电子线路 谢嘉奎 课件 第四章 A.ppt

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1、新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院第四章第四章 放大器基础放大器基础 4.0 4.0 引言引言引言引言 4.1 4.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 4.2 4.2 放大器的性能指标放大器的性能指标放大器的性能指标放大器的性能指标 4.3 4.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器 4.4 4.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器 4.5 4.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用 4.6 4.6 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器 4.7 4

2、.7 放大器的频率响应放大器的频率响应放大器的频率响应放大器的频率响应新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院引言引言放大的概念放大的概念放大的概念放大的概念放大器的作用放大器的作用放大器的作用放大器的作用放大器的组成放大器的组成放大器的组成放大器的组成本章内容简介本章内容简介本章内容简介本章内容简介新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.04.0 引引引引 言言言言一、放大的概念：一、放大的概念：话筒话筒扬声器扬声器声音声音声音声音放大电路放大电路 扩音机示意图由分析可知：放大电路的放大本质是能量的控制和转换。放大放大：在输入信号作用下，通过放大电路放大电路将直流

3、电源的能量转能量转能量转能量转换换换换成负载负载所获得的能量获得的能量获得的能量获得的能量，因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。这样在放大电路中必须存在能够控制能量能够控制能量的元件，即有源元件。如晶体管晶体管和场效应管场效应管等。使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.04.0 引引引引 言言言言二、放大器的作用：二、放大器的作用：放大器的作用：是将输入信号进行不失真地放大。放大器的分类根据被放大信号的特征划分1 放大缓慢变化信号的直流放大器2 放大语音信号的音频放大

4、器3 放大图像信号的视频放大器4 放大脉冲信号的脉冲放大器 5 放大高频载波信号的或已调制信号 谐振放大器根据信号的强弱划分1 小信号放大器2 大信号放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.04.0 引引引引 言言言言RLRSVS 放大器的基本组成框图直流电源及相应的偏置电路输入信号源半导体器件输出负载+-三、放大器的组成：三、放大器的组成：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.04.0 引引引引 言言言言本章仅限于讨论有关小信号放大器的基础知识：内容包括 放大电路的组成原理。基本放大电路（三种基本组态电路、差分放大电路）的性能特点及改进性能的基本途径。

5、偏置设定原理。电流源电路及其应用，耦合方式等。四、本章讨论内容：四、本章讨论内容：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.1 偏置电路和耦合方式偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路对偏置电路的要求对偏置电路的要求对偏置电路的要求对偏置电路的要求静态工作点的热稳定性静态工作点的热稳定性静态工作点的热稳定性静态工作点的热稳定性分压式偏置电路分压式偏置电路分压式偏置电路分压式偏置电路耦合方式耦合方式耦合方式耦合方式放大器与换能器的连接放大器与换能器的连接放大器与换能器的连接放大器与换能器的连接级间连接级间连接级间连接级间连接新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院一、偏置电路

6、一、偏置电路4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式1 对偏置电路的要求：对偏置电路的要求：q 提供放大管所需要的静态工作点Q；q 提供的静态工作点Q，在环境温度、电源电压等外界环境因素变化或更换放大管时力求维持不变。偏置电路：设置静态工作点的电路，基本上是由RB1、RB2、RC、RE、VBB、VCC等元件组成的晶体管外电路构成。VCCvOviVBBRCRB 要求要求 新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VBEQ3Q2Q1VBB0IBVBEQVCC

7、vOviVBBRCRBq 负载电阻无穷大：设置合理的静态工作点的意义设置合理的静态工作点的意义新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VBEQ3Q2Q1VBB0IBVBEQVCCvOviVBBRCRB新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VBEQ3Q2Q1VBB0IBVBEQVCCvOviVBBRCRB新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合

8、方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCC0VCEICQ3Q2Q1VCEQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCC0VCEICQ3Q2Q1VCEQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCC0VCEICQ3Q2Q1VCEQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式原理电路交流通路voviicRC

9、RBRLVCCvoviVBBRCRBRLC根据原理电路有：根据交流通路有：q 负载电阻为有限值：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCCvCEQiC0令作直线要想放大器有最大不失真输出若不考虑饱和电压VCES时：交流负载线直流负载线新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院2 静态工作点的热稳定性静态工作点的热稳定性4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCC0VCEICQ3Q2Q1 Q3Q2Q1 当温度升高时：值增大工作点将从Q点，

