131011第03章 单极放大器01
单级放大器
①
精确程度取决于匹配。
电流源电路
1 rout = 小信号输出阻抗： λI out
等效电路：
i
没有电流流过 1/gm
1
gm
v gs 2
g m 2 v gs 2
rds 2 v x
∴ v gs 2 = 0 vx 1 ∴ rout = = rds 2 = i λI out
例：
若rds 2 = 100kΩ, ΔV = 0.5V ΔI out = 0.5V / 100kΩ = 5μA
Q I 3 ≈ I ref •
(W L )3 (W L )1 (W L )3 (W L )4 = I ref • = αI ref (W L )1 (W L )3
(W L )4 I 4 = I3 • (W L )3
放大器的基本概念
放大器的输入输出特性在一定信号范围内可表示为：
y (t ) = a0 + a1 x(t ) + a2 x 2 (t ) + .....
I out
Id AC DC
W 1 2 = μ nCox (VGS − VTH ) L 2 =
β
2
(VDS − VTH )2
2I D
VDS = VGS = VT +
Vds
β
分压电路
V G D
①
g mV
g mbVbs
S
ro
若 V =0 bs
Rout
v V = = i g mV + V = 1 gm + 1 ro
mb 2
g m1 1 AV = − g m1 RD = − gm2 1 +η
AV = −
W Q g m = 2 μnCox I D L
第三章 单极低频小信号放大器
课题3.1~3.2放大器的基本概念课型新课授课班级17机电授课时数 2教学目标1．了解扩音机的方框图，知道放大器的放大倍数，会计算增益2．了解单级低频小信号放大器的基本组成，明确电路中电压电流符号法则等3．理解设置静态工作点的作用教学重点静态工作点的作用教学难点增益和静态工作点学情分析学生已经了解三极管的基本特点及作用教学方法讲解法、读书指导法、讨论法教后记通过本次课的学习，学生对三极管的作用已有了一个基本认识，同时也能通过读图利用公式进行计算三极管的静态工作点和增益，但对于增益的求解还存在一些困难，主要是因为学生在对数学习这一块掌握不是很好A ．引入在电子线路中，能将微弱的电信号放大，转换或较强的电信号的电路，称为放大器。
B ．新授课3.1 放大器的基本概念3.1.1 放大器概述 一、晶体三极管的基本结构 1．方框图2．特点 放大器：1 输出功率比输入功率大。
2 有功率放大作用。
变压器的输入功率与输出功率相同，因此不能称为放大器。
3.1.2 放大器的放大倍数 一、放大倍数的分类 1．电压放大倍数A vio v v A v =2．电流放大倍数A iioi i A i =3．功率放大倍数A pv i p A A V I V I P P A ⋅===ii oo o 1 二、放大器增益放大倍数较大，可取对数，称为增益Ｇ。
单位为分贝（用dB 表示）。
1．功率增益G p = 10 lg A p （dB ） 2．电压增益G v = 20 lg A v （dB ） 3．电流增益G i = 20 lg A i （dB ） 例题：1．放大电路第一级40 dB ，第二级 -20 dB ，求总的增益，（学生思考：变压器是否是放大器）（教师画电路图，讲解放大器的基本工作原理）（师生共同得出结论：变压器不是放大器）（教师讲解电压放大倍数，学生探讨研究电流和功率的放大倍数）（教师讲解放大倍数的增益表示法，学生练解：总的增益为(40- 20) dB = 20dB2．电压放大倍数为1 000，电流放大倍数为100，功率放大倍数为多少？解：G p= 10 lg (1000 ⨯ 100 ) = 50 dBG v= 20 lg1 000 = 60 dBG i= 20 lg100 = 40 dB3．第一级电压放大倍数为0.01，第二级为1 000，求总放大倍数和增益。
131101第03章 单极放大器03 - 副本 (2)..
体效应使源跟随器的 输出电阻减小了！
电子工程学院
源极跟随器的输出电阻(例)
习题2.2：W/L=50/0.5，ID=0.5mA，求gm
g mNMOS 2μ C R outNMOS
W n ox L
ID 3.66 mA/V
若是PMOS管，该值还会增 加近乎1倍
1 1 273Ω g m 3.66
M1体效应 的等效电 阻
1 ||ro 1||ro 2 || 1 gmb1 gm2 gmb2 //r01 Av 1 1 1 g mb1 M1体效应 ( ||ro 1||ro 2 || ) gmb1 gm2 gmb2 gm1 的等效电
阻
1
源跟随器与共源放大器的级联
用作电平移动的源跟 随器会消耗电压余度 减小输出摆幅
（VDS< Vgs - VTH）
条件:Vin<VDD
电子工程学院
源极跟随器的输出电阻-体效应的影响
V1 VX
电流源的大小和它两端的压降成正比 体效应等效于在输出端接了一个电阻 1/gmb——这仅对源跟随器是正确的！
IX g m VX g m bVX 0
VX 1 1 1 Ro u t || IX g m g m b g m g m b
Ch. 3|RL gmb
此 项 始 终 不 变
例3.8：计算下图电路的电压增益AV λ1≠ 0, λ2 ≠ 0 γ1≠0, γ2≠0
输出端视在输入 阻抗
Av
RS 1/gm R S
从M2源端看进去的 阻抗为：
1 //r02 g m2 + g mb2
从M1源端看进去的 阻抗为：
源级跟随器小结
1. 2. 3.
