模电-电子线路线性部分第五版-主编-冯军-谢嘉奎第四章课件(2)

1、差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。成电路的输入级，是另一类基本放大器。4.4差分放大器差分放大器4.4.1电路结构电路结构 由两完全对称的共发电路，经射极电阻由两完全对称的共发电路，经射极电阻 REE 耦合而成。耦合而成。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLT1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 采用正负双电源供电：采用正负双电源供电：VCC = | |VEE| |。 具有两种输出方式：双端输出、单端输出。具有两种输出方

2、式：双端输出、单端输出。第第 4 章放大器基础章放大器基础T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL由于电路采用正负双电源供电，则由于电路采用正负双电源供电，则 VBQ1 = VBQ2 0 估算电路估算电路 Q 点点T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令令 vi1 = vi2 = 0，画出电路直流通路。，画出电路直流通路。， 2EECQ2CQ1III ， EEEEBE(on)EERVVI 因此因此CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV 第第 4 章放大器基础章放大器基础q 差模信号差模信号和共模信号和共模信号4.4.2电路性能特点电路性能特

3、点 差模信号：指大小相等、极性相反的信号。差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为表示为 vi1 = vi2 = vid / 2差模输入电压差模输入电压vid = vi1 vi2 共模信号：指大小相等、极性相同的信号。共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为表示为 vi1 = vi2 = vic共模输入电压共模输入电压 vic = (vi1 + vi2 ) / 2 任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。之代数和。 vi1 = vic+ vid / 2vi1 = vic vid / 2即即第第 4 章放大器基础章放大器基础q

4、 差放半电路分析法差放半电路分析法 因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是如何在差模输入与共模输入时，分别画出如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通半电路交流通路路。在此基础上分析电路各项性能指标。在此基础上分析电路各项性能指标。分析步骤：分析步骤： 差模分析差模分析画半电路差模交流通路画半电路差模交流通路 计算计算 Avd、Rid、Rod 。 共模分析共模分析画半电路共模交流通路画半电路共模交流通路 计算计算 Avc、KCMR、Ric 。 根据需要计算输出电压根据需要计算输出电压 双端输出：双端输出： 计算计算 vo 。单端输出：单

5、端输出： 计算计算 vo1 、 vo2 。第第 4 章放大器基础章放大器基础q 差模性能分析差模性能分析T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 双端输出电路双端输出电路 REE 对差模视为短路。对差模视为短路。iC2 = ICQ - - iCiC1 = ICQ + iC因因IEE = iC1 + iC2 = 2ICQ( (不变不变) )故故RL 中点视为交流地电位，中点视为交流地电位，即每管负载为即每管负载为 RL / 2 。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1) )半电路差模交流通路半电路差模交流通路注意：注意：关键在于对公共器件的处理。关键在于对

6、公共器件的处理。 第第 4 章放大器基础章放大器基础RC+ - -vod1+ - -vid1RL2 2T1半电路差模交流通路半电路差模交流通路 2) )差模性能指标分析差模性能指标分析iididivR 差模输入电阻差模输入电阻eb1i22 rRiid2id1ivv iid12iv 差模输出电阻差模输出电阻C1ood22RRR 差模电压增益差模电压增益idoddvvAv id2id1od2od1vvvv id1od122vv 1vA ebLC)2/( rRR 注意：注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到 提高。提高。 第第 4 章放大器基础章放大器

7、基础半电路差模交流通路半电路差模交流通路 RC+ - -vod1+ - -vid1RL2T1ii 单端输出电路单端输出电路 与双端输出电路的区别：仅在于对与双端输出电路的区别：仅在于对 RL 的处理上。的处理上。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLiididivR eb1i22 rR不变不变C1o1odRRR idod1d1vvAv id1od12vv 21vA ebLC)/(21 rRR 减小减小减小减小d2vA 第第 4 章放大器基础章放大器基础RC+ - -vod1= vod+ - -vid1RLT1ii半电路差模交流通路半电路差模交流通路q

8、共模性能分析共模性能分析T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL 双端输出电路双端输出电路每管发射极接每管发射极接 2REE。iC2 = ICQ + iCiC1 = ICQ + iC因因IEE = iC1 + iC2 = 2ICQ+ 2iC则则RL 对共模视为开路。对共模视为开路。直流电源短路接地。直流电源短路接地。1) )半电路共模交流通路半电路共模交流通路因此因此 REE 上的共模电压：上的共模电压：2iC REE因此流过因此流过 RL 的共模电流为的共模电流为 0。第第 4 章放大器基础章放大器基础半电路共模交流通路半电路共模交流通路RC+ - -

9、voc1+ - -vic1= vicT12REE2) )共模性能指标分析共模性能指标分析iicicivR 共模输入电阻共模输入电阻1iR iic1iv 共模输出电阻共模输出电阻共模电压增益共模电压增益icocdvvAv icoc2oc1vvv 0 电路特点电路特点)1(2EEeb Rr无意义无意义双端输出电路利用对称性抑制共模信号。双端输出电路利用对称性抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号利用对称性抑制共模信号( (温漂温漂) )原理：原理： CQ2CQ1IIT0)(CQ2CQ1O VVV)(CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV 第第 4 章放大器基础章放大器基础半电路共模交流通路半电路共模交流

