1、 保證半導體器件保證半導體器件 工作在放大模式工作在放大模式 q 放大器組成框圖放大器組成框圖 耦合電路耦合電路 耦合電路耦合電路 輸出負載輸出負載 輸入信號輸入信號 直流偏置電路直流偏置電路 外外 圍圍 電電 路路 具有正向受控作用的半導具有正向受控作用的半導 體器件是整個電路的核心體器件是整個電路的核心 將放大器輸出將放大器輸出 端與輸出負載端與輸出負載 進行連接。進行連接。 將輸入信號源將輸入信號源 與放大器輸入與放大器輸入 端進行連接。端進行連接。 設置靜態工作點的電路稱放大器的偏置電路。設置靜態工作點的電路稱放大器的偏置電路。 q 對偏置電路的要求對偏置電路的要求 提供合適的提供合適

2、的Q點，保證器件工作在放大模式。點，保證器件工作在放大模式。 例如：偏置電路須保證三極管例如：偏置電路須保證三極管E結正偏、結正偏、C結反偏。結反偏。 當環境溫度等因素變化時，能穩定電路的當環境溫度等因素變化時，能穩定電路的Q點點。 例如：溫度升高，三極管參數例如：溫度升高，三極管參數 、ICBO 、VBE(on) 而這些參數的變化將直接引起而這些參數的變化將直接引起Q點發生變化。點發生變化。 當當Q點過高或過低時，輸出波形有可能產生飽和或點過高或過低時，輸出波形有可能產生飽和或 截止失真。截止失真。 Q iC t ICQ t vCE 0 VCEQ ib Q點在中點，動態范圍最大，輸出波形不易

3、失真。點在中點，動態范圍最大，輸出波形不易失真。 Q點波動對輸出波形的影響：點波動對輸出波形的影響： Q點升高，不失真動態范圍減小，輸出易飽和失真。點升高，不失真動態范圍減小，輸出易飽和失真。 Q點降低，不失真動態范圍減小，輸出易截止失真。點降低，不失真動態范圍減小，輸出易截止失真。 Q ib ib iC vCE 0 Q q 三極管三極管偏置電路偏置電路 （1 1） 固定偏流電路固定偏流電路 VCC RCRB IB IC Q點估算：點估算： B BE(on)CC BQ R VV I BQCBOBQCQ )1 (IIII CCQCCCEQ RIVV 電路優點電路優點： Q點設置方便，計算簡單。點

4、設置方便，計算簡單。 電路缺點電路缺點： 不具有穩定不具有穩定Q點的功能。點的功能。 T 時時 、ICBO 、VBE(on) ICQ Q點升高點升高 （2 2） 分壓偏置電路分壓偏置電路 Q點估算：點估算： B2B1 CCB2 BQ RR VR V E BE(on)BQ CQ R VV I )( ECCQCCCEQ RRIVV 電路優點電路優點： T ICQ VCC RCRB1 IBQ I1 RB2 RE CE （固定）（固定） / CQBQ II 具有穩定具有穩定Q點的功能。點的功能。 VEQ (=(=ICQRE) ) VBEQ (=(=VEQ- -VEQ) ) IBQ ICQ 假設假設I1

5、 IBQ 則則 存在問題存在問題： 工程規定工程規定： VCC RCRB1 IBQ I1 RB2 RE CE RE越大越大 VBEQ越大越大 Q點越穩定點越穩定 VCEQ越小越小 輸出動態范圍越小輸出動態范圍越小 VEQ= =0.2VCC或或 VEQ= =1 3V RB1、RB2過大過大不滿足不滿足I1 IBQ 工程規定工程規定：I1= =（5 10）IBQ 則則 VBQ不穩定不穩定 RB1、RB2過小過小 放大器放大器Ri 減小減小 q 場效應管場效應管偏置電路偏置電路 （1 1）分壓偏置電路）分壓偏置電路 Q點估算：點估算： 電路特點電路特點： 分壓偏置電路不僅適用于三極管，同時適分壓偏置

6、電路不僅適用于三極管，同時適 用于各種類型的場效應管。用于各種類型的場效應管。 VDD T S RG1 RG2 RD RS G ID SDQ G2G1 DDG2 GSQ RI RR VR V 2 GS(th)GSQ OX DQ )( 2 VV l WC I )( SDDQDDDSQ RRIVV （2 2）自偏置電路）自偏置電路 Q點估算：點估算： 電路特點電路特點： 故自偏置電路只適合于耗盡型故自偏置電路只適合于耗盡型場效應管場效應管 VDD S RG RD RS G ID SDQGSQ 0RIV )( SDDQDDDSQ RRIVV 2 GS(off) GSQ DSSDQ 1 V V II

