11.1 共源放大器的设计
共源共栅运算放大器的设计
共源共栅运算放大器的设计共源共栅运算放大器，也称为共源共栅放大器或共栅源跟随器，是常用的运算放大器电路结构。
它由共源放大器和共栅放大器组成，可以提供高增益、宽带宽并具有高输入电阻和低输出阻抗的特点。
下面将详细讨论共源共栅运算放大器的设计。
设计目标：1.高增益：希望放大器具有高增益，以提供较大的放大倍数。
2.宽带宽：希望放大器具有较宽的频带，以传输更高频率的信号。
3.高输入电阻：希望放大器具有较高的输入电阻，以不对被测电路产生影响。
4.低输出阻抗：希望放大器具有较低的输出阻抗，以不对后级电路产生影响。
设计步骤：1.选择晶体管：选择性能良好、参数稳定的晶体管作为放大器的关键部件。
常用的晶体管有MOSFET和JFET，选用适合的型号，使其性能满足设计的要求。
2.偏置电路设计：根据晶体管的工作条件，设计偏置电路以保证放大器的工作稳定性。
通常采用电流源和电阻网络来实现晶体管的偏置。
3.增益极化设计：确定放大器的增益级数和增益大小，并选择适当的分压比例和电阻值，使得输出电压能够满足要求。
同时考虑增益的稳定性，防止输出波形失真。
4.频率补偿设计：由于共源共栅放大器的频率响应受到极点和零点的影响，需要设计频率补偿电路来提高带宽。
常用的频率补偿方法有米勒补偿电容和并联补偿电容等。
5.输入和输出阻抗设计：通过选择合适的电路参数和组件数值，使得输入电阻和输出电阻达到所需的要求。
一般采用反馈电阻网络来实现输入和输出阻抗的调节。
6.功耗和温度设计：考虑到功耗和温度对放大器性能的影响，需要进行功耗和热量分析，并选择适当的散热器来保证放大器的长期稳定工作。
7.电源设计：根据放大器的电源需求，选择适当的电源电压和电源过滤电路，以保证放大器的工作正常和稳定性。
以上是共源共栅运算放大器的设计步骤。
在设计过程中，需要综合考虑各种因素，并根据具体的应用场景和要求进行优化。
通过合理的设计和调试，可以获得性能良好的共源共栅运算放大器。
如何设计一个简单的放大器
如何设计一个简单的放大器放大器是电子设备中不可或缺的一部分，它能够将弱信号增强到足够的水平，以便于后续处理或输出。
设计一个简单的放大器并不难，只需要一些基本的电子元件和一些简单的电路连接，下面将介绍一种常见的放大器设计方法。
1. 选择放大器类型在设计放大器之前，首先需要确定所需要的放大器类型。
常见的放大器类型包括运放放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）和晶体管放大器等。
在这里，我们选择使用Op-Amp放大器，因为它具有简单、稳定以及高增益的特点。
2. 确定放大器的增益需求放大器的增益表示信号放大的程度，根据具体的应用需求，可以确定所需要的增益大小。
在这里，我们假设需要一个增益为10的放大器。
3. 选择合适的Op-Amp芯片根据放大器的增益需求，选择一个合适的Op-Amp芯片。
不同的芯片型号具有不同的参数和性能指标，需要根据具体需求进行选择。
在这里，我们选择了一款常用的Op-Amp芯片LM741。
4. 确定电源电压放大器通常需要供电，需要确定所需要的电源电压。
一般来说，Op-Amp芯片的工作电压为±15V，但是在一些低功耗应用中，可以选择低电源电压。
在这里，我们选择了±9V的电压供应。
5. 设计放大器电路根据所选择的Op-Amp芯片和电源电压，设计放大器的电路。
典型的Op-Amp放大器电路包括反馈电阻和输入电阻等。
对于我们所需的增益为10的放大器，可以采用非反向放大器的电路结构，如下图所示：(图例：Op-Amp非反向放大器电路图)在图中，R1和R2分别代表反馈电阻和输入电阻。
根据非反向放大器的公式可知，输出电压（Vo）与输入电压（Vin）的关系为Vo = Vin * (1 + R2/R1)。
根据所需要的增益为10，可以选择R2=9kΩ和R1=1kΩ。
通过调整R1和R2的比例，可以改变放大器的增益大小。
6. 组装放大器电路根据设计好的电路图，通过焊接等方式将电子元件进行连接和组装。
怎样设计一个简单的放大器电路
怎样设计一个简单的放大器电路在电子学中，放大器是一种重要的电路组件，用于增强信号的电压、电流或功率。
设计一个简单的放大器电路可以帮助我们更好地理解放大器的原理和工作方式。
本文将向您介绍如何设计一个简单的放大器电路，以及该电路的基本工作原理。
一、放大器电路的基本原理放大器电路主要由三个基本组件构成：输入信号源、放大器电路和输出负载。
输入信号源提供要放大的信号，放大器电路对该信号进行放大处理，输出负载接收并利用放大后的信号。
放大器电路的基本原理是将输入信号转换为相应增强的输出信号。