单级放大器的实验报告
电子线路实验报告题目：单级放大电路实验第一部分：multisim仿真一：仿真模型的建立过程1)启动multisim 10.0，在place中点击component的元件库中，将电路所需的元件（信号源[ac power]，直流电源[vcc],三极管[BJT NPN],电阻[resistor],滑线变阻器[potentiometer],电容[cap electrolit]，地端[ground])一一调用，放工作区中。
2)将放置好的元件移动，旋转，然后，按照位置适当的连接完成。
3)在已经连接好的电路中选中一个元件，单击左键，在出现的快捷菜单中，选择属性[properties],在打开的页面中修改元件的参数，选择适当的参数来保证下面的仿真工作顺利进行。
4)最后在操作界面顶端的工作菜单中，点击选项[options],选择sheetproperties,在打开的对话界面中，在Net Name 栏中，选择show all 选项，是电路中每条线路上都显示标号，以便仿真与电路的修改。
5) 完成后的单级放大电路的multisim原理图如下所示。
图1-1二：实际操作中的错误错误最开始仿真过程无法进行，万用表测量值为负值，不符合实际中的电压情况，没有实现放大的功效。
原因在绘制multisim原理图时，忽略了节点的作用，在分压偏置的两个R1，R2中间，没有节点，没有完成正常的分压偏置作用。
三：电路原理分析1)电路中必须根据放大管的类型加入合适的直流电源，以便设置合适的静态工作点，并且作为输出的能源。
对于晶体管放大电路，电源的极性和大小要保证发射结的正向偏置，且基极与发射极之间的静态电压要大于开启电压，保证晶体管导通，集电结要处于反向偏置，保证晶体管工作在放大区。
2)电阻的取值要得当，与电源相配合，是放大管有合适的静态工作点。
3)加入输入信号时候，要能够作用输出回路，改变基极和发射极之间的电压，从而改变基极或发射极的电流。
单级低频小信号放大器说课PPT课件
9. 布置课外作业---2′。.
16
作业 书P50 习题3第 3-8 小题
.
15
八、时间安排
1. 组织教学---2′；
2. 温习提问---3；
3. 新课导入---2′； 4.单管共发射极放大电路---6′； 5.电路中电压和电流符号写法的规定---5′； 6.放大器的静态工作点---10′；
7.案例分析---5
8. 小结归纳---5′；
2.放大器的放大倍数有哪几种？
电压放大倍数（Av=vo/vi），电流放大倍数(Ai=io/ii)，功率放大倍数 Ap=Po/Pi=I压、电流、功率增益公式？
电压增益：Gv=20lgAv（dB）
电流增益：Gi=20lgAi（dB）
功率增益：Gp=10lgAp（dB）
Ib、Ibm分别表示基极正弦电流有效值和峰值
.
10
三、放大器的静态工作点
1.静态
当放大电路没有输入信号时的工作状态
2.静态工作点
静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作 状态，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上一个确 定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q ，设置静态工 作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时， 不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电 结反向偏置的三极管放大状态
.
12
5.直流通路
6.计算公式
IBQ=EC-VBEQ / RB （VBEQ硅管0.7V，锗管0.3V） ICQ=BIBQ VCEQ=EC-ICQ*RC
.
13
7.例题讲解（同学做，老师辅导，讲解） 见书P47.
.
14
七、总结、布置作业
本次学习，我们主要学习了单极低频小信号放大器的单管 共发射极放大电路组成及其各个元件的作用，讲了电路中 电压和电流符号写法的规定，还讲了放大器的静态工作点， 使同学知道了为什么要设置静态工作点，静态工作点的作 用，及其静态工作点的计算。
第三章 单级放大器
电流源电路
放大器的基本概念
放大器的输入输出特性在一定信号范围内可表示为：
在一个足够窄的范围内：x的变化很小
输出随输入增量变化是线性的。
放大器的基本概念
模拟电路需要考虑的八大参数 模拟电路设计需要考虑的八个参数： gain, linearity, noise, power dissipation, input/output impedance, speed, voltage swing and supply voltage. 本章重点分析参数: gain, input/output impedance, 涉及 linearity, voltage swing and voltage supply 八大参数互相制约，优化的折中方案。
单级放大器
Chapter3
单级放大器
本章主要内容： 直流偏置 分压电路 电流镜电路 单级放大器 共源放大器 源跟随器 共栅放大器 共源共栅放大器 大信号特性：偏置状态，输入、输出动态范围 小信号特性：增益，输出电阻，输入电阻。
分压电路
分压电路
分压电路
分压电路
分压电路
电流源电路
电流源电路
共源放大器
共源放大器
VDD RD Vin M1 Vout
B VDS’
45
Vout
A
0
Vi
n=
VD
S+
VT
VT
Vin=VDS’+VT
Vin
大信号分析： 饱和区--Triode区分界点:过Vin轴上Vin=VT点做45℃斜率直线交 于Vout-Vin转移特性曲线于B点,B点满足Vin=VDS+VT, Vin超过 VDS’+VT, MOS器件进入Triode区.
