工程师常用模拟电路设计2

工程师常用模拟电路设计、计算、仿真及制作

第二章双极结型三极管、场效应管应用电路

2.1双极结型三极管及其应用电路

2.1.1基极分压式射极偏置共射放大电路

电路如图2.1所示。

共射放大电路是用途非常广泛的低频电压放大电路。也是所有模拟电路教材讨论最多的电路。在设计、制作时有许多需要注意的问题。在图2.1所示电路中。通过仿真，仿真波形如图2.2所示，我们可以看到，电路具有很强的电压放大能力。因此该电路一般作为低频低压放大器使用。在该电路中，其静态工作点：

)

(4342

w 12R R I V V I I R V V I I V R R R R V C CC CE C B BE B E C CC B +-==

-=

≈++=β下取β=100，V BE =0.7V ，R W 下=0.75R W ，则：

V B =3.3V ，I C =1.3mA ，I B =13uA ,V CE =5.5V.

电路的电压放大倍数为：

图2.2共射放大电路仿真波形

图2.1共射放大电路原理图

E

T V I V R R A ）（ββ++=-

=1200r r )

//(be be

53计算可得：

r be ≈2.22K Ω，A V ≈-68.

电路的输入、输出电阻分别为：

Ri=（R 1+R W 下）//R 2//r be ≈r be =2.22K Ω

Ro=R 3=3K Ω.

由图2.3可知，该电路的中频增益为37.187dB 。

利用仿真测出该电路的f L ≈75Hz ，f H ≈23.6MHz 。

通频带宽度约为23.6MHz.

该电路在设计与制作中应注意如下问题：

（1）多数情况下，电源电压一般取9~15V 左右。因此静态工作点中的V B 一般取3~5V ，R1中流过的电流一般取基极电流的5~10倍。因此可以大致确定R1、R2和Rw 的数值。

（2）通过调整Rw 的值，确定合适的静态工作点。增减Rw ，使饱和失真和截止失真最小或者两者基本同时出现，该点即为合适的静态工作点。

（3）电路的下限频率与耦合电容和旁路电容有关，适当增大耦合电容和旁路电容可使下限频率下降。

2.1.2共集电极放大电路

共集电极放大电路又称为射极输出器或射极跟随器。电路如图2.4所示。

共集电极放大电路静态工作点的要求与共射电路类似，不再赘述。

在模拟电路教材中，我们已知：

（1）共集电极电路A V ≈1；

（2）输入电阻大；

（3）输出电阻小。

（4）电路具有很强的电流放大作用：

A i =1+β

共集电极放大电路在设计制作中应注意：

（1）电路的静态工作点的调试与共射电路类似；

（2）充分利用共集电极电路的特性，如电压跟随作用，阻抗变换作用、电流放大作用图2.3共射放大电路仿真频率测试

图2.4共集电极放大电路

等。

共集电极电路的仿真如图2.5所示。

2.1.3共基极电路

共基极电路又称为电流跟随器，如图2.6所示。

从模拟电路教材得到如下结论：

（1）I O ≈I i （电流跟随作用）；

（2）输入电阻小；

（3）输出电阻与共射电路相当；

（4）有很强的电压放大作用：

be 'r L V R A β=共基极放大电路在设计制作中应注意如下问题：

（1）该电路的静态工作点与共射电路相同；

（2）共基极电路适合高频和宽频带电路；

（3）该电路的输入阻抗小，注意信号源与电路的

阻抗匹配。

从仿真波形图2.7

：共基极电路具有较强的电压放大作用。

图2.8仿真可以得到，该电路f L =702Hz ，f H =32MHz 。由此可以看出，共基极电路具有较

高的上限频率和较宽的通频带。

图2.7共基极放大电路电压波形

图2.5共集电极放大电路仿真波形

图2.6共基极放大电路

2.2场效应管及其放大电路

2.2.1CMOS 场效应管

（1）CMOS 场效应管共源放大器

CMOS 场效应管(以N 沟道增强型为

例)共源放大器电路如图2.9所示。

电路仿真如图2.10所示。

电路中：

输入电阻

3

21//R R R R i +=输出电阻

5

R R O =图2.8共基极放大电路频率响应

图2.9稳定Q 点共源极放大电路

电压增益

5

R g A m V -=该电路中的参数是经过仿真调试的，

设计制作中可直接引用。由仿真测出该

电路的电压放大倍数约为75。由此可见，

该电路具有很强的电压放大能力，同时，

输出电压与输入电压相位相反。与BJT

共射放大电路相似。

（2）CMOS 场效应管共漏放大器

CMOS 场效应管共漏放大器电路如

图2.11所示。由模拟电路可知：ds m

ds v m ds o i r R g r R A g r R R R R R //1//1//

////4442

1+===从上面增益表达式可以看出，共漏极放大电路的

电压增益是小于1，但接近于1。所以该电路也是一

个电压跟随器。

仿真的电压波形图如图2.12所示，从仿

真电压波形图上也证明该电路是电压跟随器。

结型场效应管放大器与CMOS 场效应管

放大器类似，这里不再赘述。

2.2.2FET 使用注意事项（1）FET （包括MOS 型和结型）通常制

成漏极与源极可以互换，而其V-I 特性没有明

显的变化。但有些产品出厂时已将源极与衬底

连在一起，这时源极与漏极不能对调，使用时

必须注意。

（2）在MOS 管中，有的产品将衬底引出

（这种管子有四个管脚），可让使用者视电路

的需要任意连接。一般来说，应视P 沟道、N

沟道而异，P 衬底接低电位，N 衬底接高电位。但在某些特殊的电路中，当源极的电位很高或很低时，为了减轻源衬间电压对管子导电性能的影响，可将源极与衬底接在一起。

图2.10共源极放大电路仿真电压波形

图2.11共漏极放大电路原理图

图2.12共漏极放大电路仿真电压波形图

（3）JFET的栅源电压不能接反，但可以在开路状态下保存。而MOSFET由于栅极-衬底之间的电容量很小，只要有少量的感应电荷就可以产生很高的电压，同时R GS很大，所感应的电荷难以释放，以至于感应电荷所产生的高压有可能使极薄的绝缘层击穿，造成管子损坏。因此，无论存放还是在工作电路中，都应在栅极-源极之间提供直流通路或加双向稳压管保护，避免栅极悬空。

（4）焊接时，电烙铁必须有外接底线，一屏蔽交流电场，防止损坏管子。特别是焊接MOSFET时，最好断电后焊接。

2.3常用三极管及场效应管电路

图2.1和2.9可以作为电压放大电路使用。

图2.4和2.11可以作为电压跟随器使用。

图2.13是一低噪声、较高上限频率（>1MHz）且能与具有较高内阻的信号源匹配的放大电路。

2.13低噪声放大电路原理图

图2.14是常用的电流-电压变换（I-V）电路。