模拟电子技术第五章PPT学习教案

1、会计学1 模拟电子技术第五章模拟电子技术第五章 第1页/共49页 1. 镜像电流源镜像电流源 基准电流：基准电流： E1E2 = II 无论无论T2的负载如何变化，的负载如何变化， IC2的电流值将保持不变。的电流值将保持不变。 5.2 电流源电路电流源电路 一一 . 电流源电路电流源电路 R UV I BECC R = R VCC BE1BE2=U U 因为：因为： B 2I+ + C1R = II所以：所以： + R T I IC1 1 V T R 2 CC IC2 IB2 C1C2 = II 并且：并且： B = I 并且：并且： C1C2 = II R = （+2） I C1C2 =

2、II 1 R I 第2页/共49页 优点：优点： 结构简单，且具有一定的温度补偿作用结构简单，且具有一定的温度补偿作用 缺点：缺点： （1）受电源）受电源VCC的影响大。的影响大。 （2）当要求得到小的电流源时，如微）当要求得到小的电流源时，如微 安级电流时，要求较大电阻安级电流时，要求较大电阻R，集成工，集成工 艺难以实现。艺难以实现。 （3）当）当值不够大时，值不够大时，IC2与基准电流与基准电流IR 间误差较大。间误差较大。 镜像电流源特点镜像电流源特点 + R T I IC1 1 V T R 2 CC IC2 IB2 第3页/共49页 2. 微电流源微电流源 e2 BE2BE1 R U

3、U E2C2 II e2 BE R U + R I I 2 CC R C2 T I V 1 T C1 I Re2 E2 再由二极管的基本公式再由二极管的基本公式 BEBE TT EESES 1 VV VV IIeI e C2E1E2R BE1BE2TTC2e2 ES1ES2ES1ES2 lnlnlnln IIII VVVVI R IIII 设设IES1=IES2 R TC2e2 C2 ln I VIR I CC R V I R 第4页/共49页 2. 微电流源微电流源 （1）一般）一般UBE很小很小(约几十毫伏约几十毫伏 )，因而采用不大的，因而采用不大的Re即可获得较即可获得较 小的输出电流

4、小的输出电流IC2(微安数量级微安数量级)， 因而称为微电流源。因而称为微电流源。 + R I I 2 CC R C2 T I V 1 T C1 I Re2 E2 微电流源的特点微电流源的特点 ： （2）电流稳定）电流稳定（电流负反馈（电流负反馈 ） 第5页/共49页 3. 电流源的作用电流源的作用 1 1）作直流偏置电路）作直流偏置电路 +VCC R T1T2 IREF Io vo viT3 第6页/共49页 2). 电流源用作有源负载电流源用作有源负载 电流源的特点电流源的特点： 直流电阻小、交流电阻大直流电阻小、交流电阻大 第7页/共49页 直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零

5、点漂移零点漂移 零漂现象零漂现象： 产生零漂的原因产生零漂的原因： 由温度变化引起的。由温度变化引起的。当温度变当温度变 化使第一级放大器的静态工作化使第一级放大器的静态工作 点发生微小变化时，这种变化点发生微小变化时，这种变化 量会被后面的电路逐级放大，量会被后面的电路逐级放大， 最终在输出端产生较大的电压最终在输出端产生较大的电压 漂移。因而零点漂移也叫漂移。因而零点漂移也叫温漂温漂 。 输入输入ui=0时，输出有缓慢时，输出有缓慢 变化的电压产生。变化的电压产生。 + + + - Re1 b1 R c1 R T1 o u u i T V 2 CC Re2 VEE uo 0 t 减小零漂的

6、措施减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿 采用差分放大电路采用差分放大电路 第8页/共49页 5.3 差分放大电路差分放大电路 一一. .结构结构 : : 对称性结构对称性结构 即：即： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb + _ + _ + VCC u u c i1 i2 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V 第9页/共49页 抑制零漂的原理抑制零漂的原理: Uo= UC1 - UC2 = 0 当当ui1 = ui2 = 0 时，时， 当温度变化时：

7、当温度变化时： UC1 = UC2 设设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0 + _ + _ + VCC u u c i1 i2 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V 第10页/共49页 2021-7-15 2. 2. 差动放大电路差动放大电路 可以有两个输出端可以有两个输出端 。 双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。 单端输出单端输出从从C1 或或C2 对地输出对地输出。 二二. 几个基本概念几个基本概念 - + + - _ - o2 R u + RT + RbT CC 1 R + EE u e b 2 o V

