7.2 其他放大电路
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7.2 其他放大电路. 7.2.1 共集电极放大电路 共集电极放大电路又称射极输出器,主要作用是交流电流放大,以提高整个放大电路的带负载能力。实用中,一般用作输出级或隔离级。. 1. 电路组成 共集电极放大电路的组成如图 7.21 ( a )所示,图 7.21 ( b )为其交流通路。各元件的作用与共发射极放大电路基本相同,只是 R E 除具有稳定静态工作点外,还作为放大电路空载时的负载。 ? (a) 电路图 (b) 交流通路 图 7.21 共集电极放大电路. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
7.2 其他放大电路 7.2.1 共集电极放大电路 共集电极放大电路又称射极输出器,主要作用是
交流电流放大,以提高整个放大电路的带负载能力。实用中,一般用作输出级或隔离级。
1. 电路组成 共集电极放大电路的组成如图 7.21 ( a )所示,图 7.2
1 ( b )为其交流通路。各元件的作用与共发射极放大电路基本相同,只是 RE 除具有稳定静态工作点外,还作为放大电路空载时的负载。 ?
(a) 电路图 (b) 交流通路 图 7.21 共集电极放大电路
2. 静态分析 UCC = IBRB+UBE+(1+β)IBRE
IB =
IC = βIB
UCE = UCC - IERE ≈ UCC - ICRE
EB
BECC
RRUU
)1(
3. 动态分析 (1) 电压放大倍数
图 7.21(c) 微变等效电路 由图 7.21(c) 可知
(2) 输入电阻 Ri 故 Ri = RB∥Ri
/ = RB [∥ rbe+ ( 1+β ) RL/]
/
/
/
/
)1()1(
])1([)1(
Lbe
L
Lbeb
Lb
i
ou Rr
RRrI
RIUUA
//
/ )1()1(Lbe
b
Lbbeb
b
ii Rr
IRIrI
IUR
(3) 输出电阻 Ro
求输出电阻的等效电路如图 7.22 所示。
图 7.22 计算输出电阻的等效电路
由图 7.22 可得:
式中 = RS∥RB
故 通常 RE>> ,所以
bebbe IIIIII )1(
/)1(SbeE Rr
URU
)1
//(/
SbeEo
RrRI
UR
1
/Sbe Rr
1
)// (1
/BSbeSbe
oRRrRr
R
/SR
综上所述,共集电极放大电路的主要特点是:输入电阻高,传递信号源信号效率高;输出电阻低,带负载能力强;电压放大倍数小于 1 而接近于 1 ,且输出电压与输入电压相位相同,具有跟随特性。因而在实用中,广泛用作输出级或中间隔离级。
需要说明的是:共集电极放大电路虽然没有电压放大作用,但仍有电流放大作用,因而有功率放大作用。
[ 例 7.5] 若图 7.21 电路中各元件参数为: UCC = 12V ,RB= 240 kΩ , RE= 3.9 kΩ , RS = 600Ω , RL = 12 kΩ ,β= 60 , C1 和 C2 容量足够大,试求: Au , Ri , Ro 。
解: μA
IE≈IC=βIB=60×25=1.5mA
rbe= 300+(1+β) =300+(1+60)
=1.4 kΩ
= RE R∥ L= ≈2 .9 kΩ
259.3)601(240
12)1(
EB
BECCB RR
UUI
EImV26
mAmV
5.126
129.3129.3
/
LR
故:
Ri = RB∥[rbe+(1+β) ] = 200 [1.4+(1+60)×2.9]∥ = 102 kΩ
Ω
99.09.2)601(4.1
9.2)601()1(
)1(/
/
Lbe
Lu Rr
RA
33601
10)240//6.0(104.11
)//( 33
BSbeo
RRrR
/LR
共基极放大电路主要作用是高频信号放大,频带宽,其电路组成如图 7.23 所示。
图 7.23 共基极放大电路
7.2.2 共基极放大电路
表 7.2 三种组态基本放大电路性能比较 电路形式 共发射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路 电流放大系数 较大,例如 200 较大,例如 200 <1
电压放大倍数 较大,例如 200 <1 较大,例如 100
功率放大倍数 很大,例如 20000 较大,例如 300 较大,例如 200
输入电阻 中等,例如 5kΩ 较大,例如 50kΩ 较小,例如 50Ω
输出电阻 较大,例如 10kΩ 较小,例如 100Ω 较大,例如 5kΩ 200
输出与输入电压相位 相反 相同 相同
在许多情况下,输入信号是很微弱的,要把微弱的信号放大到足以带动负载,必须经多级放大。在多级放大器中,每两个单级放大电路之间的连接方式称为间级耦合,实现耦合的电路称级间耦合电路。对级间耦合电路的基本要求是:不引起信号失真; 尽量减小信号电压在耦合电路上的损失。 目前,以阻容耦合(分立元件电路)和直接耦合(集成电路)应用最广泛。阻容耦合指用较大容量的电容连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是各级静态工作点互不影响,电路调试方便,但信号有损失。直接耦合指用导线连接两个单级放大电路的连接方式,其特点是信号无损失,但各级静态工作点相互影响,电路调试麻烦。
7.2.3 多级放大电路
一般多级放大器的组成方框图如图 7.24 所示。
图 7.24 多级放大电路组成框图
1. 多级放大电路电压放大倍数的计算 多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电路电压放大倍数的乘积。即 在计算单级放大电路电压放大倍数时,把后一级的输入电阻作为本级的负载即可。 2. 多级放大电路的输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻;多级放大电路的输出电阻即为最后一级(第 n 级)放大电路的输出电阻。即 Ri = Ri1 Ro= Ron
unuuu AAAA 21
[ 例 7.6] 两级阻容耦合放大电路如图 7.25 所示,各元件参数为: UCC=12V , RB1=100kΩ , RB2=39kΩ , RC1=5.
