项目一音频放大器的设计与制作任务音频放大器前置放大课件.ppt

1、项目一项目一 音频放大器的设计与制作音频放大器的设计与制作 任务任务2 2 音频放大器前置放大电路的制作（一）音频放大器前置放大电路的制作（一）认识晶体管放大电路认识晶体管放大电路 2.4 拓展拓展知识知识v 2.4.1 场效应管放大电路场效应管放大电路v 2.4.2 差动放大电路差动放大电路2.4.1 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应管场效应管(FET)和双极型三极管都是电子电路中和双极型三极管都是电子电路中常用的，重要的放大元件。它们都具有放大作用，都常用的，重要的放大元件。它们都具有放大作用，都是放大电路中的核心元件。场效应管和普通晶体管一是放大电路中的核心元件。场效应管和普通晶

2、体管一样具有放大作用，它们组成的放大电路也十分相似，样具有放大作用，它们组成的放大电路也十分相似，分析计算方法也类似。与晶体管放大电路的共发射极、分析计算方法也类似。与晶体管放大电路的共发射极、共集电极、共基极接法相对应，场效应管放大电路有共集电极、共基极接法相对应，场效应管放大电路有共源极、共漏级两种接法。共源极、共漏级两种接法。一、共源极放大电路一、共源极放大电路 下图所示的是一个由下图所示的是一个由N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管作为放大场效应管作为放大元件的单管共源极放大电路的原理电路图。电路中元件的单管共源极放大电路的原理电路图。电路中VDD是漏极是漏极直流电源，直流电源，RD是

3、漏极负载电阻，是漏极负载电阻，VGG是栅极直流电源，是栅极直流电源，RG为栅为栅极电阻。输入电极电阻。输入电u i加在场效应管的栅加在场效应管的栅源极之间，输出电压源极之间，输出电压u o从漏从漏源极之间得到。可见输入、输出回路的公共端为场效应源极之间得到。可见输入、输出回路的公共端为场效应管的源极，因此，称为共源极放大电路管的源极，因此，称为共源极放大电路 对于对于N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管来说，为了使管子工作在场效应管来说，为了使管子工作在恒流区，以实现良好的放大作用，必须满恒流区，以实现良好的放大作用，必须满足以下条件：足以下条件：uGS UTN uDS uGSUTN图图2-4

4、-1 共源极放大电路的原理电路共源极放大电路的原理电路1.静态分析静态分析 场效应管组成的放大电路和晶体管场效应管组成的放大电路和晶体管样，也必须设置静态工样，也必须设置静态工作点，需要计算作点，需要计算:当输入信号为零时，管子的当输入信号为零时，管子的UGSQ、IDQ和和UDSQ，可以用图解法和微变等效电路法来分析它们的工作情况。可以用图解法和微变等效电路法来分析它们的工作情况。近似计算近似计算 MOS场效应管的栅极被绝缘层隔离，栅极没有电流，所以场效应管的栅极被绝缘层隔离，栅极没有电流，所以当输入信号为零时，栅当输入信号为零时，栅源间的电压等于外加的栅极直流电源源间的电压等于外加的栅极直流

5、电源VGG，即：，即：由由N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管的漏极电流场效应管的漏极电流i D与栅与栅源极电源极电压压uGS之间的关系可知：之间的关系可知：i D=IDO 2GSQTNUU (uGSUTN)UGSQ=VGGUDSQ=VDDIDQRD 图解法图解法 在场效应管输出特性曲线的基础上，利用图解的方法得在场效应管输出特性曲线的基础上，利用图解的方法得到共源放大电路的静态工作点。到共源放大电路的静态工作点。根据图示放大电路的漏极回路，可列出其直流负载线方程：根据图示放大电路的漏极回路，可列出其直流负载线方程：uDS=VDDiDRD找直线上两个特殊的点，连接这两点画出直流负载线。找直线上

6、两个特殊的点，连接这两点画出直流负载线。DDDDViRDDDVRiD=0时，时，uDS=VDD (VDD，0)(0，)uDS=0时，时，直流负载线与输出特性曲线中直流负载线与输出特性曲线中uGS=UGSQ=VGG的的条条曲线的交点，就是所求的静态工作点，曲线的交点，就是所求的静态工作点，Q点的位置确定后，点的位置确定后，就可从输出特性曲线上得到就可从输出特性曲线上得到IDQ和和UDSQ，如图所示，如图所示 图图2-4-2 用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点Q2.动态分析动态分析 场效应管是电压控制的放大元件，如果输入信号很小，场效场效应管是电压控制的放大元件，如果输入信号很小，场效应

7、管工作在恒流区，和晶体管应管工作在恒流区，和晶体管样场效应管放大电路也可以用样场效应管放大电路也可以用微变等效电路法来分析。微变等效电路法来分析。场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路 图图1-4-3中中Ugs栅栅源极的控制电压，源极的控制电压，gmUGS为受控电压为受控电压源，它反映了栅源，它反映了栅源极之间电压对漏极电流的控制作用，源极之间电压对漏极电流的控制作用，rD为为场效应管的输出电阻场效应管的输出电阻(rD是输出特性静态工作点处斜率的倒是输出特性静态工作点处斜率的倒数），数），rD通常为几百千欧姆，当负载电阻比通常为几百千欧姆，当负载电阻比rD小很多时，可认小很多时，可认为为