在放大器电路中，常用的放大方式有电流放大、电压放大和功率放大。
根据应用的不同需求，我们可以选择不同类型的放大器电路。
二、常用的放大器电路1. 电压放大器电路电压放大器电路是最常见的一种放大器电路。
它主要通过增加输入电压的大小来放大信号。
一个简单的电压放大器电路可以使用晶体管进行设计。
其中，晶体管的基极连接到输入信号源，发射极连接到地线，而集电极则提供放大后的输出信号。
2. 运放放大器电路运放是一种专门用于放大电压信号的集成电路。
运放放大器电路由一个运放芯片和其他几个元件（如电阻和电容）组成。
运放放大器电路具有高增益、低失真度和宽带宽等优点，常被用于音频放大和信号处理等领域。
3. 差动放大器电路差动放大器电路是一种特殊的放大器电路，主要用于抑制共模噪声。
它由两个输入端和一个输出端组成。
两个输入端分别输入相同大小但相位相反的信号，通过差动放大器电路的处理，可以有效抑制噪声，实现信号的增强和滤波。
三、设计一个简单的放大器电路为了设计一个简单的放大器电路，我们可以选择使用晶体管和几个基本元件。
以下是一个简单的电压放大器电路设计示例。
材料：- NPN型晶体管（如2N2222）- 电阻（如5kΩ，1kΩ）- 电容（如1μF）- 输入信号源- 输出负载（如扬声器）步骤：1. 连接电阻和电容将输入信号源连接到电阻R1，然后将R1与电容C1相连。
共源极放大器
Symbol 2N5457 2N5458 V GS(off)
Min -0.5 -1.0 Min 1.0 2.0
Typ Typ 3.0 6.0
Max -6.0 -7.0 Max 5.0 9.0
Unit Vdc
Symbol 2N5457 2N5458 I DSS
Unit mAdc
摘要
共源極放大器
分析CS放大器，你需要從直流值開始，估算 ID 值根據典型值；具 體電路從估計值變化。
VDD +12 V
對一個典型的 2N5458， 汲 極電流是多少？
C1
RD 2.7 kΩ Vout
2N5458
由規格表得到典型值 IDSS = 6.0 mA且 VGS(off) = −4 V。繪出負 載線可得到圖形解。
0.1 μF Vin 100 mV RG 10 MΩ RS 470 Ω C2 10 μF
摘要
疊接放大器 疊接放大器是組合CS和 CG的放大器，形成一個 好的高頻放大器。此電 路10 MHz的輸入信號和 輸出信號，顯示在下一 張投影片…
摘要
疊接放大器
疊接放大器的輸入信號 用紅色顯示，輸出用藍 色，增益是多少？
輸入的峰值電壓是 24.7 mV。 輸出的峰值電壓是 2.33 V。 AV = 94.3
+VDD RD C2 C1 RL Vin RG
Vout
摘要
增強型 E-MOSFET
E-MOSFET 是一個平常關閉的元件。這個 N通道的元件的偏壓在相 對源極的閘極是正電壓。如圖顯示是一個分壓器偏壓的E-MOSFET 放大器。
ID
增強模式
+VDD
RD R1 C1
场效应管共源放大器电路
场效应管共源放大器电路场效应管共源放大器是一种常见的放大器电路，常用于音频放大器、射频放大器等应用中。
本文将详细介绍场效应管共源放大器的基本原理、特点、工作原理以及优缺点等内容。
场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，由栅(Gate)、漏极(Drain)和源极(Source)组成。
栅极的电压控制漏极与源极之间的电导，通过改变栅极电压可以控制场效应管的工作状态和电流流动。
共源放大器是场效应管最常用的放大器电路之一，其基本构成由一个场效应管、输入电阻、输出电阻和负载电阻组成。
首先，我们来看一下场效应管共源放大器的工作原理。
当输入信号电压为正时，栅极电压增大，导致场效应管通道的电阻减小，电流增大，漏极电压下降；当输入信号电压为负时，栅极电压降低，导致场效应管通道的电阻增大，电流减小，漏极电压上升。
这样就实现了输入电压与输出电流的正向线性关系，实现了信号放大。
场效应管共源放大器具有以下几个特点：1.高输入电阻：由于场效应管的栅极与漏极之间是绝缘层隔离的，所以输入电阻很高，可以减小外部电路和信号源对放大器的影响。
2.低输出电阻：输出电阻由场效应管的漏极电压-漏极电流特性决定，通常较低，可以保持输出端电压的稳定性。
3.电压放大倍数高：由于场效应管的增益较高，可以实现较大的电压放大倍数。
4.频率响应宽：场效应管具有较宽的频率响应范围，可以适应不同频率范围的信号放大需求。
接下来，我们来详细分析场效应管共源放大器的工作原理。
为了方便分析，我们假设输入信号源的内阻很小，输出负载阻抗足够大，以及漏极电阻和负载电阻之间的电压下降忽略不计。