8、Rc c V + i2 u u i1 u o1 第11页/共49页 3. 差模信号与共模信号差模信号与共模信号 (1). 共模信号共模信号vic与共模电压放大倍数与共模电压放大倍数 vc A 所谓共模信号，是指在所谓共模信号，是指在T1T1和和T2T2 的基极接入幅度相等、极性相的基极接入幅度相等、极性相 同的信号同的信号 vic1 = vic2= vic ic oc vc = v v A = 0 常常用对共模信号的抑制能力来反映电路对常常用对共模信号的抑制能力来反映电路对 零漂的抑制能力零漂的抑制能力 = ic 0 v i1i2 ic 2 vv v + 第12页/共49页 (2). 差模信号

9、差模信号vidid与差模电压放大倍数与差模电压放大倍数 vd A 所谓差模信号，是指在所谓差模信号，是指在T1T1和和T2T2的基极接入幅度相等、的基极接入幅度相等、 极性相反的信号极性相反的信号 vi1i1= - = - vi2i2 vidid= = vi1i1 - - vi2i2 设设vi1 ,vi2 vo1 ,vo2 。 电路对称电路对称vo1=vo2 vo= vo1 vo2=2 vo1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数 O vd i1i2 v A vv O1 i1 2 2 v v O1 i1 v v vi1i1 id 2 v vi2i2 id 2 v - - 第13页/共49页 4.

10、一般输入信号情况一般输入信号情况 vi1 i1 vi2i2 将输入信号分解成一对共模信号和一对差模信号，它们共同作将输入信号分解成一对共模信号和一对差模信号，它们共同作 用在差动放大电路的输入端用在差动放大电路的输入端 idi1i2i1i2 i1ic 222 vvvvv vv + + idi1i2i1i2 i2ic 222 vvvvv vv + idi1i2 =vvv ici1i2 1 =() 2 vvv+ 差模信号：差模信号： 共模信号：共模信号： 第14页/共49页 idi1i2 =vvv ici1i2 1 =() 2 vvv+ 差模信号：差模信号： 共模信号：共模信号： + vic +V

11、CC T1 Rc1 c1 T2 Rc2 c2 Re + vo e RbRb VEE + vid 1 2 + vid 1 2 vi1 + vi2 + v 2 = id ici1 vv+ + 2 = id ici2 v vv 第15页/共49页 od vd id = v A v 差模电压增益：差模电压增益： oc vc ic = v A v 共模电压增益：共模电压增益： 总输出电压总输出电压 ： vd CMR vc = A K A 5. 共模抑制比共模抑制比 通常情况下，放大对象总是以差模信号的形式体现，而漂通常情况下，放大对象总是以差模信号的形式体现，而漂 移或干扰电压却又总是以共模信号的形式体

12、现。为表示差移或干扰电压却又总是以共模信号的形式体现。为表示差 分式放大电路对差模信号的放大能力分式放大电路对差模信号的放大能力 oodocvdidvcicvdid =vvvA vA vA v+ (一般放大倍数较大一般放大倍数较大) (一般放大倍数控制得很小一般放大倍数控制得很小) 第16页/共49页 e EE Re )(7 . 0 = R VV I i1i2 =0vv 忽略Ib，有：Vb1=Vb2=0V ReCC2C1 2 1 =IIII CE1CE2 =VV )7 . 0( CCCC RIV C B1B1 I II OC1C2 =0VVV + _ + _ + VCC u u c i1 i2

13、 TT 1 2 R c R b R b R o u R EE e V 第17页/共49页 2.2.电路的动态分析电路的动态分析 所以，所以，Re对差模信对差模信 号相当于接地短路。号相当于接地短路。 若若vi1 ,vi2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 VE不变不变 vicic=0=0。 vi1i1=-=-vi2i2 = =vidid/2/2， (1)(1)加入差模信号加入差模信号 第18页/共49页 求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数 ： 第19页/共49页 L c od v idbbe / /22 /2 R R v A vRr + 单管 id bbei id /2v

14、RRr i + 单管 od vv id v AA v d单管 id ibbe id 2 v RRr i + Ro=2Rc Rb + vid 1 2 rbeRc RL iid + vod 2 12 Rb + vid 1 2 rbe Rc RL iid + vod 2 1 2 + vod ? Ri单管Ro单管Ro单管Ri单管 b1c1 ee c2b2 vi1vi2 ?ib1 ?ib2 iod od c od /2v RR i o单管 第20页/共49页 (2)(2)加入共模信号加入共模信号 ui1 i1= =ui2i2 = =uic ic， ， uid id=0 =0。 设设ui1 ，ui2 uo

