模拟电子技术12课件

1、主讲教师：元增民2015级注册电气工程师考培电工与模数电技术参考书目1 张炳达，注册电气工程师执业资格考试公共/专业基础考试复习教程，天津大学出版社，2013年2 元增民，模拟电子技术简明教程，清华大学出版社，2014年3 元增民，电工技术，国防科大出版社，2011年4 谢庆等，注册电气工程师(供配电)执业资格考试基础考试历年真题详解，人民交通出版社，2014年本课件补充的知识点都来自于参考书2、3，特此一并注明。本节要务共基放大器放大器基本组态及图解法要用低频晶体管进行高频放大就找共基放大器(真是既要马儿跑得快，又要马儿少吃草)差分放大器，也叫做差动放大器，有两个输入端子、两个输出端子。ui

2、+: 同相端输入信号，ui-: 反相端输入信号ui+、ui-的差值称为差模信号, 用ud表示, d是difference (差模)的词头ui+ 、ui-的均值称为共模信号, 用uc表示, c是common(共模)的词头通常差模信号是有用信号，而共模信号是干扰量、零点漂移等无用信号。差分放大电路的目的是放大有用的差模信号，抑制无用的共模信号。两实际输入信号、差模信号、共模信号之间的基本关系 (6.1.4)(6.1.1)(6.1.3)1. 差模、共模、零飘、共模抑制比2.3.1 差动放大电路 差分放大电路的设计目标是使共模抑制比CMRR尽可能大，工作点尽可能稳定。分压偏置是不足的，需要寻求更好的工

3、作点稳定方法。 差分放大电路的首要技术指标是共模抑制比CMRR。1. 长尾差分放大电路 长尾差分放大器三大优点： 1) 双端输出及单端输出都有共模抑制能力。 长尾差分放大器的局限性： 共模反馈电阻Re是一把双刃剑，既有利于获得高CMRR，又影响最大不失真输出电压摆幅Uom(max)。为保证Uom(max)，Re就被限制在10k左右，CMRR也跟着受到限制。长尾差放，有时用，但不多。参考书2图6.2.1 长尾差放双端输出 2) 本身自然具有很强的工作点稳定性。 3) 不用高阻值偏置电阻，没有高阻值电阻所带来的噪声源。 长尾差分放大器至今还有人在工程设计时采用。单端输出时Ad、Ac及CMRR的分析

4、计算差模输入电阻单端输出电阻参考书2图6.2.1(b) 长尾差放单端输出 差放电压放大倍数正与负与输入端的定义有关。应当合理定义输入端，尽可能地使差放电压放大倍数为正，有利于理解及应用。 电感感应电压一度也带负号，就是uL=-Ldi/dt。这个负号也是由于电压方向定义不当造成的。已经有越来越多的教科书修改电压方向定义，去掉了负号，改用uL=Ldi/dt。 所以说去掉差放电压放大倍数的负号，就像去掉电感感应电压的负号一样，对于学习和应用都是非常有益的。 传统差放电压放大倍数带负号，做题时适当注意到就是了。与单端输出时的2005年真题解答解 CMRR与单端还是双端输入无关，答案A、B排除。将双端输

5、出时的相除就知道，双端输出时的CMRR是单端输出时的 倍。故答案为D若按照传统观点双端输出时的CMRR为无穷大，答案亦为D2013年供配电32题32. 电路如图所示，Rw是调零电位器，计算时可设滑动端在Rw中间，已知T1、T2均为硅管，Ube1=Ube2=0.7V，1=2=60，电路差模电压放大倍数A. -102 B. -65.4 C. -50.7 D. -45.6(3) 长尾差分放大器串联调零电位器Rw对工作点和电压增益的影响截然不同，对工作点的影响可以忽略不计，因为0.5Rw2Re，对电压增益的影响不可忽略，因为0.5Rw与rbe大小差不多。知识点(1) 长尾差放工作点分析计算(2) 长尾