在静态工作点时，输入电压为0时，场效应管的栅极电压为Vgs0，漏极电流为Id0，漏极电压为Vdd。
这时电路的总电压可以表示为Vdd = Vds + Vgs，其中Vds为漏极电压，Vgs为栅极电压。
当有输入信号Vin时，由于输入电阻很高，可以忽略输入电流的影响，那么输入电路的总电流可近似为Id = Id0 + id，其中Id为静态工作点的漏极电流，id为输入信号引起的微小漏极电流变化。
如何设计和分析电子电路中的放大器
如何设计和分析电子电路中的放大器放大器在电子电路设计中起着至关重要的作用。
它们可以将输入信号放大到所需的幅度，并提供所需的功率输出。
设计和分析电子电路中的放大器需要一定的技巧和知识。
本文将介绍如何设计和分析电子电路中的放大器的一些基本原则和方法。
一、放大器的基本原理放大器是一种能够增加输入信号幅度的电路。
它由一个输入端、一个输出端和一个放大元件组成。
放大元件可以是晶体管、运放、功放等。
放大器的基本原理是利用放大元件的放大效应增加输入信号的幅度。
二、放大器的设计步骤设计一个电子电路中的放大器需要经过以下几个步骤：1. 确定放大器的类型根据实际需求和电路要求，确定放大器的类型。
常见的放大器类型包括共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
2. 选择放大元件根据放大器的类型和要求，选择合适的放大元件。
不同的放大元件具有不同的特性和性能，需要根据具体情况进行选择。
3. 计算放大器的增益根据放大器的输入信号和输出信号，计算放大器的增益。
增益是衡量放大器放大效果的指标，可以通过计算输入信号幅度和输出信号幅度的比值来得到。
4. 确定电路参数根据放大器的增益和要求，确定放大器的电路参数。
例如，输入电阻、输出电阻、偏置电压等。
5. 进行电路仿真和优化利用电子电路仿真软件，进行放大器电路的仿真和优化。
通过调整电路参数和元件的选择，使放大器的性能达到预期要求。
三、放大器的分析方法在设计电子电路中的放大器时，需要对放大器进行分析。
以下是常用的放大器分析方法：1. 直流分析直流分析是对放大器在稳态工作条件下的性能进行分析。
通过计算偏置电压、电流等参数，可以确定放大器的静态工作点，以及偏置电路的稳定性。
2. 小信号分析小信号分析是对放大器在信号幅度较小的情况下的性能进行分析。
通过线性化放大器的非线性元件，可以得到放大器对小信号的响应特性，例如频率响应、输入输出阻抗等。
3. 非线性分析非线性分析是对放大器在大信号幅度的情况下的性能进行分析。
电路中的放大器和滤波器设计
电路中的放大器和滤波器设计在电子领域中，放大器和滤波器是非常重要的电路组件。
放大器可以增加电信号的幅度，而滤波器可以对电信号进行频率选择。
本篇文章将介绍电路中放大器和滤波器的设计原理和常见类型。
一、放大器设计放大器是一种能够增加电信号幅度的电路，用于放大弱信号或改变信号的幅度。
根据放大器的工作原理和应用，可以分为多种类型，包括共射放大器、共基放大器和共集放大器。
以下分别介绍这三种常见的放大器设计。
1. 共射放大器设计共射放大器是一种常见的放大器类型。
它的工作原理是将输入信号接在基极，输出信号从集电极取出。
共射放大器可以通过适当选择电流源和电容器来实现频率响应的控制。
其电路图如下所示：在设计共射放大器时，需要确定输入和输出的阻抗匹配，以确保最大功率传输。
通常，通过选择合适的电容器和电阻，可以实现对输入和输出的匹配。
2. 共基放大器设计共基放大器是另一种常见的放大器类型。
它的工作原理是将输入信号接在发射极，输出信号从集电极取出。
共基放大器可以提供高电压增益和宽频带。
其电路图如下所示：在设计共基放大器时，需要注意选择合适的偏置电流和电容器，以实现所需的放大倍数和频率响应。
3. 共集放大器设计共集放大器是第三种常见的放大器类型，也被称为电压跟随器。
它的工作原理是将输入信号接在基极，输出信号从发射极取出。
共集放大器可以提供高输入和输出阻抗匹配。
其电路图如下所示：在设计共集放大器时，需要选择合适的电阻和电容器来实现频率响应的控制。
此外，也需要注意输入输出的阻抗匹配，以获得最大功率传输。
二、滤波器设计滤波器是一种能够选择特定频率范围内信号的电路。
共源放大电路课程设计
共源放大电路课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握共源放大电路的基本原理、设计和分析方法。
通过本课程的学习，学生应该能够：1.描述共源放大电路的基本结构和工作原理。
2.分析共源放大电路的输入输出特性，包括电压增益、输入阻抗和输出阻抗。