10、通路RC+ - -voc1+ - -vic1= vicT12REE 单端输出电路单端输出电路 T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL与双端输出电路的区别：仅在于对与双端输出电路的区别：仅在于对 RL 的处理上。的处理上。iicicivR 1iR )1(2EEeb Rr不变不变C1o1ocRRR icocc1vvAv 1vA EELEEebLC2)1(2)/(RRRrRR c2vA 第第 4 章放大器基础章放大器基础半电路共模交流通路半电路共模交流通路RC+ -voc1=voc+ -vic1= vicT12REERL单端输出电路特点单端输出电路特点单端输

11、出电路利用单端输出电路利用 REE 的负反的负反馈作用抑制共模信号。馈作用抑制共模信号。利用利用 REE 抑制共模信号原理：抑制共模信号原理： CQIT EQV BQI)(EQBQBEQVVV T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL CQI 一般射极电阻一般射极电阻 REE 取值较大取值较大EELc12RRAv 因此因此很小。很小。结论结论 无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大 差模信号、抑制共模信号的能力。差模信号、抑制共模信号的能力。第第 4 章放大器基础章放大器基础差放性能指标归纳总结差放性能指标归纳总

12、结 Rid 与电路输入、输出方式无关。与电路输入、输出方式无关。 Rod 仅与电路输出方式有关。仅与电路输出方式有关。 Avd 仅与电路输出方式有关。仅与电路输出方式有关。 Avc仅与电路输出方式有关。仅与电路输出方式有关。eb1id22 rRRi双端输出双端输出， 22C1oodRRR 单端输出单端输出C1ood1RRR 双端输出双端输出， ebL1d rRAAvv 单端输出单端输出， 2ebLd2d1 rRAAvv 双端输出双端输出0icoc vvAvc单端输出单端输出1icoc1c2c1vvvAvvAA EEL2RR )2/(LCLRRR 其中其中LCL/ RRR 其中其中第第 4 章放

13、大器基础章放大器基础q 共模抑制比共模抑制比KCMR 是用来衡量差分放大器对共模信号抑制能力是用来衡量差分放大器对共模信号抑制能力的一项重要指标，其值越大越好。的一项重要指标，其值越大越好。定义定义 cdCMRvvAAKcdCMRvvAAK 双端输出电路双端输出电路单端输出电路单端输出电路c1d1CMRvvAAK EEmebEERgrR 提高提高 IEE( (即增大即增大 gm) )、增大、增大 REE提高提高 KCMR第第 4 章放大器基础章放大器基础 普通差放存在的问题：普通差放存在的问题：q 采用恒流源的差分放大器采用恒流源的差分放大器REE KCMR 抑制零点漂移能力抑制零点漂移能力

14、但但 IEE Q 点降低点降低 输出动态范围输出动态范围 T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T333BE(on)EE212EE)(RVVRRRI ebid2 rRCod2RR ebCd22 rRAv o3C2c2RRAv )/1(21e3b333ce3o3RRrRRrR 其中其中2/EE2CQ1CQIII o3mCMRRgK 很大很大第第 4 章放大器基础章放大器基础 双端输出时双端输出时 单端输出时单端输出时q 任意输入时，输出信号的计算任意输入时，输出信号的计算idd2o1oovAvvvv i2i1idvvv 其中其中idd1icc1od1oc11ovAvAvvvvv

15、 idd2icc2od2oc22ovAvAvvvvv 其中其中i2i1idvvv 2i2i1icvvv ebLCd)2/( rRRAv ebLCd2d12)/( rRRAAvv c2c1vvAA EELC2/RRR 第第 4 章放大器基础章放大器基础例：例：图示电路，已知图示电路，已知 = 100，vi = 20sin t (mV)，求，求 vo 。 解：解：T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6 k 10 k 10 k (12 V)(- -12 V)( (1) )分析分析 Q 点点mA 25. 02/EECQ2CQ1 IIImA 5 . 0/ )(EEEEBE(on)EE R

16、VVI( (2) )分析分析 Avd2 、Avc2252)/(ebLCd2 rRRAv 11. 02/EELC2c RRRAv由于由于 k 4 .1026)1(1CQebIr 则则( (3) )计算计算 vo oii2i1idvvvv 2/2/ )(ii2i1icvvvv 由于由于则则(mV) sin479idd2icc2o2otvAvAvvvv 第第 4 章放大器基础章放大器基础4.4.3电路两边不对称对性能的影响电路两边不对称对性能的影响实际差分放大器，电路不可能做到完全对称：实际差分放大器，电路不可能做到完全对称：q 双端输出时的双端输出时的 KCMRT1、T2 两管集电极电阻两管集电极

