 uGS UGS th 且保持不變時(shí) uGS由0開(kāi)始增大 iD迅速升高 uGS越大 iD增速越快 D S極間等效電阻的大小取決于uGS的大小 這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為可變電阻區(qū) 見(jiàn)特性曲線(xiàn)中的 區(qū) 2 當(dāng)uDS增大到一定程度 uDS UGS th 時(shí) iD趨于飽和 其數(shù)值幾乎不隨uDS的變化而變化 表現(xiàn)出恒流特性 這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為恒流區(qū) 飽和區(qū) 見(jiàn)特性曲線(xiàn)中的 區(qū) 3 當(dāng)uDS很大時(shí) 漏源極之間會(huì)發(fā)生擊穿 iD急劇增大 若不加以限制 就容易造成場(chǎng)效應(yīng)管損壞 這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為擊穿區(qū) 見(jiàn)特性曲線(xiàn)中的 區(qū) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路3 用N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路圖3 30所示電路是分壓式偏置共源極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 1 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算由圖3 30所示的電路可以列出uGS與iD的方程 3 4 2 和 3 4 3 聯(lián)立求解即可算出電路的靜態(tài)工作點(diǎn) 要滿(mǎn)足uGS UGS th 的條件 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)AU 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的計(jì)算1 場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)等效電路 可畫(huà)出場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)化小信號(hào)等效電路 如圖3 31所示 2 用小信號(hào)等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 應(yīng)用小信號(hào)等效電路法來(lái)分析計(jì)算場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的電壓放大倍數(shù) 輸入電阻和輸出電阻 其步驟與分析三極管放大電路相同 圖3 32所示為共源極放大電路的小信號(hào)等效電路 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外形如圖3 33所示 三個(gè)電極分別為柵極 g 漏極 d 和源極 s 圖3 34 a 所示為N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào) 圖3 34 b 所示為P溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào) 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路2 N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電氣特性N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) UGS iD 和輸出特性曲線(xiàn) UDS iD 如圖3 35所示 1 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)1 UGS 0時(shí) iD IDSS 2 iD隨uGS增減而增減 當(dāng)uGS減小到UGS off 時(shí) iD減小為0 稱(chēng)為夾斷 iD與uGS的關(guān)系 可用下式近似表示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 2 輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn)與N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管相似 不同的是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的UGS只能取正值 而耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的UGS既可取正值也可取負(fù)值 從輸出特性可知 使MOS管工作在恒流區(qū) 同樣可以用UGS來(lái)對(duì)iD進(jìn)行控制 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)放大作用 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路3 用N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路圖3 36所示電路是分壓式自偏壓共源極場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 1 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro的計(jì)算 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路4 自偏壓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路由N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)知道 uGS也可以取負(fù)值 即在圖3 36所示電路中 令Ug 0 電路仍然具有放大作用 如圖3 37所示 稱(chēng)為自偏壓電路 電路計(jì)算如下 1 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 2N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路 2 電壓放大倍數(shù)AU 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro 自偏壓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的小信號(hào)等效電路如圖3 38所示 有 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 3N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 JunctionTypeFieldEffectTransistor 的特性和耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管類(lèi)似 圖3 39所示分別為N溝道和P溝道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào) 