3.设计简单的共源放大电路，并能对其性能进行评估。
4.应用共源放大电路解决实际问题，如信号放大、滤波等。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括共源放大电路的基本原理、设计和分析方法。
具体内容包括：1.共源放大电路的基本结构和工作原理。
2.共源放大电路的输入输出特性。
3.共源放大电路的设计方法和步骤。
4.共源放大电路的应用实例。
三、教学方法为了达到本课程的教学目标，将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
具体方法如下：1.讲授法：通过讲解共源放大电路的基本原理、设计和分析方法，使学生掌握相关知识。
2.讨论法：学生进行分组讨论，分享学习心得和经验，提高学生的理解和应用能力。
3.案例分析法：分析实际应用中的共源放大电路案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题。
4.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手搭建和测试共源放大电路，提高学生的实践能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，将准备以下教学资源：1.教材：《电子电路基础》等相关教材。
2.参考书：提供相关的学术论文和书籍，供学生深入研究。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等教学资料，帮助学生更好地理解共源放大电路的相关知识。
4.实验设备：提供实验室设备，如模拟电路实验板、测试仪器等，让学生能够进行实际操作和测试。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观地评价学生的学习成果。
评估方式包括：1.平时表现：通过课堂参与、提问、小组讨论等环节，评估学生的学习态度和积极性。
2.作业：布置相关的练习题和项目任务，评估学生的理解和应用能力。
3.考试：安排期末考试，以评估学生对课程知识的掌握程度。
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Cb2
VDD vo
Rg1 Cb1 ＋ vi －
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＋ Rg2
RL
9
五、共源放大器设计方案仿真验证
Orcad功能简述 Pspice仿真步骤 Pspice仿真举例 实验要求
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10
相关资料
教材第3章（3.1~3.3 P19~40） 视频文件：
01启动pSpice 9.2.avi 02画电路图.avi 03修改元器件的标号和参数.avi 04设置分析功能.avi 05仿真前的准备工作.avi 06仿真.avi
vi (t) o vo (t) o t t
应调节 RB1 ，使其变 小
使放大器的输出vo不失真。
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2. 动态调试：Q点测量与调整
若vO波形的底部被削波
vi (t) o o vo (t) t t
这种现象称为 饱和失真 说明Q点偏 说明IBQ偏 大 高 ICQ偏 大
应调节 RB1 ，使其变Байду номын сангаас大
.model M2n7000 NMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0.2 Vmax=0 Xj=0 +Tox=2u Uo=600 Phi=.6 Kp=1.073u W=.12 L=2u Rs=20m Vto=1.73 +Rd=.5489 Rds=48MEG Cgso=73.61p Cgdo=6.487p Cbd=74.46p Mj=.5 +Pb=.8 Fc=.5 Rg=546.2 Is=10f N=1 Rb=1m)
如果出现VCEQ 0.5V，说明晶体管已经饱和。
当VCEQ＝正几伏说明晶体管基本工作在线性放大状态。 但Q点不一定是最佳的，还要进行动态波形观测。
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42
2. 动态调试：Q点测量与调整
若vo波形的顶部被压缩 这种现象称为 截止失真 说明Q点偏 说明IBQ偏 小 低 ICQ偏 小
