模拟电子技术基础 第04章 多级放大电路及模拟集成电路基础

1、4 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 2 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1.4 光电耦合光电耦合 不论采用何种耦合方式，都必须保证：不论采用何种耦合方式，都必须保证： 前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。前级的输出信号能顺利传递到后一级的输入端。 各级放大电路都有合适的静态工作点。各级放大电路

2、都有合适的静态工作点。 3 4.1.1 直接耦合直接耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + rb11 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 rb2 前级 后级 rb12 图图4.1.1 两个共射放大电路简单地直接耦合两个共射放大电路简单地直接耦合 如果把前一级的输出端直接（或通过电阻）连接到后一如果把前一级的输出端直接（或通过电阻）连接到后一 级的输入端，就是级的输入端，就是“直接耦合直接耦合”方式。方式。 两个特殊问题两个特殊问题: 1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题 2. 零点漂移问题零点漂移问题 4 1. 级间直流电位匹配问题级间直流电

3、位匹配问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 + rb11 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 re2 （a） rb12 + rb11 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 （b） rb12 图图4.1.2 采用提高后级射极电位实现级间电位匹配采用提高后级射极电位实现级间电位匹配 5 + rb11 vi rc1 t1 re2 +vcc + vo t2 rc2 （a） rb12 re1 vi rl t1 +vcc vo t2 re2 （b） -vee i0 图图4.1.3 常用的直流电平移动电路常用的直流电平移动电路 1. 级间直流电位匹配问题级间直流电位匹配问题

4、4.1.1 直接耦合直接耦合 6 例例4.1.1 两级放大电路如图两级放大电路如图4.1.4所示。已知三极管的所示。已知三极管的 1 = 2 =50， vbe1=vbe2=0.7v，稳压管，稳压管dz的工作电压的工作电压vz = 4v。 (1) 试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。 (2) 若由于温度的升高使若由于温度的升高使ic1增加增加1%，试问输出直流电压变化了多少？，试问输出直流电压变化了多少？ + rb1 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 dz 49k 4.7k 2.8k rb2 3.5k +12v 图图4.1.4 例例4.1.1的电路的电路 解解:

5、(1) ma03. 0 k5 . 3 v7 . 0 k49 )v7 . 012( b2 be1 b1 be1cc b1 r v r vv i 1.5mama03. 050 b11c1 ii v7 . 4 zbe2c1ce1 vvvv 首先确定首先确定t1的静态工作点的静态工作点: 4.7v 0.7v 7 (1) 试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。 (2) 若由于温度的升高使若由于温度的升高使ic1增加增加1%，试问输出直流电压变化了多少？，试问输出直流电压变化了多少？ + rb1 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 dz 49k 4.7k 2.8k rb2 3.

6、5k +12v 图图4.1.4 例例4.1.1的电路的电路 例例4.1.1 两级放大电路如图两级放大电路如图4.1.4所示。已知三极管的所示。已知三极管的 1 = 2 =50， vbe1=vbe2=0.7v，稳压管，稳压管dz的工作电压的工作电压vz = 4v。 解解: (1) 确定确定t2的静态工作点：的静态工作点： 4.7v 0.7v v3 zc2ce2 vvv ma55. 1 k7 . 4 )v7 . 412( c1 1cc b21c c1 r vv iii c r 2.5mama05. 050 b22c2 ii v7ma5 . 2k2v12 c2c2ccc2o rivvv 0.05ma

7、ma5 . 1ma55. 1 c1b2 c1 iii r 8 (1) 试确定各级的静态工作点。试确定各级的静态工作点。 (2) 若由于温度的升高使若由于温度的升高使ic1增加增加1%，试问输出直流电压变化了多少？，试问输出直流电压变化了多少？ + rb1 vi rc1 t1 rc2 +vcc + vo t2 dz 49k 4.7k 2.8k rb2 3.5k +12v 图图4.1.4 例例4.1.1的电路的电路 例例4.1.1 两级放大电路如图两级放大电路如图4.1.4所示。已知三极管的所示。已知三极管的 1 = 2 =50， vbe1=vbe2=0.7v，稳压管，稳压管dz的工作电压的工作电