2 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電氣特性N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) uGS iD 和輸出特性曲線(xiàn) uGS iD 如圖3 40所示 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 3N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性及其放大電路3 用N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路圖3 41所示電路是分壓式偏置共源極結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 圖3 42所示為自偏壓結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 二者的工作原理和參數(shù)計(jì)算與前面例子相似 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 4場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)1 夾斷電壓UGS off 或開(kāi)啟電壓UGS on 當(dāng)UGS為某固定值時(shí) 使漏極電流iD接近零 或按規(guī)定等于一個(gè)微小電流 這時(shí)的柵源極電壓即為夾斷電壓UGS off 耗盡型 或開(kāi)啟電壓UGS th 增強(qiáng)型 2 零偏漏極電流IDSS當(dāng)UDS為固定值時(shí) 柵源電壓UGS為零時(shí)的漏極電流 3 漏極擊穿電壓U BR DS當(dāng)UDS增加 使ID開(kāi)始劇增時(shí)的UDS稱(chēng)為U BR DS 使用時(shí) UDS不允許超過(guò)此值 否則會(huì)燒壞管子 4 柵源擊穿電壓U BR GS使二氧化硅絕緣層擊穿時(shí)的柵源電壓叫做柵源擊穿電壓U BR GS 一旦絕緣層擊穿將造成短路現(xiàn)象 使管子損壞 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 4場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)5 直流輸入電阻RGS是指柵源間所加一定電壓與柵極電流的比值 MOS管的RGS數(shù)值很大 在1010 左右 6 漏極最大功耗PDM是管子允許的最大耗散功率 7 跨導(dǎo)gm在UDS為規(guī)定值的條件下 漏極電流變化量和引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量之比 稱(chēng)為跨導(dǎo)或互導(dǎo) 即 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 4 用場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)小信號(hào)放大 3 4 5使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管的注意事項(xiàng)1 保存絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)使三個(gè)電極短接 避免柵極懸空 焊接時(shí) 電烙鐵外殼應(yīng)良好接地 或燒熱電烙鐵后切斷電源再焊 測(cè)試絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管時(shí) 應(yīng)先接好線(xiàn)路再除去電極直接的短接 測(cè)試結(jié)束后應(yīng)先短接各電極 測(cè)試儀器要接地良好 2 有些場(chǎng)效應(yīng)管將襯底引出 故有4個(gè)管腳 這種管子的漏極與源極可以互換使用 但有些場(chǎng)效應(yīng)管在內(nèi)部已將襯底與源極連接在一起 只引出3個(gè)電極 這種管子的漏極和源極不能互換使用 上一頁(yè) 返回 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 1多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro圖3 44所示為一個(gè)三級(jí)放大電路示意圖 該電路的輸入信號(hào)為ui 輸出信號(hào)為uo 前級(jí)的輸出信號(hào)就是后級(jí)的輸入信號(hào) 各級(jí)的輸入信號(hào)分別為ui1 ui2和ui3 輸出信號(hào)分別為uo1 uo2和uo3 電壓放大倍數(shù)分別為Au1 Au2和Au31 電壓放大倍數(shù)多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù) 各單級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積 下一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 1多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro2 輸入電阻多級(jí)放大電路的輸入電阻R 就是第一級(jí)的輸入電阻Ri1 即Ri Ri13 輸出電阻多級(jí)放大電路的輸出電阻等于最后一級(jí) 第n級(jí) 的輸出電阻 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 2多級(jí)放大電路級(jí)間耦合方式1 阻容耦合圖3 45所示電路是用電容C2將兩個(gè)單級(jí)放大電路連接起來(lái)的兩級(jí)放大電路 阻容藕合的特點(diǎn)是 由于前 后級(jí)之間是通過(guò)電容連接的 所以各級(jí)的直流電路互不相通 靜態(tài)工作點(diǎn)各自獨(dú)立 這樣給電路的設(shè)計(jì) 調(diào)試和維修帶來(lái)很大的方便 但由于耦合電容串接在信號(hào)通道中 對(duì)低頻信號(hào)的阻礙作用大 低頻信號(hào)衰減明顯 故不適用于直流或緩慢變化信號(hào)的放大 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 2多級(jí)放大電路級(jí)間耦合方式2 變壓器耦合級(jí)與級(jí)之間通過(guò)變壓器連接的方式 稱(chēng)為變壓器耦合 圖3 46所示電路為變壓器藕合兩級(jí)放大電路 第一級(jí)與第二級(jí) 第二級(jí)與負(fù)載之間均采用變壓器耦合方式 變壓器藕合的優(yōu)點(diǎn)有 由于變壓器隔斷了直流 所以各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)也是相互獨(dú)立的 而且 在傳輸信號(hào)的同時(shí) 變壓器還有阻抗變換作用 以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配 但是 它的頻率特性較差 常用于選頻放大 如收音機(jī)中頻放大 或要求不高的功率放大電路 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 2多級(jí)放大電路級(jí)間耦合方式3 直接耦合前級(jí)的輸出端直接與后級(jí)的輸入端相連接的方式 也可以通過(guò)電阻連接 稱(chēng)為直接耦合 如圖3 47所示 直接耦合電路的頻率特性好 變化緩慢的信號(hào)甚至是直流信號(hào)都可以正常藕合放大 但這個(gè)特點(diǎn)也容易引發(fā)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 由于直接耦合只用導(dǎo)線(xiàn)或電阻等元件 便于集成 大容量的電容和線(xiàn)圈都很難集成 故直接耦合在集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 3集成運(yùn)算放大電路1 集成運(yùn)放的符號(hào)和電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大電路 簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放或運(yùn)放圖3 48所示為理想集成運(yùn)放的圖形符號(hào) 集成運(yùn)放的內(nèi)部電路通?？