• 添加元件库 Add Lib__Analog 、pwrmos 、Source • 提取元件 • 2n7000 元件库说明 参见教材 3.1.5 P24 表3.1.4
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2.2 元件移动、旋转和删除
选中元器件：或工具栏的
用鼠标左键单击，此时元器件变为红色 移动：压住鼠标左键拖到合适位置，松开鼠标左键 旋转：菜单Edit/Rotate（或快捷键Ctrl+R） 翻转：菜单Edit/mirror 删除：选择菜单Edit/cut ；或按键Delete
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故障原因分析---No AC sources -AC
Sweep ignored
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3.3. 交流小信号分析（频域分析） AC Sweep
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波形和曲线结果
击活AC Sweep, Pspice/Run 观测幅频响应曲线：
Trace/Add： db(V(Vo)/V(Vs:+)) Trace /Cursor/Display激活游标测中频增益 用游标找到增益下降3dB ，对应频率为上限频率或下限频 率
注意选中元件后,鼠标右键的使用；
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2.3
画线
进入：菜单Place/wire或工具栏的
画线：将光标移到需要连线的起点，单击左键（此 时会拖着1根线）；移动鼠标到所需位置，单击左 键，如此循环，直到连线的终点（某元件的引脚）。 结束：单击鼠标右键结束 移动、旋转和删除：与元件操作相同
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2.5
添加网络别名
选择菜单 Place/Net Alias → Vo
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2.6. 保存和自动检查
保存 进行电路规则检查、建立网表文件（*.net） ：
Pspice/Create netlist
若有问题，屏幕会有指示 Windows/Session Log弹出错误提示窗口
3.3. 交流小信号分析（频域分析）AC Sweep
Start 10Hz End 100Meg Points/Decade 101 Logarithmic选： Decade 单击“应用”，“确定”返回。 故障原因分析-- No AC sources -- AC Sweep ignored
帮助文件！
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Orcad9.2 简述(ch3-p19)
原理图设计
pSpice仿真 模拟和模数混合电路仿真环境 PCB板仿真环境 可编程数字逻辑器件分析设计环境
pSpice优化 PCB设计
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pSpice仿真步骤
1. 2. 3. 4. 5. 创建工程项目文件 编辑电路原理图（画电路图） 设置仿真分析类型 仿真分析 查看仿真输出结果
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2、电路方案拟定
选择电路形式及晶体管 采用固定分压共源放大电路，可以获得
稳定的静态工作点。
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Rd
VDD vo
3、电路参数的确定：
静态工作点的要求---？
vGS > VTN >0； vDS > vGS - VTN
Cb1 ＋ vi － ＋
Rg1 d T1 g1 Rg2 B s io
目标：
Rg1,Rg2,Rd Cg,Cd,Cs的确定
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3、电路参数确定的步骤：
选定VGSQ，VGSQ> VTN >0,或(1/3~1/5)VCC 选定IDQ， VDSQ ，并确定Rd；
iD K n (vGS VTN ) 2
vDS VCC iD Rd
从输出文件中查看仿真结果__文本结果 用Probe程序观测__ 图形结果
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仿真举例– “单级共源放大电路”
