电子线路(线性部分)第四章2

1、 差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路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。的输入级，是另一类基本放大器。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。具有两种输出方式：双端输出、单端输出。T1+- -+ - -VCCREEvi

2、1voVEE+- -vi2RCRCT2RL因电路采用正负双电源供电，则因电路采用正负双电源供电，则 VBQ1 = VBQ2 0 0 估算电路估算电路Q点点T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令令 vi1 = vi2 = 0 0，画出电路直流通路。，画出电路直流通路。2EECQ2CQ1IIIEEEEBE(on)EERVVI因此因此CCQ1CCCQ2CQ1RIVVVq 差模信号差模信号和共模信号和共模信号 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 = v

3、i1 - - 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。信号之代数和。 vi1 = vic+ vid / 2vi2 = vic - - vid / 2即即q 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，就是如何在差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，分别画出模输入与共模输入时

4、，分别画出半电路交流通路半电路交流通路。在此基础。在此基础上分析电路各项性能指标。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单端输出单端输出： 计算计算vo1 、 vo2q 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

5、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。RC+ - -vod1+ - -vid1RL2 2T1半电路差模交流通路半电路差模交流通路 1 1）半电路差模交流通路）半电路差模交流通路注意：关键在于对公共器件的处理。注意：关键在于对公共器件的处理。 2 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eb1 i22rRiid2id1ivviid12iv差模输出电

6、阻差模输出电阻C1ood22RRR差模电压增益差模电压增益idoddvvAvid2id1od2od1vvvvid1od122vv1vAebLC)2/(rRR注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有 得到提高。得到提高。 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+- -vi2RCRCT2RLiididivReb1 i22rR不变不变C1o1o

7、dRRRidod1d1vvAvid1od12vv21vAebLC)/(21rRR减小减小减小减小RC+ - -vod1= vod+ - -vid1RLT1ii半电路差模交流通路半电路差模交流通路d2vAq 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 1）半电路共模交流通路）半电路

8、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因为流过因为流过RL的共模电流为的共模电流为0。半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+ - -voc1+ - -vic1=vicT12REE2 2）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1 iRiic1iv共模输出电阻共模输出电阻共模电压增益共模电压增益icocdvvAvicoc2oc1vvv0电路特点电路特点半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+ - -voc1+ - -vic1=vicT12REE)1 (2EEebRr无意义无意义双端输出电路双端输出电路利用对称性利用对称性

9、抑制共模信号。抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号（温漂）原理：利用对称性抑制共模信号（温漂）原理： CQ2CQ1TII0)(CQ2CQ1oVVV)(CCQ1CCCQ2CQ1RIVVV 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 1 iR)1 (2EEebRr不变不变半电路共模交流通路半电路共模交流通路 RC+ -voc1=voc+ -vic1=vicT12REERLC1o1ocRRRicocc1vvAv1vAEELEEebLC2)

10、1 (2)/(RRRrRRc2vA单端输出电路特点单端输出电路特点 单端输出电路利用单端输出电路利用REE的的负反馈作用抑制共模信号。负反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： CQTIEQVBQI)(EQBQBEQVVVT1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLCQI 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。放大差模信号、抑制共模信号的能力。差放性能指标差放性

11、能指标归纳总结归纳总结 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。eb1id22rRRi双端输出双端输出C1ood22RRR单端输出单端输出C1ood1RRR双端输出双端输出ebL1drRAAvv单端输出单端输出ebLd2d12rRAAvv双端输出双端输出0icocvvAvc单端输出单端输出1icoc1c2c1vvvAvvAAEEL2RR)2/(LCLRRR 其中其中LCL/ RRR 其中其中q 共模抑制比共模抑制比 KCM

12、R是用来衡量差分放大器对共模信号抑制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。能力的一项重要指标，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c1d1CMRvvAAKEEmebEERgrR提高提高IEE（即增大（即增大gm）、增大）、增大REE提高提高KCMR 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 但但IEE Q点降低点降低 输出动态范围输出动态范围 T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R

13、2R3T333BE(on)EE212EE)(RVVRRRIebid2 rRCod2RRebCd22rRAvo3C2c2RRAv)/1 (21e3b333ce3o3RRrRRrR其中其中2/EE2CQ1CQIIIo3mCMRRgK很大很大 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idd2o1oovAvvvvi2i1idvvv其中其中idd1icc1od1oc11ovAvAvvvvvidd2icc2od2oc22ovAvAvvvvv其中其中i2i1idvvv2i2i1icvvvebLCd)2/(rRRAvebLCd2d12)/(rRRAAv

