低頻電子線路第4章

1、第第 4 章放大器基礎(chǔ)章放大器基礎(chǔ)在廣播、通信、自動控制、電子測量等在廣播、通信、自動控制、電子測量等各種電子設(shè)備中，放大器是必不可少的組成各種電子設(shè)備中，放大器是必不可少的組成部分。部分。放大器是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路放大器是應(yīng)用最廣泛的一類電子線路, ,它它的主要功能是的主要功能是將輸入信號進(jìn)行不失真的放大。將輸入信號進(jìn)行不失真的放大。 按信號強弱分：按信號強弱分：小信號放大器小信號放大器 大信號放大器大信號放大器 按電路結(jié)構(gòu)分：按電路結(jié)構(gòu)分：直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器( (線性放大器線性放大器) )( (非線性放大器非線性放大器) )( (多用于集成電路多用于集成電路)

2、)( (多用于分立元件電路多用于分立元件電路) )q 放大器分類放大器分類 按信號特征分：按信號特征分：寬帶寬帶放大器放大器音頻放大器音頻放大器視頻放大器視頻放大器脈沖放大器脈沖放大器諧振放大器諧振放大器( (放大語音信號放大語音信號) )( (放大圖像信號放大圖像信號) )( (放大脈沖信號放大脈沖信號) )( (放大高頻載波信號放大高頻載波信號) )功率功率放大器放大器保證半導(dǎo)體器件保證半導(dǎo)體器件工作在放大模式工作在放大模式 q 放大器組成框圖放大器組成框圖耦合電路耦合電路耦合電路耦合電路輸出負(fù)載輸出負(fù)載輸入信號輸入信號直流偏置電路直流偏置電路外外 圍圍 電電 路路具有正向受控作用的半導(dǎo)具

3、有正向受控作用的半導(dǎo)體器件是整個電路的核心體器件是整個電路的核心將放大器輸出將放大器輸出端與輸出負(fù)載端與輸出負(fù)載進(jìn)行連接。進(jìn)行連接。將輸入信號源將輸入信號源與放大器輸入與放大器輸入端進(jìn)行連接。端進(jìn)行連接。 電源電源 VCC 提供的功率：提供的功率：q 放大實質(zhì)放大實質(zhì) 20CCCDd21tiVP CQCCIV 三極管集電極上的功率：三極管集電極上的功率： 20CCECd21tivPC2cmCQCEQ21RIIV 負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RC 上的功率：上的功率： 20C2Ld21tRiPC C2cmC2CQ21RIRI CCQCEQCCRIVV 因為因為LCDPPP 所以所以+ - -iBviiCV

4、CCRC+ - -+ - -VIQvo 20BBId21tivPEbmimBQIQ21IVIV輸入功率均消輸入功率均消耗在發(fā)射結(jié)上耗在發(fā)射結(jié)上注意：注意：放大器放大信號的實質(zhì)：放大器放大信號的實質(zhì)：是利用三極管的正向受控是利用三極管的正向受控作用，將電源作用，將電源 VCC 提供的直流功率，部分地轉(zhuǎn)換為輸提供的直流功率，部分地轉(zhuǎn)換為輸出功率。出功率。 電源電源 VCC 不僅要為三極管提供偏置，保證管子工作在不僅要為三極管提供偏置，保證管子工作在放大區(qū)，同時還是整個電路的能源。放大區(qū)，同時還是整個電路的能源。電源提供的功率電源提供的功率 PD 除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸出功除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸

5、出功率率 PL 外，其余均消耗在晶體三極管上外，其余均消耗在晶體三極管上( ( PC ) )。 三極管僅是一個換能器。三極管僅是一個換能器。放大器的組成原則：放大器的組成原則： 直流偏置電路直流偏置電路( (即直流通路即直流通路) )要保證器件工作在放大要保證器件工作在放大模式。模式。 交流通路要保證信號能正常傳輸，即有輸入信交流通路要保證信號能正常傳輸，即有輸入信號號 vi時，應(yīng)有時，應(yīng)有 vo 輸出。輸出。 判斷一個電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它判斷一個電路是否具有放大作用，關(guān)鍵就是看它的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不的直流通路與交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，則