10、上升止Q，放大器的工作点发生变化，此时会影响放大器的输出。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 环境温度对静态工作点的影响是通过：、VBE(on)、ICBO三个对温度敏感的管子参数变化而产生的。例如：VCC+6V2K270KRCRB设在室温下，T=300K、=100VBE(on)=0.7V、ICBO=10-12A。在室温下新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式当环境温度升高30时，由于每升高1，

11、的相对值增加1%，即=130。每升高1，VBE(on)减小2.5mV；VBE(on)=0.7-0.075=0.625V每升高10时，ICBO增大一倍；新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 通过分析数据，可知温度升高30C，IBQ 略有增加，而ICQ却增大32%，导致静态工作点移向饱和区。因此，设计具有较高热稳定性的偏置电路是保证放大器性能稳定的关键。主要是通过稳定ICQ来实现的。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院3 分压式偏置电路分压式偏置电路4.14.1 偏置电路和耦合方式

12、偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式分压式偏置电路是一种 高稳定性的偏置电路。RB1RERCRB2I1IBQVCC RB1与RB2分别称为上偏置和下偏置电阻，它们构成VCC的分压电路，在晶体管基极产生静态电压VBQ RC称为直流负载电阻，VCC通过RC为集电极提供偏置电压。RE称为发射极偏置电阻，流过发射极静态电流IEQ在其上产生静态电压VEQ。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式RB1RERCRB2I1IBQVCC RE的作用：是RE对ICQ有自动调节作用。例如由于某种原因

13、ICQ升高，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ又如ICQ 减小，ICQIEQVEQVBEQ=(VBQ-VEQ)IBQICQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 要提高这种自动调节作用，首先必须选取大的RE使其上压降更有效的控制VBEQ，但从电源电压的利用率来看，RE不宜取值过大，否则VCC实际加到管子上的压降VCEQ就会减小。工程上一般取 VEQ=0.2V，或VEQ=13V；其次，RB1和RB2的取值不宜过大，使通过它们的电流I1远大于IBQ，这样就可以认为VBQ 就是

14、VCC在RB2上的分压值，与IBQ的大小无关。一般取 I1=(510)IBQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 图示电路中，已知晶体三极管特性相同，VBE(on)=0.7V，=100，要求IEQ1=0.5mA，IEQ2=1mA，VCEQ1=2.5V，VCEQ2=4V。设VCC=12V，VCQ2=6V，I1=10IBQ1，计算各电阻值。VCCRC1RB1RE1RE2RC2RB2I1T1T2解解：根据已知条件求解ICQ1IEQ1=0.5mA，ICQ2IEQ2=1mA例题：例题：新疆大学信息科学与

15、工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCCRC1RB1RE1RE2RC2 RB2I1T1T2根据电路可知：V VEQ2EQ2V VCQ1CQ1VCQ1=VBE(on)+VEQ2=0.7V+2V=2.7VVEQ1=VCQ1-VCEQ1=2.7-2.5=0.2VV VBQ1BQ1V VEQ1EQ1V VCQ2CQ2新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式VCCRC1RB1RE1RE2RC2 RB2I1T1T2V VEQ

16、2EQ2V VCQ1CQ1V VBQ1BQ1V VEQ1EQ1V VCQ2CQ2新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 除晶体三极管放大电路外，分压式偏置电路还适用于各种场效应管放大电路。如图所示：RG1RSRDRG2VDDRGRSRDVDDRGVDDRD分压式自给偏置零偏置新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式双电源供电的偏置电路RBRERC-VEETVCCRBRERCVCC+VEETVEE电路

17、等效为新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院音响源二、耦合方式二、耦合方式4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式 在实际的电子系统中，它的放大电路部分一般都是由多级放大器组成。例如一个电子音响系统多级放大器扬声器音响源：是将非电信号变换为电信号的换能器。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式换能器1、话筒：将声音信号变换为电信号。2、磁头：将随声音变化的磁场强度变换为电信号。3、磁鼓：将随声音、图像变化的磁场强度变换为 电信号。4、光

18、头：将随声音、图像变化的光强变换为电信号。电子系统中的连接方式：1、换能器与第一级放大器的连接。2、放大器与放大器之间的连接（级与级之间）。3、最后一级放大器与输出负载之间的连接。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院1、放大器与换能器的连接放大器与换能器的连接4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式从电路的观点来看，各种换能器都可等效为电源：ZSvSZSiS 换能器与放大器连接时，换能器将是放大器的输入信号，而放大器将是换能器的负载。连接的目的：是有效地将换能器的输出信号（功率、电压、或电流）加到放大器输入端。新疆大学信息科学与工程