14、vc2c1vvAAEELC2/RRR 例：图示电路，已知例：图示电路，已知 =100，vi i= =20sin t(mV)，求，求vo o 解：解：T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6k 10k 10k (12V)(- -12V)（1）分析）分析Q点点mA25. 02/EECQ2CQ1IIImA5 . 0/ )(EEEEBE(on)EERVVI（2）分析）分析Avd2 、Avc2252)/(ebLCd2rRRAv11. 02/EELC2cRRRAv由于由于k4 .1026)1 (1CQebIr则则（3）计算）计算vo oii2i1idvvvv2/2/ )(ii2i1icvvv

15、v由于由于则则(mV)sin479idd2icc2o2otvAvAvvvv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(dod1vvv2/d)-o(dc)-o(dod2vvvoc2oc1vvcdCMR/vvAAK2/d)-o(cc)-o(coc1vvv2/d)-o(cc)-o(coc2vvv由于由于od1oc1

16、1ovvvod2oc22ovvvicd)- c(idd)-d(d)- c(od)-d(o2o1oovAvAvvvvvvv则则d)- c (d)- d(CMR/vvAAK因此因此由两管参数不对称（如由两管参数不对称（如VBE(on)、IS、RC不等）引起失调。不等）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尝电压。时，在实际差放输入端所加的补尝电压。 dOIO/vAVV失调

17、电压失调电压VIO产生原因：产生原因：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补尝电流。时，在实际差放输入端所加的补尝电流。 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2IOBBQ1III2IOBBQ2III 调零电路调零电路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW（发射极调零电路）（发射极调零电路）T1VCCRE

18、ERCRCT2RSRSVEE+ - -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，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。电阻，使静态工作时双端输出电压减小到零。 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。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0GIIOSIOIO

19、IOVRIVV则则（mV量级）量级）由两管参数（如由两管参数（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 完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。q 双极型差放双极型差放_差模传输特性差模传输特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+- -vID假设电路对称假设电路对称121TBE1eSC1VvIiTBE2eSC2VvIiC2C1EEiiIBE2BE1IDvvv则则TID/EEC2e1VvIiTI

20、D/EEC1e1VvIi得得)2(thTIDEEC2C1VvIii差模传输特性曲线差模传输特性曲线10iC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEE0iC1- - iC2vID/VTIEE- -IEE可以证明：可以证明： 当当| vID | 26mV 时，差放线性工作（单管电路时，差放线性工作（单管电路vI 100mV 后，一管截止、另一管导通，差放非线性工作。后，一管截止、另一管导通，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 Av

21、d 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，所对应的最大共模放大区，所对应的最大共模输入电压。输入电压。BE(on)1CE(sat)1CCCCICVVRIVv要保证要保证T1、T2管放大区工作：管放大区工作：BE(on)1CE(sat)33E3EEICVVRIVv要保证要保证T3管放大区工作：管放大区工作：直流状态工作时，可提供恒定的输出电流直流状态工作时，可提供恒定的输

22、出电流IO 。 交流工作时，具有很高输出电阻交流工作时，具有很高输出电阻RO，可作有源负载使用。，可作有源负载使用。 + - -VQ+vRiB恒定恒定iC外电路外电路（电流源电路）（电流源电路）+ - -VQR电流源电流源IO（直流状态）（直流状态）+ - -R电流源电流源ROv（交流状态）（交流状态） 电流源电路特点：电流源电路特点： 对电流源电路要求：对电流源电路要求：直流状态工作时，要求直流状态工作时，要求I IO O精度高、热稳定性好。精度高、热稳定性好。交流状态工作时，要求交流状态工作时，要求RO大（理想情况大（理想情况 RO）。）。利用利用iB恒定时，恒定时，iC接近恒流特性而构成

23、。接近恒流特性而构成。 电流源电路原理：电流源电路原理： 假设假设T1、T2两管严格配对两管严格配对T1VCCiC1RT2IRiC2=IOvBE1 = vBE2 由于由于根据根据TBEeSCVvIiC2C1ii得知得知因此，称因此，称iC2是是iC1的镜像。的镜像。 参考电流参考电流RVVIBE(on)CCR由于由于)21 (2C1B1C1RiiiI)21 (C2 i/21RC2oIiI因此因此RI（ 2） 当温度变化时，由于当温度变化时，由于 、VBE(on)的影响，的影响，IO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/21RoII由由得知：得知：当当 较小时，较小时，

24、IO与与IR之间不满足严格的镜像关系，之间不满足严格的镜像关系，IO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：当考虑基区宽调制效应时，当考虑基区宽调制效应时，根据根据)/1 (eACESCTBEVvIiVv)(BE(on)ACEQ2AC1C2VVVVii得得则则/21RoII)(BE(on)ACEQ2AVVVV VA除了降低除了降低IO精度外，还造成精度外，还造成RO较小，较小，IO恒流特性变差。恒流特性变差。RO= rce2T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 结构特点结构特点T1管管c c、b b之间插入一射随器之间插入一射随器T3。 电路优点

