交流放大电路

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1、交流放大电路图 2-49 共漏极放大电路输出电阻的计算 3）共栅极放大电路由于 共栅极放大电路的输入电阻较小，不能发挥场效应管栅极和沟道之间的高阻特点，因此较 少使用，这里不再介绍。3.三种场效应管基本放大电路的性能比较三种场效应管放大电路的主要性能比较 列于表 2-2。表 2-2场效应管三种基本放大电路的性能比较特点共源极电路共漏极电路共栅极电路电压放 大倍数较大小于1，接近于 1较大输入电阻较大较大较小输出电阻主要由负载电阻RL决定较小较大输入、输出电压相位 反相同相同相应用提供放大能力输出电阻较小，可作阻抗变换用未利用场效应管的高阻，较少使用 6-4 场效应管放大电路 由于场效应管具有高

2、输入阻抗、低噪声等特点，当将场效应管放大电路作为多级放大器的输入级时， 尤其在信号源内阻较大时，会具有一般晶体管放大电路很难达到的独 特优点。单极型场效应管构成的放大电路和双极型三极管放大电路类似。 在电路中，场效应管的源极、漏极和栅极分别相当于三极管的发射极、集电极和基极。场效应管放大电路也有 三种组态：共源极放大电路（CS，CommonSource ）、共漏极放大电路（CD，CommonDrain）和共栅极放大电路（CG， CommonGate），其特点分别和三极管放大电路中的共射极、共集电极、共基极放大电路类似。与三极管放大 电路一样，场效应管放大电路的分析过程也是先进行静态分析，确定合

3、适的静态工作点，再进行动态分析， 分析放大电路的电压放大倍数、输入和输出电阻等性能指标。分析的 方法有图解法和估算法，本节主要介绍场效应管放大电路的估算法。2-5-1 场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管放大电路和三极管放大电路一样，必须先确定一个合适的 静态工作点，使场效应管工作在合适的放大区域，然后才有可能对交 流输入信号进行有效地不失真放大。在三极管放大电路的静态分析中，由 于三极管是电流控制器件，需要合适的偏置电流，因此其静态工作点是由基极偏置电流IB控制集电极电流IC来确定的。场效应管是电压控制器件，需要合适的偏置电压，它的静态工作点是 由栅源偏置电压uGS控制漏极电流ID来确定

4、的。1.直流偏置电路场效 应管放大电路常用的直流偏置电路有两种。1)自给偏压电路如图所示的自给偏压电路和三极管的射极偏置 电路相似，一般是在源极接入电阻 Rs 而构成的。由于图中的场效应管为耗尽型管子，即使在栅源 电压uGS为0时，也有漏极电流ID(IS)流过Rs，在Rs上产生压降。自给偏压电路因为场效应管的直流输入电阻非常大，所以 场效应管栅源之间的电阻可以看成是无穷大，因此，Rs上的压降就加在管子的源极和栅极之间，即？UGS=-ISRs=-IDRs由于这 个偏置电压是靠管子自己的电流ID 产生的，因此叫做自给偏压电路。电路中各元件的作用如下： Rs 为源极电阻，它决定静态工作点的位置，大约

5、为几十千欧姆。和三极管的 射极电阻类似，源极电阻 Rs 的存在也使电路具有一定的稳定静态工作 点的能力。Cs为交流旁路电容，约为几十微法。Rg为栅极电阻，构成 栅源之间的直流通路，为了不使放大电路的输入电阻变小，Rg不能太小，- 般为几百千欧姆到10MQo Rd为漏极电阻，它使场效应管放大电路的电流控制作用转换为电压放 大输出。C1、C2为耦合电容，容值约为0.01到几mf之间。应该注意的是，自给偏压电路并不适用于增强型场效应管。因为增强型管子在零栅源偏压时是没有漏极电流的，所以无法采用这种偏置形式，只能采用下面 的分压式偏置电路。2)分压式偏置电路自给偏置电路虽然简单，但并不适用于所有的管型

6、，而且当静态 工作点决定后，UGS和ID就确定了，所以Rs的选择范围很小，不利于静态工作点的选择和稳定，而分压式偏置电路就灵活得多。在 下图所示的分压式偏置电路中，Rg1和Rg2为分压电阻，由于栅极电 阻Rg上没有电流(IG二0),因此场效应管栅极的电位场效应管的 源极电位Us为？Us=IDRs?所以，栅源电压为分压式偏置电路2.静态工作点的计算 对于耗尽型管子，有ID=IDSS(1-UGS/UGS(off)2，且只能采用分 压式偏置。，只要将此式与栅源偏置电压表达式联立求解，即可得到静态工作点的电流和电压值。2.5.2交流分析如果输入信号较小，场效应管工作在线性放大区，也就是场效应 管的饱和

7、区，那么和分析三极管放大电路一样，也可以采用微变等效电路分析法，此时，我们首先要知道的就是场效 应管的微变等效模型。1.场效应管的微变等效模型场效应管是一个三端的电压控制器件，将其输入和输出端口看成 个双口网络后，可以得到如图所示的共源极接法的低频微变等效模型。场效应管的微变等效模型(a )场效应管共源极双口网络; (b )微变等效模型在等效模型的输入回路中，由于场效应管的rgs相当大，在其简 化模型中栅极和源极之间等效为开路。因为场效应管为电压控制器件，所以场效应管的输出回路等效为 电压控制电流源，gm为场效应管的跨导，也就是受控源的系数。gm 的数值可以利用图解法在管子的特性曲线上求得，也