8、压vz = 4v。 解解: (2) 1.75mama035. 050 b22c2 ii 0.035mama515. 1ma55. 1 c1b2 c1 iii r ma515. 101. 11.5ma c1 i v5 . 8ma75. 1k2v12 c2c2ccc2o rivvv 此时输出电压比原来升高了此时输出电压比原来升高了1.5v， 约变化了约变化了21%。 零点漂移零点漂移 9 2. 零点漂移问题零点漂移问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 零点漂移现象（简称零漂）零点漂移现象（简称零漂） 如果将直接耦合放大电路的输入端短路或接固定的直流电压，其输出如果将直接耦合放大电路的输入端短路或接固

9、定的直流电压，其输出 端应为一固定的直流电压，即静态输出电压。但是实际上输出电压将随时端应为一固定的直流电压，即静态输出电压。但是实际上输出电压将随时 间偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。间偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。 造成零点漂移的主要原因造成零点漂移的主要原因 放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。 由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号，因此前级静态工作点的由于直接耦合电路可以放大缓慢变化的信号，因此前级静态工作点的 波动将被后级看作信号逐级放大，输出端的波动电压可能将有用信号波动将被

10、后级看作信号逐级放大，输出端的波动电压可能将有用信号“淹淹 没没”，严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态，无法正常工作。，严重时甚至使后级电路进入饱和或截止状态，无法正常工作。 很明显，输入级的零漂影响最大，而且直接耦合电路的级数越多，增很明显，输入级的零漂影响最大，而且直接耦合电路的级数越多，增 益越高，零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题，益越高，零点漂移问题越严重。所以控制输入级的漂移是至关重要的问题， 应选择漂移很小的单元电路作输入级。应选择漂移很小的单元电路作输入级。 10 为了抑制零漂，可以采取多种补偿措施：为了抑制零漂，可以采取多种补偿措施： （1）引入直流

11、负反馈以稳定静态工作点来减小零点漂移，如第）引入直流负反馈以稳定静态工作点来减小零点漂移，如第3章中的章中的 分压式射极偏置电路；分压式射极偏置电路； （2）利用温敏元件补偿放大管的零漂；）利用温敏元件补偿放大管的零漂； （3）采用差分放大电路作为输入级）采用差分放大电路作为输入级 2. 零点漂移问题零点漂移问题 4.1.1 直接耦合直接耦合 直接耦合方式的优点直接耦合方式的优点 既能放大交流信号，也能放大缓慢变化和直流信号。更重要的是，直既能放大交流信号，也能放大缓慢变化和直流信号。更重要的是，直 接耦合方式便于集成化，实际的集成运算放大电路，一般都是采用直接耦接耦合方式便于集成化，实际的集

12、成运算放大电路，一般都是采用直接耦 合放大电路。合放大电路。 11 4.1.2 阻容耦合阻容耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 + +vcc c2 + t1 c1 + rb1 c3 + re1 t2 + rb21 rb22 re2 rc2 re2 c4 + vi vo rl 图图4.1.5 两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路 阻容耦合的优点阻容耦合的优点 各级的静态工作点相互独立各级的静态工作点相互独立 阻容耦合的缺点阻容耦合的缺点 不能用来放大变化缓慢的信号或直流信号。不能用来放大变化缓慢的信号或直流信号。 12 +vcc t1 c1 + rb11 re1 t2

13、 + rb21 rb22 re2 c3 + vi vo c3 + rb12 tr1 tr2 rl + 图图4.1.6 变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路 tr rl + v2 + v1 i1 i2 n1 n2 ll rr 2 21 )n(n / 图图4.1.7 变压器的阻抗变换变压器的阻抗变换 变压器耦合的最大优点变压器耦合的最大优点 在传送交流传号的同时，还可以进行电压、电流和阻抗的变换。在传送交流传号的同时，还可以进行电压、电流和阻抗的变换。 4.1.3 变压器耦合变压器耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 13 t1 c1 r5 1k 10f t2 r10 3.3

14、k r3 1k r6 220 r4 10k r2 100k + c1 r1 1k 220f 话 筒 r7 10k a1 +9v r9 100k + c3 r8 1k 1f a2 +9v d 发送器 接收器 去功放电路 图图4.1.8 红外光耦合话筒电路红外光耦合话筒电路 4.1.4 光电耦合光电耦合 4.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 在需要电气隔离的场合或进行远距离信号传输时，多级放大在需要电气隔离的场合或进行远距离信号传输时，多级放大 电路也可采用光电耦合形式进行连接。电路也可采用光电耦合形式进行连接。 14 4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 4.2.