25、电路优点减小分流减小分流 i ，提高，提高IO作为作为IR镜像的精度。镜像的精度。由图由图12B1C1C1RiiiiI)1(21O IRR22O2III整理得整理得式中式中RVVIBE(on)CCR2RO= rce2输出电阻输出电阻T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 结构特点结构特点两两管管射极串接不同阻值的电阻射极串接不同阻值的电阻。 电路优点电路优点RO增大，增大，IO恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。)/1 (1e2b222ce2ORRrRRrR由由（较大）2E2BE21E1BE1RivRiv)/ln(C2C1TBE2BE1iiVvvRC1E1IiiOC2E2Iii（较大）得

26、得)/ln()/(/OR2T21ROIIRVRRII当当)/ln(ORT1RIIVRI时时得得21RO/RRII式中式中1BE(on)CCRRRVVIT1VCCRT2IRIOR2iE2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()/(/OR2T21ROIIRVRRII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，故前不易做太大，故前述电流源的述电流源的IO只能做到只能做到mA量级。量级。 )/ln()/(OR2TOIIRVI得得)1 (e2b222ce2OrRRrR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

27、的电流，且量级的电流，且RO大，精度高。大，精度高。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则共模输出电流则共模输出电流0C4C2OiiiT1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析： 结论：结论

28、：该电路不仅具有放大差模、抑制共该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还获得模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。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)(2rrrR差模输出电阻差模输出电阻ce4ce2O/ rrR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 140dB）Ri

29、很大：（几很大：（几k 105 M 或或 ）Ro很小：（几十很小：（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+- - 集成运放电路组成集成运放电路组成 由于实际电路较复杂由于实际电路较复杂 ，因此读图时，因此读图时，应根据电路组成，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。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12级共发电路级共发电路 采用射随器或

30、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共基组合电路构成双入单出差放。基组合电路构成双入单出差放。T5、T6、T7组成的改进型镜像电流组成的改进型镜像电流源作源作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放组成的镜像电流源代替差放的公共射极电阻的公共射极电阻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

31、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组成甲乙类互组成甲乙类互补对称放大器。该放大补对称放大器。该放大器采用两个射随器组合器采用两个射随器组合而

32、成。而成。电路特点：电路特点：输出电压大，输出电阻输出电压大，输出电阻小，带负载能力强。小，带负载能力强。过过载保护电路载保护电路 ：T15、R6保护保护T14管，管，T21、T22、T24、R7保护保护T20管。管。正常情况保护电路不工正常情况保护电路不工作，只有过载时，保护作，只有过载时，保护电路才启动。电路才启动。隔离级隔离级 ：T23A管构成的有源负载射随器管构成的有源负载射随器作为作为隔离级隔离级，可提高中间级电，可提高中间级电压增益。压增益。T13A与与T12组成的镜像电流源作组成的镜像电流源作有源负载，代替有源负载，代替T23A的发射极的发射极电阻电阻RE。偏置电路偏置电路：偏置

33、电路一般包含在各级电路偏置电路一般包含在各级电路中，采用多路偏置的形式。中，采用多路偏置的形式。T10、T11构成微电流源，作为构成微电流源，作为整个集成运放的主偏置。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路中共基组合电路中，采用极性相反的，采用极性相反的NPN与与PNP管进行电平位移。不专门另设管进行电平位移。不专门另设电平位移电路。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是是实现高增益放大功能的一种集成器件。实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KCM

34、R 、低失调、低失调、零输入时零输出等特点，是一种较理想的电、零输入时零输出等特点，是一种较理想的电压放大器件。压放大器件。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 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)01 -n1 -nnn01 -m1 -mmm.)()()(asasabsbsbsXsYsA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

35、尺因子式中：标尺因子 H0=bm/an ， Z为零点，为零点，p为极点。为极点。 在可实现的稳定有源线性系统中，分母多项式各在可实现的稳定有源线性系统中，分母多项式各 系数恒为正实数，极点必为负实数或实部为负值系数恒为正实数，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 可以是正实数或实部为正值的共轭复数。可以是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，则极点数只要不出现由电容构成的闭合回路，则极点数=电容数。电容数。若出现

36、闭合回路，则极点数若出现闭合回路，则极点数=独立电容数。独立电容数。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 (pn2p1pI AA4）确定上、下限

37、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)()()(ssCRsCsVsVsAvRC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()(PA0 p0.1 p10 pAv( )/dB - -20- -30 p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 -

38、- 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，dB3)(dBvA相频相频oA0)( 10 p 时，时，oA90)( = p 时，时，oA45)(- -20dB/十倍频十倍频- -45 /十倍频十倍频 确定上限角频率：确定上限角频率：0 p0.1 p10 pAv( )/dB - -200 p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - -20dB/十倍频十倍频- -45 /十