1. 创建工程项目文件
选File/New/ Project
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在F盘下，建立 子 目 录 ， 如 F:\mosex1 目录名和文件 名不能有汉字、 空格等！ 选 择 Analog or Mixed A/D
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波形和曲线结果
击活Transient, Pspice/Run Trace/Add 键入V(Vs:+), V(Vo), 看波形。
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3.2. 瞬态分析（时域分析） Transient Analysis
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3. 设置仿真分析类型
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输出文本文件
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ID VGS VDS VBS VTH VDSAT
1.58E-03 1.95E+00 5.69E+00 0.00E+00 1.73E+00 2.21E-01
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3. 设置仿真分析类型
3.2. 瞬态分析（时域分析）Transient Run to 4ms Start saving data 0ms Maximum step 10us 单击“应用”，“确定”返回。
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1. 创建工程项目文件
选择Create a blank pro, OK
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1. 创建工程项目文件
工程项目管理器
绘图工作面
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出现图示界面，完成创建工程项目文件
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2. 1 画原理图—调元件 注意快捷工具图标的使用
菜单Place/ Part，或图标 ，打开元件库
使放大器的输出vo不失真。
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五. 电路参数的调整与修改
3、如何调整电压放大倍数AV ？
A V
V RL o rbe V i
_____RL _____Ro _____ _____ AV rbe Ri _____ _____r be
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求解输出阻抗
返回
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求解输出阻抗
返回
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五、电路参数的调整方法
对于一个新设计的放大器，可能有些指标达不到要 求，这时需要调整电路参数。
1. 静态调试：Q点测量与调整
vGS > VTN >0； vDS > vGS - VTN
如果出现VCQ VCC，说明晶体管工作在截止状态；
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Ri
↑
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五. 电路参数的调整与修改
4、如何调整放大器的下限频率fL ？
希望降低放大器下限频率fL，根据电容计算式，也 有三种途径，即
CE、 CB、 CC 电路的性能价格比
fL
rbe RC
AV Ro
不论何种途径，都会影响放大器的性能指标，只能 根据具体指标要求，综合考虑。
计算Rg1, Rg2； Rg1, Rg2受到AVs与Ri的限 制； 检查，修正参数； 根据对FL，FH的要求，选择电容Cb1、Cb2
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