6、該電路就不具有放大作用。合理，則該電路就不具有放大作用。 元件參數(shù)的選擇要保證信號能不失真地放大，即電元件參數(shù)的選擇要保證信號能不失真地放大，即電路需提供合適的路需提供合適的 Q 點及足夠的放大倍數(shù)。點及足夠的放大倍數(shù)。q 放大器的性能指標(biāo)放大器的性能指標(biāo)就信號而言，各種小信號放大器均可統(tǒng)一表示為有就信號而言，各種小信號放大器均可統(tǒng)一表示為有源線性四端網(wǎng)絡(luò)：源線性四端網(wǎng)絡(luò)： 線性線性有源有源四端四端網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RSRLvS+- -+- -viiiiovo+- -RiRo反映放大器性能的主要指標(biāo)有：反映放大器性能的主要指標(biāo)有：增益增益 A輸入電阻輸入電阻 Ri 、 輸出電阻輸出電阻 Ro、q 輸入電

7、阻輸入電阻對輸入信號源而言，放大器相當(dāng)于它的一個負(fù)載，對輸入信號源而言，放大器相當(dāng)于它的一個負(fù)載，而這個等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻而這個等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻 Ri 。 或或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viiiiiiivR 定義定義上式中，上式中，Ri 表示本級電路對輸入信號源的影響程度。表示本級電路對輸入信號源的影響程度。 q 輸出電阻輸出電阻對輸出負(fù)載而言對輸出負(fù)載而言( (根據(jù)戴維寧定理和諾頓定理根據(jù)戴維寧定理和諾頓定理) )，任任何放大器均可看作它的信號源，該信號源內(nèi)阻即放大器何放大器均可看作它的信號源，該信號源內(nèi)阻即放大器輸出電阻輸出電阻 Ro 。 或或R

8、oRLvot+- -+- -voioRoRLion+- -voiovot ：負(fù)載開路時負(fù)載開路時 vi 或或 ii 在電路輸出端產(chǎn)生的開路電壓。在電路輸出端產(chǎn)生的開路電壓。ion ：負(fù)載短路時負(fù)載短路時 vi 或或 ii 在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。onootiRv輸出電阻輸出電阻 Ro 計算：計算：RLvS+- -vo放放大大器器RS+- -( (放大器一般框圖放大器一般框圖) )iv+- -放放大大器器RS( ( Ro 的定義的定義) ) 令負(fù)載電阻令負(fù)載電阻 RL 開路，信號源為零。開路，信號源為零。 在輸出端外加電壓在輸出端外加電壓 v，則產(chǎn)生電流則產(chǎn)生電流

9、 i。ivR o定義定義Ro 反映放大器受負(fù)載電阻反映放大器受負(fù)載電阻 RL 的影響程度。的影響程度。q 小信號放大器四種電路模型小信號放大器四種電路模型RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo電壓放大器電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器電流放大器RSRivS+- -+- -vi互導(dǎo)放大器互導(dǎo)放大器RoRLionioRoRLvot+- -+- -voRSRiiSii互阻放大器互阻放大器放大器的增益：放大器的增益：q 增益增益( (放大倍數(shù)放大倍數(shù)) )即放大器輸出信號量與輸入信號量的比值。不同類型即放大器輸出信號量與輸入信號量的比值。不同類型放大器

10、輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。放大器輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。 A = xo / xi電壓放大器電壓放大器RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo電壓增益：電壓增益：開路電壓增益：開路電壓增益：iovvAv 源電壓增益：源電壓增益：isisiiososRRRAvvvvvvAvv )1(LoootioiottRRAvvvvvvAvv Ro 越小，越小，RL 對對 Av 影響越小。影響越小。Ri 越大，越大，RS 對對 Avs 影響越小。影響越小。電流放大器電流放大器電流增益：電流增益：短路電流增益：短路電流增益：源電流增益：源電流增益：RoRLion

11、ioRSRiiSiiioiiAi iSSsiiososRRRAiiiiiiAii )1(oLoonioionnRRAiiiiiiAii Ri 越小，越小，RS 對對 Ais 影響越小。影響越小。Ro 越大，越大，RL 對對 Ai 影響越小。影響越小?；?dǎo)放大器互導(dǎo)放大器ioviAg 互導(dǎo)增益：互導(dǎo)增益：互阻放大器互阻放大器互阻增益：互阻增益：ioivAr q 理想放大器性能特點理想放大器性能特點 電壓放大器：電壓放大器： Ri 0、Ro 、 Ais 大且不隨大且不隨 RL 和信號源而變化。和信號源而變化。電流放大器：電流放大器： Ri 、Ro 0、 Avs 大且不隨大且不隨 RL 和信號源而變