15、1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法 4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例 4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 15 输出级 输入级 中间放大级 vi vi3 vo2 vo vo1 vi2 + + + + + + ro ri3 ri2 ri 图图4.2.1 三级放大电路方框图三级放大电路方框图 1. 电压增益电压增益 v3v2v1 i3 o i2 o2 i o1 i o v aaa v v v v v v v v a 2. 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻多级放大电路的输入电阻ri 就是第一级放大电路的输入电阻就

16、是第一级放大电路的输入电阻; 4.2.1 多级放大电路的分析方法多级放大电路的分析方法 4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 多级放大电路的输出电阻多级放大电路的输出电阻ro就是末级放大电路的输出电阻。就是末级放大电路的输出电阻。 在计算每级电压增益时，必须考虑前后级之间的影响（如在计算每级电压增益时，必须考虑前后级之间的影响（如rl1= ri2） 16 o + +vcc(+15v) c4 + t1 c1 + r2 11k c3 + 10f t2 + 47f r3 5.1k 10f r7 3.3k rl 5.1k 10f vi vo r1 51k i r6 150k a r5

17、1k r4 51 ib1 c2 + 图图4.2.2 共射共射-共集两级阻容耦合放大电路共集两级阻容耦合放大电路 共射共射-共集两级阻容耦合放大电路如图共集两级阻容耦合放大电路如图4.2.2所示。已知三所示。已知三 极管极管t1、t2的的 1 = 2 = 50，vbe = 0.7v。 4.2.2 多级放大电路的分析举例多级放大电路的分析举例 4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 例例4.2.1 (1) 求电路的输入电阻求电路的输入电阻ri和输出和输出 电阻电阻ro； (2) 当当rl接在第一级输出端接在第一级输出端a、 o点之间，并断开电容点之间，并断开电容c2时，求时，求 第一

18、级电压增益。第一级电压增益。 (3) 当当rl按图所示连接在第二级按图所示连接在第二级 输出端时，试计算电路总的电输出端时，试计算电路总的电 压增益。压增益。 17 vo ib2 r6 rbe2 r3 ib1 rbe1 r1/r2 + vi + r7 ib1 ib2 r4 rl vo1 + a o 图图4.2.3 图图4.2.2的小信号等效电路的小信号等效电路 o + +vcc(+15v) c4 + t1 c1 + r2 11k c3 + 10f t2 + 47f r3 5.1k 10f r7 3.3k rl 5.1k 10f vi vo r1 51k i r6 150k a r5 1k r4

19、 51 ib1 c2 + 图图4.2.2 共射共射-共集两级阻容耦合放大电路共集两级阻容耦合放大电路 18 t1 rc1 10k d1 t2 + vi + vo dz +15v r1 600k r2 4.7k rp2 rp1 rc2 2k 2k 6v 200k 图图4.2.4 共射共射-共射两级直接耦合放大电路共射两级直接耦合放大电路 直接耦合两级共射放大电路如图直接耦合两级共射放大电路如图4.2.4所示。已知所示。已知 1 = 2 = 50， ic2 =2ma，vbe1=0.7v，vbe2= 0.2v，dz稳压管的稳压值稳压管的稳压值 vz=8v。 例例4.2.2 (1) 为使电路实现零输入

20、时为零输为使电路实现零输入时为零输 出，试问出，试问rp1=？ (2) 计算静态时计算静态时vce1和和vce2的值；的值； v a (3) 如如d、dz的动态电阻均为零，的动态电阻均为零， 求放大电路的输入电阻求放大电路的输入电阻ri、输出电、输出电 阻阻ro及电压增益及电压增益 。 19 vo rbe2 ib2 rc1 ib1 r2 r1 + + vi 1ib1 1ib2 rp1 rbe1 rc2 图图4.2.5 图图4.2.4的小信号等效电路的小信号等效电路 t1 rc1 10k d1 t2 + vi + vo dz +15v r1 600k r2 4.7k rp2 rp1 rc2 2k