8、rD开路。开路。221DDOgsmDO DgsTNTNTNdiIugIiduUUU图图2-4-3 场效应管和共源极放大电路的微变等效电路场效应管和共源极放大电路的微变等效电路(a)场效应管；场效应管；(b)共源极放大电路共源极放大电路共源放大电路的微变等效电路共源放大电路的微变等效电路 在共源放大电路的微变等效电路，图中漏源间的等效电在共源放大电路的微变等效电路，图中漏源间的等效电阻阻rD省略，由等效电路的输入回路可知，由于栅极电流省略，由等效电路的输入回路可知，由于栅极电流IG=0，因此，因此，RG上没有电压降，则：上没有电压降，则：U i=U gs 由等效电路的输出回路可知：由等效电路的输

9、出回路可知：UO=IdRD=g mU gsRD OmgsDmDigsUg U Rg RUU Au=不考虑不考虑rD，则共源放大电路的输出电路为：，则共源放大电路的输出电路为：RO=RD 共源放大电路的输入电阻很大，基本上等于场效应管栅共源放大电路的输入电阻很大，基本上等于场效应管栅源极之间的等效电阻，高达源极之间的等效电阻，高达1010欧姆以上。欧姆以上。例例2-1 在图在图2-4-1所示的共源放大电路中，场效应管的输出所示的共源放大电路中，场效应管的输出特性曲线如图（特性曲线如图（b）所示，已知）所示，已知VDD20 V，VGG4V，RD=10 k，R=10 M。试用图解法确定静态工作点试用

10、图解法确定静态工作点Q；根据输出特性曲线求场效应管在根据输出特性曲线求场效应管在Q点处的跨导；点处的跨导；用近似估算法估算静态工作点、跨导并与用近似估算法估算静态工作点、跨导并与小题的结果进小题的结果进行比较。行比较。估算电压放大倍数估算电压放大倍数Au和输出电阻。和输出电阻。图图2-4-1 共源极放大电路的原理电路共源极放大电路的原理电路图图2-4-4 场效应管输出特性曲线场效应管输出特性曲线解：解：图解法确定静态工作点图解法确定静态工作点Q 由图由图3-9所所示电路得其输出方程：示电路得其输出方程：UDS=VDDID RD=2010 I D UDS=0，ID=2 mA I D=0，UDS=

11、20 V 在输出特性曲线中画出直流负载线，如图在输出特性曲线中画出直流负载线，如图3-12所示，直流所示，直流负载线与负载线与uGS=UGSQ=VGG=4 V的交点就是静态工作点的交点就是静态工作点Q，由图可知：由图可知：UDSQ10V，IDQ1 mA。2.30.40.9553DGSiu 在输出特性曲线上作图求跨导在输出特性曲线上作图求跨导g m 过过Q点作点作条垂直于条垂直于X轴的垂线，该垂线与轴的垂线，该垂线与u DS3V，u GS5V 的曲线各有一个交点，由图可知，这两个交点处的的曲线各有一个交点，由图可知，这两个交点处的i D分别分别为为 0.4 mA和和2.3 mA，则跨导为：，则跨

12、导为：g m=近似估算法估算静态工作点并进行比较由图可知，该场效近似估算法估算静态工作点并进行比较由图可知，该场效 应管的开应管的开 电压电压UTN 2V，在，在uGS 2UTN 4V处，处，漏极漏极 电流电流IDO1mA，可得：，可得：UDSQ=VDDIDQ RD=20110=10 V （近似计算的结果与图解法一致）（近似计算的结果与图解法一致）根据公式近似计算跨导：根据公式近似计算跨导：g m=221 112DO DQTNIIU ms 计算结果与图解法的结果相近，略有误差。计算结果与图解法的结果相近，略有误差。22412111GSQDQDOTNUIImAU 二、分压自偏压式共源极放大电路二

13、、分压自偏压式共源极放大电路 图图2-4-5所示的共源极放大电路中，只用了一路直流电源所示的共源极放大电路中，只用了一路直流电源VDD，静时栅极电压，静时栅极电压UGQ由由VDD经电阻经电阻R1和和R2分压获得，静态漏分压获得，静态漏极电流极电流IDQ在源极电阻在源极电阻RS上产生上产生个自偏压个自偏压USQ（USQ=IDQRS），），则静态偏置电压由分压和自偏压共同决定，则静态偏置电压由分压和自偏压共同决定，UGSQUGQUSQ，所以称为分压自偏压式共源极放大电路。电路中的源极电阻所以称为分压自偏压式共源极放大电路。电路中的源极电阻RS与晶体管分压式稳定静态工作点电路一样，电路中的射极电与晶