39、倍频十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0dB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（20dB/十倍十倍频）的直线。频）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 /十倍频十倍频)，再经，再经10 p处转折为处转折为- -90 的的水平线。水平线。dB3)(1lg20)(2PdBvA因因 = p时，时， H = pq 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 ：ss

40、CRRsVsVsAv/11)(1)()()(pioRC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()(PACR+- -+- -vi(t)vo(t)下限角频率：下限角频率：dB3)(1lg20)(2PdBvA因因 = p时，时， L = p0 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0 p0.1 p10 pAv

41、( )/dB - -2020dB/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：0dB水平线；水平线； p：斜率为：斜率为(20dB/十倍十倍 频）的直线。频）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 p 10 p ：0 水平线。水平线。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 ()(p3p2p1IsssAsAvv式中式中11P11CRC1R1+- -+- -vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3

42、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。试画渐近波特图，并求渐近波特图，并求 H 。已知已知 R1 C1 R2 C2 R3 C322P21CR33P31CR321IvvvvAAAA 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 ()(p3p2p1IvvAsA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dB60IvAP1P2P3100100

43、 p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 0 p2 p1 p3Av( )/dB 204060- -20 p3- -20dB/十倍频十倍频- -40dB/十倍频十倍频- -60dB/十倍频十倍频- -45 /十十- -90 /十十- -45 /十十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转折成斜率转折成斜率为（为（20ndB/十倍频）的直线。十倍频）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

44、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（单阶因子重叠的段数），乘以（单阶因子重叠的段数），再经再经10 pn ，转折成，转折成- -90 n的水平线。的水平线。)/j1)(/j1)(/j1 ()(p3p2p1IvvAsA已知已知 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：整理并忽略高阶小量得：23P22P21PH/1/1/11上限角频率上限角频率若若 p2 4 p1

45、，则称，则称 p1为主极点，为主极点， p2 、 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： 高频工作，考虑三极管高频工作，考虑三极管极间电容影响时，极间电容影响时， 为频为频率的复函数。率的复函数。0)(bcce)()()(sVsIsIsrbb 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/1)j (jHcbebeb)(1CCr其中其中 /2 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。共发电路截止角频率共发电路截止角频率 ( ) 当当

46、 = T时时T2TT)/(1)(T因此因此 指指 ( )下降到下降到1时，对应时，对应的角频率。的角频率。 特征角频率特征角频率 T /2 ( ) T1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 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 (/1)j (j及及整理得整理得j/1)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三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角频率角频率 T

47、。通常，。通常， T越高，三极管高频性能越好，越高，三极管高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。构成的放大器上限频率越高。 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：等效后：)(1)()(1)(11sAsYsZsY)(11)()(1)(22sAsYsZsYq 单向化单向化近似近似共发交流通路共发交流通路 RC+ - -vo+ - -vsRLRS+ - -vi高频等效电路高频等效电路 rbb rb

48、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cbLLmcbebos1)()()()(CRRgsCsVsVsA整理得整理得cbmCg)/(1cbLCR单向化单向化近似条件近似条件Lm)(RgsA则则q 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

49、rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RCRL+ - -Vs(s)ec)(1 )(cb1sAsCsY)(11 )(cb2sAsCsY1 LmcbRgsCM1sCcbLmM1CRgC11 LmcbRgsCcbM2 CCM2sCrbb 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/)(rrRRebcbm/1CCRgDLebM1ebtCDCCC密勒效应倍增因子密勒效应倍增因子：cbT1CRLCtgmVb e(s)b Rt+ - -R L+ - -)(ssV)(os

50、VPsIsos/s1)()()(vvAsVsVsAebbbsLsIrrRRAv由简化等效电路得由简化等效电路得式中式中ttPH1CRq 共发电路频率响应共发电路频率响应q 共发电路增益带宽积共发电路增益带宽积GBW 定义定义HsIfAGBWvttebbbsL21CRrrRRbbsLT2rRRDcbT1CRDL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)(1Dr

51、rDrrTbbeTbbeb 采用恒流源（采用恒流源（ RS ）激励：）激励：DD/THD 1时，时， H ，上限频率降低。，上限频率降低。3） RL D H ，但，但AvsI 。需兼顾两者。需兼顾两者。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（即在电路输入端采用低阻节点（即RS小）。小）。 在电路输出端也采用低阻节点（即在电路输出端也采用低阻节点（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，且接近最高，且接近管子特征角频率管子特征角频率 T 。q 共集放大器共集放大器共集交流通路共集交流通路 RE+ - -vo+ - -vsRLRS高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RERL+ - -Vs(s)ec)()/(1bbScbrRC由于由于