17、电阻 RC 不相等不相等或或 T1、T2 两管的两管的 及及 VBE(on)不对称不对称例如例如产生运算误差产生运算误差理想情况理想情况od2od1vv 实际情况实际情况2/d)o(dc)o(dod1 vvv2/d)o(dc)o(dod2 vvvoc2oc1vv cdCMR/vvAAK2/d)o(cc)o(coc1 vvv2/d)o(cc)o(coc2 vvv由于由于od1oc11ovvv od2oc22ovvv icd)c(idd)d(d)c(od)d(o2o1oovAvAvvvvvvv 则则d)c(d)d(CMR/ vvAAK因此因此第第 4 章放大器基础章放大器基础由两管参数不对称由两管

18、参数不对称( (如如 VBE(on)、IS、RC 不等不等) )引起失调。引起失调。q 失调及其温漂失调及其温漂 输入失调电压输入失调电压 VIOT1T2实际差放实际差放+- -VO 0零输入时零输入时等效为等效为理想差放理想差放+- -VOVIO+- -从等效的观点看：从等效的观点看：VIO 就是使就是使 VO = 0 时，在实际差放输入端所加的补偿电压。时，在实际差放输入端所加的补偿电压。dOIO/vAVV 失调电压失调电压VIO 产生原因：产生原因：第第 4 章放大器基础章放大器基础两管两管 不等，造成不等，造成 ICQ1 ICQ2 输入失调电流输入失调电流 IIO从等效的观点看：从等效

19、的观点看：IIO 就是使就是使 ICQ1 = ICQ2 时，在实际差放输入端所加的时，在实际差放输入端所加的补尝电流。补尝电流。 BQ2BQ1IOIII 失调电流失调电流IIO 产生原因：产生原因：T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取若取2)(BQ2BQ1BIII 则则2IOBBQ1III 2IOBBQ2III 第第 4 章放大器基础章放大器基础 失调模型失调模型总输入失调电压总输入失调电压SIOIOIORIVV 当当 RS 较大时：较大时：当当 RS 较小时：较小时：失调以失调以 IIO为主，为减小为主，为减小 VIO ，应选，应选 IIO 小的差放。小的差放。失调

20、以失调以 VIO 为主，为减小为主，为减小 VIO ，应选，应选 VIO 小的差放；小的差放；第第 4 章放大器基础章放大器基础T1T2- - +IBIBIIO2IIO2VIORSRS 调零电路调零电路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (发射极调零电路发射极调零电路) )T1VCCREERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (集电极调零电路集电极调零电路) )调节电位器调节电位器 RW ，改变两端发射极电位或集电极电，改变两端发射极电位或集电极电阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。第第 4 章放大器基础章放大

21、器基础 VIO 和和 IIO 的温漂的温漂若环境温度、电源电压等外界因素变化：若环境温度、电源电压等外界因素变化：三极管参数变化三极管参数变化VIO 和和 IIO 变化。变化。其中温度变化引起的温漂最大。其中温度变化引起的温漂最大。可以证明：可以证明：IOIOVTV IOIOITI 注意：调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。注意：调零电路可以克服失调，但不能消除温漂。 MOS 差放的失调差放的失调因因IG 0IOSIOIOIOVRIVV 则则( (mV 量级量级) )由两管参数由两管参数( (如如 W/l、VGS(th) )及及 RD 不匹配引起失调。不匹配引起失调。VIO 产生原因：产生原

22、因：注意：注意： MOS 管差放的管差放的 VIO 三极管差放的三极管差放的 VIO 。第第 4 章放大器基础章放大器基础4.4.4差模传输特性差模传输特性完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。特性。q 双极型差放的差模传输特性双极型差放的差模传输特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+- -vID假设电路对称假设电路对称121 TBE1eSC1VvIi TBE2eSC2VvIi C2C1EEiiI BE2BE1IDvvv 则则TID/EEC2e1VvIi TID/EEC1e1VvIi 得得)2(thTIDEEC2C1VvIi

23、i 第第 4 章放大器基础章放大器基础差模传输特性曲线差模传输特性曲线1OiC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEEOiC1- - iC2vID/VTIEE- -IEE可以证明：可以证明： 当当| vID | 26 mV 时，差放线性工作时，差放线性工作( (单管电路单管电路 vI 100 mV 后后，一管截止一管截止、另一管导通另一管导通，差放非线性工作差放非线性工作。说明：说明：若在两管发射极上串联电阻若在两管发射极上串联电阻 RE，则利用，则利用 RE 的负反馈的负反馈 作用，可扩展线性范围。作用，可扩展线性范围。RE 线性范围线性范围 但但 Avd 第第 4 章放大器