19、学院新疆大学信息科学与工程学院2、级间、级间连接连接4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式级与级之间的连接方式：q 具有隔直流作用的电容耦合连接方式。T1RB11RE1RC1RB12vSRsCBT2RsRB21RE2RC2RB22 VCCCC特点：各级直流静态工作点，由本级偏置电路设定，不受 相邻级的影响。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式q 直接连接（直接耦合）T1VBQ4VBQ2RC1RC4T3T4VCQ2T2VBQ1RC2VBQ3RC3V

20、CQ1 VCCVCQ3VCQ4VCQ1=VBQ2=VBE(on)、VCQ2=VBQ3=VBE(on)、VCQ3=VBQ4=VBE(on)VCEQ1VBQ2、VCEQ2VBQ3、VCEQ3VBQ4显然，各管处于临界饱和状态。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.14.1 偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式偏置电路和耦合方式T1RE4RE2RC1RC4T3T4VCQ2T2RC2RE3RC3VCQ1 VCCVCQ3VCQ4VBQ2VBQ4VBQ3VCQ1=VCEQ1VCQ2=VCEQ2+IEQ2RE2VCQ3=VCEQ3+IEQ3RE3=VBE(on)+IEQ4

21、RE4VCQ1VCQ2VCQ3Rs 时，AvsAv新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.24.2 放大器的性能指标放大器的性能指标放大器的性能指标放大器的性能指标 信号源电流增益定义为：线性有源双口网络RSRiRoRLvivoiiioisRi根据电路有由此可知，Ri 越小，Ais 越大，当Ri fH 或f fH或 frbe 在忽略RB1、RB2 时，由于 rbe 与 IEQICQ 成反比，因此 减小 ICQ 可以有效的提高Ri新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器 输出电阻Ro 计算输出电阻时

22、，在输入端使输入激励源为零，保留其内阻，同时在输出端去掉负载 RL，外加一电压源v，而后计算由电压v的作用产生得电流i，v与i 的比值即为输出电阻Ro即RoRB1RB2RSvivrbevbeRCrcegmvbeiiibiRB1RB2RSvsvivorbevbeRCrceRLgmvbeiiib新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院根据等效电路可知：当 vs=0 时，ib=0则 gmvbe=0故通常rce RC，所以 Ro RC 。4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器RoRB1RB2RSvivrbevbeRCrcegmvbeiiibi新疆大学信息科学

23、与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 放大增益 电压放大增益（电压放大倍数）：定义根据电路有令4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器RB1RB2RSvsvivorbevbeRCrceRLgmvbeiiib已知：故 当rce RL 时，分析 Av=-gmRL新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 电流放大增益（电流放大倍数）根据定义有根据电路有4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器RB1RB2RSvsvivorbevbeRCrceRLgmvbeiiibio新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 互阻增益（

24、互阻放大器）根据定义有：可表示为 互导增益（互导放大器）4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 当rce RL 时，分析 Av=-gmRL提高电压放大增益的途径：由上述关系可知，增大gm或增大RC和RL（即增大RL)。增大gm由此可知，提高IEQICQ，可增大gm。若考虑RL与RC：当RL时，Avt=-gmRo(Ro=rceRC)4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器若进一步增大RC，并且满足RCrce。则Avt-gmrce，其值最大。假设：|VA|=100V，VT=26mV 时

25、，Avtmax=-3846。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院Ri根据定义有：由电路可知：所以：4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器 源电压增益（源电压放大倍数）RB1RB2RSvsvivorbevbeRCrceRLgmvbeiiib新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院2 2、共基极放大器共基极放大器4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器RB1RB2RCRSC1RECEC2RLvsVCCvivOTRCRSRERLvsvivOT 当RC RE，RCRL R D 时，所以 vgs=0RoRD 新疆大

26、学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院（3）计算电压放大倍数gmvgsrdsRDRLRSvsgdsvgs根据定义有根据电路有所以4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院2 2、共栅极放大器、共栅极放大器交流通路RSvsRLRD交流等效电路gmvgsrdsRDRLRSvsgdsvivo 若忽略rds的影响，等效电路可等效为图示电路。RLgmvgsRDRSvsgdsvivo4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院3、共漏极放大器