第三章 单级放大器
要获得10倍的增益，M2的过驱动电压必须是M1的十倍。若M1的 过驱动电压为200mV，M2的阈值电压为-0.7V的话，那么
VSG2 = 2.7V
这将严重制约输出电压的摆幅。
CMOS模拟集成电路设计 第三章 单级放大器
CMOS模拟集成电路设计 第三章 单级放大器
Copyright 2013 Zheng Ran
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3.2 共源级放大器
若考虑沟道调制效应，计算前述共源级的小信号增益。
W 1 RD rO Vout = VDD − RD unCox (Vin − VTH ) 2 (1 + λVout ) ⇒ Av = − g m 2 L RD + rO rO = 1 /(λI D )
引入恒流源阻抗为无穷大，因此其小信号增 益为其本征增益。 恒流源控制流过器件的电流，小信号Vin如 何作用呢?根据
1 W I D1 = u nCox (Vin − VTH ) 2 (1 + λVout ) = I1 2 L
Vin增大，Vout必定减小以保持乘积为常数。
CMOS模拟集成电路设计 第三章 单级放大器 Copyright 2013 Zheng Ran
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3.2 共源级放大器
g m1 g m1 1 1 Av = − g m1 ( || ro1 ) ≈ = gm 2 + gmb2 gm 2 + gmb2 gm 2 1 + η
又可得到
Av = − 2un Cox (W / L)1 I D1 1 (W / L)1 1 =− 2un Cox (W / L) 2 I D 2 1 + η (W / L) 2 1 + η
共射单极放大电路工作原理
共射单极放大电路工作原理
共射单极放大电路是一种常见的电子放大器电路，其工作原理如下：
1.输入信号：
输入信号通过耦合电容C1进入基极端口，并在基极-发射极之间形成输入回路。
由于发射极和集电极间连接的电阻(RE)的作用，基极电压相对于发射极电压存在一个相位差。
2.偏置电压：
偏置电路（通常由二极管、电阻和电源组成）产生一个稳定的偏置电压，将集电极极化到适当的工作点，使得晶体管工作在放大区。
这个偏置电压有助于确保晶体管在正向工作区域。
3.放大过程：
当输入信号为正半周时，输入电流从基极流向发射极，导致发射极电流增加。
由于发射极和集电极间存在电阻，因此集电极电流也会相应增加。
这样，输出电压经过集电极电阻(RC)放大。
4.输出信号：
输出信号通过耦合电容C2从集电极提取出来，并连接到负载
电阻RL。
由于集电极电流的变化，输出电压也会随之变化。
输出信号约为输入信号的放大倍数，放大倍数由集电极和发射极电阻的比值决定。
总结：
共射单极放大电路借助晶体管的放大特性，将输入信号放大到
较大的输出信号。
通过适当的偏置电网络，可以确保晶体管在放大区工作。
同时，由于存在电阻网络，使得输入和输出信号有一定的相位差，需要在设计中进行合理补偿。
单极放大电路原理的重新阐述
单极放大电路原理的重新阐述标题：单极放大电路原理的全面阐述引言：在电子领域中，单极放大电路是一种常见且重要的电路结构。
通过单极放大电路，信号可以经过放大器被放大，从而扩大电流或电压的幅度。
本文将全面阐述单极放大电路的原理、应用和工作方式，帮助读者更好地理解和应用该电路。
第一部分：单极放大电路的基本原理1.1 单极放大电路的定义和概念- 解释单极放大电路的定义，即通过单个极性的电源供应电路来放大信号。
- 强调该电路是一种常见的电路结构，广泛应用于音频放大、RF放大等领域。
1.2 单极放大电路的组成要素- 介绍单极放大电路的基本组成部分，包括放大器、输入电容、输出电容和负载电阻等。
- 解释这些组成要素在电路中的功能和作用。
第二部分：单极放大电路的工作原理2.1 单极放大电路的工作方式- 解释单极放大电路在稳定工作状态下的工作方式，包括输入和输出信号的传递和放大。
- 强调通过适当的电压和电流调节，使得放大器能够稳定工作和放大信号。
2.2 输入信号和输出信号的关系- 说明输入信号和输出信号之间的关系和相互作用。
- 强调放大器对输入信号的放大能力，以及输出信号的放大幅度和失真情况。
第三部分：单极放大电路的应用与设计考虑3.1 单极放大电路在音频放大领域的应用- 探讨单极放大电路在音频放大器中的应用，解释其音质和功率放大能力。
- 强调音频放大器设计中需要考虑的参数和限制。
3.2 单极放大电路在射频放大领域的应用- 阐述单极放大电路在射频放大器中的应用，介绍其频率响应和放大效率。
- 强调射频放大器设计中需要考虑的稳定性和功率输出等因素。
第四部分：对单极放大电路的观点和理解4.1 单极放大电路的优点和局限性- 总结单极放大电路的优点，如简单设计、低成本和较高的放大能力。
- 分析单极放大电路的局限性，如失真情况和输出的限制等。
4.2 提出对单极放大电路的进一步改进和应用展望- 探讨对单极放大电路的改进方向，如减少失真、增加稳定性和提高效率等。
单极放大电路运作原理
单极放大电路运作原理标题：深入解析单极放大电路的运作原理引言:单极放大电路是电子工程学中常用的放大器电路之一，具有简单、有效的特点。
本文将深入探讨单极放大电路的运作原理，包括其基本概念、电路组成和工作原理。
通过本文的阐述，读者将能够全面了解单极放大电路的运作机制，并能够更好地应用于实际工程中。
第一部分：单极放大电路的基本概念和组成1.1 单极放大电路的定义和应用领域1.2 单极放大电路的主要组成部分及其作用第二部分：单极放大电路的工作原理2.1 输入信号的耦合方式2.2 输入电容和偏置电压的设置2.3 输出电容和负载电阻的选择2.4 工作点的确定2.5 放大器的增益计算方法2.6 频率响应和带宽的分析第三部分：单极放大电路的应用举例3.1 音频放大器的设计与实现3.2 信号增强器的应用案例3.3 无线通信中的单极放大电路总结:通过对单极放大电路的深入分析，我们可以得出以下结论：单极放大电路作为一种常见并且简单的放大器电路，具有广泛的应用领域。
它的基本概念、组成和工作原理都是基于一系列的电子元器件相互作用的结果。
在设计和实现单极放大电路时，我们需要考虑输入信号的耦合方式、偏置电压的设置、输出电容和负载电阻的选择等因素。
同时，要注意确定合适的工作点和了解增益计算方法，以及频率响应和带宽的分析。
通过丰富的应用案例，我们可以更好地理解单极放大电路在音频放大、信号增强和无线通信等领域的重要性。
观点与理解:根据我的理解，单极放大电路是一种非常有用的电子电路。
它不仅可以实现信号的放大和增强，还可以在音频和无线通信等领域发挥重要作用。
通过合理设计和调整单极放大电路的各个参数，我们可以获得所需的增益和频率响应，从而满足特定应用的要求。
同时，单极放大电路的简单结构和易于调试的特点，使其成为电子工程师们喜爱的选择之一。
总结：本文对单极放大电路的运作原理进行了全面而深入的阐述。
通过对基本概念、组成部分和工作原理的分析，以及应用实例的介绍，读者能够更好地理解单极放大电路的工作机制和应用领域。
单管共发射极放大器.