15、1 ， uo2 。 因因ui1 = ui2， ， uo1 = uo2 uo= 0 (理想化理想化) 。 共模电压放大倍数共模电压放大倍数 0 uc A - + - _ + u u e u R 1 CC R E To1R L + i2 u ic + c u R o bT + Re b I 2 R V V o2 c R + i1 u EE ic u 第21页/共49页 例例5.1：如下图所示的差分式放大电路中，若：如下图所示的差分式放大电路中，若VCC=VEE=12V，三，三 极管的极管的1=2=50，Rc=30k，Re=24k，Rb=1k，调零电位，调零电位 器器RP的阻值的阻值Rp=200(设

16、设RP的活动触头调在中间位置的活动触头调在中间位置)，在两个，在两个 集电极之间接入负载电阻集电极之间接入负载电阻RL=20k，输入电压，输入电压vi1=10mV， vi2=4mV。试求。试求(1)电路的静态工作点；电路的静态工作点；(2)差模电压放大倍数、差模电压放大倍数、 差模输入电阻与输出电阻；差模输入电阻与输出电阻；(3)共模放大倍数；共模放大倍数；(4)共模抑制比；共模抑制比； (5)总输出电压。总输出电压。 第22页/共49页 EEEEE CE p e e 0.25mA 2 2 2 + + VVV II R R R 解：解：( (1) )求静态工作点求静态工作点 令令vi1=0，v

17、i2=0则则VE= - 0.7V C B 0.005mA I I VCE = VCCIC RcVBE=120.25300.7=5.2V (2)求求Avd、Rid、Rod。 be E 26 20015.5K+r I L Vd P beb 32.3 1 2 + R A R rR p idbeb 2123.2K 2 + R RrR Rod =2 Rc =60k 第23页/共49页 (3)共模增益：共模增益：Avc=0 (4)共模抑制比：共模抑制比：KCMR= (5)总输出电压总输出电压vo 将输入信号分解为差模输入成分和共模输入成分：将输入信号分解为差模输入成分和共模输入成分： vid=vi1vi2

18、=104=6mV vic= i1i2 ic 104 7mV 22 + vv v vo=vod + voc =vid Avd + vic Avc=vid Avd =6( (-32.3) ) =- 193.8mV 第24页/共49页 第25页/共49页 第26页/共49页 1.双端输入双端输出双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数 0 uc A （3）差模输入电阻）差模输入电阻 beid 2rRR b + + （4）输出电阻）输出电阻 co 2 RR - + - _ - +o o2 c u + b V 2 u u R L R i2 + o

19、1T e R R u i1 c V b CC u EE + + R 1 T R be L c du ) 2 /( rR R R A b + + 第27页/共49页 beb Lc ud 2 / rR RR A + + 2. 双端输入单端输出双端输入单端输出 这种方式适用这种方式适用 于将差分信号转换于将差分信号转换 为单端输出的信号。为单端输出的信号。 (1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2）差模输入电阻）差模输入电阻 beid 2rRR b + （3）输出电阻）输出电阻 co RR + _ c u + b V 2 u R LR i2 o1 T e R R i1 c V b CC u EE

20、 + R 1 T R + 第28页/共49页 （4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数 + _ c u + b V 2 u R LR i2 o1 T e R R i1 c V b CC u EE + R 1 T R + ic uuic iRe ui1 i1= =ui2i2 = =uic ic， ， 设设ui1 ，ui2 ie1 ， ie1 。 iRe （=2 ie1 ） 画出共模等效电路画出共模等效电路 u u c ic + b 1 u R ic c i1 T2R R o1 R u u T + i2 b R + L i e R e1Re 2 2ie2 第29页/共49页 ic o1 ic oc

21、 uc = u u u u A ebeb L 2)1 ( = RrR R + e L 2 R R 求共模电压放大倍数求共模电压放大倍数： u u c ic + b 1 u R ic c i1 T2R R o1 R u u T + i2 b R + L i e R e1Re 2 2ie2 + + + + i - R be u L u R R+ r - b o1 C b b i ic c i Re2 第30页/共49页 be L c d ) 2 /( rR R R A b u + + uid = ui uic= ui / 2 计算同双端输入双端输出：计算同双端输入双端输出： 0 uc A beid

22、 2rRR b + + co 2 RR _ R RT + RbT1 EE e b 2 V i u iRe i1 u + - i2 u + - = u 2 i i1 u+ + 2 = i i2 u u u 2 i u 2 i 第31页/共49页 be Lc d 2 / rR RR A b u + + 计算同双入单出：计算同双入单出： e L c 2 R R Au beid 2rRR b + + co RR _ + V R i1 R b e c V 2 T R R + L b c u EE o1 u R R Re T CC 1 i + 第32页/共49页 差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参