21、 2k 6v 200k 图图4.2.4 共射共射-共射两级直接耦合放大电路共射两级直接耦合放大电路 20 n k aaaaa 1 vkvnv2v1v n k aaaaa 1 vkvnv2v1v |lg20 |lg20 |lg20 |lg20 |lg20 n k kn 1 21 2 hn 2 2h 2 1hh 1 1 1 1 . 1 1 ffff 2 ln 2 2l 2 1ll 1 . 1ffff 4.2.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 4.2 多级放大电路的性能分析多级放大电路的性能分析 分析方法分析方法 求频率响应表达式求频率响应表达式: : 确定上限频率确定上限频率 f

22、h和下限频率和下限频率f l（近似公式）（近似公式） 画出对数频率响应曲线（波特图）画出对数频率响应曲线（波特图） 幅频响应幅频响应 相频响应相频响应 只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐只要把各级的幅频响应和相频响应在同一横坐标下的纵坐 标值叠加起来，就可以得到总的频率响应曲线。标值叠加起来，就可以得到总的频率响应曲线。 21 f 20db/十倍频 20lg avs f o 40db/十倍频 90 180 270 360 450 540 3db 6db 3db fh1 fh fl fl1 40lg avm1 20lg avm1 图图4.2.6 两级放大电路的对数频率响应两级放大

23、电路的对数频率响应 定性结论定性结论 例如例如: 有一个两级共射放大电路，有一个两级共射放大电路， 每一级的频率响应相同，那每一级的频率响应相同，那 么，总的频率响应曲线就是么，总的频率响应曲线就是 将单级频率响应的纵坐标值将单级频率响应的纵坐标值 加大一倍，如图加大一倍，如图4.2.6所示。所示。 显然有：显然有： fh fl1 因此，采用多级放大电路因此，采用多级放大电路 提高了电压增益，但总的通提高了电压增益，但总的通 频带比单级的要窄。频带比单级的要窄。 22 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 4.3.1 电流源电路电流源电路 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路

24、4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 23 模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点: 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻元器件的由集成工艺制造出来的元器件的参数分散性大，然而相邻元器件的 参数对称性却比较好。参数对称性却比较好。 电路结构上采用直接耦合的方式电路结构上采用直接耦合的方式 为克服直接耦合电路的温漂，常采用具补偿特性的差动放大电路为克服直接耦合电路的温漂，常采用具补偿特性的差动放大电路 采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件采用三极管代替电容、电阻和二极管等元器件 24

25、 4.3.1 电流源电路电流源电路 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 1. 镜像电流源镜像电流源 2. 多路输出比例电流源电路多路输出比例电流源电路 3. 微电流源微电流源 4. 威尔逊威尔逊(wilson)电流源电流源 5. 电流源用作有源负载举例电流源用作有源负载举例 在集成电路中，三极管除作为放大元件外，还用于构成电在集成电路中，三极管除作为放大元件外，还用于构成电 流源电路，为各级提供合适的静态电流，或作为有源负载取代流源电路，为各级提供合适的静态电流，或作为有源负载取代 高阻值的电阻，从而增大放大电路的电压增益。高阻值的电阻，从而增大放大电路的电压增益。 25 1. 镜像电流

26、源镜像电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 (a) 镜像电流源电路镜像电流源电路 (b) 镜像电流源伏安特性镜像电流源伏安特性 图图4.3.1 镜像电流源及其伏安特性镜像电流源及其伏安特性 t1、t2为参数相同的对管为参数相同的对管 be2be1 :vv 有有 c refbrefc2c1 2 2 i iiiii r vv i be1cc ref 所以所以 refrefc2o /21 1 iiii 时时当当 1 r vv ii becc refo 由图可得由图可得 26 图图4.3.2 带缓冲级的镜像电流源电路带缓冲级的镜像电流源电路图图4.3.1 镜像电流源及其伏安特性镜像电流源及其伏安特