24、基础章放大器基础最大差模输入电压范围：最大差模输入电压范围：最大共模输入电压范围：最大共模输入电压范围：受受 VBR(BEO) 限制的最大差模输入电压。限制的最大差模输入电压。T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3保证保证 T1、T2、T3 管工作在管工作在放大区，所对应的最大共模输放大区，所对应的最大共模输入电压。入电压。BE(on)1CE(sat)1CCCCIC VVRIVv 要保证要保证 T1、T2 管放大区工作：管放大区工作：BE(on)1CE(sat)33E3EEIC VVRIVv 要保证要保证 T3 管放大区工作：管放大区工作：第第 4 章放大器基础章放大器基

25、础q MOS 差放差放- -差模传输特性差模传输特性 假设两管特性完全相同，且工作于饱和区，则：假设两管特性完全相同，且工作于饱和区，则：2GS(th)GSQIDGS(th)GSQIDSSSSD141122 VVvVVvIIi得得T1VDDISSVSSRDRDT2iD1iD2vI1vI22GS(th)GS1OXnD1)(2VVlWCi D2D1SSiiI GS2GS1IDvvv 2GS(th)GS2OXnD2)(2VVlWCi 2GS(th)GSQIDGS(th)GSQIDSSSSD241122 VVvVVvIIi第第 4 章放大器基础章放大器基础可以证明：可以证明：当当| vID | 2)

26、) 当温度变化时，由于当温度变化时，由于 、VBE(on) 的影响，的影响，I0 热稳定性降低。热稳定性降低。 IO 精度及热稳定性精度及热稳定性由由当当 较小时，较小时，I0 与与 IR 之间不之间不满足严格的镜像关系，满足严格的镜像关系，I0 精度降低。精度降低。 输出电阻输出电阻 RO由由RVVIBE(on)CCR 得知，得知，当考虑基宽调制效应时，当考虑基宽调制效应时，根据根据)/1 (eACESCTBEVvIiVv VA 除了降低除了降低 I0 精度外，还造成精度外，还造成 Ro 较小，较小，I0 恒流特性变差。恒流特性变差。RO = rce2第第 4 章放大器基础章放大器基础得知，

27、得知， /21R0 II则则 BE(on)ACEQ2AR0/21VVVVII 得得 BE(on)ACEQ2AC1C2VVVViiq 减小减小 影响的影响的镜像电流源镜像电流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 结构特点结构特点T1 管管 c、b 之间插入一射随器之间插入一射随器 T3。 电路优点电路优点减小分流减小分流 i ，提高，提高 I0 作为作为 IR 镜镜像的精度。像的精度。由图由图 12B1C1C1RiiiiI)1(210 IR2202II 整理得整理得式中式中RVVIBE(on)CCR2 输出电阻输出电阻Ro = rce2第第 4 章放大器基础章放大器基础q 比例式镜像电流源

28、比例式镜像电流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 结构特点结构特点两管射极串接不同阻值的电阻。两管射极串接不同阻值的电阻。 电路优点电路优点R 增大，增大，I 恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。)/1(1e2b222ce2oRRrRRrR 由由( 较大较大)2E2BE21E1BE1RivRiv )/ln(C2C1TBE2BE1iiVvv RC1E1Iii 0C2E2Iii ( 较大较大)得得)/ln()/(/0R2T21R0IIRVRRII 当当)/ln(0RT1RIIVRI 时，时，得得21R0/RRII 式中式中1BE(on)CCRRRVVI 第第 4 章放大器基础章放大器基

29、础q 微电流源微电流源T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例镜像电流源中的令比例镜像电流源中的 R1 = 0 。由由)/ln()/(/0R2T21R0IIRVRRII 式中式中RVVIBE(on)CCR 根据集成工艺的要求，电阻根据集成工艺的要求，电阻 R 不易做太大，故前述不易做太大，故前述电流源的电流源的 I0 只能做到只能做到 mA 量级。量级。 )/ln()/(0R2T0IIRVI 得得)1(e2b222ce2o rRRrR 输出电阻输出电阻电路优点：电路优点：可提供可提供 A 量级的电流，且量级的电流，且 Ro 大，精度高。大，精度高。第第 4 章放大器基础章放大器基础q MOS

30、镜像电流源镜像电流源MOS 镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，只是原参考支路中的电阻只是原参考支路中的电阻 R 被有源电阻被有源电阻 T3 取代。取代。T1VCCT2IRIOT3VSS若若T1 T2 性能匹配，工作在饱和区性能匹配，工作在饱和区宽长比分别为宽长比分别为( (W/l ) )1 、( (W/l ) )2根据根据2GS(th)GSOXnD)(2VVlWCi 0D2D1RIiiI DS1DS3SSDDvvVV GS1DS1vv GS3DS3vv ，得得R120)/()/(IlWlWI 2GS(th)GS1SSDDGS(th)GS113)

31、()/()/(VvVVVvlWlW 2GS(th)GS11OXnR)()(2VvlWCI 其中其中第第 4 章放大器基础章放大器基础4.5.3有源负载差分放大器有源负载差分放大器 T1、T2 构成的镜像电流源代替构成的镜像电流源代替 RC4 。T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 电路组成：电路组成：T3、T4 构成双端输入单端输出差放。构成双端输入单端输出差放。 电路特点：电路特点： 由镜像电流源知由镜像电流源知C3C2ii 当差模输入时当差模输入时C3C4ii 则差模输出电流则差模输出电流C3C4C2o2iiii 当共模输入时当共模输入时C3C4ii 则共模