14、体管分压式稳定静态工作点电路一样，电路中的射极电阻阻Re都是起稳定静态工作点的作用，为防止接入都是起稳定静态工作点的作用，为防止接入RS后影响电压后影响电压放大倍数，也在放大倍数，也在其两端并联其两端并联个旁路电容个旁路电容CS，从交流通路上看，从交流通路上看其输入、输出回路都共用源极，所以称之为共源放大电路。栅其输入、输出回路都共用源极，所以称之为共源放大电路。栅极接入极接入个大电阻个大电阻RG，目的是为了提高放大电路的输入电阻。，目的是为了提高放大电路的输入电阻。由于栅极没有电流，因此由于栅极没有电流，因此RG上没有压降。上没有压降。C1、C2为隔直电容。为隔直电容。图图2-4-5 分压一

15、自偏式共源极放大电路分压一自偏式共源极放大电路1.静态分析静态分析122GQDDRRVRR112DDDQSRVIRRR21GSQDOTNUIUUSQ=IDQ RIDQ=求解上述两个联立方程求解上述两个联立方程、，确定静态漏极电流，确定静态漏极电流IDQ，栅源极的静态电压栅源极的静态电压UGSQ，则：，则：UGSQ=UGQUSQ =UDSQ=VDDIDQ(RD+RS)2.动态分析动态分析 利用微变等效电路计算电压放大倍数和输入输出电阻。设利用微变等效电路计算电压放大倍数和输入输出电阻。设C1、C2、CS足够大，对交流信号而言相当于短路，电源电压的变化足够大，对交流信号而言相当于短路，电源电压的变

16、化量为零，视为短路，共源极放大电路的交流通路和微变等效电量为零，视为短路，共源极放大电路的交流通路和微变等效电路如图路如图2-4-6所示。所示。U i=U gsU O=Id RDRL=I d RD=g m U gs RDOmDiUg RU Au=R i=RG+R1R2 RO=RD 图图2-4-6 共源极放大电路的交流通路和微变等效电路共源极放大电路的交流通路和微变等效电路例例2-2电路如图电路如图2-4-7所示，所示，VDD=24 V，R S=2.5 k，R D=10 k，R 1=100 k，R 2=300 k，R G=10 M，IDO=2 mA，UTN=2 V，电容，电容C1、C2和和CS足

17、够大，负载电阻足够大，负载电阻RL=10 k。试用近似估算法计算静态工作点；试用近似估算法计算静态工作点；利用微变等效电路法计算放大电路的利用微变等效电路法计算放大电路的A u、R i、Ro；若去掉旁路电容若去掉旁路电容Ce，则，则Au？图图2-4-7 无旁路电容无旁路电容Ce的微变等效电路的微变等效电路 列联立方程确定静态工作点：列联立方程确定静态工作点：解：解：221212GSQGSQDOTNUUIU112DDDQSRVIRRR100242.5100300DQII DQ=UGSQ=解方程得：解方程得：I DQ=1.03 mA UGSQ=3.43 V I DQ=2.4 mA UGSQ=02时

18、，有时，有 IC2 IR 由上式可以看出，当由上式可以看出，当VCC,R确定后，确定后，IR值就确定了，值就确定了，IC2也随也随之被确定并基本等于之被确定并基本等于IR，因此称该电流源被称为镜像电流源。，因此称该电流源被称为镜像电流源。图图2-4-17 镜像电流源电路镜像电流源电路v比例式电流源比例式电流源1C2E2R2RIIIR 如果将三极管的发射极分别接电阻如果将三极管的发射极分别接电阻R1和和R2如下图所示，当如下图所示，当R1和和R2阻值的比例关系变化时，则电流源输出电流与参考电流阻值的比例关系变化时，则电流源输出电流与参考电流保持一定的比例关系，故称之为比例电流源。保持一定的比例关

19、系，故称之为比例电流源。由比例电流源电路，可以看出，当由比例电流源电路，可以看出，当 较大时，较大时，IE1IC1IR，IE2IC2。因此因此，IE1R1IE2R2IRR1可见，只要改变可见，只要改变R1与与R2的比例，就可得到与的比例，就可得到与IR 不同比例不同比例的的IC1。当当R1与与R2相差不太大时，可以认为相差不太大时，可以认为UBE1UBE2，则有，则有图图2-4-18 比例式电流源电路比例式电流源电路v微电流源电路微电流源电路 镜像电流源电路和比例电流源电路的输出电流镜像电流源电路和比例电流源电路的输出电流IC2一般较大一般较大（毫安级），当要求输出电流很小（微安级）时，则要求

20、（毫安级），当要求输出电流很小（微安级）时，则要求R的的值很大，不利于集成电路制造，因此需要采用微电流源电路。值很大，不利于集成电路制造，因此需要采用微电流源电路。微电流源电路如下图所示，微电流源电路如下图所示，IC1或或IE1较大（毫安级），较大（毫安级），UBE1为正为正常的导通压降（约常的导通压降（约0.7V左右）。左右）。由于由于R2的接入，则的接入，则UBE2=UBE1 IE2R2UBE1 IC2R2，从而使，从而使UBE1减小，因此当减小，因此当R2较大时，较大时，T2管只能处于微导通状态，管只能处于微导通状态，IC2值很值很小，一般为微安级。小，一般为微安级。图图2-4-19 微电流源电路微电流源电路