27、性 1. 镜像电流源镜像电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 当当 值较小时，值较小时， ic2与与iref的差别较大。的差别较大。 利用利用t3射极跟随器的电流放大作射极跟随器的电流放大作 用来减小用来减小ib1和和ib2对对iref的分流，以的分流，以 提高镜像精度的。提高镜像精度的。 27 2. 多路输出比例电流源电路多路输出比例电流源电路 4.3.1 电流源电路电流源电路 图图4.3.3 多路输出比例电流源电路多路输出比例电流源电路 1 be1cc ref rr vv i t1、t2和和t3管的基极电位相等，即管的基极电位相等，即 3e3be32e2be21e1be1 rivriv

28、riv 2 1ref 2 1e1 e2c2 r ri r ri ii 3 1ref 3 1e1 e3c3 r ri r ri ii t1的的vbe1、r和和r1决定基准电流决定基准电流 由于各管的由于各管的vbe近似相等，因此有近似相等，因此有 改变射极电阻的大小改变射极电阻的大小 可以获得不同比例的输出电流可以获得不同比例的输出电流 28 图图4.3.4 微电流源电路微电流源电路 e2e2be2be1 rivv e2 be2be1 e2 r vv i 3. 微电流源微电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 t1的参数和的参数和r决定基准电流，决定基准电流， 由图可见由图可见 由于由于(vb

29、e1-vbe2)很小，故用阻值不大的很小，故用阻值不大的 re2就可获得微小的工作电流。就可获得微小的工作电流。 例如，当例如，当iref = 0.73 a 时，可求出时，可求出 a5 .27 2 c i 29 图图4.3.5 威尔逊电流源电路威尔逊电流源电路 4. 威尔逊威尔逊(wilson)电流源电流源 4.3.1 电流源电路电流源电路 b3c1ref iii ) 2 1(2 c2b2c2e3 iiii c3c3 e3 c2 2 11 )/21 ( 1 )/21 ( i i i i i i iii c3 c3b3c2ref 2 1 refrefoc3 )2( 2 1 1 i iii 设图中

30、设图中t1、t2和和t3特性相同，由图可得特性相同，由图可得 整理后得整理后得 由式由式(2)可得可得ic2为为 将式将式(1)中的中的ic1用用ic2代替，可得代替，可得 (2) (1) 30 图图4.3.6 共发射极有源负载电路共发射极有源负载电路 5. 电流源用作有源负载举例电流源用作有源负载举例 4.3.1 电流源电路电流源电路 t1是共射极接法的放大管是共射极接法的放大管 把直流电阻小、交流电阻很大的把直流电阻小、交流电阻很大的 电流源作为集电极电阻或射极电阻电流源作为集电极电阻或射极电阻 构成基本放大电路时，可提高电路构成基本放大电路时，可提高电路 的电压增益及动态输出范围。的电压

31、增益及动态输出范围。 t2、t3组成的镜像电流源就组成的镜像电流源就 是放大电路的集电极负载，是放大电路的集电极负载， 称有源负载。称有源负载。 例如，在图例如，在图4.3.6所示电路中，所示电路中， 31 图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 典型差分放大电路，结构特点为典型差分放大电路，结构特点为: 由于由于re接负电源接负电源 vee，拖一个，拖一个 尾巴，常称为长尾式电路。尾巴，常称为长尾式电路。 电路参数对称，电路参数对称， 1= 2和和rbe1=rbe2， 由两个特性完全相同

32、的单管共发射由两个特性完全相同的单管共发射 极电路组成。极电路组成。 双端输入：输入信号从差分双端输入：输入信号从差分 对管的两个基极加入；对管的两个基极加入； 单端输入：输入信号从其中单端输入：输入信号从其中 任一个基极输入，另一个基极任一个基极输入，另一个基极 接地。接地。 工作方式工作方式: 双端输出：双端输出： 输出信号从两个集电极之间取出；输出信号从两个集电极之间取出； 单端输出：单端输出： 输出信号从其中任一个集电极输出。输出信号从其中任一个集电极输出。 32 图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 1. 静态特性静态