27、、共漏极放大器交流通路RSvsRLRS交流等效电路gmvgsrdsRSRLRSvsgdsvgs 计算输入电阻根据定义根据电路 所以 Ri4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4 4、小结：、小结：（1）场效应管三种基本组态放大器的性能特点与晶体三级管放大器相似。（2）由于场效应管的栅流为零，所以共源极放大器的输入电阻趋于无穷大，共漏极放大器的电流增益也趋于无穷大。（3）由于场效应管的跨导gm远比晶体三极管小，所以导致共源极放大器和共漏极放大器的电压增益远比相应的共发射极和共基极放大器要小。（4）共栅极放大器的输

28、入电阻和共漏极放大器的输出电阻远比相应的共发射极放大器和共集电极放大器要大。4.34.3 基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器基本组态放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.4 差分放大器电路结构电路结构电路结构电路结构不对称对性能影响不对称对性能影响不对称对性能影响不对称对性能影响差模传输特性差模传输特性差模传输特性差模传输特性性能特点性能特点性能特点性能特点新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院如图所示，但由于温度的影响，产生温漂使输出电压 vc不为零。当 vs=0时，应有：vc=0。为了减小和消除温漂，设想在输出端加一可控电压v，并令可控电压v=

29、vc。当vc增大时，v也增大，vc与v也之间的电压：即：不仅直流分量被抵消，漂移量也被抵消。vsVCCvcRCVBBRBREvsVCCvcRCVBBRBREvvo一、差分放大器的电路结构：一、差分放大器的电路结构：vo=vc-v=04.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 为使vc与v同方向同幅值地随温度变化，选用性能同T1管相同的另一只晶体管T2，接成和T1 相同的形式。如图所示。并选RB1=RB2，RC1=RC2，RE1=RE2，当温度变化时，vo1和vo2的变化一致，即vo保持不变。初步解决了抑制温漂的问题。vsVCCvc

30、RCVBBRBREvvoVBB VCCVo2RC2RB2RE2T2VCCVo1RC1VBBRB1RE1T14.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院Vo1RC1VBBRB1VCCVo2RC2RB2REeT1T2VCCVo1RC1VBBRB1RE1 VCCVo2RC2VBBRB2RE2T1T2由于RE1和RE2的存在放大倍数受到相当的损失。解决的方法是将RE1和RE2合并为一个RE。温漂问题虽初步解决了，但输入信号不能被充分放大并出现在输出端。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信

31、息科学与工程学院Vo1RC1VBBRB1VCCVo2RC2RB2REeT1T2-VEEVo1RC1RB1VCCVo2RC2RB2REeT1T2-VEERC1RB1VCCRC2RB2REeT1T2vi1vi2vi1和vi2两个输入端口。将直流电源合并。vo1和vo2两个输出端口。vo1vo24.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院-VEEVo1RC1RB1VCCVo2RC2RB2REeT1T2vi1vi2特点：（1）有两个输入端与两个输出端，因此，在连接输入信号与负载时有多种方式。（2）电路有双电源供电，即：电路是由两个对称的共发

32、射极放大器通过发射极电阻耦合而组成的。VCC=|VEE|RC1=RC2=RC、RB1=RB2=RB。对外电路：对晶体三极管：T1与T2 的参数相同，即IS1=IS2=IS、VBE(on)1=VBE(on)2、1=2=。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院-VEEVo1RC1RB1VCCVo2RC2RB2REeT1T2vi1vi2连接方式：连接方式：双端输入双端输入：是指输入信号从两输入端口输入。单端输入单端输入：是指两输入端口的任意一端口，接地短路；输入 信号从另一个端口输入。双端输出双端输出：是指输出信号从两个集电极之间取

33、出。单端输出单端输出：是指输出信号从任意一个集电极对地取出。（1）双端输入双端输出（2）双端输入单端输出（3）单端输入双端输出（4）单端输入单端输出4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院v 静态分析：静态分析：4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器而值足够大，令：vi1=vi2=0因此可忽略RB的影响，则有：由电路可知：-VEEVo1RC1RB1VCCVo2RC2RB2RET1T2通常情况下RB1=RB2=RB 很小，可看作信号源的内阻。VBQ1=VBQ20VBQ2VBQ1VEQ1=VEQ2=-VBE1=-VB

34、E2=-0.7VIEVEQ新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器-VEEVo1RC1RB1VCCVo2RC2RB2RET1T2VBQ2VBQ1IEVEQ在理想情况下，电路两边完全对称：则有所以 当 VEE 一定值时，两管的集电极静态电流由RE来确定。计算 VC1 与 VC2 的值：根据电路的对称性得：（上述分析为双端输出双端输出）新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器-VEERC1RB1VCCVoRC2RB2RET2VBQ2VBQ1IEVEQRLILIC1IR