12、化。和信號源而變化。互導(dǎo)放大器：互導(dǎo)放大器： Ri 、Ro 、Ags 大且不隨大且不隨 RL 和信號源而變化。和信號源而變化。互阻放大器：互阻放大器： Ri 0、 Ro 0、 Ars 大且不隨大且不隨 RL 和信號源而變化。和信號源而變化。q 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)一般而言，放大器中含有電抗元件。在正弦信號激一般而言，放大器中含有電抗元件。在正弦信號激勵下，不同頻率呈現(xiàn)不同電抗，因而放大器增益應(yīng)為頻勵下，不同頻率呈現(xiàn)不同電抗，因而放大器增益應(yīng)為頻率的復(fù)函數(shù)：率的復(fù)函數(shù)： )(jAe)()j(AA 相頻特性相頻特性 幅頻特性幅頻特性 放大器的頻率特性放大器的頻率特性 波特圖波特圖在半對

13、數(shù)坐標(biāo)紙上描繪的頻率特性曲線即波特圖。在半對數(shù)坐標(biāo)紙上描繪的頻率特性曲線即波特圖。Of /HzA( f )/dBOf /Hz A( f )幅幅頻頻特特性性相相頻頻特特性性( (對數(shù)刻度對數(shù)刻度) )( (對數(shù)刻度對數(shù)刻度) )( (線性刻度線性刻度) )( (線性刻度線性刻度) )(lg20)(dB AA 增益分貝值增益分貝值：通頻帶：通頻帶：LH7 . 0ffBW 對應(yīng)上限頻率對應(yīng)上限頻率 fH及下限頻率及下限頻率 fL 。時，時，增益下降到增益下降到 21 IAAIAI2fHfL 頻率特性的三個頻段頻率特性的三個頻段中頻段：通頻帶以內(nèi)的區(qū)域。中頻段：通頻帶以內(nèi)的區(qū)域。放大器的增益、相角均為

14、常數(shù)，不隨放大器的增益、相角均為常數(shù)，不隨 f 變化。變化。特點：特點：原因：原因：所有電抗影響均可忽略不計。所有電抗影響均可忽略不計。 高頻段：高頻段： f fH 的區(qū)域。的區(qū)域。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。特點：特點：原因：原因：極間電容容抗極間電容容抗 分流分流 不能視為開路。不能視為開路。即極間電容開路、耦合旁路電容短路。即極間電容開路、耦合旁路電容短路。低頻段：低頻段： f rce 因此因此 cemtmaxrgAv TACQATCQVVIVVI 由于厄爾利電壓由于厄爾利電壓 |VA|VT ，因此共發(fā)電路提供的，因此共發(fā)電路提供的 Av 很很大，

15、且其值與靜態(tài)電流大，且其值與靜態(tài)電流 ICQ 無關(guān)。無關(guān)。共發(fā)電路特點共發(fā)電路特點采用有源負(fù)載的共發(fā)放大器采用有源負(fù)載的共發(fā)放大器 RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ等效為等效為e1bLo21)/(rRRAv)/1(21e2bEE2ce2o2RRrRRrR 其中其中 發(fā)射極接發(fā)射極接 RE 的共發(fā)放大器的共發(fā)放大器 Eebbbi)1 (RrrRiovvAv EebbbLC)1 ()/(RrrRRRCRBvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viRE( (交流通路交流通路) )rb e ibioRCRBvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virc

16、eiiRE( (小信號等效電路小信號等效電路) )rbb 忽略忽略r rceceLCCiRRRiiAioiiRRALCRR o 若考慮若考慮rce，如何計算？，如何計算？ 共基極放大器共基極放大器VCCRCRB1RB2RE直直流流通通路路RB1vs+ - -RL+ - -voRB2RECBRSC1C2VCCRC交交流流通通路路vs+ - -RL+ - -voRERSRC共基電路性能分析共基電路性能分析iiivRi 畫小信號等效電路畫小信號等效電路( (忽略忽略 rce 影響影響) ) 共基電路輸入電阻共基電路輸入電阻ibeebmiirvgi)(1ebbbrrvs+ - -RL+ - -voRE