单管共发射极放大器3.1 单管共发射极放大器3.1.1 【本章难点】分压式电流负反馈偏置电路与射极输出器的分析放大器的调整与调试【本章要点】基本放大器的组成及工作原理静态工作关系判断与稳定微变等效电路分析方法三种放大电路(共射,共集,共基电路)多级放大电路的四种耦合方式三极管工作在放大区:发射结正偏,集电结反偏.3.1 单管共发射极放大器3.1.1 电路的组成放大元件iC= iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏.电路的组成各元件作用:使发射结正偏,并提供适当的静IB和UBE.基极 3.1.2 静态工作点ui=0时由于电源的存在,电路中存在一组直流量.ICIEIB+UBE-+UCE-由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入,输出特性曲线上的一个点,所以称为静态工作点.IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区,以保证信号不失真.开路画出放大电路的直流通路2. 静态工作点的估算将交流电压源短路,将电容开路.直流通路的画法:开路画直流通路:Rb称为偏置电阻,IB称为偏置电流.(1)用估算法分析放大器的静态工作点( IB,UBE,IC,UCE)IC= IB例3-1:用估算法计算静态工作点.已知:VCC=12V,RC=4K ,Rb=300K , =37.5.解:请注意电路中IB和IC的数量级UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB,IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC2. 图解法确定静态工作点对交流信号(输入信号ui)交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法:将直流电压源短路,将电容短路.短路短路置零3.1.3 动态分析1.交流通路2.交流负载线输出端接入负载RL:不影响Q影响动态!交流负载线ic其中:uce=-ic(RC//RL)= -ic RL交流量ic和uce有如下关系:即:交流负载线的斜率为:uce=-ic(RC//RL)= -ic RL或ic=(-1/ RL) uce交流负载线的作法:①斜率为-1/R'L .( R'L= RL‖Rc )②经过Q点.交流负载线的作法:iCuCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L .( R'L= RL‖Rc )②经过Q点.注意:(1)交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹.(2)空载时,交流负载线与直流负载线重合.iBuBEQuiibic交流放大原理(设输出空载)假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号 ui ib静态工作点3 用图解法分析放大器的动态工作情况iCuCEuce注意:uce与ui反相!uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反结论:(1)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变(2)输出uo与输入ui相比,幅度被放大了,频率不变,但相位相反. uituBEtiBtiCtuCEtuotiCuCEuo可输出的最大不失真信号(1)合适的静态工作点ib4.静态工作点对输出波形的影响iCuCEuo(2)Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形iCuCEuo(3)Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称"非线性失真"动画演示条件:交流小信号思路:将非线性的BJT等效成一个线性电路3.2 微变等效电路分析法3.2.1 简化的晶体管共发射H参数1,三极管的h参数等效电路根据网络参数理论:求变化量:在小信号情况下:各h参数的物理意义:iBuBEuBEiB——输出端交流短路时的输入电阻,用rbe表示.——输入端开路时的电压反馈系数,用μr表示.iBuBEuBEuCEiCiBiCuCE——输出端交流短路时的电流放大系数,用β表示.——输入端开路时的输出电导,用1/rce表示.iCuCEiCuCE该式可写为:由此画出三极管的h参数等效电路:2,简化的h参数等效电路(1)μr105,忽略.得三极管简化的h参数等效电路.3,rbe的计算:由PN结的电流公式:(常温下)其中:rbb'=200Ω所以:1. 画出放大器的微变等效电路(1)画出放大器的交流通路(2)将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替3.2.2 用H参数等效电路分析共发射极放大器2,电压放大倍数的计算:负载电阻越小,放大倍数越小.电路的输入电阻越大,从信号源取得的电流越小,因此一般总是希望得到较大的的输入电阻.3,输入电阻的计算:根据输入电阻的定义:定义:当信号源有内阻时:由图知:所以:所以:4,输出电阻的计算:根据定义:+-例3.2 共射放大电路如图所示.设:VCC=12V,Rb=300kΩ,Rc=3kΩ, RL=3kΩ,BJT 的b =50.1,试求电路的静态工作点Q.解:2,估算电路的电压放大倍数,输入电阻Ri和输出电阻Ro.解:画微变等效电路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ3. 若输出电压的波形出现如下失真 ,是截止还是饱和失真应调节哪个元件如何调节解:为截止失真.应减小Rb.对于前面的电路(固定偏置电路)而言,静态工作点由UBE, 和ICEO决定,这三个参数随温度而变化.Q变UBEICEO变T变IC变1. 温度对静态工作点的影响3.3 静态工作点稳定电路3.3.1 温度影响静态工作点1,温度对UBE的影响iBuBE25 C50 CTUBEIBIC2,温度对值及ICEO的影响T, ICEOICiCuCEQQ温度上升时,输出特性曲线上移,造成Q点上移. 