33、特性 静态时，静态时，0 i2i1 vv bebe2be1 vvv 电路参数完全对称电路参数完全对称 考虑到考虑到ib ie ，且，且rb通常很小，所以通常很小，所以 eeebe virv e beee r vv i 此时有：此时有：iii 2 1 c2c1 cc1ccc2c1 rivvv 故：故：0 c2c1o2o1o vvvvv 当温度变化引起两管集电极电流变化时，由于当温度变化引起两管集电极电流变化时，由于re具有稳定工作点电流具有稳定工作点电流 的作用，使集电极电流变化减小，又由于电路的对称性，使两管集电极的作用，使集电极电流变化减小，又由于电路的对称性，使两管集电极 电流变化量相等。

34、因此，输出电压总为零，即对称差分放大电路的温度电流变化量相等。因此，输出电压总为零，即对称差分放大电路的温度 漂移等于零。漂移等于零。 静态分析方法同第静态分析方法同第3章，但应注意：章，但应注意： 33 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 2. 差模特性差模特性 图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 当差分放大电路的两输入端加上当差分放大电路的两输入端加上大小相等、极性相反大小相等、极性相反的信的信 号时，称为差模输入方式。号时，称为差模输入方式。 id1i1 vv id1id2i2 -vvv 差模输入信号差模输入信号 (1) 差模电压增益差模电压增益 idod

35、d / vv v a (2) 差模输入电阻差模输入电阻rid (3) 差模输出电阻差模输出电阻rod 差模特性分析任务：差模特性分析任务： id2id1id2id1id 22vvvvv od1od2od1od 2vvvv 差模输入电压差模输入电压 差模输出电压差模输出电压 34 (b) 差模信号作用下半边等效电路差模信号作用下半边等效电路 图图4.3.8 差模特性分析差模特性分析 id1i1 vv id1id2i2 -vvv 差模输入信号差模输入信号 交流分析等效电路的变换交流分析等效电路的变换 图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大

36、电路 2. 差模特性差模特性 (a) 差模信号交流通路差模信号交流通路 35 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 2. 差模特性差模特性 (a) 差模信号交流通路差模信号交流通路 图图4.3.8 差模特性分析差模特性分析 (1) 差模电压增益差模电压增益 idodd / vv v a 双端输入双端输出双端输入双端输出: 1 id1 od1 id2id1 od2od1 id od d 2 2 vv v v vv vv v v aa beb l c d ) 2 /( rr r r a v 双端输入单端输出双端输入单端输出: 即从即从t1或或t2的集电极接的集电极接 负载负载rl对地输

37、出对地输出 )(2 )/( 2 beb lc id1 od1 id2id1 od1 d1 rr rr a v v vv v v )(2 )/( beb lc d1 id2id1 od2 d2 rr rr aa vv vv v (2) 差模输入电阻差模输入电阻)(2 bebid rrr (3) 差模输出电阻差模输出电阻 cod 2rr cod1 rr 双端输出时双端输出时 单端输出时单端输出时 36 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 3. 共模特性共模特性 图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 当差分放大电路的两输入端加上当差分放大电路的两输入端加上大小相等、极性

38、相同大小相等、极性相同的信的信 号时，称为共模输入方式。号时，称为共模输入方式。 ici2i2 vvv 共模输入信号共模输入信号 (1) 共模电压增益共模电压增益 icocc / vv v a (2) 共模输入电阻共模输入电阻ric 共模特性分析任务：共模特性分析任务： o2o1oc vvv 共模输入电压共模输入电压 共模输出电压共模输出电压 ici2i2 vvv 折合到输入端的漂移电压，或者伴折合到输入端的漂移电压，或者伴 随输入信号一起引入到两管基极相随输入信号一起引入到两管基极相 同的干扰信号都是共模信号同的干扰信号都是共模信号 37 交流分析等效电路的变换交流分析等效电路的变换 图图4

39、.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 3. 共模特性共模特性 ici2i2 vvv 共模输入信号共模输入信号 (b) 半边共模微变等效电路半边共模微变等效电路 图图4.3.9 共模特性分析共模特性分析 (a) 共模等效电路共模等效电路 38 0 ic oc2oc1 ic oc v vv v v vc a ebeb l ic oc2 ic oc1 1 2r)1( rr r a c v v v v v e l 1 2r r a c v (2) 共模输入电阻共模输入电阻 2)1( 2 1 ebebic rrrr (1) 共模电压增益共模电压

