模电课件dzxlx0422.ppt
接 RE 的共发放大器,其中,共发电路射极接电阻 RE 后：,放大器更接近理想的互导放大器。,增益稳定性提高，且便于集成化。,当 RL 时，,存在问题：,交流工作时：RC Av 但集成困难；,直流工作时：RC VCEQ 易饱和失真。,此时，Avt 近似等于两电阻的比值，与三极管参数 无关。,例1 电路如图所示，BJT的电流放大倍数为，完成以下的问题：（1）画出该电路的简化h参数等效电路；（2）写出 的表达式。,例2 电路如图所示，已知T1的gm和T2 的，试写出电压放大倍数 的表达式。,三、采用有源负载的共发放大器,例1 电路如图所示，BJT的电流放大倍数为，完成以下的问题：（1）画出该电路的简化h参数等效电路；（2）写出 的表达式。,例2 电路如图所示，已知T1的gm和T2 的，试写出电压放大倍数 的表达式。,4.4差分放大器,4.4.1电路结构,由两完全对称的共发电路，经射极电阻 REE 耦合而成。,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。,估算电路 Q 点,令 vi1=vi2=0，画出电路直流通路。,由图：,差模信号和共模信号,4.4.2电路性能特点,差模信号：指大小相等、极性相反的信号。,表示为 vi1=-vi2=vid/2,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。,表示为 vi1=vi2=vic,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之代数和。,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，就是如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通路。在此基础上分析电路各项性能指标。,分析步骤：,差模分析,画半电路差模交流通路 计算 Avd、Rid、Rod。,共模分析,画半电路共模交流通路 计算 Avc、KCMR、Ric。,根据需要计算输出电压,双端输出：计算 vo。,单端输出：计算 vo1、vo2。,差模性能分析,双端输出电路,REE 对差模视为短路。,RL 中点视为交流地电位，即每管负载为 RL/2。,直流电源短路接地。,1)半电路差模交流通路,注意：关键在于对公共器件的处理。,差分放大器,1、电路结构,估算电路 Q 点,2)差模性能指标分析,差模输入电阻,差模输出电阻,差模电压增益,单端输出电路,与双端输出电路的区别：仅在于对 RL 的处理上。,不变,减小,减小,共模性能分析,双端输出电路,每管发射极接 2REE。,RL 对共模视为开路。,直流电源短路接地。,1)半电路共模交流通路,REE 上的共模电压：2iC REE,流过 RL 的共模电流为 0。,2)共模性能指标分析,共模输入电阻,共模输出电阻,共模电压增益,电路特点,无意义,双端输出电路利用对称性抑制共模信号。,单端输出电路,与双端输出电路的区别：仅在于对 RL 的处理上。,不变,单端输出电路特点,单端输出电路利用 REE 的负反馈作用抑制共模信号。,利用 REE 抑制共模信号原理：,一般射极电阻 REE 取值较大,结论,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。,差放性能指标归纳总结,Rid 与电路输入、输出方式无关。,Rod 仅与电路输出方式有关。,Avd 仅与电路输出方式有关。,Avc仅与电路输出方式有关。,双端输出,单端输出,双端输出,单端输出,双端输出,单端输出,其中,其中,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的一项重要指标，其值越大越好。,定义,双端输出电路,单端输出电路,普通差放存在的问题：,采用恒流源的差分放大器,REE,KCMR 抑制零点漂移能力,但 IEE Q 点降低 输出动态范围,其中,很大,双端输出时,单端输出时,任意输入时，输出信号的计算,其中,其中,例：图示电路，已知=100，vi=20sint(mV)，求 vo。,解：,(1)分析 Q 点,(2)分析 Avd2、Avc2,由于,则,(3)计算 vo,由于,则,调零电路,调节电位器 RW，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。,4.4.3电路两边不对称对性能的影响,4.5电流源电路及其应用,直流状态工作时，可提供恒定的输出电流 I0。,交流工作时，具有很高输出电阻 Ro，可作有源负载使用。,电流源电路特点：,对电流源电路要求：,直流状态工作时，要求 I0 精度高、热稳定性好。,交流状态工作时，要求 Ro 大(理想情况 Ro)。,利用 iB 恒定时，iC 接近恒流特性而构成。,电流源电路原理：,4.5.1镜像电流源电路,假设 T1、T2 两管严格配对，,基本镜像电流源,由于vBE1=vBE2,因此，称 iC2 是 iC1 的镜像。,参考电流,由于,因此,IR(2),故：,减小 影响的镜像电流源,结构特点,T1 管 c、b 之间插入一射随器 T3。,电路优点,减小分流 i，提高 I0 作为 IR 镜像的精度。,由图,整理得,式中,2、双端输出时,1、单端输出时,差放输出信号的计算,其中,其中,共模抑制比,双端输出电路,单端输出电路,T1、T2 两管严格配对,基本镜像电流源,参考电流,减小 影响的镜像电流源,结构特点,T1 管 c、b 之间插入一射随器 T3。