17、RSRCvi+ - -vs+ - -RL+ - -voRERSRCrb egmveb io+ - -vibecii Rirbb ，令 0 svCoRR 共基電路輸出電阻共基電路輸出電阻共基電路電流增益共基電路電流增益ioiiAi iivgvgibembemoLCCRRR 0nLRiiAA短路電流增益短路電流增益iovvAv ebLCbem)/(vRRvgLmRg共基電路電流增益共基電路電流增益共基電路特點共基電路特點1) )有電壓放大作用、但無電流放大作用有電壓放大作用、但無電流放大作用 2) )輸出電壓與輸入電壓同相輸出電壓與輸入電壓同相3) )輸入電阻低、輸出電阻高（考慮輸入電阻低、輸出電

18、阻高（考慮r rcece） ebbbrrRL 若考慮若考慮rce，Ro如何計算？如何計算？ 考慮考慮 rce 時共基電路輸出電阻時共基電路輸出電阻令令 vs = 0、RL 開路，畫出求開路，畫出求 Ro 的等效電路。的等效電路。ebbeESESrrRRiRRvbe)/(beESebrRRiv則則ebcebem)(vrvgivcebeSS)1 (rrRRivRo得得CCooRRRR+ - -vRERSRCrb e rce gmvb eibecrbb 共集電極放大器共集電極放大器VCCRB1RB2RE直直流流通通路路交交流流通通路路RERB1vs+ - -RL+ - -voRB2RSVCCRB1v

19、s+ - -RL+ - -voRB2RERS+ + C1C2共集電路性能分析共集電路性能分析iiivRi 畫小信號等效電路畫小信號等效電路 共集電路輸入電阻共集電路輸入電阻( (忽略忽略 rce) )/)(1 (LEebbbRRrrRERB1vs+ - -RL+ - -voRB2RS+ - -virb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce- -Rirbb 共集電路輸出電阻共集電路輸出電阻令令 vs = 0、RL 開路，畫出求開路，畫出求 Ro 的等效電路。的等效電路。rbe ibi RERB+ vRSrce- -iibRo RS = RS/RB)(Sbeb

20、Rriiv)/(SbebRrvi則則1ebSorrRivRbb得得因此因此EoEceoo/RRRrRRrb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce- -Rirbb 共集電路電流增益共集電路電流增益( (忽略忽略 rce) )ioiiAi )1 (LEERRR)1(0nL RiiAA短路電流增益短路電流增益共集電路電壓增益共集電路電壓增益( (忽略忽略 rce) )iovvAv iRiRRiiLEi)/()1 (EebE)1 ()1 (RrrRbb 1其中其中LEE/ RRR rb e ibiiioRERBvs+ - -RL+ voRS+ - -virce-

21、-Rirbb 三種組態(tài)電路性能比較三種組態(tài)電路性能比較ebrrbb1ebrrbbEeb)1 (RrrbbcerR /CEbbRRrr/1Seb )1( LRgm1)1 ()1 (EebERrrRbb)1/(cebeSSCrrRRR共發(fā)共發(fā)共基共基共集共集RiRoAvAinRCvs+ - -RL+ - -voRBRS+ - -vivs+ - -RL+ - -voRERSRCvi+ - -REvs+ - -RL+ - -voRBRS+ - -viLRgm三種組態(tài)電路的應(yīng)用三種組態(tài)電路的應(yīng)用 共發(fā)放大器共發(fā)放大器 廣泛應(yīng)用于多級放大器提供增益的增益級中。廣泛應(yīng)用于多級放大器提供增益的增益級中。 共基

22、放大器共基放大器 由于頻率特性好，故常與共發(fā)電路配合，組成寬帶放由于頻率特性好，故常與共發(fā)電路配合，組成寬帶放大器。大器。 共集放大器共集放大器 利用利用 Ri 高的特點，常作多級放大器輸入級；高的特點，常作多級放大器輸入級；利用利用 Ro 低的特點，常作多級放大器輸出級，提高帶低的特點，常作多級放大器輸出級，提高帶負(fù)載能力。負(fù)載能力。利用利用 Ri 高、高、 Ro 低的特點，常作緩沖級低的特點，常作緩沖級( (隔離級隔離級) )，以以提高前級電路的增益。提高前級電路的增益。共發(fā)共發(fā)- -共基組合放大器共基組合放大器三種基本組態(tài)放大器的性能特點各不相同，若將它三種基本組態(tài)放大器的性能特點各不相