6、差放电压放大倍数计算A. -102 B. -65.4 C. -50.7 D. -45.6 解题思路 电压放大倍数与工作点及rbe有关，要先计算工作点。令us1=us2=0，从GND、Rb、BJT发射结、Rw、Re到-15V电源列电压平衡方程 RbIb+Ube+0.5RwIc+2ReIc+(-15V)=0 代入Ic=Ib解出基极偏置电流因Rb及Rw均很小，故通常晶体管偏置电流可以近似计算 这种串联调零电位器会降低CMRR，最落后已淘汰，流行的是并联调零。但是由于认识的局限，目前这种串联调零的习题、考题还出的很多，无奈，还是暂时希望大家重视。详见参考书2例6.2.4。 Ic(Ucc-Ube)/(2

7、Re) = (15V-0.7V)/(25.1k)1.4mArbb未给定，一般照100300试着计算。输入电阻rbe=rbb+UT/Ic=300+6026mV/1.4mA=1414=1.414k等效负载电阻Rc/0.5RL=5.1/(0.5100)k=4.628k差模电压放大倍数 Ad= (Rc/0.5RL)/(R b+r be+0.5Rw) =604.628k/(1k+1.414k+0.5600.1k) =604.628k/(1k+1.414k+0.5600.1k)=51.3数值与答案C所给-50.7最接近，故选C(a) 双端输出 (b) 单端输出参考书2图6.3.1 电流源偏置的BJT差分放

8、大电路2. 电流源偏置差分放大电路要务：进一步提高共模抑制比CMRR。 考虑输出范围，电阻Re不能无限增大，故长尾差分放大电路共模抑制比有限。 有形电阻Re换成无形电阻rce。因rce数量级100k是Re数量级110k的10倍以上, 故电流源偏置差分放大电路共模抑制比提高为长尾差分放大电路的10100倍。 缺点：工作点不够稳定，电压增益不高Rc(Ic1+Ib1+Ib2)=Ucc-UbeRc(1Ib+Ib+Ib)=Ucc-Ube1=2时有160页图2.3-11 电流镜参考书2图6.4.1 镜像电流源 特点：电流与晶体管值基本无关，是比分压偏置更好更实用的工作点稳定方式。设 普通BJT电路先有基极

9、电流Ib再放大为集电极电流Ic。在电流镜中，好像是先有Ic，再缩小为Ib。永恒不变的是BJT电流放大能力，即集电极电流与基极电流的倍关系。又是一个“万变不离其宗”。3. 电流镜偏置差分放大电路要务：甩开分压偏置，进一步稳定工作点。参考书2图6.4.2 电流镜偏置的BJT差分放大电路161页图2.3-13 用电流镜代替电流源，工作点更加稳定。 集成运放的主要特征就是使用了电流镜偏置差放技术。 缺点：电压增益较低的问题依然存在。7/27/20224. 有源负载差放 Rc100k 效果：由于晶体管输出电阻的作用，电压放大倍数得到极大的提升，用两级有源负载差分放大器就能实现10000倍以上的电压放大倍

10、数，而且输入电阻大。 把从双端输出转为单端输出的电路叫做巴伦(balance to unbalance，balun)。有源负载放大器能实现单端输出，正好做巴伦。 第二代集成运放的主要特征就是使用了有源负载差放技术。参考书2图6.5.1 电流镜偏置有源负载BJT差分放大电路巴伦2.3.4 集成运放的组成及其基本运算电路159页图2.3-5 双入单出差分放大器内部结构 粗略了解就好集成运放的基本组成 三大一小：开环电压放大倍数大，共模抑制比大，输入电阻大，输出电阻小。理想运放简化为：三无穷大一个零(a) 广泛流行符号 (b) 目前标准推荐符号参考书2图6.6.2 双输入单输出差分放大器及其闭环应用

11、-运算放大器参考书2图6.6.1 双入单出差分放大器内部结构集成运放的技术特征 差分放大器是集成运算放大器的基础。细数集成运算放大器的内部结构，有助于灵活地主动地而不是机械地被动地应用，以便用好用活。集成运放除了具有三大一小这样非常重要的特性之外，还有如下优秀品质。 1) 双端输入、单端输出，以适应实际工作需要。 既是单端输出，又具有很强大的共模抑制能力。 2) 只用23级就实现10000倍以上的电压放大倍数，以便实际应用中很容易形成深度负反馈； 为什么只要23级就实现10000倍以上的电压放大倍数，主要就是级数多了不仅电路结构复杂，而且容易自激，工作起来不稳定。 3) 用电流镜偏置，具有非常