6 kΩ , R E1=2.2kΩ , =82 kΩ , =47 kΩ , RC2=2.7
kΩ , RE2=2.7kΩ , RL=3.9kΩ , rbe1=1.4kΩ , rbe2=1.3k
Ω , β1=β2 =50 。 求:电压放大倍数,输入电阻,输出电阻。
/B1R /
B2R
图 7.25(a) 两级阻容耦合放大电路
图 7.25(b) 两级阻容耦合放大电路微变等效电路
解: RL1= // // rbe2 = 82 // 47 // 1.3≈1.3 kΩ
= RC1 // RL1 = 5.6 // 1.3≈1.06 kΩ
故 Ri =
Ri1 = RB1 // RB2 // rbe1 = 100 // 39 // 1.4≈1.4 kΩ
Ro = RC2 = 2.7 kΩ
/1BR /
2BR
/1LR
7.374.1
06.1501
/1
11 be
Lu r
RA
kRRR LCL 6.19.3//7.2//2/
2
5.613.16.150
2
/2
22 be
Lu r
RA
55.2318)5.61(7.3721 UUu AAA
4. 多级放大电路的频率特性 频率特性有幅频特性和相频特性,幅频特性指放大电路的电压放大倍数与频率之间的关系。相频特性指输出电压相对于输入电压的相位移(相位差)与频率之间的关系。单级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.26 所示。
图 7.26 单级阻容耦合放大电路的频率特性
两级阻容耦合放大电路的频率特性如图 7.27 所示,它是将每一级放大电路的频率特性叠加而成。多级放大电路的频率特性可用类似的方法获得。
图 7.27 两级放大电路的频率特性
1. 场效应管偏置电路及静态分析 场效应管是电压控制器件,它只需要合适的偏压,
而不要偏流 。 ( 1 )自偏压电路 图 7.28 是耗尽型 NMOS 管组成的共源极放大电路的
自偏压电路。由于栅极不取电流, RG 上没有压降,栅极电位 UG=0 ,所以栅极偏压为:
UGS = UG - US = - IDRS
7.2.4 场效应管放大电路
图 7.28 自偏压电路
( 2 )分压偏置电路 自偏压电路只适用由耗尽型 MOS 管或结型场效管组成的放大电路。对增强型 MOS 管,其偏置电压必须通过分压器来产生,如图 7.29 所示。
图 7.29 分压式偏置电路
2. 场效应管微变等效电路 场效应管也是非线性器件,但当工作信号幅度足够小,且工作在恒流区时,场效应管也可用微变等效电路来代替,如图 7.30 所示 。
图 7.30 场效应管微变等效电路
3. 场效应管放大电路的微变等效电路分析 (1) 共源极放大电路 共源极放大电路微变等效电路如图 7.31 所示。
图 7.31 共源极放大电路的微变等效电路
① 电压放大倍数 式中 RL
/= RD∥RL 故
② 输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro
Ri = RG
Ro= RD
/)//( LimLDgsmo RUgRRUgU
/Lm
i
ou Rg
UUA
uA
[ 例 7.7] N 沟道结型场效应管自偏压放大电路如图 7.32所示 ,已知 UDD = 18V , RD =10 kΩ , RS=2 kΩ , RG=4MΩ , RL=10 kΩ , gm=1.16 ms 。试求: , Ri , Ro 。
图 7.32 [ 例 7.7] 电路图
uA
解:
Ri = RG = 4MΩ
Ro= RD =10kΩ
8.51010101016.1)//(/
LDmLmu RRgRgA
( 2 )共漏极放大电路 共漏极放大电路又称源极输出器,其电路和微变等效电路如图 7.33 所示。
(a) 电路图 (b) 微变等效电路 图 7.33 共漏极放大电路
① 电压放大倍数
式中 RL/= RS∥RL 。
可见,输出电压与输入电压同相,且由于 gmRL/ >>1 ,
故 Au 小于 1 ,但接近 1 。 ② 输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro
Ri = RG
求输出电阻的等效电路如图 7.34 所示。
uA
/
/
/
/
1 Lm
Lm
Lgsmgs
Lgsm
i
ou Rg
RgRUgU
RUgUUA
图 7.34 求 Ro 等效电路
由图可知 由于栅极电流 ,故 所以 即
gsmS
dS UgRUIII
0gI
UUGS
UgRUI m
S
mS
mS
o gR
gR
IUR 1//1
1
实用中,利用场效应管和半导体三极管各自的特性互相配合,取长补短,组成混合电路,将具有更好的效果。混合示意图如图 7.35 所示。
图 7.35 场效应管和三极管混合电路 不同类型场效应管对偏置电压的极性的要求,如表 7.3所示。
表 7.3 场效应管偏置电压的极性 类型 uGS uDS N 沟道 JFET 负 正 P 沟道 JFET 正 负 增强型 NMOS 正 正 增强型 PMOS 负 负 耗尽型 NMOS 正 零 负 正 耗尽型 PMOS 正 零 负 负