35、单端输出时的静态分析：根据电路:VC1新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院二、性能特点（交流特性）二、性能特点（交流特性）4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器1、差模信号与共模信号、差模信号与共模信号、差模信号：在差分放大器两输入端分别作用着数值相等，极性相反的输入电压，即 vi1=-vi2 称它们为一对差模输入信号，用 vid 表示。、共模信号：在差分放大器两输入端分别作用着数值相等，极性相同的输入信号，即 vi1=vi2 称它们为一对共模信号，用 vic 表示。在实际应用中，加到差分放大器两输入端的信号电压，往往为任意信号，它们既不是差模信号，也不是共模信

36、号。即：vi1 与 vi2 为任意电压信号。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院根据vi1 与 vi2 为任意电压信号的情况进行分析：定义：差模输入信号为：共模输入信号为：同理：在输入信号中，共模信号、差模信号均存在。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院例例：已知vi1=10.02V、vi2=9.98V，试求差模和共模输入电压。根据定义差模输入电压共模输入电压解：解：4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院同理在输出端：设输出信号电压分别为 v

37、o1 和 vo2 。即：同样可将vo1 和 vo2 分解为，差模信号和共模信号：即：定义：定义：共模输出电压为：差模输出电压为：4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院通过上面的分析可知：差分放大器的差模性能差模性能是指：在差模输入信号作用下的性能，这时由于电路完全对称，在输出端只有差模电压而没有共模电压，即：vo1=-vo2=vod/2 差分放大器的共模性能共模性能是指：在共模输入信号作用下的性能，这时由于电路完全对称，在输出端只有共模电压而没有差模电压，即：voc1=voc2=voc 差分放大器的性能差分放大器的性能就是差模

38、和共模两种性能的合成。注注意意#4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器电路如图所示（对任意一对输入信号）vc1RC1REVCCvc2RC2VEET1T2vi1vi2vovc1RC1REVCCvc2RC2VEET1T2vovicvid/2vicvid/2vi1vi2根据电路可令：vic=0，电路可等效为：2、差分放大器的差模性能及特点：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器 vc1RC1 REVCCvc2RC

39、2VEET1T2vid1vid2vo 由于电路两边对称，因而在差模输入信号作用下，两管集电极产生等值反向的增量电流。静态：ICQ1=ICQ2=ICQ当它们共同流入 RE 时：静态：IE=2ICQ1=2ICQ2=2ICQiC1iC2iE新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器 从上述推论可知：流过RE 的电流仍为原静态电流IE，增量电流ic=0 。这就是说对差模信号而言，RE可示为短路，因此，对差模信号来说，差分放大器可等效为如图所示：vo1RC1vo2RC2T1T2vid1vid2vovod1RC1vod2RC2T1T2vid1

40、vid2RLRL交流通路新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器vo1RC1REEvo2RC2T1T2vid1vid2voRLvod1vod2T2RC1RL/2RC2T1vid1vid2vod RL/2vod1RC1vod2RC2T1T2vid1vid2RL/2RL/2新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院vo1RC1vo2RC2T1T2vid1vid2voRLvod1RC1vod2RC2T1T2vid1vid2RL/2RL/2vod1vod2T2RC1RL/2RC2T1vid1vid2vodRL/24.44.4

41、差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院vod1vod2RC1RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/2vod对于一个单级共发射极放大器来说，其放大器的性能为：输入电阻输出电阻电压放大增益4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 差模输入电阻定义：从差分放大器两输入端看进去所呈现的视在电阻。即单端输入如图所示vo1RC1vo2RC2T1T2vi1vo2、差模性能、差模性能vod1vod2RC1RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/2vod4.44.4 差分

42、放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院根据图可知：vo1RC1vo2RC2T1T2vivo图（图（2）12对1端：图（图（1）vo1RC1vo2RC2T1T2vi1vo4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器对2端：由此可知所谓的单端输入等效为双端输入。输入电阻：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 差模输出电阻：单端输出时，任意一端的差模输出电阻（即任一端看进去对地的电阻），为共发射极放大器的输出电阻。双端输出时，差模输出电阻从两输出端看进去的视在电阻，即为两个共发射极放大器的输出电阻之和。vod1vod2RC1