总之:TICI1I2IB选I2=(5~10)IB ∴I1 I2ICIE(1) 结构及工作原理3.3.2 分压式电流负反馈偏置电路静态工作点稳定过程:TUBEICICIEUEUBE=UB-UE=UB - IE ReUB稳定IB由输入特性曲线I1I2IBICIE(2)静态分析IB=IC/UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re= (UB- UBE)/ Re电容开路,画出直流通道将电容短路,直流电源短路,画出电路的交流小信号等效电路(3)动态分析:电压放大倍数:RL= RC // RL输入电阻:输出电阻:思考:若在Re两端并电容Ce会对Au,Ri,Ro有什么影响1. 结构:3.4 单管共集电极电路3.4.1 电路的组成2. 静态分析:IBIEUBEUCE3. 动态分析(1)交流通道及微变等效电路(2)电压放大倍数:(2)输入电阻3,输出电阻射极输出器的特点:电压放大倍数=1,输入阻抗高,输出阻抗小.3.4.4射极输出器的应用1,放在多级放大器的输入端,提高整个放大器的输入电阻. 2,放在多级放大器的输出端,减小整个放大器的输出电阻. 2,放在两级之间,起缓冲作用.共基极电路3.5 共基极放大电路简介1. 静态工作点直流通路:2. 动态分析画出电路的交流小信号等效电路(1)电压放大倍数(2)输入电阻(3)输出电阻3. 三种组态的比较电压增益:输入电阻:输出电阻:共集共基共射频率响应——放大器的电压放大倍数与频率的关系下面先分析无源RC网络的频率响应其中: 称为放大器的幅频响应称为放大器的相频响应3.6 单管共发射极放大器的频率特性(1)频率响应表达式:令:则:幅频响应:相频响应:1. RC电路的频响(1)频率响应表达式:令:则:幅频响应:相频响应:2.RC高通电路的频响f0.01fL0.1fLfL10fL-20-40最大误差 -3dB斜率为 -20dB/十倍频程的直线幅频响应:20dB/十倍频可见:当频率较高时,│AU │ ≈1,输出与输入电压之间的相位差=0.随着频率的降低, │AU │下降,相位差增大,且输出电压是超前于输入电压的,最大超前90o.其中,fL是一个重要的频率点,称为下限截止频率.f0.01fL0.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍频相频响应f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°对于如图所示的共射放大电路,分低,中,高三个频段加以研究.1 .中频段所有的电容均可忽略.可用前面讲的h参数等效电路分析中频电压放大倍数:3.6 单管共发射极放大器的频率特性2. 低频段在低频段,三极管的极间电容可视为开路,耦合电容C1,C2不能忽略.为方便分析,现在只考虑C1,将C2归入第二级.画出低频等效电路如图所示. 可推出低频电压放大倍数:该电路有一个RC高通环节.有下限截止频率:共射放大电路低频段的波特图幅频响应 :相频响应 :f0.01fL-180°0.1fLfL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fLfL10fL20dB/十倍频在高频段,耦合电容C1,C2可以可视为短路,三极管的极间电容不能忽略.这时要用混合π等效电路,画出高频等效电路如图所示.3. 高频段用"密勒定理"将集电结电容单向化.用"密勒定理"将集电结电容单向化:其中:用戴维南定理将C左端的电路进行变换:忽略CN,并将两个电容合并成一个电容: 得简化的高频等效电路.其中:可推出高频电压放大倍数:其中:其中:该电路有一个RC低通环节.有上限截止频率:共射放大电路高频段的波特图幅频响应 :相频响应 :f0.1fH-180°fH10fH100fH-225°-270°f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程(1)通频带:(2)带宽-增益积:│fbw×Aum│BJT 一旦确定,带宽增益积基本为常数两个频率响应指标:f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程3.6.3 频率失真若放大电路的通频带不够宽,则对信号中各种频率的正弦波成分的放大倍数和附加相移会产生影响,使输出信号波形产生失真,这种现象称为频率失真.由于放大倍数的值随频率变化所产生的波形失真称为幅频失真,如图(b)所示.由于相位差随频率而变所产生的波形失真称为相频失真.如图 (c)所示.3.7 多级放大电路3.7.1 多级放大器的耦合方式1.阻容耦合优点:各级放大器静态工作点独立.输出温度漂移比较小.缺点:不适合放大缓慢变化的信号.不便于作成各级放大器静态工作点相互影响.输出温度漂移严重.缺点:可放大缓慢变化的信号.电路中无电容,便于集成化.3.变压器耦合利用变压器初次级线圈之间具有"隔离直流耦合交流"的作用,使各级放大电路的静态工作点相互独立,从而使交流信号顺利地传输到下一级,故称为变压器耦合方式.这种耦合方式突出的优点就是能够利用变压器的变压比进行阻抗,电压和电流的变换.变压器耦合4. 前级与后级之间的耦合元件是光电耦合器件,因此称为光电耦合方式.光电耦合方式既可传输交流信号又可传输直流信号,还可实现前,后级之间的电流隔离,抗干扰能力强,另外便于集成.3.7.2 多级放大器的频响多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积,即多级放大电路幅频特性和相频特性的表达式为总的电压放大倍数的幅值为各级电压放大倍数幅值的乘积,总的相位差为各级相位差的代数和.多级放大电路的频带宽度小于各单级放大电路的频带宽度.所以多级放大电路虽然放大倍数提高了,但是频带宽度却变窄了,总的相位差是各单级相位差的叠加 . 两级放大电路频率特性以图示的两级放大电路的频率特性曲线为例,进行讨论:3.7.3 放大倍数(增益)的分贝表示法电压放大倍数用分贝表示(即电压增益)为当输出量大于输入量时,电压放大倍数的分贝值为正;当输出量小于输入量时,电压放大倍数的分贝值为负(称衰减);当输出量等于输入量时,电压放大倍数的分贝值为0.电压增益用分贝表示的优点就是可以把多级放大电路中的乘,除运算转变成对数的加减运算,使计算简单化.1.放大器的噪声放大器的噪声是放大器中各元件内部载流子的不规则运动所造成的.如果放大器的负载是电声设备,此时就会出现杂音,所以通常叫做"噪声".按照噪声来源的不同,可大体分为晶体管内部噪声和电阻热噪声两种.(1) 晶体管内部噪声当晶体管有电流通过时,就会产生噪声.