40、增益 c av 双端输入双端输出双端输入双端输出: 双端输入单端输出双端输入单端输出: 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 3. 共模特性共模特性 (b) 半边共模微变等效电路半边共模微变等效电路 图图4.3.9 共模特性分析共模特性分析 (a) 共模等效电路共模等效电路 39 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 4. 共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比kcmr是用来衡量差分放大电路对差模信号的放大能力是用来衡量差分放大电路对差模信号的放大能力 和对共模信号的抑制能力的指标，它定义为：和对共模信号的抑制能力的指标，它定义为： 在电路完全对称（理想）时：在电路

41、完全对称（理想）时： 0 c v a kcmr趋于无限大趋于无限大 若采用双端输出若采用双端输出 若采用单端输出若采用单端输出 beb e c1 d1 cmr1 rr r a a k v v ebeb l ic oc1 1 2r)1( rr r a c v v v )(2 )/( 2 beb lc id1 od1 id2id1 od1 d1 rr rr a v v vv v v 为了提高电路对共模信号的抑制能力，必须选用大的为了提高电路对共模信号的抑制能力，必须选用大的re， 因此，常采用直流电阻小、交流电阻大的电流源代替因此，常采用直流电阻小、交流电阻大的电流源代替re c d cmr v

42、v a a k c d cmr lg20)db( v v a a k 40 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 5单端输入的差模特性单端输入的差模特性 在实际系统中，有时要求放大电路的输入电路有一端接地。这种输入在实际系统中，有时要求放大电路的输入电路有一端接地。这种输入 方式称为单端输入（或不对称输入）。方式称为单端输入（或不对称输入）。 idi1 vv 0 i2 v 图图4.3.10 单端输入差分放大电路的交流通路单端输入差分放大电路的交流通路图图4.3.7 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 41 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 6. 传输特性传输特性

43、图图4.3.11 图图4.3.7所示差分放大电路的传输特性所示差分放大电路的传输特性 传输特性是描述差分放大电路输出信号电压传输特性是描述差分放大电路输出信号电压(或电流或电流)随差模输入电随差模输入电 压变化的规律。压变化的规律。 42 4.3.2 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 四种典型的差分放大电路的性能指标四种典型的差分放大电路的性能指标 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 出出 单单 端端 输输 出出 适应于输出不需适应于输出不需 要一端接地，对要一端接地，对 称输入、对称输称输入、对称输 出的场合出

44、的场合 适应于单端输入适应于单端输入 转换为双端输出转换为双端输出 的场合的场合 适应于双端输入适应于双端输入 转换为单端输出转换为单端输出 的场合的场合 适应于输入、输出适应于输入、输出 电路均需要有一端电路均需要有一端 接地的电路中接地的电路中 43 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 出出 单单 端端 输输 出出 四种典型的差分放大电路的性能指标四种典型的差分放大电路的性能指标 beb l c d 2 / rr r r a v beb lc d 2 / rr rr a v 0 c v a e lc c 2 /

45、r rr a v cmr k beb e cmr rr r k 44 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 入入 单单 端端 输输 入入 双双 端端 输输 出出 单单 端端 输输 出出 四种典型的差分放大电路的性能指标四种典型的差分放大电路的性能指标 bebid 2rrr bebid 2rrr e rrrr21 2 1 bebic e rrrr21 2 1 bebic co 2rr co rr 45 设放大电路如图设放大电路如图4.3.10所示，且负载所示，且负载rl接在接在t2的集电极与的集电极与 地之间。输入信号地之间。输入信号vi1=50 v，vi2=0，单端输出时的差模，单端输出时的差模 电压增益电压增益avd2=15，共模电压增益，共模电压增益avc=0.125。试求输出。试求输出 电压电压vo2=？ 图图4.3.10 单端输入差分放大电路的交流通路单端输入差分放大电路的交流通路 例例4.3.1 46 4.3.3 改进型差分放大电路改进型差分放大电路 4.3 模拟集成电路基础模拟集成电路基础 图图4.3