23、同，若將它們適當(dāng)組合，可使放大器的性能更接近理想化。們適當(dāng)組合，可使放大器的性能更接近理想化。 組合放大器組合放大器be1i1irRR)1 (be2ce1ce12ce2o2orrrrRR112iA21vvvAAA be2L2be12be211rRrrbe1L1rRvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2利用共發(fā)電路增益高、共基電路利用共發(fā)電路增益高、共基電路 Ri 低、低、Ro 高的特高的特性，使共發(fā)性，使共發(fā)-共基組合電路更接近理想的電流放大器。共基組合電路更接近理想的電流放大器。共集共集- -共發(fā)組合放大器共發(fā)組合放大器be21be1i1i)1 (rrRRce2o

24、2orRR 21vvvAAA be2L2rR2vA 利用共發(fā)電路增益高、共集電路利用共發(fā)電路增益高、共集電路 Ri 高、高、Ro 低的特低的特性，使共集性，使共集-共發(fā)組合電路更接近理想的電壓放大器。共發(fā)組合電路更接近理想的電壓放大器。21)1 (iAvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2共集共集- -共基組合放大器共基組合放大器i21be1i1i)1 (RrRR21vvvAAA be2L2i21be1i21)1 ()1 (rRRrR21)1 (iA2be2i21rR由于由于則則bei2rR ( (假設(shè)兩管參數(shù)相同假設(shè)兩管參數(shù)相同) )1 (be2SSce2o2or

25、RRrRR其中其中1be1So1S1rRRRbeL21rR( (假設(shè)兩管參數(shù)相同假設(shè)兩管參數(shù)相同) )vs+ - -RL+ - -voRS+ - -viioiiT1T2q 共源放大器共源放大器GiRR dsDo/rRR 場效應(yīng)管電路性能特點、分析方法與三極管放大器場效應(yīng)管電路性能特點、分析方法與三極管放大器相似。不同之處僅在于，場效晶體管的相似。不同之處僅在于，場效晶體管的 ig = 0。gsLogsmio)/(vRRvgvvAv )/(LomRRggmvgsRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ -

26、-vi差分放大器具有抑制差分放大器具有抑制Q點漂移的作用，廣泛用于集點漂移的作用，廣泛用于集成電路的輸入級，是另一類基本放大器。成電路的輸入級，是另一類基本放大器。差分放大器差分放大器T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLT1+- -+ - -VCCREEvi1vo+- -vi2RCRCT2RLVEET1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS 估算電路估算電路 Q 點點T1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS 2SSDQ2DQ1IIIIDQDDQDDDQ2DQ1RIVVV雙端輸出電壓雙端輸出電壓單端輸出電壓

27、單端輸出電壓21ooovvv21oovv 、SSSSGSQSSSSSDQSSRVVRVVII 2WClIVVoxnDQthGSGSQ2)(SSIq 差模信號差模信號和共模信號和共模信號性能特點性能特點 差模信號：指大小相等、極性相反的信號。差模信號：指大小相等、極性相反的信號。表示為表示為 vi1 = vi2 = vid / 2差模輸入電壓差模輸入電壓vid = vi1 vi2 共模信號：指大小相等、極性相同的信號。共模信號：指大小相等、極性相同的信號。表示為表示為 vi1 = vi2 = vic共模輸入電壓共模輸入電壓 vic = (vi1 + vi2 ) / 2 任意信號：均可分解為一對差

28、模信號與一對共模信號任意信號：均可分解為一對差模信號與一對共模信號之代數(shù)和。之代數(shù)和。 vi1 = vic+ vid / 2vi2 = vic vid / 2即即在輸出端，輸出信號也可分解為共模信號和差模信在輸出端，輸出信號也可分解為共模信號和差模信號之和。號之和。vo1 = voc+ vod / 2vo2 = voc vod / 2即即差分放大器的差分放大器的差模性能差模性能共模輸出電壓共模輸出電壓 voc = (vo1 + vo2 ) / 2差分放大器的主要性能特點體現(xiàn)在它對差模信號和差分放大器的主要性能特點體現(xiàn)在它對差模信號和共模信號具有完全不同的放大能力。共模信號具有完全不同的放大能力

