各位同学大家好，之前我们重点学习了三极管放大电路，今天我们要拓展学习其他的一个知识点，主要从以下四个方面进行学习。场效应晶体管放大电路、自偏压放大电路、多级放大电路、阻容耦合放大电路的电压放大倍数四个模块开展学习。首先进入第一个模块，场效应晶体管放大电路。场效应管是电压控制型器件，和3极管放大电路类似，它也有多种偏置形式，最常用的是分压偏置共源放大电路。共源指的是源极，作为输入和输出的公共端，就像三极管的共发射极电路。我们先看这个电路的组成和各元件的作用，大家可以对照屏幕上的电路图理解。场效应管V是作为核心元件，通过三元电压VGS控制器漏极电流ID实现电压控制电流，进而放大信号。再来看第二个分压电阻RG1和RG2，这两个电阻串联在电源VDD和D之间，通过分压给三级提供合适的静态电压VBQ。和三极管分压电路类似，调整RRG的阻值就能改变分压比，进而调整三元静态电压VGSQ。最终改变静态工作点。漏极负载rd作用和3极管电路的rc一样，能把漏极电流ID的变化转化成电压变化。当ID变化时，rd两端的电压ID乘以RD尾会跟着变化，那么漏源电压VDS等于VDD减去ID乘以RD。VDS的交流分量就是输出电压VO源极电阻RS串联在源极和地之间，能稳定静态工作点。当ID增大时，RD2RS2端的电压也会增大，那么对应的三元电压VGS等于VBQ减去ID乘以IS会减小，反过来抑制ID的增大，实现工作点的稳定。再来看旁路电容，CS并联在RS两端对交流信号相当于短路，这样交流信号不会在RS上产生压降，避免交流放大倍数被削弱，保证电路的放大能力。最后再来看耦合电容，C和C2和3极管电路的C1、C2作用相同，都是隔直流通交流。C1隔离输入信号的直流，只让交流信号到3级。C2隔离漏极回路的直流，只要放大后的交流信号输出。不过，场效应场效应管电路的耦合电容容量通常更小，因为它的输入阻抗更高，小容量电阻、小容量的电容就能满足交流耦合的需求。这种分压偏置电路的优点是静态工作点稳定，输入阻抗高，适合对输入信号损耗要求低的场景。比如测量仪器的信号放大，高频小信号放大的。接下来是第二个模块，自偏压放大电路，这种电路专门针对耗尽型绝缘山场效应管设计，因为耗尽型耗尽型管在VGS小于零的情况下也能工作，不需要分压电阻就能获得负三压。自偏压电路的结构很简单，没有上偏置电阻，只在源极串联的源极电阻RS3级通过一根导线直接接地，或者是通过rg接地。RG是三极限流电阻，防止静电损坏。它的偏压怎么来呢？当电路工作时，源极电流IS流过RS会在IS两端产生压降，IS乘以IS因为原极电位VS等于IS乘以IS，而三级接地对应的电位是VG等于0，所以三元电压VGS等于VG减VS等于负的IS乘以IS这样就获得了-3丫，刚好是满足耗尽型管的工作要求，让管子处于放大状态。这里要注意自偏压电路只适合耗尽型场效应管，增强型场效应管需要VGS达到开启电压才能导通。而自偏压电路的VGS对于N勾道来说是负的，无法让增强型管导通，所以不能在增强型管电路当中。这种电路的优点是结构简单零件少，缺点是工作点稳定性不如分压偏置电路，适合对稳定性要求不高，成本需要控制的简单放大前场景。第三个模块多级放大电路。我们之前学的单级放大电路，放大倍数有限，比如共发射极电路的AV通常在几十到几百，但实际应用中很多信号非常微弱，比如麦克风输出的信号只有几毫伏，单极电路无法达到足够驱动负载的幅度。这时候就需要把多个单级放大电路串联起来，组成多级放大电路，实现更大的放大倍数。第三个模块，多级放大电路。我们之前学的单级放大电路放大倍数有限，比如共发射级的放大倍数通常在几十到几百，但实际应用中很多信号非常微弱，比如麦克风输出的信号只有几毫伏，单极电路无法达到足够的驱动负载的程度。这时候就需要把多格单级放大电路串联起来，组成多级放大电路，实现更大的放大倍数。多级放大电路的关键是级间耦合，也就是前级和后级之间如何传递信号。耦合方式必须满足两个基本要求，一是让前级的交流信号能够顺利的传输到后级，尽量减少损耗和失真。二是不能影响前后级的静态工作点，避免电路工作不稳定。常见的耦合方式有三种，第一种是阻容耦合，这是最常用的耦合方式。我们之前学的单极电路之间加一个耦合电容，就构成了阻容耦合多级电路。它的原理是利用电容隔直流通交流的特性，耦合电容能挡住前几的直流分量，不让它影响后级的静态工作点，同时让前级的交流信号通过电容传到后级的输入端。比如图中的两级阻容耦合电路，前级的输出通过C2传到后级的积极C2既隔离的前级的直流，又传递了交流信号。这种耦合方式的优点是结构简单，成本低，各级工作点相互独立。缺点是不能放大直流信号或频率极低的交流信号，因为电容对低频信号的容抗大，信号会被衰减，而且耦合电容体积较大，不适合集成化。第二种是变压器耦合，利用变压器隔直流耦合交流的特性，实现即将耦合前级的输出信号加到变压器的初级线圈，通过电磁感应传递到次级线圈，再送到户籍的输入端。变压器能隔离直流，让各级工作点独立。同时还能通过改变初次级线圈的匝数比实现阻抗匹配，比如前级输出电阻大，后级输入电阻小，通过变压器匹配后，能让前级的信号功率最大限度地传递到后级。