32、输出电流则共模输出电流0C4C2o iii第第 4 章放大器基础章放大器基础T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析： 结论：结论：该电路不仅具有放大差模、抑该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还制共模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。获得双端输出的增益。2/EECQ4CQ3CQ2CQ1IIIII 由于由于则则TCQm4m3m2m1/VIgggg )/(ce4ce2m4Lm4drrgRgAv 差模增益差模增益差模输入电阻差模输入电阻ebe4be3bid2)(2 rrrR差模输出电阻差模输出电阻ce4ce2o/ rrR

33、第第 4 章放大器基础章放大器基础4.6集成运算放大器集成运算放大器集成运放是实现高增益放大功能的一种集成器件。集成运放是实现高增益放大功能的一种集成器件。 集成运放性能特点集成运放性能特点Av 很大：很大：( (104 107 或或 80 140 dB) )Ri 很大：很大：( (几几 k 105 M ) )Ro 很小：很小：( (几十几十 ) )静态输入、输出电位均为零。静态输入、输出电位均为零。 集成运放电路符号集成运放电路符号反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端v- -v+ +vo o+- -第第 4 章放大器基础章放大器基础 集成运放电路组成集成运放电路组成由于实际电

34、路较复杂由于实际电路较复杂 ，因此读图时，因此读图时，应根据电路组应根据电路组成，把整个电路划分成若干基本单元进行分析。成，把整个电路划分成若干基本单元进行分析。输入级输入级中间增益级中间增益级输出级输出级偏置电路偏置电路采用改进型采用改进型差分放大器差分放大器采用采用 1 2 级共发电路级共发电路 采用射随器或采用射随器或互补对称放大器互补对称放大器采用电流源采用电流源第第 4 章放大器基础章放大器基础q F007 集成运放内部电路集成运放内部电路输入级组成：输入级组成：由由 T1、T3 和和 T2、T4 组成的共集组成的共集共基组合电路构成双入单出差放。共基组合电路构成双入单出差放。T5、

35、T6、T7 组成的改进型镜像电组成的改进型镜像电流源作流源作 T4 管的有源负载。管的有源负载。T8、T9 组成的镜像电流源代替差组成的镜像电流源代替差放的公共射极电阻放的公共射极电阻 REE。输入级特点：输入级特点：改进型差放具有共模抑制比高、输改进型差放具有共模抑制比高、输入电阻大、输入失调小等特点，是入电阻大、输入失调小等特点，是集成运放中最关键的一部分电路。集成运放中最关键的一部分电路。中间级组成：中间级组成： T17 构成共发放大器。构成共发放大器。 T13B、T12 组成的镜像组成的镜像电流源作有源负载，代电流源作有源负载，代替集电极电阻替集电极电阻 RC。电路特点：电路特点： 中

36、间级是提供增益的主中间级是提供增益的主体，采用有源负载后，体，采用有源负载后，电压增益很高。电压增益很高。隔离级隔离级 ： T16 管构成的射随器作管构成的射随器作为隔离级为隔离级 ，利用其高输，利用其高输入阻抗的特点，提高输入阻抗的特点，提高输入级放大倍数。入级放大倍数。输出级组成：输出级组成：T14 与与 T20 组成甲乙类互补对称组成甲乙类互补对称放大器。该放大器采用两个射随放大器。该放大器采用两个射随器组合而成。器组合而成。电路特点：电路特点：输出电压大，输出电阻小，带输出电压大，输出电阻小，带负载能力强。负载能力强。过载保护电路过载保护电路 ：T15、R6 保护保护 T14管，管，T

37、21、T22、T24、R7 保护保护 T20 管。管。正常情况保护电路不工作，只正常情况保护电路不工作，只有过载时，保护电路才启动。有过载时，保护电路才启动。隔离级隔离级 ：T23A 管构成的有源负载射管构成的有源负载射随器作为随器作为隔离级隔离级，可提高中间，可提高中间级电压增益。级电压增益。T13A 与与 T12 组成的镜像电组成的镜像电流源作有源负载，代替流源作有源负载，代替 T23A 的的发射极电阻发射极电阻 RE。偏置电路偏置电路：偏置电路一般包含在各级电偏置电路一般包含在各级电路中，采用多路偏置的形式。路中，采用多路偏置的形式。T10、T11构成微电流源，作构成微电流源，作为整个集

