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1、模拟电子技术基础,孙 肖 子,弟,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,模拟电子技术基础课程的特点是 “概念性、工程性、实践性“强！,“注重物理概念，采用工程观点； 重视实验技术，善于总结对比； 理论联系实际，注意应用背景； 寻求内在规律，增强抽象能力。”,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.1 放大器的基本概念,3.1.1 4种放大器及4种放大倍数定义,-不失真地放大信号,一、放大倍数A-Amplify(增益),电流放大倍数,互导放大倍数,电压放大倍数,互阻放大倍数,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,电压放大器,电压增益,理想情
2、况,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,电流放大器,电流增益,理想,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,互阻放大器,互阻增益,理想,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,互导放大器,互导增益,理想,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.1.2 放大器的主要性能指标,1、电压放大倍数(电压增益) ,电压放大倍数测量方法,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,1.4.3放大器的主要性能指标,1、电压放大倍数(电压增益) ,电压放大倍数测量方法,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,二、输入电阻Ri: ,Ri 表征该放大器从信号源有效吸取信号幅值的大小,从放大器输入端
3、看进去的等效电阻,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,例：R=3K，测得U1=0.6V， U2=0.2V,则 Ri=1.5K,输入电阻测量方法-串入电阻R,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,三、输出电阻Ro:,Ro表征放大器带负载能力大小,从放大器输出端看进去的等效电阻,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,S打开，测得,S闭合，测得,例：测得S打开时输出电压UO1=2V，测得S闭合时输出电压 UO2=0.8V，已知RL= 5K,则,输出电阻测量方法,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,4.频率响应与失真,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,放大器的幅频特性和相频
4、特性,(a) 幅频特性 (b)相频特性,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,5. 非线性失真系数,非线性传输特性引起非线性失真波形,(a) 线性传输特性与不失真输出波形,(b) 非线性传输特性与非线性失真输出波形,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,非线性失真系数（全谐波失真系数）THD,Unm 第n次谐波分量振幅,U1m 输出信号基波分量振幅,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.2 三种组态的放大电路,一般信号不能从集电极输入,也不能从基极输出,依据:,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,3.3 共发射极放大器分析,3.3
5、.1 阻容耦合共发射极放大器电路结构,分压式电流负反馈偏置电路的“阻容耦合共射放大器”。,固定偏流,电流负反馈型偏置电路,分压式电流负反馈型偏置电路,一直流工作状态分析与计算,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,RE 起电流负反馈作用,稳定工作点Q,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,直流通路,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,第三章 双极型晶体管及场效应管放大器基础,5.3.7 共射放大器的交流小信号模型分析法,1.电压放大倍数,2. 输入电阻,3. 输出电阻,输出与输入反相,3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算,3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算,
6、3.3.3 共射放大器的交流分析及主要指标估算,一种快速估算法,3.4 共集电极放大器,3.4.1 共集电极放大器-射极输出器-射极跟随器,输入输出同相,放大倍数近似为1,输入电阻很大,输出电阻很小,可做为输入级,输出级,中间级,3.5 共基放大器,输出与输入同相,输入电阻最小,且与共集 电路的输出电阻相同,输,与共射电路相同,3.6 三种组态放大器比较,(a) 共射放大器 (b) 共集放大器 (c) 共基放大器,输入输出反相; 电压增益大; 输入电阻不大; 输出电阻不小,输入输出同相; 电压增益小 输入电阻很大; 输出电阻很小,输入输出同相; 电压增益大 输入电阻很小; 输出电阻不小(同共射