43、RL/2RC2T1vid1vid2T2vidRL/2vod4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 差模增益差模电压增益是指差模输出电压对差模输入电压的比值。单端输出：a：T1管的集电极输出；b：T2管的集电极输出；4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器双端输出：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院3、差分放大器的共模性能及特点、差分放大器的共模性能及特点 由于电路两边对称，因而在共模输入信号电压作用下，两管集电极产生相同的增量电流。即静态：ICQ1=ICQ2=ICQ当共同流入 REE 时：4.4

44、4.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器vc1RC1REvc2RC2T1T2vicvicvovoc1voc2RC1RL/2RC2T12REET2vicRL/2voc2REE 对共模信号来说，流过REE的增量电流i=2ic，则REE不能看作对地短路，在电路中应该保留。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 共模输入电阻：定义：从差分放大器任一输入端看进去，对公共地呈现的视在等效电阻。voc1voc2T2RC1RL/2RC2T1vicvicvocRL/22REE2REE在忽略rce情况下，根据电路有 共模输出电阻：定义：从差分放大器的任一输出端看进去对公共地呈现的视在等效电阻

45、。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 电压增益：a：单端输出电压增益（从T1管的集电极输出）根据定义有voc1voc2T2RC1T1vicvicvocRL2REE2REERC24.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器根据电路有新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院在实际电路中，一般满足 2（1+）REE rbe所以b：双端输出的电压增益4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4、共模抑制比、共模抑制比根据上述分析可知：评价差分放大

46、器对共模信号的抑制能力。共模抑制比定义为：差模电压增益与共模电压增益之比的绝对值。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器的差模性能和共模性能有很大的不同。共模电压增益远小于差模电压增益；或者说相对于差模信号差分放大器具有放大作用；对于共模信号，差分放大器具有抑制作用。新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院例如：差分放大器单端输出时的共模抑制比，负载为RL。已知所以4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院差分放大器作为双端输出时，共模抑制比。因为所以共模抑制比 KCMR 越大，抑制共模信号的

47、能力越强。提高KCMR的途径：可增大gm，即增大IEE。也可增大REE，则KCMR就可相应的增大。注意：当VEE 为一定值时，随着REE的增大，则IEE 将减小，导 致 gm相应减小，从而影响到KCMR的提高。4.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 为解决此矛盾，可采用电流源取代REE，即采用有源负载代替REE 。vc1RC1IEE=ICQ3VCCvc2RC2VEET1T2vi1vi2voIBQ3T34.44.4 差分放大器差分放大器差分放大器差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院4.5 电流源电路及其

48、应用镜像电流源电路镜像电流源电路其它改进型其它改进型其它改进型其它改进型电流源电路电流源电路有源负载差分放大器有源负载差分放大器有源负载差分放大器有源负载差分放大器新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院 电流源电路是提供恒定电流的一类电子线路，它广泛应用于各种功能电路中。对电流源电路的要求：1、提供电流 IO，并且其值在外界环境因素（温度、电源电压等）变化时，力求维持稳定不变。2、当其两端电压变化时，应该具有保持电流 IO 恒定不变的恒流特性，或者说电流源电路的交流内阻 RO趋于无穷。4.54.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用新疆大学信

49、息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院一、镜像电流源电路一、镜像电流源电路4.54.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用1、基本镜像电流源电路：电路结构：T1与T2应该选取参数完全匹配的晶体三极管。T1T2VCCiC2=IOiC1IRRT1的集电极和基极相连，接成二极管形式，并由VCC通过R提供电流IR。分析：分析：分析：分析：q 精度和热稳定性根据电路有：当忽略基区调制效率应时：或表示为上式等效为：新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院由于而 IS 与发射结面积成正比，则有当SE2=SE1时，则由此式可看出T1管的电流IC1等值得转移

50、到T2管中。T1管电流 IC1则加权地转移到T2管中，加权当SE2SE1时，因子为发射结面积比值。由电路还可知：T1T2VCCiC2=IOiC1IRR若T1与T2的参数完全匹配，4.54.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用电流源电路及其应用新疆大学信息科学与工程学院新疆大学信息科学与工程学院故 显然IR是由VCC通过R提供的，它是电流源电路的参考电流，只要IR确定后，IO也就被确定。已知所以T1T2VCCiC2=IOiC1IRR 从此式可看出它们之间不是严格满足镜像关系，而是由有限的值产生误差，这个误差随值的增大而减小。4.54.5 电流源电路及其应用电流源电路及其应用