如果是由于做不规则热运动的载流子通过晶体管内体电阻而产生的,称为热噪声;如由于发射区向基区注入载流子数目发生变化,而使各极电流产生不规则波动,称其为散粒噪声;如由于制造工艺水平或由于载流子的无规则热运动,使得任意时刻通过导体横截面的当放大器周围存在杂散电磁场时,放大器的输入电路或某些重要元件处于这种变动的电场和磁场中,就会感应出干扰电压.当干扰磁场足够强时,在输入端产生的干扰电压就会妨碍放大器的正常工作.(2)直流电源电压波动引起的干扰通常放大器的直流电源是由交流电经整流滤波后得到的,若滤波效果不好,则直流电源电压就会有交流成分,使放大器中晶体管集电极电流产生波动而形成干扰电压.防止这种干扰现象的发生,可采用稳压电源来代替整流滤波后的直流电源.(3)交流电源引起的干扰当交流电网的负载突变时,在突变处交流电源线与地之间将产生高频干扰电压,由此产生的高频电流通过稳压电源,放大器等经过地线再回到突变处.由交流电源产生的高频干扰对放大器的正常工作会产生一定的影响.3.9 放大器的调整与调试1.放大器的调整(1)放大器的组成原则①因为放大电路的实质是一个能量为了获得最大不失真的输出电压,放大电路的静态工作点应该选在输出特性曲线中交流负载线的中点附近,若工作点选得太高,就会引起饱和失真;若工作点选得太低,就会产生截止失真.对于小信号放大电路,由于输出交流信号幅度较小,非线性失真不是主要问题,因此工作点不一定选在交流负载线的中点,可以选得低一些,这样还可使放大电路耗电小,噪声低,输入电阻高.若希望放大电路的增益高,就要使工作点适当高一些.(2)多级放大器的调试若设计电路为阻容耦合或变压器耦合,由于其耦合特点使静态工作点相互独立,所以调试时与单级放大器相同.若为直接耦合,由于各级静态工作点相互影响,所以应反复调试最终使各级静态工作点达到一个相对合适的位置.本章小结1.基本放大电路的组成. BJT加上合适的偏置电路(偏置电路保证BJT 工作在放大区).2.交流与直流.正常工作时,放大电路处于交直流共存的状态.为了分析方便,常将两者分开讨论.直流通路:交流电压源短路,电容开路.交流通路:直流电压源短路,电容短路.3.三种分析方法.(1)估算法(直流模型等效电路法)——估算Q.(2)图解法——分析Q(Q的位置是否合适);分析动态(最大不失真输出电压).(3)h参数交流模型法——分析动态(电压放大倍数,输入电阻,输出电阻等).************************************* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * * * * * * * * * *。
[整理]1晶体管单极放大器.
![[整理]1晶体管单极放大器.](https://img.taocdn.com/s3/m/62f3aace0242a8956aece413.png)
姓名：周卫华同组人员：魏才盛实验日期：2012年实验名称：晶体管单级放大器一．实验目的（1）掌握用Multisim9.0仿真软件分析单极放大器主要性能指标的方法。
（2）掌握晶体管放大器静态工作点的测试和调整方法，观察静态工作点对放大器输出波形的影响。
（3）测量放大器的放大倍数，输入电阻和输出电阻。
二、实验原理即图2.1－1 晶体管单级放大器1、放大器静态工作点的选择和测量放大器的基本任务是不失真的放大小信号。
为了获得最大不失真输出电压，静态工作点应选在输出特性曲线上交流负载线的中点。
若工作点选的太高，则容易引起饱和失真；而选的太低，又易引起截止失真。
（1）直接法：将万用表电流档串入集电极电路直接测量。
此法精度高，但要断开集电极回路，比较麻烦。
当按照上述要求搭好电路，在输入端引入正弦信号，用示波器观察输出。
静态工作点具体的调节步骤如下：根据示波器上观察到的现象，做出不同的调整动作，反复进行。
当加大输入信号，两种失真都出现，减小输入信号，两种失真同时消失，可以认为此时的静态工作点正好处于交流负载线的中点，就是最佳的静态工作点。
去掉输入信号，2.电压放大倍数的测量电压放大倍数是指放大器的输入电压Ui输出电压Uo之比Au=Uo/Ui （2.1-5）用示波器分别测出Uo和Ui，便可按式（2.1-5）求得放大倍数，电压放大倍数与负载Rl有关。
3.输入电阻和输出电阻的测量（1）输入电阻Ri用电流电压法测得，电路如图2.1-3所示。
在输入回路中串接电阻R=1kΩ，用示波器分别测出电阻两端电压Ui和Us，则可求得输入电阻Ri 为Ri=Ui/Ri=Ui×R/（Us-Ui）（2.1-6）图2.1-3电阻R不宜过大，否则引入干扰；也不宜过小，否则误差太大。
通常取与Ri同一数量级。
（2）输出电阻Ro可通过测量输出端开路时的输出电压Uo1，带上负载Rl后的输出电压Uo2。
Ro=（Uo1/Uo2-1）×Rl （2.1-7）三．实验内容（一）计算机仿真部分连接晶体管单极放大电路如图1.1所示：图1.11.静态工作点的调整和测量（1）如上图所示，示波器A通道接放大器输入信号，B通道接放大器输出信号。
单级低频小信号放大器
｛第3章单级低频小信号放大器本章重点1．掌握共发射极放大电路、分压式偏置电路的工作原理和静态工作点估算；2．了解温度对静态工作点的影响；3．掌握共发射极放大电路的图解分析法和估算法。
本章难点1．共发射极电路的工作原理。
2．估算静态工作点，电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
3．分压式偏置电路的工作原理。
学时分配3.1 放大器的基本概念3.1.1 放大器概述放大器：把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。
基本特征是功率放大。
扩音机是一种常见的放大器，如图3.1.1所示。
声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信号；再送入电压放大器和功率放大器进行放大；最后通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得多的声音。
图3.1.1 扩音机框图图3.1.2 放大器的框图3.1.2 放大器的放大倍数放大器的框图如图3.1.2所示。
左边是输入端，外接信号源，v i 、i i 分别为输入电压和输入电流；右边是输出端，外接负载，v o 、i o 分别为输出电压和输出电流。
一、放大倍数的分类1．电压放大倍数io V V A v = (3.1.1) 2．电流放大倍数io I I A i =(3.1.2) 3．功率放大倍数i o P P A p =(3.1.3) 三者关系为v i P A A V I V I P P A ⋅===i i o o i o (3.1.4) 二、放大器的增益增益G ：用对数表示放大倍数。