7、由于由于VDS與與VGS極性始終相反極性始終相反 例如：例如：JFET、DMOS管管 （3 3）零偏置電路）零偏置電路 Q點估算：點估算： 電路特點電路特點： 由于由于VGS=0，故零偏置電路只適合耗盡型故零偏置電路只適合耗盡型MOS管。管。 0 GSQ V )( SDDQDDDSQ RRIVV VDD S RG RD G ID 2 GS(th)GSQ OX DQ )( 2 VV l WC I 由于由于RS=0，故該電路不具有穩定故該電路不具有穩定Q點的功能點的功能。 放大器與信號源、放大器與負載、以及放大放大器與信號源、放大器與負載、以及放大 器級與級之間的連接方式稱耦合方式。器級與級之間的

8、連接方式稱耦合方式。 交流信號正常傳輸。交流信號正常傳輸。 為保證交流信號正常傳輸、不失真放大，耦合為保證交流信號正常傳輸、不失真放大，耦合 盡量減小有用信號在傳輸過程中的損失。盡量減小有用信號在傳輸過程中的損失。 實際電路常采用兩種耦合方式：實際電路常采用兩種耦合方式： 集成電路中廣泛采用的一種耦合方式集成電路中廣泛采用的一種耦合方式直接耦合。直接耦合。 具有隔直流作用的耦合方式具有隔直流作用的耦合方式電容耦合、變壓器耦合。電容耦合、變壓器耦合。 方式必須保證：方式必須保證： 電容耦合電容耦合 VCC R3R1 R2 R4 RS vS+ - - - - + CB vi T1 + R7R5 R

9、6 R8 CC T2 + 直流工作時：直流工作時：由于由于CB、CC具有隔直流作用具有隔直流作用 因此信號源不影響放大器因此信號源不影響放大器Q點正常設置，且各級點正常設置，且各級Q點相互獨立。點相互獨立。 交流工作時：交流工作時：由于由于CB較大，在信號頻率上近似看作短路。較大，在信號頻率上近似看作短路。 因此，因此，CB的接入不會影響信號的正常傳輸。的接入不會影響信號的正常傳輸。 電路缺點：電路缺點：體積大，不易集成。體積大，不易集成。 直接耦合直接耦合 VCC RC2 RE2 T2 RC1 T1 RC3 RE3 T3 RCn REn Tn 各級之間不經過任何元件直接相連。各級之間不經過任

10、何元件直接相連。直接耦合方式直接耦合方式: : 電路優點電路優點: :頻率特性好，便于集成。頻率特性好，便于集成。 存在問題存在問題: : 級間級間直流直流電平配置問題。電平配置問題。 零點漂移問題。零點漂移問題。 q 級間直流電平配置級間直流電平配置問題一問題一 VCC RC2 RE2 T2 RC1 T1 RC3 RE3 T3 RCn REn Tn 結果：結果：T1管管Q點靠近飽和區，輸出易出現失真。點靠近飽和區，輸出易出現失真。 由圖由圖 E2CQ2BE(on)2CEQ1 RIVV 若若 0 E2 R 則則V7 . 0 BE(on)2CEQ1 VV 后級接入后級接入RE，擴大前級動態范圍。

11、，擴大前級動態范圍。 解決方法：解決方法： q 級間直流電平配置級間直流電平配置問題二問題二 VCC RC2 RE2 T2 RC1 T1 RC3 RE3 T3 RCn REn Tn 工作在放大模式時工作在放大模式時: : 加電平位移電路加電平位移電路解決方法：解決方法： BQ1BQ2BQ3CQ3 VVVV )( E3C3CQ3CCCEQ3 RRIVV 由圖由圖 E3CQ3BE(on)3BQ3 RIVV 越往后級越往后級VBQ3 ICQ3 VCEQ3 輸出動態范圍輸出動態范圍 采用采用PNP管的電平位移電路：管的電平位移電路： 利用利用NPN管與管與PNP管電位極性相反的特點，將直管電位極性相反

12、的特點，將直 流電平下移，擴大后級的輸出動態范圍。流電平下移，擴大后級的輸出動態范圍。 VCC RC2 RE T2 RC1 T1 RB + - - - - + VBQ1 VCQ2 + - - VCQ1 VCQ1VBQ1放大模式放大模式NPN管管 放大模式放大模式PNP管管VCQ2 fH 的區域的區域 頻率增大，增益減小并產生附加相移。頻率增大，增益減小并產生附加相移。 特點：特點： 原因：原因： 極間電容容抗極間電容容抗 分流分流 不能視為開路。不能視為開路。 即即極間電容開路極間電容開路、耦合旁路電容短路。、耦合旁路電容短路。 低頻段：低頻段： f rb e 0 iin L R AA 短路電