29、。差分放大器的差分放大器的共模性能共模性能差模輸出電壓差模輸出電壓vod = vo1 vo2 q 差放半電路分析法差放半電路分析法 因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關(guān)鍵，就是因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關(guān)鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出半電路交流通半電路交流通路路。在此基礎(chǔ)上分析電路各項性能指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上分析電路各項性能指標(biāo)。分析步驟：分析步驟： 差模分析差模分析畫半電路差模交流通路畫半電路差模交流通路 計算計算 Avd、Rid、Rod 。 共模分析共模分析畫半電路共模交流通路畫半電路共模交流通路 計算計算 Avc、Ric 、Roc 。

30、 根據(jù)需要計算輸出電壓根據(jù)需要計算輸出電壓 雙端輸出：雙端輸出： 計算計算 vo 。單端輸出：單端輸出： 計算計算 vo1 、 vo2 。q 差模性能分析差模性能分析RSS對差模視為短路。對差模視為短路。iD2 = IDQ - - idiD1 = IDQ + id因因ISS = iD1 + iD2 = 2IDQ( (不變不變) )故故RL 中點視為交流地電位，中點視為交流地電位，即每管負(fù)載為即每管負(fù)載為 RL / 2 （雙端輸（雙端輸出）。出）。直流電源短路接地。直流電源短路接地。1) ) 差模交流通路差模交流通路注意：注意：關(guān)鍵在于對公共器件的處理。關(guān)鍵在于對公共器件的處理。 T1VDDIS

31、SRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSSvod1RDvod2vid1vid2+-+- + vod -2) )差模性能指標(biāo)分析差模性能指標(biāo)分析idididivR 差模輸入電阻差模輸入電阻差模輸出電阻差模輸出電阻 單端輸出：單端輸出：放大器任一端到地的電阻；放大器任一端到地的電阻； 雙端輸出：雙端輸出：以以v vodod兩端向放大器看過去的電阻兩端向放大器看過去的電阻， 即為兩放大器輸出電阻之和。即為兩放大器輸出電阻之和。差模電壓增益差模電壓增益idoddvvAv id2id1od2od1vvvv id1od122vv )(1雙端輸出vAvod1RDvid1+-半電路差模交流通路半電路差

32、模交流通路 idod1d1vvAvid2id1od5 . 0vvvidod2vv)(21d單端輸出vAidodd22/vvAv)(21d單端輸出vAq 共模性能分析共模性能分析每管源極接每管源極接 2RSS。iD2 = IDQ + idiD1 = IDQ + id因因ISS = iD1 + iD2 = 2IDQ+ 2id則則RL 對共模視為開路對共模視為開路（雙端輸出）。（雙端輸出）。直流電源短路接地。直流電源短路接地。1) ) 共模交流通路共模交流通路因此因此 RSS 上的共模電壓：上的共模電壓：2id RSS因此流過因此流過 RL 的共模電流為的共模電流為 0。T1VDDISSRDRDT2

33、vi1vi2Rssvo1vo2VSS + voc -voc1RDvoc2vicvic+-+-2RSS2RSSvoc1RDvic+-2RSS半電路共模交流通路半電路共模交流通路 2) )共模性能指標(biāo)分析共模性能指標(biāo)分析( (單端單端) )icicicivR 共模輸入電阻共模輸入電阻共模輸出電阻共模輸出電阻共模電壓增益共模電壓增益icoc1cvvAv)r(221ds忽略SSDSSmDmRRRgRgSSdsmSSdsocRrgRrR22q 共模抑制比共模抑制比( (單端輸出單端輸出) )KCMR 是用來衡量差分放大器對共模信號抑制能力是用來衡量差分放大器對共模信號抑制能力的一項重要指標(biāo)，其值越大越好

34、。的一項重要指標(biāo)，其值越大越好。定義定義cdCMR2/vvAAKcd1CMRvvAAKSSmRg提高提高 ISS( (即增大即增大 gm) )、增大、增大 RSS提高提高 KCMR 普通差放存在的問題：普通差放存在的問題：RSS KCMR 抑制漂移能力抑制漂移能力 但但 ISS 可采用電流源取代可采用電流源取代R RSSSS來解決這個矛盾。來解決這個矛盾。T1VDDID3=ISSRDRDT2vi1vi2vo1vo2VSST3VGGT1VDDISSRDRDT2vi1vi2Rssvo1vo2VSS Q Q點隨溫度的變化（點隨溫度的變化（溫漂溫漂）總是在兩管中等量產(chǎn)生）總是在兩管中等量產(chǎn)生的，在效果