,电路优点,减小分流 i，提高 I0 作为 IR 镜像的精度。,整理得,式中,比例式镜像电流源,结构特点,两管射极串接不同阻值的电阻。,电路优点,R 增大，I 恒流特性得到改善。,得,得,式中,微电流源,令比例镜像电流源中的 R1=0。,由,式中,得,输出电阻,电路优点：可提供 A 量级的电流，且 Ro 大，精度高。,4.5.3有源负载差分放大器,T1、T2 构成的镜像电流源代替 RC4。,电路组成：,T3、T4 构成双端输入单端输出差放。,电路特点：,由镜像电流源知,当差模输入时,则差模输出电流,当共模输入时,则共模输出电流,性能分析：,结论：,该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。,由于,则,差模增益,差模输入电阻,差模输出电阻,4.6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。,集成运放性能特点,Av 很大：(104 107 或 80 140 dB),Ri 很大：(几 k 105 M),Ro 很小：(几十),静态输入、输出电位均为零。,集成运放电路符号,集成运放电路组成,由于实际电路较复杂，因此读图时，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。,一般的，放大器的增益：,幅频特性、相频特性统称为放大器的频率特性。,频率响应：放大器在正弦信号激励下，其稳态响应随信号频率的变化情况，即频率特性。,4.7放大器的频率响应,一、复频域分析法,4.7.1频率响应分析法,二、微变等效电路法,将放大电路分为中频段、低频段和高频段，用微变等效电路法，分别加以讨论。关键是电容元件的处理。,中频段：外接电容短路、BJT的结电容开路,低频段：外接电容保留、BJT的结电容开路,高频段：外接电容短路、BJT的结电容保留,RC 低通电路频率响应,幅值：,或,相角：,绘制渐近波特图：,渐近波特图画法：,幅频,p 时，,p 时，,=p 时，,相频,0.1p 时，,10p 时，,=p 时，,-20 dB/10 倍频,-45/10 倍频,确定上限角频率：,-20 dB/10 倍频,-45/10 倍频,只含一个极点的低通电路渐近波特图画法总结：,幅频渐近波特图：,已知,自0dB水平线出发，经p 转折成斜率为(20dB/10倍频)的直线。,相频渐近波特图：,自0水平线出发，经 0.1p 处转折，斜率为(45/10倍频)，再经 10p 处转折为-90 的水平线。,因=p 时，,H=p,RC 高通电路频率响应,幅值：,相角：,下限角频率：,因=p 时，,L=p,绘制渐近波特图：,20 dB/十倍频,-45/十倍频,幅频渐近波特图：,p：0 dB 水平线；p：斜率为(20 dB/十倍 频)的直线。,相频渐近波特图：,10p：0 水平线。,三极管频率特性参数,其中,：指()下降到中频 的 0.707 倍时对应的角频率,共发电路截止角频率,可推得：T=,指()下降到 1 时对应的角频率。,特征角频率 T,共基电路截止角频率,T,根据,及,整理得,其中,三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角频率 T。通常，T 越高，三极管高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。,T 是三极管具有电流放大作用的最高极限角频率。,RC 低通电路频率响应,幅值：,相角：,-45/10 倍频,-20 dB/10 倍频,RC 高通电路频率响应,幅值：,相角：,20 dB/十倍频,-45/十倍频,式中：,图中：,BJT高频模型的单向化近似,4.7.2共发放大器的频率响应,T,共发电路频率响应,简化等效电路中：,密勒效应倍增因子：,由简化等效电路得,式中,共发电路增益带宽积 GBW,定义:,其中,1)选 rbb 小、Cbc 小、T 高的三极管 使 GBW。,若 D 1，则 H T，此时上限角频率最高。,2)管子选定后,采用恒压源(RS 0)激励：,提高共发电路上限频率的方法：,共发电路上限角频率 H 最高，且接近管子特征角频率 T。,采用恒流源(RS)激励：,D 1 时，H，上限频率降低。,3)RL D H，但 AvsI。需兼顾两者。,例 电路如图所示，已知，试估算电路的截止频率，并画出渐近波特图,解法2微变等效电路法,1）中频等效电路如图所示,2）低频等效电路如图所示,3）高频等效电路如图所示,式中：,放大器的频率响应分析方法总结,1、画出放大器的中频等效电路并求出源电压增益AvsI；,4、画出电路的波特图；求出带宽,2、画出放大器的低频等效电路（RC高通电路），求出源电压增益AvsL及下限截止频率L；,3、画出放大器的高频等效电路（RC低通电路），求出源电压增益AvsH及上限截止频率H；,第四章内容总结,1、直流偏置电路的形式与作用；静态分析的内容和方法,2、耦合电路的形式与作用,一、外围电路,二、动态分析,1、动态分析的内容；放大电路性能指标的定义；,2、动态分析的步骤与方法；,3、四种基本组态放大器的性能特点与应用；,三、放大器的频率响应,1、什么是放大器的频率响应；,2、RC低通电路、RC高通电路的频率响应；,3、BJT的高频模型频；,作业1 电路如图所示，已知：试估算电路的截止频率，并画出渐近波特图,作业2 电路如图所示，已知，试求（1）Q点；（2）电压增益；（3）输入电阻；（4）输出电阻（5）若电路其他参数不变，若使VCE=4V，问上偏流电阻RB1为多大？,