38、成运放的主偏置。为整个集成运放的主偏置。电平位移电路电平位移电路 ：输入级共集输入级共集共基组合电共基组合电路中，采用极性相反的路中，采用极性相反的 NPN与与 PNP 管进行电平位移。不管进行电平位移。不专门另设电平位移电路。专门另设电平位移电路。将上述单元电路功能综合起来可见，将上述单元电路功能综合起来可见，F007 是实是实现高增益放大功能的一种集成器件。现高增益放大功能的一种集成器件。它具有高它具有高 Ri、低、低 Ro、高、高 Av、高、高 KCMR 、零输入、零输入时零输出等特点，是一种较理想的电压放大器件。时零输出等特点，是一种较理想的电压放大器件。第第 4 章放大器基础章放大器

39、基础4.7放大器的频率响应放大器的频率响应从系统的观点看，小信号放大器为线性时不变系统。从系统的观点看，小信号放大器为线性时不变系统。q 传递函数和极零点传递函数和极零点4.7.1复频域分析法复频域分析法输入激励信号输入激励信号 x(t)输出激励信号输出激励信号 y(t)若设若设拉氏变换拉氏变换X(s)Y(s)011n011)()()(asasabsbsbsXsYsAnnnmmmm 在初始条件为零时，定义系统的传递函数：在初始条件为零时，定义系统的传递函数：)()()()(21210nmpspspszszszsH (m n)式中：标尺因子式中：标尺因子 H0 = bm/an ， z 为零点，为

40、零点，p 为极点。为极点。第第 4 章放大器基础章放大器基础 在可实现的稳定有源线性系统中，分母多项式各系数在可实现的稳定有源线性系统中，分母多项式各系数恒恒 为正实数，极点必为负实数或实部为负值为正实数，极点必为负实数或实部为负值的共轭复数。的共轭复数。 零点可以是负实数或实部为负值的共轭复数；也零点可以是负实数或实部为负值的共轭复数；也可以是可以是 正实数或实部为正值的共轭复数。正实数或实部为正值的共轭复数。 在仅含容性电抗元件的系统中：在仅含容性电抗元件的系统中：只要不出现由电容构成的闭合回路，则极点只要不出现由电容构成的闭合回路，则极点数数 = 电容电容数。数。若出现闭合回路，则极点若

41、出现闭合回路，则极点数数 = 独立独立电容数。电容数。C1C2C3图示闭合回路，极点数图示闭合回路，极点数 = 2说明说明第第 4 章放大器基础章放大器基础1) )写出电路传递函数表达式写出电路传递函数表达式 A(s) q 频率响应分析步骤频率响应分析步骤 复频域内，无零多极系统传递函数一般表达式：复频域内，无零多极系统传递函数一般表达式： )1()1)(1()(21InpspspsAsA 2) )令令 s = j ，写出频率特性表达式，写出频率特性表达式 A(j )设极点均为负实数设极点均为负实数( ( p p = = - - p ) )，则，则)j1()j1)(j1()j (p2p1pIn

42、AA 4) )确定上、下限角频率确定上、下限角频率 3) )绘制渐近波特图绘制渐近波特图第第 4 章放大器基础章放大器基础q RC 低通电路频率响应低通电路频率响应 CR+- -+- -vi(t)vo(t) 由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式 ：pio/11)(1)/(1)()()( ssCRsCsVsVsAv RC 时间常数时间常数式中式中 /1P ， 令令 s = j ，则频率特性表达式：，则频率特性表达式：Pj11)j ( vA幅值：幅值：2P)(11)( vA2PdB)(1lg20)( vA或或相角：相角：)arctan()(PA 第第 4 章放大器基础章放大器基础O p0.1

43、p10 pAv( )/dB - -20- -3O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - - 5.7 绘制渐近波特图绘制渐近波特图：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA 根据根据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图渐近波特图画法：渐近波特图画法：幅频幅频 p 时，时，PdBlg20)( vA = p 时，时，dB 3)(dB vA相频相频oA0)( 10 p 时，时，oA90)( = p 时，时，oA45)( - -20 dB/10 倍频倍频- -45 /10 倍频倍频第第 4 章放大器基础章放大器基础 确定上限角频率：确定上限角

44、频率：O p0.1 p10 pAv( )/dB - -20O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - -20 dB/10 倍频倍频- -45 /10 倍频倍频归纳一阶因子归纳一阶因子渐近波特图画法：渐近波特图画法：幅频渐近波特图：幅频渐近波特图：Pj11)j ( vA已知已知自自 0 dB水平线出发，经水平线出发，经 p 转折成斜率为转折成斜率为( (20 dB/10 倍频倍频) )的直线。的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图：自自 0 水平线出发，经水平线出发，经 0.1 p 处转折，斜率为处转折，斜率为( (45 / 10 倍频倍频) )，再经，再经 10 p 处

45、转折处转折为为 - -90 的水平线。的水平线。dB3)(1lg20)(2pdB vA因因 = p 时，时， H = p第第 4 章放大器基础章放大器基础q RC 高通电路频率响应高通电路频率响应 由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式 ：ssCRRsVsVsAv/11)(1)()()(pio RC 时间常数时间常数式中式中 /1P ， 令令 s = j ，则频率特性表达式：，则频率特性表达式： Pj11)j ( vA幅值：幅值：2PdB)(1lg20)( vA相角：相角：)arctan()(PA CR+- -+- -vi(t)vo(t)下限角频率：下限角频率：dB 3)(1lg20)(2P