35、上，可將它等效為作用在輸入端的共模信的，在效果上，可將它等效為作用在輸入端的共模信號。差分放大器能有效地抑制它。號。差分放大器能有效地抑制它。 雙端輸出時雙端輸出時 單端輸出時單端輸出時q 任意輸入時，輸出信號的計算任意輸入時，輸出信號的計算idd2o1oovAvvvv i2i1idvvv 其中其中idd1iccod1oc1ovAvAvvvvvidd2iccod2oc2ovAvAvvvvv其中其中i2i1idvvv 2i2i1icvvv vdAAA21vd2vd1q 雙極型差分放大器雙極型差分放大器T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RLRC+ - -v

36、od1+ - -vid1RL2 2T1半電路差模交流通路（雙端輸出）半電路差模交流通路（雙端輸出） idididivR )(22eb1 irrRbb)(2)/(22C1ood雙端輸出RcRrRRceidoddvvAv )()2/(ebLC雙端輸出rrRRbb)(22eb1 irrRbb)()/(C1ood單端輸出RcRrRRceidod1d1vvAv)()(2)/(ebC單端輸出rrRRbbLidididivR T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL半電路差模交流通路（單端輸出）半電路差模交流通路（單端輸出） RC+ - -vod1= vod+ - -

37、vid1RLT1ii半電路共模交流通路半電路共模交流通路（雙端輸出）（雙端輸出）RC+ - -voc1+ - -vic1= vicT12REE電路特點電路特點雙端輸出電路利用對稱雙端輸出電路利用對稱性抑制共模信號。性抑制共模信號。T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL半電路共模交流通路半電路共模交流通路 ( (單端輸出單端輸出) )RC+ -voc1=voc+ -vic1= vicT12REERLicicicivR 1 iR)1 (2EEebRrrbbC1oocRRRicoc1cvvAvEELEEebLC2)1 (2)/(RRRrrRRbb單端輸出情況

38、：單端輸出情況：單端輸出電路特點單端輸出電路特點單端輸出電路利用單端輸出電路利用 REE 的負(fù)反的負(fù)反饋作用抑制共模信號。饋作用抑制共模信號。利用利用 REE 抑制共模信號原理：抑制共模信號原理： CQIT EQV BQI)(EQBQBEQVVV T1+- -+ - -VCCREEvi1voVEE+- -vi2RCRCT2RL CQI 一般射極電阻一般射極電阻 REE 取值較大取值較大EELc2RRAv因此因此很小。很小。結(jié)論結(jié)論 無論電路采用何種輸出方式，差放都具有放大無論電路采用何種輸出方式，差放都具有放大 差模信號、抑制共模信號的能力。差模信號、抑制共模信號的能力。雙極型單端共模抑制比雙

39、極型單端共模抑制比cd1CMRvvAAKEEmRgREE KCMR 抑制漂移能力抑制漂移能力 但但 IEE Q 點降低點降低 輸出動態(tài)范圍輸出動態(tài)范圍 T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3采用電流源的差分放大器采用電流源的差分放大器電路兩邊不對稱對性能的影響電路兩邊不對稱對性能的影響實際差分放大器，電路不可能做到完全對稱：實際差分放大器，電路不可能做到完全對稱：q 雙端輸出時的雙端輸出時的 KCMRT1、T2 兩管集電極電阻兩管集電極電阻 RC 不相等不相等或或 T1、T2 兩管的兩管的 及及 VBE(on)不對稱不對稱例如例如產(chǎn)生運算誤差產(chǎn)生運算誤差理想情況理想情況o

40、d2od1vv 實際情況實際情況2/d)o(dc)o(dod1 vvv2/d)o(dc)o(dod2 vvvoc2oc1vv cdCMR/vvAAK2/d)o(cc)o(coc1 vvv2/d)o(cc)o(coc2vvv由于由于od1oc11ovvv od2oc22ovvv icd)c(idd)d(d)c(od)d(o2o1oovAvAvvvvvvv 則則d)c(d)d(CMR/ vvAAK因此因此由兩管參數(shù)不對稱由兩管參數(shù)不對稱( (如如 VBE(on)、IS、RC 不等不等) )引起失調(diào)。引起失調(diào)。q 失調(diào)及其溫漂失調(diào)及其溫漂 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 VIOT1T2實際差放實際差放+-

