模拟电子技术模电之差分放大电路电流源课件.

第三章多级放大电路§3.1多级放大电路的耦合方式§3.2多级放大电路的动态分析§3.3差分放大电路§3.4互补输出级§3.5直接耦合多级放大电路读图§3.1多级放大电路的耦合方式一、直接耦合二、阻容耦合三、变压器耦合一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。第二级第一级直接连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。NPN型管和PNP型管混合使用在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＜UCQ1UCQ1（UBQ2）＞UBQ1UCQ2＞UCQ1二、阻容耦合Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。共射电路共集电路有零点漂移吗？利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。可能是实际的负载，也可能是下级放大电路三、变压器耦合L2'L2c21RIRIPPl，理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2'L)(RNNRIIRl从变压器原边看到的等效电阻§3.2多级放大电路的动态分析二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析1.电压放大倍数njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2.输入电阻i1iRR3.输出电阻nRRoo对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。)])(1([L622be5i2RRrRR∥∥21L62be2L6221bei231)()1()()1()(uuuuuAAARRrRRArRRA∥＋∥＋∥be121irRRR∥∥1be2536orRRRR∥∥二、分析举例讨论一失真分析：由NPN型管组成的两级共射放大电路共射放大电路共射放大电路iuou饱和失真？截止失真？首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。比较Uom1和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。清华大学华成英[e-mail]讨论二：放大电路的选用1.按下列要求组成两级放大电路：•①Ri＝1～2kΩ，Au的数值≥3000；•②Ri≥10MΩ，Au的数值≥300；•③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；•④Ri≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。2.若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？注意级联时两级的相互影响！第四章集成运算放大电路§4.1概述§4.2集成运放中的电流源§4.3集成运放的电路分析及其性能指标§4.1概述一、集成运放的特点二、集成运放电路的组成三、集成运放的电压传输特性一、集成运放的特点（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。（3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。（4）采用复合管。集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。二、集成运放电路的组成两个输入端一个输出端若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。几代产品中输入级的变化最大！三、集成运放的电压传输特性由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。在线性区：uO＝Aod(uP－uN)Aod是开环差模放大倍数。非线性区(uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是＋UOM,就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)§4.2集成运放中的电流源一、镜像电流源二、微电流源三、多路电流源四、有源负载6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源BE1BE2=VVE1E2=IIC1C2=IIT1、T2的参数全同即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2当BJT的β较大时，基极电流IB可以忽略Io＝IC2≈基准电流IREF＝RVVRVVVEECCEEBECC)(代表符号Ic2是基准电流的镜像6.1.1BJT电流源电路1.镜像电流源动态电阻（小信号）2B12CE2Co)(Ivir一般ro在几百千欧以上，且一定范围内保持稳定T1对T2有温度补偿但IREF受电源及R影响镜像电流源适合工作电流较大场合，如果要减小Ic2要求R值很大cer输出特性曲线6.1.1BJT电流源电路2.微电流源e2BE2BE1RVVE2C2OIIIe2BERV由于很小，BEV所以IC2也很小，适用于较小工作电流，不同于镜像电流源。同时IC2受IREF影响小。ro≈rce2（1＋）e2be2e2RrR（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻）oR输出恒定A1和A3分别是T1和T3的相对结面积动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高，有利于抑制差分放大电路的共模信号6.1.1BJT电流源电路3.高输出阻抗电流源RVVVVIEEBE23BECCREFREF13C2oIAAII共模信号是作用在差分放大器或仪表放大器同相、反相输入端的相同信号。例如，平衡线对中引入到两个平衡端的噪声电压。另外一个例子是加在平衡线上的直流电压(例如：由于信号源与接收器之间的地电位差而产生的直流电平)。对于理想的差分放大器，可以完全消除共模信号输出，这是由于差分输入(同相和反相)抵消掉了相同的输入成分。衡量这一特性的参数称为共模抑制比或CMRR。6.1.1BJT电流源电路4.组合电流源一个基准电流获得多个电流源T1、R1和T4支路产生基准电流IREF1EB4BE1EECCREFRVVVVIT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源四、有源负载①哪只管子为放大管？②其集电结静态电流约为多少？③静态时UIQ为多少？④为什么要考虑h22?be1bLce2ce11)(rRRrrAu∥∥1.用于共射放大电路2.用于差分放大电路①电路的输入、输出方式？②如何设置静态电流？③静态时iO约为多少？④动态时ΔiO约为多少？C1C3C4C2C1，，iiiiiC1C2C4O2iiii使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。0C2C4Oiii静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，，，动态：§3.3差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1.什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路6.2.1差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路电流信号由输入电压信号产生-用电压信号描述差模和共模信号6.2.1差分式放大电路的一般结构2.有关概念i2i1id=vvv差模信号)(21=i2i1icvvv共模信号idod=vvvA差模电压增益icoc=vvvA共模电压增益icciddooo=vvvvvvvAA总输出电压其中ov——差模信号产生的输出ov——共模信号产生的输出共模抑制比反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK6.2.1差分式放大电路的一般结构2.有关概念根据2=idici1vvv2=idici2vvvi2i1id=vvv)(21=i2i1icvvv有共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。6.2.2射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理射极连接在一起双端输入双端输出6.2.2射极耦合差分式放大电路1.电路组成及工作原理静态（没有输入）OCC2C121=IIIICE2CE1=VVCCV)V7.0(c2CCCRIVc2CRIEVβIIICB2B1oO1O20vvv动态仅输入差模信号，i2i1vv和大小相等，相位相反。O2O1vv和大小相等，，0O2O1ovvv信号被放大。相位相反。1.电路组成及工作原理动态仅输入共模信号，oO1O20，vvv同时输入差模和共模，仅差模信号被放大。1.电路组成及工作原理oO1O2odvvvv2.抑制零点漂移原理温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。2.抑制零点漂移原理差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用3.主要指标计算（1）差模情况idod=vvvAi2i1o2o1vvvv接入负载时i1o122vvbecrRbeLcd)21//(=rRRβAv以双倍的元器件换取抑制零漂的能力A双入、双出3.主要指标计算（1）差模情况B双入、单出ido1d1=vvvAi1o12vvd21vAbec2rR接入负载时beLcd2)//(=rRRβAv3.主要指标计算（1）差模情况C单端输入oerr发射结电阻等效于双端输入指标计算与双端输入相同。3.主要指标计算（2）共模情况A双端输出共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化。所以0oc2oc1ocvvv0icoccvvvA共模增益B单端输出icoc1c1vvvA抑制零漂能力增强icoc2vvobec2)1(rrRoc2rRorc1vA3.主要指标计算（2）共模情况（3）共模抑制比cdCMRvvAAKdBlg20cdCMRvvAAK双端输出，理想情况CMRK单端输出CMRKc1d1vvAAbeorr越大，CMRK抑制零漂能力越强单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidd1o1vvvvvKA（4）频率响应高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。三、长尾式差分放大电路的分析eBEQEEEQ2RUVI1EQBQII02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIII1.Q点：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶体管输入回路方程：通常，Rb较小，且IBQ很小，故BEQcCQCCCEQURIVU选合适的VEE和Re就可得合适的Q)(2bebBIdrRiu差模信号作用时的动态分析bebLcd)2(rRRRA∥差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu∥2)(2cobebiRRrRR，4.动态