46、dB vA因因 = p 时，时， L = p第第 4 章放大器基础章放大器基础O p0.1 p10 p A( ) 45 90 绘制渐近波特图绘制渐近波特图：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA 根据根据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图O p0.1 p10 pAv( )/dB - -2020 dB/十倍频十倍频- -45 /十倍频十倍频幅频渐近波特图：幅频渐近波特图： p：0 dB 水平线；水平线； p：斜率为斜率为( (20 dB/十倍十倍 频频) )的直线。的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图： 0.1 p： 90 的水平线。的水平线。 0.1

47、p 10 p ：0 水平线。水平线。第第 4 章放大器基础章放大器基础q 多极点系统多极点系统频率响应频率响应 利用利用 RC 低通电路分析结果，得传递函数表达式低通电路分析结果，得传递函数表达式 ：)/1)(/1)(/1()(p3p2p1I sssAsAvv 式中式中11P11CR C1R1+- -+- -vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3如图所示的三级理想电压放大器，如图所示的三级理想电压放大器，Ri ，Ro 0。试画渐近波特图，并求试画渐近波特图，并求 H 。已知已知 R1 C1 R2 C2 R3 C3 。22P21CR 33P31CR 321IvvvvAAAA 第第 4 章放大

48、器基础章放大器基础 频率特性表达式：频率特性表达式：2P32P22P1IdB)(1lg20)(1lg20)(1lg20lg20)( vvAAP3P2P1A/arctan/arctan/arctan)( )/j1)(/j1)(/j1()(p3p2p1I vvAsA幅频及相频表达式：幅频及相频表达式： 均为单阶因子波特图的叠加。均为单阶因子波特图的叠加。假设假设dB 60I vAP1P2P310010 O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 O p2 p1 p3Av( )/dB 204060- -20 p3- -20 dB/10 倍频倍频-

49、 -40 dB/十倍频十倍频- -60 dB/十倍频十倍频- -45 / 10 倍频倍频- -90 /十倍频十倍频- -45 /十倍频十倍频第第 4 章放大器基础章放大器基础归纳归纳多极点系统渐近波特图画法：多极点系统渐近波特图画法：幅频渐近波特图：幅频渐近波特图：自中频增益自中频增益 AvI( (dB) )的水平线出发，经的水平线出发，经 pn 转折成转折成斜率为斜率为( ( 20 dB/十倍频十倍频) )的直线。的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图：自自 0 水平线出发，经水平线出发，经 0.1 p1 处开始转折，斜率为：处开始转折，斜率为：( ( 45 /十倍频十倍频) )乘以乘以(

50、(单阶因子重叠的段数单阶因子重叠的段数) )，再经再经 10 pn ，转折成，转折成 - - 90 的折线。的折线。)/j1)(/j1)(/j1()j (p3p2p1I vvAA已知已知第第 4 章放大器基础章放大器基础 确定上限角频率：确定上限角频率：根据定义，当根据定义，当 = H 时：时：2)(1 )(1)(1 )(I2P3H2P2H2P1HIHvvvAAA 即即2)(1 )(1)(1 2P3H2P2H2P1H 整理并忽略高阶小量得到上限角频率为整理并忽略高阶小量得到上限角频率为23P22P21PH/1/1/11 若若 p2 4 p1 ，则称，则称 p1 为主极点，为主极点， p2 、

51、p3 为非主极点。为非主极点。p1H 上限角频率取决于主极点角频率：上限角频率取决于主极点角频率：第第 4 章放大器基础章放大器基础高频工作，考虑三高频工作，考虑三极管极间电容影响时，极管极间电容影响时， 为频率的复函数。为频率的复函数。q 三极管频率特性参数三极管频率特性参数0)(bcce)()()( sVsIsIs rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b ebcIb(s)Ic(s)根据定义根据定义经推导得经推导得 /j1)j ( Hcbebeb)(1 CCr其中其中 指指 ( )下降到中频下降到中频 的的 0.707 倍时对应的角频率。倍时对应的角频率。共发电路截止角频

52、率共发电路截止角频率 第第 4 章放大器基础章放大器基础 ( ) 2/ O当当 = T 时时T2TT)/(1)( 因此因此 T = 指指 ( ) 下降到下降到 1 时，时，对应的角频率。对应的角频率。 特征角频率特征角频率 T根据根据 T T 是三极管具有电流放大作用的最高极限角频率。是三极管具有电流放大作用的最高极限角频率。2)/(1)( 及及1 第第 4 章放大器基础章放大器基础 T1 ( ) 2/ O 指指 ( )下降到中频下降到中频 的的 0.707 倍时对应的角频率。倍时对应的角频率。 共基电路截止角频率共基电路截止角频率 T 根据根据)j (1)j ()j ( /j1)j ( 及及