41、 -VO 0零輸入時零輸入時等效為等效為理想差放理想差放+- -VOVIO+- -從等效的觀點看：從等效的觀點看：VIO 就是使就是使 VO = 0 時，在實際差放輸入端所加的補償電壓。時，在實際差放輸入端所加的補償電壓。dOIO/vAVV 失調(diào)電壓失調(diào)電壓VIO 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：兩管兩管 不等，造成不等，造成 ICQ1 ICQ2 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO從等效的觀點看：從等效的觀點看：IIO 就是使就是使 ICQ1 = ICQ2 時，在實際差放輸入端所加的時，在實際差放輸入端所加的補償電流。補償電流。 BQ2BQ1IOIII 失調(diào)電流失調(diào)電流IIO 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：T1VCC

42、REEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取若取2)(BQ2BQ1BIII 則則2IOBBQ1III 2IOBBQ2III 失調(diào)模型失調(diào)模型總輸入失調(diào)電壓總輸入失調(diào)電壓SIOIOIORIVV 當(dāng)當(dāng) RS 較大時：較大時：當(dāng)當(dāng) RS 較小時：較小時：失調(diào)以失調(diào)以 IIO為主，為減小為主，為減小 VIO ，應(yīng)選，應(yīng)選 IIO 小的差放。小的差放。失調(diào)以失調(diào)以 VIO 為主，為減小為主，為減小 VIO ，應(yīng)選，應(yīng)選 VIO 小的差放；小的差放；T1T2- - +IBIBIIO2IIO2VIORSRS 調(diào)零電路調(diào)零電路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (發(fā)射

43、極調(diào)零電路發(fā)射極調(diào)零電路) )T1VCCREERCRCT2RSRSVEE+ - -VORW( (集電極調(diào)零電路集電極調(diào)零電路) )調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器 RW ，改變兩端發(fā)射極電位或集電極電，改變兩端發(fā)射極電位或集電極電阻，使靜態(tài)工作時雙端輸出電壓減小到零。阻，使靜態(tài)工作時雙端輸出電壓減小到零。 VIO 和和 IIO 的溫漂的溫漂若環(huán)境溫度、電源電壓等外界因素變化：若環(huán)境溫度、電源電壓等外界因素變化：三極管參數(shù)變化三極管參數(shù)變化VIO 和和 IIO 變化。變化。其中溫度變化引起的溫漂最大。其中溫度變化引起的溫漂最大。注意：調(diào)零電路可以克服失調(diào)，但不能消除溫漂。注意：調(diào)零電路可以克服失調(diào)，但不能消

44、除溫漂。 MOS 差放的失調(diào)差放的失調(diào)因因IG 0IOSIOIOIOVRIVV 則則( (mV 量級量級) )由兩管參數(shù)由兩管參數(shù)( (如如 W/l、VGS(th) )及及 RD 不匹配引起失調(diào)。不匹配引起失調(diào)。VIO 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：注意：注意： MOS 管差放的管差放的 VIO 三極管差放的三極管差放的 VIO 。差模傳輸特性差模傳輸特性完整描述差模輸出電流隨任意輸入差模電壓變化的完整描述差模輸出電流隨任意輸入差模電壓變化的特性。特性。q 雙極型差放的差模傳輸特性雙極型差放的差模傳輸特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+- -vID假設(shè)電路對稱假設(shè)電路對稱121 TBE1

45、eSC1VvIi TBE2eSC2VvIi C2C1EEiiI BE2BE1IDvvv則則TID/EEC2e1VvIi TID/EEC1e1VvIi 得得)2(thTIDEEC2C1VvIii 差模傳輸特性曲線差模傳輸特性曲線1OiC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEEOiC1- - iC2vID/VTIEE- -IEE可以證明：可以證明： 當(dāng)當(dāng)| vID | 26 mV 時，差放線性工作時，差放線性工作( (單管電路單管電路 vI 100 mV 后后，一管截止一管截止、另一管導(dǎo)通另一管導(dǎo)通，差放非線性工作差放非線性工作。說明：說明：若在兩管發(fā)射極上串聯(lián)電阻若在兩管發(fā)射極上串聯(lián)電阻 RE，則利用，則利用 RE 的負(fù)反饋的負(fù)反饋 作用，可擴展線性范圍。作用，可擴展線性范圍。RE 線性范圍線性范圍 但但 Avd 最大差模輸入電壓范圍：最大差模