单位为分贝(dB )。
1．功率增益G P = 10lg A P (dB ) (3.1.5)2．电压增益G v = 20lg A v (dB ) (3.1.6)3．电流增益G i = 20lg A i (dB ) (3.1.7)增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。
例如，放大器的电压增益为20 dB ，则表示信号电压放大了10倍。
又如，放大器的电压增益为-20 dB ，这表示信号电压衰减到1/10，即放大倍数为0.1。
单级放大器的设计
單級放大器的設計單級放大器是放大器設計的基礎，這個實驗是要介紹不同單級放大器的特性，及簡單電阻負載放大器的偏壓設計。
2. 共源極放大器3. 射極與源極隨耦器一、雙載子接面電晶體（bipolar junction transistor，BJT）回顧好久沒碰BJT了，複習一下BJT的特性。
一個npn BJT偏壓調在順向活性區（forward active）時，V BE差不多維持在0.7V左右，變化不大，而且這時的I C是I B的β倍。
我們還要注意，V CE必須大於0.2V。
BJT在順向活性區的簡單電路模型總結如下圖：簡易小訊號模型如下：分為VCCS和CCCS模型CE>0.2VBCVCbeBC二、共射極放大器（Common-Emitter Amplifier ）下面我們利用這個簡單的BJT 模型瞭解右圖電路的操作：1. 靜態偏壓分析 這是一個標準的four-resister bias circuit ，R 1和R 2將電晶體Q 1偏壓在順向活化區，基極的靜態偏壓約為V B =V CC [R 2/(R 1+R 2)]，這裡假設I B 很小，不影響V B 之偏壓值。
射極的偏壓V E 約為V B -0.7V ，射極的靜態電流I E =V E /R E ，集極電流I C =I E [β/(β+1)]≈I E （通常β>>1）。
C 1為阻隔電容（blocking capacitor ），使Q 1基級偏壓不受輸入電壓V in 的直流部份影響。
2. 功能分析假如在V in 輸入交流訊號∆V ，而C 1對∆V 可視為短路，因此∆V B =∆V ，又射極的電壓會隨V B 變化，∆V E =∆V B =∆V ，若輸出訊號由射極接出，則此電路為一射極隨耦器（emitter follower ），類似的電路在上學期已經測量過。
假如輸出是由集極接出呢？這裡我們看一下∆V C 多大。
∆I C ≈∆I E =∆V E /R E =∆V/R E ，又V C =V CC -I C R C ，∆V C =-R C ∆I C ，故 ∆V C =∆V ×(-R C /R E )。
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采用电阻负载的共源级 采用二极管负载的共源极 采用电流源负载的共源极 采用工作在线性区的MOS为负载的共源极 带源级负反馈的共源极
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采用电阻负载的共源级(CS)
Ch. 3 # 12
采用电阻负载的共源极
采用电阻负载的共源极： 借助自身的跨导，MOS管 可以将栅-源电压的变化转 换成小信号的漏极电流， 小信号的漏电电流流过电 阻就会产生输出电压。
(a)
对于图(a)、(同 、 (a) (b)
Vx 1 1 ||ro Ix gm gm b gm gm b
对于图(c)
VX R D + r0 RD 1 = ≈ + IX 1+(g m + g mb )r0 (g m + g mb )r0 g m + g mb
信号太小： 不能驱动负载 不能克服后继噪声 不能为数字电路提供逻辑电平 本章主要讨论：CMOS单极放大器的低频特性 简化的目的：采用适当的近似来建立复杂电路的简单 模型
模拟电路设计的八边形法则
放大器参数选择
功耗、电源电压、线性度、噪声和 最大电压摆幅、输入输出阻抗
#4
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模拟设计的小信号概念(1)
(1 + gmr0 )VX = (r0 + RD + gm RDr0 )I X
r0 RD g m r0 RD VX Rin IX 1 g m r0 1 RD RD g m g m r0
gmR0>>1
例：求下列电路的低频小信号输出电阻(γ＝0)
Vgs = -VX
VX = (IX + gmVgs )r0 + IX RD (IX - gmVX )r0 + IX RD
易观察到的两个问题：
•放大器增益最大可达到多少？
•输出电压摆幅最大为多少？
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Ch. 3
增益的计算
Δy = f(x0 +Δx)- f(x0 )≈f(x0 )Δx
Δy A= = f(x0 ) Δx
考虑饱和区，根据其斜率考虑小信号增益 f（x）
Vout VDD I D RD VDD RD
W ox L
VRD ID
1 1 = (10~ 30) >> gm gm
1 1 r0 // ≈ gm gm
Ch. 3 # 22
电阻负载CS放大器设计参数的制约关系
A v g m R D 2μ C
W n ox L
IDR D Av 2μ C
W n ox L
VR D ID
•增益AV与W/L、ID、RD(VRD)三个参数有关。 •若保持ID、RD为常数， W/L↑，AV ↑，但MOS管寄生电容↑，高频相应(放 大器的f3dB↓)变差。 •若保持为ID、 W/L常数， RD↑，AV ↑，这意味着VDS ↓，放大器静态工作点下 移，输出电压的摆幅↓。 •若保持W/L、VRD不变，ID ↓， AV ↑，这意味着RD ↑，版图面积↑，电阻噪声 ↑，放大器速度↓(输出节点时间常数RC ↑)，沟道调制效应的影响↑ (r0与RD更 接近)。 •总之，若为提高增益而使 RD↑，就会导致输出电压的摆幅↓，版图面积↑，电 阻噪声↑，放大器速度↓，因此电阻复杂CS放大器一般不常用 。
注意该值(|vgs(t)| 0.1V)比BJT相对与VBE
= 0.7V的|vbe(t)| 10mV大得多,这是因为Id 与Vgs成平方关系,而Ic与Vbe成指数关系, Ic=f(vbe)曲线比 Id=f(vgs)曲线陡峭得多。
Ch. 3 # 8