13、流增益短路電流增益 Lo o i RR R A則則 ceCO /rRR 共發電路共發電路電壓增益電壓增益 rb egmvb e RC RB vs + - - RL + - - vo RS + - - vi rce 開路電壓增益開路電壓增益 i o v v Av eb v RRvg )/( Loebm LmR g is i Lm is i RR R RgA RR R A vvs 源電壓增益源電壓增益 omt L RgAA R vv LCLCceL /RRRRrR 其中 1 1）既有電壓放大作用、又有電流放大作用。）既有電壓放大作用、又有電流放大作用。 2 2）輸出電壓與輸入電壓反相。）輸出電壓與

14、輸入電壓反相。 共發電路提供的最大共發電路提供的最大電壓增益電壓增益 )/( Ccemomt RrgRgA v 已知已知 若采用有源負載作為若采用有源負載作為RC, , 可使可使 RC rce 因此因此 cemtmax rgAv T A CQ A T CQ V V I V V I 由于厄爾利電壓由于厄爾利電壓| |VA| |VT ，因此共發電路提供的，因此共發電路提供的 Av很大，且其值與靜態電流很大，且其值與靜態電流ICQ無關。無關。 共發電路特點共發電路特點 q 共基電路性能分析共基電路性能分析 i i i i v R 畫微變等效電路畫微變等效電路( (忽略忽略rce影響影響) ) 共基電

15、路輸入電阻共基電路輸入電阻 vs + - - RL + - - vo RE RS RCrb e gmveb iiio + - - vi b ec ii bem eb be be vg r v v 11 eb ebm eb r rg r 因此因此 iEii /RRRR（小）（小） Ri vs + - - RL + - - vo RE RS RC vi + - - 0 s v令令0 ebm vg則則 共基電路輸出電阻共基電路輸出電阻 因此因此 Co RR 共基電路電流增益共基電路電流增益 i o i i Ai i i i bem bem o i i i vg vg i iE E im LC C R

16、R R Rg RR R vs + - - RL + - - vo RE RS RCrb e gmveb iiio + - - vi b ec ii Ri 由于由于 Ei RR LC C RR R Ai因此因此 0 iin L R AA短路電流增益短路電流增益 共基電路電壓增益共基電路電壓增益 vs + - - RL + - - vo RE RS RCrb e gmveb + - - vi b ec i o v v Av be LCbem )/( v RRvg LmR g 共基電路特點共基電路特點 1 1）有電壓放大作用、但無電流放大作用。）有電壓放大作用、但無電流放大作用。 2 2）輸出電壓與

17、輸入電壓同相。）輸出電壓與輸入電壓同相。 3 3）輸入電阻低、輸出電阻高。）輸入電阻低、輸出電阻高。 考慮考慮rce時共基電路輸出電阻時共基電路輸出電阻 令令vs=0、RL開路，畫出求開路，畫出求Ro的等效電路的等效電路 vs + - - RL + - - vo RE RS RC rb e gmveb + - - vi b ec rce becebem )( vrvgiv )/( ebESbe rRRiv 則則 ce ebS S o )1 (r rR R i v R 得得 因此因此 oCo / RRR + - - v RE RSRCrb e gmvb e b e rce i i Ro RS =

18、RS/RE q 共集電路性能分析共集電路性能分析 b i i i v R 畫微變等效電路畫微變等效電路 共集電路輸入電阻共集電路輸入電阻( (忽略忽略rce) ) b LEbebb )/()1 ( i RRiri 因此因此 Bii / RRR（大）（大） Ri RE RB1 vs + - - RL + - - vo RB2 RS + - - vi rb e ib ii io RE RB vs + - - RL + vo RS + - - vi rce ib - - )/)(1 ( LEeb RRr 共集電路輸出電阻共集電路輸出電阻 rb e ib io RE RB vs + - - RL + vo RS + - - vi rce - - 令令vs=0、RL開路，畫出求開路，畫出求Ro的等效電路。的等效電路。 rb e ib i RERB + v RSrce - - iib Ro RS =RS/RB )( Sebb Rriiv )/( Sebb Rrvi 則則 1 ebS o rR i v R 得得 因此因此 oEceoo /RRrRR（小