12、强的工作点稳定性。7/27/2022 例2.3-5 图2.3-14 Ucc=Uee=6.5V,R2=12.4k，晶体管T1T7的=100，|Ube|=0.6V，rbe1=rbe2=5.3k，请说出T1T7组成何电路，并计算偏置电流Ic1和Ic2。161页图2.3-14电流镜偏置有源负载BJT差分放大电路巴伦 例2.3-5图2.3-14中Ucc=Uee=6.5V，R2=12.4k，晶体管T1T7=100，|Ube|=0.6V，rbe1=rbe2=5.3k (1) 说出T1T7组成何电路 (2) 计算偏置电流Ic1和Ic2161页图2.3-14 直流通路电流镜偏置有源负载BJT差放巴伦 解 T1、

13、T2组成差分放大器 T3、T4组成电流镜做有源负载 T5、T6组成电流镜做偏置电流 T7组成共射极放大电路7/27/2022参考书2图6.7.3 双列直插式A741芯片外形及管脚功能(集成电路商品)参考书2图6.7.4 A741内部电路 15V电源时电源电流1.7mA7/27/20221) 电压放大倍数A，理想A值的范围为104107，折合开环增益为80dB140dB。2) 共模抑制比CMRR ，理想3) 输入电阻，理想，实际已达到1M以上4) 输出电阻，理想0，典型值一般在几十到几百欧。 5) 电源电压范围多数集成运放使用12V等正、负双电源。也有用单电源。集成运放电源电压通常有一个许用范围

14、。例如NE5532型低噪声双运放电源电压许用范围为3V20V，能够满足各种需要。6) 输出电压极限及摆幅7) 输入电压范围，包括输入共模电压范围和输入差模电压范围 2.3.4 运放技术指标及应用 8) 输入失调电压UIO 9) 输入偏置电流IIB 10) 输入失调电流IIO 11) 频率响应能力 12) 增益带宽积 A741增益带宽积达1MHz162页倒数第一行“开环带宽BW(fH)=”是错误的A741开环带宽BW(fH)7Hz闭环时，Af很低，带宽变得很大163页第一行“转换速率SR=”也是不适的A741转换速率SR=0.7V/s什么是转换速率？就是因为IC内部分布电容的影响，输入电压突变后

15、输出不是跟着突变，而是以一定速率变化。三大偏差2.3.5 A值非无穷大及三大偏差对集成运放实际应用的影响根据往年经验，不是重点，大家自己看 输入失调电压UIO、输入偏置电流IIB、输入失调电流IIO称为集成运放的三大偏差。理想情况下三大偏差应当都是0。有必要研究三大偏差对集成运放输出电压的影响。 三大偏差特点不同。其中输入失调电压可以在运放外部加上一定的电压，来检测其大小或者补偿其影响，而输入偏置电流则不同。输入偏置电流是运放芯片一旦加上电源、输入端接上电压信号就自然产生的，应在外部加上一定的电阻网络才能补偿其影响。7/27/20221. 自身电压放大倍数A非无穷大的影响167页图2.3-31

16、 反相比例运算电路(电压相加负反馈，即电压并联负反馈) 因输入电阻很大,虚断,R3电流很微小认为是零，压降认为是零，则u+=0。 运放I/O固有关系uo=A(u+-u-),可根据输出反推输入有u+-u-=uo/A及u-=-uo/A A非无穷大时，u+-u-0，设u+-u-=uid用熊仔爬山法计算输出电压2. 输入失调电压的影响输入失调电压就像同相端加入的一个输入电压在输入失调电压作用下的输出电压168页图2.3-32 输入失调电压Uio对输出电压的影响 可以看出，闭环电压放大倍数越大，输入失调电压对输出电压的影响就越大。因此，为限制输入失调电压对输出电压的影响，闭环电压放大倍数Af不宜过大。 不过，把Uio当成一个输入电压，这个图事实上就是一道题！7/27/20223. 输入偏置电流及输入失调电流的影响198页题2-21图 消除输入偏置电流对输出电压的影响 为消除输入偏置电流及输入失调电流对输出电压的影响，令输出电压为0，可列出关于未知数I1、I2和R2的方程组RfIf R1I1=0 I1+If =Ibn R2 Ibp=R1I1可解出既能考虑输入偏置电流又能