梢苑譃檩斎爰?jí) 中間級(jí) 輸出級(jí)和偏置電路四部分 如圖3 49所示 2 集成運(yùn)放的理想化理想化的集成運(yùn)放具有以下特性 1 開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod 2 開(kāi)環(huán)差模輸入電阻倍數(shù)rid 3 開(kāi)環(huán)輸出電阻倍數(shù)ro 0 4 共模抑制比倍數(shù)KCMRR 5 通頻帶倍數(shù)BW 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 3集成運(yùn)算放大電路表示輸出電壓和輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線(xiàn)稱(chēng)為電壓傳輸特性 從集成運(yùn)放的傳輸特性 圖3 50 看 可以分為線(xiàn)性區(qū)和非線(xiàn)性區(qū) 1 線(xiàn)性區(qū) 2 非線(xiàn)性區(qū)由于Aod 所以當(dāng)u 略大于u 時(shí) uo趨向輸出正飽和電壓Uom 當(dāng)u 略小于u 時(shí) uo趨向輸出正飽和電壓 Uom 輸出電壓的極性反映了兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系 可以用來(lái)比較兩個(gè)輸入電壓的大小 運(yùn)放的正 負(fù)飽和電壓大小主要受正負(fù)電源電壓限制 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 3集成運(yùn)算放大電路3 集成運(yùn)放的分類(lèi) 1 通用型運(yùn)算放大器 2 高阻型運(yùn)算放大器 3 低溫漂型運(yùn)算放大器 4 高速型運(yùn)算放大器 5 低功耗型運(yùn)算放大器 6 高壓大功率型運(yùn)算放大器 下一頁(yè) 上一頁(yè) 課題3 5 多級(jí)放大電路 3 5 3集成運(yùn)算放大電路4 集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo) 1 輸入失調(diào)電壓 2 輸入偏置電流 3 輸入失調(diào)電流 4 開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)及其頻率特性 5 最大差模輸入電壓 6 差模輸入電阻 7 最大共模輸入電壓 8 共模輸入電阻 9 共模抑制比 10 轉(zhuǎn)換速率 上一頁(yè) 返回 課題3 6 差動(dòng)放大電路 直接耦合放大電路的各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)互相影響 還存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象 因此 需要通過(guò)采用差動(dòng)放大電路進(jìn)行克服 典型的差動(dòng)放大電路如圖3 51所示 電路有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端 電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng) 對(duì)應(yīng)位置的元器件的溫度特性和參數(shù)相同 通常采用正負(fù)對(duì)稱(chēng)電源供電 輸入電壓從ui1和ui2送入 輸出電壓可以從uo1和uo2之間取出 uo uo1 uo2 稱(chēng)為雙端輸出 也可以從任一輸出端對(duì)地取出 稱(chēng)為單端輸出 靜態(tài)時(shí) ui1和ui2為零 由于電路和元器件參數(shù)對(duì)稱(chēng) 所以UC1 UC2 uo UC1 UC2沒(méi)有信號(hào)輸入 也沒(méi)有信號(hào)輸出 如圖3 52所示 下一頁(yè) 課題3 6 差動(dòng)放大電路 給差動(dòng)放大電路輸入一對(duì)大小相等 極性相同的信號(hào) 稱(chēng)共模信號(hào) 時(shí) 由于電路對(duì)稱(chēng) 輸入電壓相同 所以u(píng)o1和uo2同步變化 如圖3 53所示 給差動(dòng)放大電路輸入一對(duì)大小相等 極性相反的信號(hào) 稱(chēng)差模信號(hào) 時(shí) uo1和uo2分別向相反的方向作等幅變化 如圖3 54所示 如果只從差動(dòng)放大電路的一個(gè)輸出端取輸出信號(hào) 即單端輸出 則輸出信號(hào)的大小只等于雙端輸出信號(hào)幅值的一半 同時(shí) 輸出電阻等于單邊電路的輸出電阻 上一頁(yè) 返回 課題3 7 放大電路的頻率響應(yīng) 放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱(chēng)為幅頻特性 圖3 57所示的分別是阻容藕合單級(jí)放大電路的幅頻特性和相頻特性 它說(shuō)明 在阻容藕合放大電路的某一段頻率范圍內(nèi) 電壓放大倍數(shù) Au 與頻率無(wú)關(guān) 是一個(gè)常數(shù) 隨著頻率的增高或降低 電壓放大倍數(shù)要減小 同時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的相位差也隨輸入信號(hào)的頻率而改變 這種特性稱(chēng)為相頻特性 當(dāng)放大倍數(shù)下降為時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率 分別稱(chēng)為下限頻率fL和上限頻率fH 在這兩個(gè)頻率之間的頻率范圍 稱(chēng)為放大器的通頻帶 以圖3 58所示電路為例 在分析放大電路的頻率特性時(shí) 將頻率范圍分為低 中 高三個(gè)頻段 返回 小結(jié) 1 放大的實(shí)質(zhì)是信號(hào)對(duì)能量的控制作用 放大電路輸出的大信號(hào)來(lái)源于電源 變化規(guī)律受輸入小信號(hào)的控制 2 三極管是一種電流控制器件 基極小電流可以控制集電極電流的變化 從而具有了電流放大 控制 的能力 3 用三極管組成放大電路 應(yīng)遵循以下原則 要保證三極管處于放大狀態(tài) 有合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 要放大要的交流小信號(hào)能輸入 放大后的交流信號(hào)能輸出 4 合適的靜態(tài)工