第10章 基本放大电路2

第10章基本放大电路§10.6场效应晶体管

§10.7差分放大电路

场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:§10.6场效应晶体管N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构10.6.1结型场效应管:导电沟道NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDGSDUDSUGSUGS<Vp

UGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<Vp

UGD=VP时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID三、特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。10.6.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSDNPPGSDGSDP沟道增强型P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDUDS0UGS>0四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0uiRC1R1T1§10.7差动放大电路增加R2

、RE2

:

用于设置合适的Q点。问题

1:前后级Q点相互影响。+UCCuoRC2T2R2RE210.7.1直接耦合电路的特殊问题问题

2:零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当

ui

等于零时，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将信号淹没一、结构特点：结构对称。10.7.2基本型差动放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB二、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0当ui1

=

ui2=0

时：当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2三、共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：

ui1=ui2=uC

（大小相等，极性相同）理想情况：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模电压放大倍数：（很小，<1)但因两侧不完全对称，uo

0uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2四、差模电压放大倍数Ad差模输入信号：

ui1=-ui2=ud

（大小相等，极性相反）(很大，>1)设uC1=UC1+uC1

，uC2=UC2+uC2

。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模电压放大倍数：+UCC五、共模抑制比(CMRR)的定义例:

Ad=-200

Ac=0.1KCMRR=20lg

(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分贝)一、结构为了使左右平衡，可设置调零电位器:10.7.3双电源长尾式差放特点：加入射极电阻RE；加入负电源-UEE

，采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE二、静态分析温度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

设ui1

=ui2

=0自动稳定RE具有强负反馈作用——抑制温度漂移，稳定静态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE2.Q点的计算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1三、动态分析1.输入信号分类(1)差模(differentialmode)输入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

输入ui1

=ui2=uC差模电压放大倍数:共模电压放大倍数:结论：任意输入的信号:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV则：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:(一)差模输入均压器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEERE对差模信号作用ui1ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRE差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1.放大倍数单边差模放大倍数:uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1若差动电路带负载RL(接在

C1与

C2之间),对于差动信号而言，RL中点电位为0,所以放大倍数：即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数:RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2Ero=2RC

ri

ri

ro输入电阻：输出电阻：2.输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：电路去掉RB能正常工作吗？RB的作用是什么？(二)共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）

。uC

ic1、

ic2iRE

、

uRE

+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuCuoc2uoc1ic1ic2iREuRE共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1uoc2uoc1ic1ic2uc22RET1单边微变等效电路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1KCMRR

AC

0问题：负载影响共模放大倍数吗？不影响！RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC10.7.4恒流源式差放电路电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE

rce3

1M恒流源T3:放大区RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1