53、整理得整理得 /j1)j ( )1( 其中其中三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角频率频率 T。通常，。通常， T 越高，三极管高频性能越好，构成的越高，三极管高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。放大器上限频率越高。 第第 4 章放大器基础章放大器基础设原四端网络传递函数：设原四端网络传递函数：q 密勒定理密勒定理4.7.2共发放大器的频率响应共发放大器的频率响应 网络网络+- -+- -V1(s)V2(s)Y (s)网络网络+- -+- -V1(s)V2(s)Y1 (s)Y2 (s)(/ )()(12sVsVsA 密勒定理密勒定理等效后

54、：等效后：)(1)()(1)(11sAsYsZsY )(11)()(1)(22sAsYsZsY 第第 4 章放大器基础章放大器基础q 单向化单向化近似近似高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RCRL+ - -Vs(s)ecIc(s)cboebebmc)()()()( sCsVsVsVgsI)/)()(ceLcorRsIsV 由由等效等效电路电路cbLLmcbebo1)()()()( CRsRgsCsVsVsA整理得整理得cbm Cg )/(1cbL CR 单向化单向化近似条件近似条件Lm)(RgsA 则则第第 4 章放大

55、器基础章放大器基础共发交流通路共发交流通路 RC+ - -vo+ - -vsRLRS+ - -viq 共发高频等效电路及密勒近似共发高频等效电路及密勒近似密勒密勒等效等效rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)Y1 (s)Y2 (s)高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RCRL+ - -Vs(s)ec)(1 )(cb1sAsCsY )(11 )(cb2sAsCsY 1LmcbRgsC M1sC cbLmM1 CRgC11 LmcbRgsC cbM2 CCM2sC 第

56、第 4 章放大器基础章放大器基础rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)CM1CM2简化等效电路中：简化等效电路中：ebbbst/)( rrRRebcbLm/1 CCRgDebM1ebt CDCCC密勒效应倍增因子密勒效应倍增因子：cbLT1 CR CtgmVb e(s)b Rt+ - -R L+ - -)(ssV )(osVPsIsos/1)()()( sAsVsVsAvv ebbbsLsI rrRRAv 由简化等效电路得由简化等效电路得式中式中ttpH1CR q 共发电路频率响应共发电路频率响应第第 4 章放大器基础章放大器基础q 共

57、发电路增益带宽积共发电路增益带宽积 GBW 定义定义HsIfAGBWv ttebbbsL21CRrrRR bbsLT2 rRRD cbT1 CRDL 其中其中1) )选选 rbb 小、小、 Cb c 小、小、 T 高的三极管高的三极管 使使 GBW 。若若 D 1，则，则 H T ，此时上限角频率最高。，此时上限角频率最高。2) )管子选定后管子选定后 采用恒压源采用恒压源( (RS 0) )激励：激励：DrRrrRCRTbbsebbbsttH)(1 DrrDrrTbbeTbbeb 采用恒流源采用恒流源( (RS ) )激励：激励：DD/TH D 1 时，时， H ，上限频率降低。，上限频率降

58、低。3) )RL D H ，但，但 AvsI 。需兼顾两者。需兼顾两者。第第 4 章放大器基础章放大器基础提高共发电路上限频率的方法：提高共发电路上限频率的方法： 在电路输入端采用低阻节点在电路输入端采用低阻节点( (即即 RS 小小) )。 在电路输出端也采用低阻节点在电路输出端也采用低阻节点( (即即 RL 小小) )。此时，共发电路上限角频率此时，共发电路上限角频率 H 最高，且最高，且接近管子特征角频率接近管子特征角频率 T 。第第 4 章放大器基础章放大器基础q 共集放大器共集放大器4.7.3共集和共基放大器的频率响应共集和共基放大器的频率响应 高频等效电路高频等效电路 rbb rb

59、 erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RERL+ - -Vs(s)ec)()/(1bbScb rRC 由于由于简化等效电路简化等效电路 rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)eIb(s)因此，因此，Cb c 可忽略不计。可忽略不计。令令 RL = rce/ RE / RL第第 4 章放大器基础章放大器基础共集交流通路共集交流通路 RE+ - -vo+ - -vsRLRS共集简化等效电路共集简化等效电路 rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)eIb

60、(s)由简化等效电路：由简化等效电路：式中式中pZsIsos11)()()( ssAsVsVsAvv 1)1 ()1 (LebbbSLsI RrrRRAv TZ 零点角频率：零点角频率： 极点角频率：极点角频率： )/(1ebtP CR LmbbsLebt1/RgrRRrR 并联在并联在 Cb e 两端的总电阻两端的总电阻 采用恒压源采用恒压源( (RS 0) )激励：激励：LbbsTLPRrRR T 共集电路输入为低阻节点共集电路输入为低阻节点( (RS 小小) )时，上限时，上限角频率角频率 H 。考虑到混型电路实际情况，共集电路应工作在考虑到混型电路实际情况，共集电路应工作在 T /3