7、) 源电压增益小,例 3.6.1,1. 要求源电压增益最大,2. 要求输出电压,3. 要求输出电压,4. 要求接入负载电阻 时, ,并求输出电阻,5. 要求同时获得一对 等值反相的输出信号,5.2 放大器的图解分析法,直流负载线M-N及静态工作点Q,内部方程-特性曲线,外部方程直流负载线方程,3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论,1.交流负载线一定通过直流工作点Q,2.交流负载线钭率,交流负载线Q-A及动态工作点Q1-QQ2,UCES,3.7.2 非线性失真与动态范围 1.工作点设置正确, 且信号不大的情况 -不产生非线性失真,3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论,3.7 关于非线
8、性失真与输出动态范围的讨论,2.工作点设置过低, 且信号较大的情况 -产生“截止失真”,3.工作点设置过高, 且信号较大的情况 -产生“饱和失真”,3.7 关于非线性失真与输出动态范围的讨论,4 .输出电压的动态范围 输出电压动态范围是指不产生严重失真的有效输出电压峰峰值,因受截止失真限制，其最大有效输出电压幅度为,因受饱和失真限制，其最大有效输出电压幅度为,对于双向对称的信号（如正弦波），取其上述两式中数值小的 作为最大有效输出电压幅度，故输出电压的动态范围值为,3.8.1 场效应管偏置电路 FET、J耗尽型MOSFET:UGS=0，iD0，可采用自偏压方式; 增强型MOSFET，则一定要采
9、用分压式偏置或混合偏置方式.。,3.8 场效应管放大器,二.解析法,一,图解法,联立解求出,漏极电流,3.8 场效应管放大器,对结型管自偏压电路,3.8.2 场效应管放大器分析 ( CS、CD、CG ) 1、共源放大器,直,直,(1)直流工作点分析,3.8 场效应管放大器,场效应管低频小信号模型,跨导,管子输出电阻,5.5.3 场效应管放大器分析 ( CS、CD、CG ) 1、共源放大器,(1) 放大倍数(增益),(2) 输出电阻,(3) 输入电阻,3.8 场效应管放大器,例3.8.1,放大倍数,输入电阻,输出电阻,3.8 场效应管放大器,2 共漏放大器,3.8 场效应管放大器,2. 输出电阻
10、Ro,RL开路， 短路，输出端加 求出 ，则,3.8 场效应管放大器,3. 共栅放大器,3.8 场效应管放大器,3.9 放大器级联,3.9.1 级间耦合方式及组合原则,(a) 阻容耦合 (b) 直接耦合 (c) 磁耦合（变压器耦合）-不共地 (d) 光耦合- 不共地,3.9 放大器级联,高频及宽带放大器也采用共射-共基-共集组合,3.9.2 多级放大器的性能指标计算,增益为各级相乘,计算前级要考虑后级输入电阻的影响,多级放大器的输出电阻一般取决于输出级， 输入电阻一般取决于输入级。,3.9.2 级联放大器的分析计算(举例),例3.9.1,1.直流工作点分析,2.放大倍数,3.输入电阻,决定笫一
11、级,4.输出电阻,决定最后一级,输出与输入同相,3.9.2 级联放大器的分析计算(举例),解:,例3.9.3,共集-共射-共集级联,1.直流工作点分析,2.放大倍数,3.输入电阻,决定笫一级,4.输出电阻,决定最后一级,3.9.2 级联放大器的分析计算(举例),共射-共基级联(“渥尔曼连接”电路),例3.9.4,3.9.2 级联放大器的分析计算(举例),例3.9.5,3.9.2 级联放大器的分析计算(举例),3.10.1 频率响应的基本概念,频率失真概念,信号通过线性时不变系统, 其频率成分不变,但各频率 分量的振幅及相位会发生变化.,(a)信号,(b)振幅频率失真,(c)相位频率失真,线性失
12、真与非线性失真的差别:起因不同,结果不同.线性失 真不会产生新的频率分量.,3.10 放大器的频率响应,实际的频率响应及通频带的定义,增益频带积,3.10 放大器的频率响应,3.10 放大器的频率响应,3.10.2 低频区频率响应,阻容耦合放大器低频模型（暂不考虑,的影响),输出回路是一个一阶,高通电路，当频率下降，有,-(低频区增益模值),引入的下限角频率),(由C2,1.C2的影响,3.10 放大器的频率响应,2. 输入耦合电容,的影响,3. 射极旁路电容,的影响,4.由,三个电容引入的总的下限角频率,(Hz),3.10 放大器的频率响应,3.10.3 负载电容,对高频区频率响应的影响,的
13、模值为,上限角频率,加共集电路隔离有利于 提高,3.10.4 晶体管的高频小信号模型与频率参数,(与频率无关),定义:当 下降到”1”所对应的频率定义为 特征频率 ,即,3.10.4 晶体管的高频小信号模型与频率参数,3.10.5 共射放大器的高频响应,利用密勒等效简化 的模型,3.10.5 共射放大器的高频响应,3.10.5 共射放大器的高频响应,3.10.5 共射放大器的高频响应,附加相移,4. 频率特性的波特图表示法,计算管子极间电容与负载电容 影响在内的总的上限角频率,(为输出回路时常数倒数),6、结果讨论 通过以上分析，为我们设计宽带放大器提供了依据。 1.选择晶体管的依据 2.关于
14、信号源内阻Rs 3.关于集电极负载电阻RC的选择原则 4.关于负载电容CL,3.10.5 共射放大器的高频响应,1.共集电路的高频特性,一、 的影响 由于共集电路集电极直接连接到电源，所以 相当于接在内基极“b”和“地”之间，不存在共射电路中的密勒倍增效应。因为Cbc本身很小(零点几几pF), Cbc对高频响应的影响就很小。,二、 的影响 这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用密勒定理将其等效到输入端，则密勒等效电容CM为,3.10.6 共集放大器及共基放大器的高频响应,三、CL的影响,只要源电阻Rs较小，工作点电流ICQ较大，则Ro可以做到很小。 所以时常数RoCL很小，fH2很高。因此说
15、共集电路有很强的承受容性负载的能力。,2.共基电路的高频响应,一、C be的影响 由图可见，如果忽略rbb的影响，则C be直接接于输入端，输入电容Ci= C be ，不存在密勒倍增效应，且与C bc无关。所以，共基电路的输入电容比共射电路的小得多。而且共基电路的输入电阻Rire=26mV/ICQ，也非常小，因此，共基电路输入回路的时常数很小， fH1很高。理论分析的结果fH1fT。,二、C bc及CL的影响,宽带集成放大器举例,共集输入级(V1,V4)-共射(V2,V5)-共基(V3,V6)差分放大器-共集输出级(V7,V8),3.10.7 场效应管放大器的高频响应,3.10.7 场效应管放大器的高频响应,3.10.8 多级放大器的频率响应,总上限角频率,总下限角频率,总增益,