这种耦合方式的优点是能够实现阻抗匹配，高频，特性好。缺点是变压器体积大、成本高、重量重，不适合小型化和集成化，现在主要用在功率大、高频电路当中，比如老式收音机的功率放大器。第三种是直接耦合，前级和后级之间没有耦合电容或变压器，直接用导线连接。这种耦合方式的优点是能放大直流信号或变化缓慢的交流信号，比如传感器输出的直流信号，而且没有电容和变压器，体积小，适合集成化。缺点是前期的静态工作点会影响后级的工作点，比如前级的集电极电压变化会直接导致后级的积极，导致后级工作点偏移甚至失真。为了解决这个问题，直接耦合电路需要特殊的偏执设计，比如用恒流源差动放大器，这也是我们后续会学习的内容。直接耦合电容在集成电路当中应用非常广泛，比如运算放大器内部就是直接耦合的多级电路，这是我们后续将会学习到的一个内容。最后一个模块，阻容耦合放大电路的电压放大倍数。多级电路的放大倍数怎么计算？扶贫特性有什么特点？这是我们需要掌握的重点。先看电压放大倍数的计算。对于两级阻容耦合放大倍数，前级的输出信号就是后级的输入信号，所以后级的输入电阻相当于前级的负载电阻。我们来看第一个衔级的电压放大倍数AV一对应的就是前级的输出电压VO1除以VI1。后级的电压放大倍数AV2对应的就是后级的输出电压VO2比上后级的输入电压VI2。那么我们就可以进一步求出两级的总的电压放大倍数，就为对应的输出电压V2。比上最初的输入电压VI一代入数值经过变形，我们就可以得到对应的放大倍数就为AV1乘以AV2。所以两级电路总电压的放大倍数也就是各级放大倍数的乘积，而不是它们的枝和。比如说AV一如果是等于负的50，AV2等于负的40，那么总的放大倍数AV就等于负的50，X负的四十等于2000，这样就能实现很大的放大倍数。这里要注意对应的符号是表示反向两极反向后总的输出和输入相同，这也是多级耦合的一个特点。再看扶贫特性，电压放大倍数的幅度和信号频率的关系称为扶贫特性。从曲线上看，电路对不同频率的信号放大能力不同。阻容耦合放大电路对一定频率范围的信号放大倍数高并且稳定，这个频率范围称为中频区。在中频区之外，随频率升高或频率下降都将使放大倍数急剧下降。如图所示，在中频段，电容的容抗很小，可以视为短路，三极管的节电容影响也很小，所以放大倍数最大并且稳定。这个最大放大倍数对应的是AVM。在低频段，耦合电容和发射极旁路电容的容抗大会衰减交流信号，导致放大倍数下降。对应的如果是在高频段，三极管的节电容和电路的引线分布电容会产生影响，让放大倍数也下降。工程上把放大倍数下降到中频段，放大倍数a vm对应的根号2分之1，也就是对应的0.707倍时，对应的低频段FL称为下限频率，对应的高频高端频率FH称为上限频率。FL和FH之间的频率范围称为通频段或者是波段宽度，即为BW。BW对应的计算公式就为BW等于FH除以FL。通频段越高说明电路放大的信号频率范围越广。比如高保真音响的放大电路，通频段通常需要覆盖20赫兹到20千赫兹的人耳可听频率范围。影响通频带的因素有两个，第一个低频段主要是耦合电容和发射极旁路电容的容抗。容抗越大信号衰减越严重，FL越高。要降低FL扩大低频范围，就需要选用容量更大的电容。比如把耦合电容从十缪法换成22缪法。第二个是高频段，主要是三极管的节电容和分布电容。这些电容会分流交流信号，导致放大倍数下降，fh越越低。要提高fh扩大高频范围，就需要选用节电容小、截止频率高的三极管，同时注意电路分布，减少引线长度，降低分布电容。还有一个重要特点，多级放大器的通频带比单级放大器窄。比如两个参数完全相同的单极电路，每个单极的通频带是BWM，组成两极电路后，总通频带BW1撇会小于BWM。因为在低频段两极电容的容抗叠加信号衰减更严重，FL会升高身高为FL一撇。在高频段两级的节电容增加，信号分流更明显，FH会降低为FH1撇。所以通频带变窄，而且放大器的级数越多，通频带越窄，这是多级放大电路的一个固有特性，在设计时需要平衡放大倍数和通频带的关系。最后我们通过这三个课堂练习巩固今天的知识。第一道题，多级放大器的直接耦合方式主要有哪三种？根据我们前面学习的内容，我们知道对应的三种方式分别为阻容耦合、变压器耦合和直接耦合，这是我们重点讲的三种耦合方式，要记牢第二题，阻容耦合多级放大器中耦合电容的作用是什么？我们知道根据前面的学习内容对应的耦合电容的作用是隔直流通交流，使前后级的静态工作点相互独立。所以这道题的答案应该是选择A选项。第三题，主人偶和放大器的总电压放大倍数等于什么？根据前面我们学习的内容，我们知道多级放大器对应的放大倍数是各级的乘积，所以对应的答案是选择B选项。今天我们学习了场效应管的分压偏置和自偏压放大电路。多级放大电路的三种耦合方式，还有阻容耦合电路的电压放大倍数和幅频特性。这些电路各有特点，适用不同场景。比如场效应管电路适合高输入阻抗，阻容耦合适合交流信号放大，直接耦合适合直流信号放大。大家课后可以对比一下三极管和场效应管放大电路的异同，加深理解。好，今天的课就上到这里，谢谢大家。