8、可由跨导gm的 定义求导得出，即2微变等效电路分析法1)共源极放大电路 共源极放大电路从管子的栅极输入信号，漏极取出信号，以源极 为输入和输出回路的公共端。共源极放大电路和微变等效电路如图(a )所示。共源极放大电路(a )共源极放大电 路电路图；(b)微变等效电路从微变等效电路可以出：现将输出电 压用栅源电压表示为故电压放大倍数为其中，RL二RdllRL。(2 )输入电阻。由于栅源之间开 路，故可知电路的输入电阻约为 ri二rgs Rg + (Rg1llRg2)uRg + (Rg1llRg2)所以，接 入Rg的目的就是为了不使电路的输入电阻由于Rg1和Rg2的影响而降低太多。因此，Rg 般选

9、的较大， 约为几百千欧姆到10MQ左右。(3)输出电阻。根据输出电阻的定义，将输入电压源短路，保留内 阻，并将负载开路后，从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻ro。由于控制电压 Ugs 为零，因此受控源支路相当于开路，输出电 阻就是Rd，即ro=Rd 通过分析可知，共源极电路和共射极电路类似，具有较大 的电压放大倍数，输入和输出电压信号反相，输出电阻由漏极电阻 (共射极电路为集电极电阻)决定，不同的是由于场效应管本身的输 入电阻很大，因此共源极电路的输入电阻也很大。例 2-8 如图为带源极偏置 电阻的共源极放大电路，试求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。例 2-8 的电路图例 2-8 的微变等

10、效电路图解微变等效电路，如 上图所示。因为故电压放大倍数为其中RL二RdllRL。据微变等效电路可知?ri = Rg+ (Rg1llRg2) ? ro=Rd?2)共漏极放大电 路源极输出器共漏极电路的典型电路形式如图所示。和三极 管电路相似，由于共漏极电路是从管子的源极输出信号的，因此又称为源极输出器。共漏极电路与共集电极电路具 有类似的特点：电压放大倍数小于1且近似为1，并具有电压跟随的特 点；/ /输入电阻大；输出电阻小。由微变等效电路可求出电路的主要性 能指标。2）共漏极放大电路源极输出器共漏极电路的典型电路形式如图（a ）所示。和三极管电路相似，由于共漏极电路是从管子的源极输出信号的，

11、因此又称为源极输出器。共漏极电路与共集电极电路具有类 似的特点：电压放大倍数小于1且近似为1，并具有电压跟随的特点；输入电阻大；输出电阻小。由图（b）的微变等效电路可求出电路 的主要性能指标。共漏极放大电路源极输出器（a ）共漏极放大电路的电路图；（b ）微变等效电路 （1）电压放大倍数。由图2-48（b ）可得输出电压和输入电压的表达式为式中，RL二RsllRL故 电压放大倍数为（2-48）（2）输入电阻?ri二Rg + （Rg1llRg2）（3 ）输 出电阻。由输出电阻的定义，得到用于计算输出电阻的微变等效 电路如图所示。由于测试电压影响到栅源电压支路，因此需要按照定义进行 ro 的计算，

12、电路的输出电阻计算如下： 而故输出电阻为交流负载线的作法ICUCEUCCQIB 过 Q 点作一条直线， 斜率为：交流负载线各点波形RB+UCCRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB 失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地 放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线 性失真。为了得到尽量大的不失真的输出信号，要把 Q 设置在交流负 载线的中间部分。如果 Q 设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线 性失真iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区，产生截止失真；截止失真发生在截止区附近。输出波形输入波形ibib

13、失真iCuCEQ点过高，信号进入饱和区,产生饱和失真;饱和失真发生在饱和区附近ib输入波形uo输出波形如何判断一个电路是否能实现 “不失真”地放大？3.晶体管必须工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。 4.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。 如果已给定电路的参数，则计算静态工作点来判断；如果未给定电路 的参数，则假定参数设置正确。1.信号能否输入到放大电路中。2.信 号能否输出。与实现不失真放大的条件相对应，判断的过程如下：本次课内容放大电路的静、动态指标放大电路静态分析的近似 计算法、图解法放大电路动态分析的图解法、微变等效电路法三极管 和FET 的微变等效电路静态工作点与波形失真的

14、关系 6-2 分压式偏置 电路温度的改变、集电极工作电源电压的改变、元件参数的变化等均会使原本合适的静态工作点位置发生变化，从而使输出波 形失真。所以静态工作点的稳定与否关系着电路能否正常地不失真地 放大的问题。一、温度对 UBE 的影响 iBuBE25oC50oCTUBEIBIC 二、温度对? 值及ICEO的影响T?、ICEOICiCuCEQQ总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移， 造成Q点上移。小结TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱 和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升 高、IC增加时，希望能够自动减少IB,从而抑制Q点的变

15、化，保持Q点基 本稳定。分压式偏置电路具有稳定静态工作点的功能。分压式偏置电 路：RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo 一 、 静 态 分 析 I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE 直流通路 RE 为射极直流负反馈电阻 CE 为交流旁路电容 TUBEIBICUEIC 本电路稳压的过程实际是由于加了 RE形成了负反馈过程I1I2IBRB1 + UCCRCTRB2RE1静 态工作点稳定的原理从输入特性曲线可得I1I2IBRB1 + UCCRCTRB2RE直流通路2.求静态工作点可以 认为几乎与温度无关，且I2似乎越大，则IC越稳定。但是RB1、RB2太小，将增加功耗。因此 般取几十 k?。RB1 + UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo 例 ： 已 知 ?=50 ， UCC=12V ， RB1=7.5k? ， RB2=2.5k?，RC=2k?，RE=1k? ， 求 该 电 路 的 静 态 工 作 点 。3 、 动 态 分 析+UCCuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLRB微变等效电路uoRB1RCRLuiRB2交流通路CE的作用： 交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。如果去掉CE，放大倍数怎样？ 很明显，它将改变电路的电压放大能力和输入电阻。I1I2IBRB1+UCC