23、数计算总结 双端输出时：双端输出时： be L c du ) 2 /( rR R R A b + + 单端输出时：单端输出时： be Lc ud 2 / rR RR A b + + (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 双端输出时：双端输出时： 单端输出时：单端输出时： 0 uc A LL uc bbeee (1)22 RR A RrRR + 第33页/共49页 (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻 不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻 Rid是基本

24、放大电路的两倍。是基本放大电路的两倍。 单端输出时单端输出时 双端输出时双端输出时 co RR co 2RR beid 2rRR b + + (4)(4)输出电阻输出电阻 第34页/共49页 (5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。 beb e eL bebL CMR 2/ )(2/ rR R RR rRR K + + + + uc ud CMR A A K 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比： 第35页/共49页 beb e CMR rR R

25、 K + _ + V R i1 R b e c V 2 T R R + L b c u EE o1 u R R Re T CC 1 i + 加大加大Re，可以提高共模抑制比，可以提高共模抑制比 。为此可用恒流源来代替。为此可用恒流源来代替Re 。 第36页/共49页 等效很大的交流电阻，直等效很大的交流电阻，直 流电阻并不大。流电阻并不大。 恒流源使共模放大倍数减小，而恒流源使共模放大倍数减小，而 不影响差模放大倍数，从而增加不影响差模放大倍数，从而增加 共模抑制比。共模抑制比。 恒流源的作用恒流源的作用 第37页/共49页 例例5.2：如图所示的差分式放大电路中，：如图所示的差分式放大电路中

26、，Rc=10k，ro=50k， Io=1mA， VCC=15V，VEE=15V，三极管，三极管1=2=100，输入电，输入电 压压vi1=10mV。试计算总输出电压。试计算总输出电压vo为多少？为多少？ +VCC T1 Rc + - vi1 T2 Rc vo e VEE ro Io 第38页/共49页 +VCC T1 Rc + - vi1 T2 Rc Vo e VEE ro Io o CE 0.5mA 2 I II be E 26 20015400+r I c vd be 100 10 92.6 22 5.4 R A r ( (1) )该电路为单端输入、单端输出接该电路为单端输入、单端输出接

27、法，首先求其静态工作电流法，首先求其静态工作电流IC的值。的值。 ( (2) )求求T2集电极输出时的差模增集电极输出时的差模增 益和共模增益。益和共模增益。 CL VC beoo 10 0.1 1222 50 + RR A rrr ( (3) )将输入信号分解为差模输入成分和共模输入成分。将输入信号分解为差模输入成分和共模输入成分。 vid=vi1vi2=10mV 5 22 i1i2i iC mV vvv v + + 第39页/共49页 +VCC T1 Rc + - vi1 T2 Rc Vo e VEE ro Io CQ2CCC2C 120.5 107VVVIR oodocidvdicvc

28、10 92.65 ( 0.1)926mV+ vvvv Av A OCQ2o 7.926V+VVv ( (4) )求求T2集电极瞬时输出电压集电极瞬时输出电压Vo。 根据叠加原理根据叠加原理Vo瞬时电压为瞬时电压为VC2直流静直流静 态电压态电压VCQ2加上瞬时交流输出电压加上瞬时交流输出电压vo 可以看出交流输出可以看出交流输出vovod，即差分电路极好地抑制了共模信号，即差分电路极好地抑制了共模信号 。 第40页/共49页 5.4 集成运放简介集成运放简介 一一. 集成运放的总体结构集成运放的总体结构 u u u 电压放大级 输出级 偏置电路 uo + 差动输入级 u u- 第41页/共49

29、页 二二. 简单的集成运放简单的集成运放 + + + + + T1 Rc1 s I Rc2 c3 R 2 T 4 T 5 T 3 T VCC+ EE V- u- u+ o u 反反 相相 输输 入入 端端 同同 相相 输输 入入 端端 输输入入级级中中间间级级输输出出级级 原理电路：原理电路： 第42页/共49页 图图5.4.1 F007型集成运算放大器的原理电路型集成运算放大器的原理电路 第43页/共49页 u- u+ uo 集成运算放大器符号集成运算放大器符号 国际符号：国际符号： 国内符号：国内符号： 集成运放的特点：集成运放的特点： 电压增益高电压增益高: Avd= 输入电阻大输入电阻大: Rid= 输出电阻小输出电阻小:Ro=0 同相输入同相输入P 反相输入反相输入N 输出端输出端 V V V o