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MOS管的小信号电阻r0
0.005λ0.03[V-1]
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共源极
• • • • •
采用电阻负载的共源级 采用二极管负载的共源极—工作在饱和区MOS 采用电流源负载的共源极 采用工作在线性区的MOS为负载的共源极 带源级负反馈的共源极
二极管连结MOS管的工作状态
（精确制作电阻比较困难，可以用MOS管来代替.将栅极和漏 极短接，相当于一个小信号电阻）
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MOS二极管连接负载的共源极
Rin=[1/(gm2+gmb2)]//r02
Av = -gm ro||RD
NMOS负载时，考虑等效输出阻 抗,λ≠0，γ≠0
1 Av gm 1 ( ||ro 1||ro 2) gm 2 gm b 2
Rin=(1/gm2)//r02
PMOS负载时，考虑等效输出 阻抗, λ≠0，γ=0 1 Av g m 1( ||ro 1||ro 2 ) gm 2
Vout VDD I D RD VDD RD
nCoxW
2L
(Vin VTH ) 2
（3）三级管区：输入电压Vin增大至Vin1 =Vout +VTH ， M1工作在线形区，此区跨导会下降。（不希望出现）
采用电阻负载的共源级(CS)
V0
斜率(即增益)最大为多少？
为摆 输 多幅 出 少最 电 ？大 压 静态工作点 Vin
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二极管连接的MOS管的小信号等效电阻
二极管连接的MOS管从源极看进去的 小信号等效电阻： （b：衬底）
Vx (gm gm b)Vx Ix ro
常 用 公 式
Vx 1 1 ||ro Ix gm gm b gm gm b
考虑体效应，从源级看过来，阻抗减小
二极管连接的MOS管小信号阻抗
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Ch. 3
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MOS二极管连接负载的共源极（ λ＝0 ）
η gm b 2 / g m 2
Rin≈1/(gm2+gmb2)
1 gm 1 1 Av gm 1 gm 2 gm b 2 gm 2 1 η
(W/L) 1 1 Av (W/L) 2 1 η
时
模拟CMOS集成电路设计： 间：2009年12月10日
韩 可 电子工程学院
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第3章单级放大器
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3.1 基本概念 3.2 共源级 3.3 源跟随器 3.4 共栅极 3.5 共源共栅极
为什么要放大
MOS管二极管连结并导通时,Vg=Vd,显然,不论 是NMOS还是PMOS管,均工作在饱和区
Ch. 3 # 25
求下列电路的低频小信号输出电阻(γ＝0)
Vgs = VX - I X RD VX = (I X - g mVgs )r0 + I X RD
(I X + g m RD I X - g mVX )r0 + I X RD
Rin ≈ 1/gm2
n (W/L)1 Av p (W/L)2
(后面讲述推导)
增益与偏置电流无关，即输入与输出 呈线性(大信号时也如此！) 问题:ID10时，M2是工作在饱和区还是线性区?
MOS管的交流电流分量为:
? 1 W 1 W 2 W W 2 id k n ' (VG S VT H )vg s k n ' v g s k n ' (VG S VT H)vg s k n ' v g s L 2 L L 2 L
小信号的假定条件:
|vg s| 2(V GS V T H)
VDS >Vgs - VTH
MOSFET的跨导gm
跨导：漏电流的变化量除以栅源电压的变化量
gm = I D VGS
VDS=const
W = μnCox (VGS - VTH ) L
含义：跨导越大，VGS微小的变化也会引起漏电流产生 很大的变化. 器件进入三极管区,跨导下降 跨导是MOS管固有的衡量指标
跨导：漏电流的变化量除以栅源电 压的变化量。
Ch. 3 # 6
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模拟设计的小信号概念(3)
MOS管总电流为:
1 W 1 W 2 iD ID id k n ' (vG S VT H ) k n ' (VG S v g s VT H )2 2 L 2 L 1 W W 1 W 2 2 k n ' (VG S VT H ) k n ' (VG S VT H )vg s k n ' v g s 2 L L 2 L
VA 1 ro ID λ ID
1 W 2 iD (μ n C o x ) (vG S VT H ) (1 λv D S ) 2 L
Ch. 3 # 9
第3章单级放大器
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3.1 基本概念 3.2 共源级 3.3 源跟随器 3.4 共栅极 3.5 共源共栅极
共源极
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电阻负载共源级的ID(Vin)、gm（Vin）
VinA
VinA-VT
VinA-VT A
M1在饱和区
gm=β(Vgs-VT)
M1在线性区
gm=βVDS 临界饱和点A
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例3.1 M1漏电流和跨导与输入电压Vin的函数关系
Vin>VTH，漏电流显著增大
跨导：饱和区增大，三极管区迅速减小
nCox W 2 ID = [2(VGS - VTH )VDS - VDS ] 2L
W g m nCox VDS L
采用电阻负载的共源极
将不同的I/V特性代入得到(b) 图曲线： （1）截止区：输入电压Vin从0 开始增大,但小于阈值电压， M1截止，输出电压Vout为VDD （2）饱和区：输入电压Vin增 大至VTH ，M1开始导通，RD有 电流流过，输出电压Vout小于 VDD