第4章南昌大學低頻(補充)

1、q 共源放大器共源放大器南昌大學南昌大學共源、共柵和共漏放大器的性能共源、共柵和共漏放大器的性能GiRR dsDo/rRR 場效應管電路性能特點、分析方法與三極管放大器場效應管電路性能特點、分析方法與三極管放大器相似。不同之處僅在于，相似。不同之處僅在于，F(xiàn)ET 或場效晶體管的或場效晶體管的 ig = 0。gsLogsmio)/(vRRvgvvAv )/(LomRRg gmvgxRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viq 接接 R S 的共源放大器的共源放大器SgsmgsLDgsmio)/(R

2、vgvRRvgvvAv SmLm1RgRg GiRR 不變不變dsSmSo)1(rRgRR 經(jīng)推導經(jīng)推導Doo/ RRR 則則增大增大減小減小RDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR SgmvgsRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oR SR oq 共柵放大器共柵放大器iiiivR 1mgsmgsgvgv vs+ - -RL+ - -voR SRSRDgmvgsiiio+ - -vigsRi i i因為因為， 1/mSigRR 所以所以gsLDgsmio)/(vRRvgvvAv )/(LDmRRg DoRR 而而vs+ - -R

3、L+ - -voR SRSRDvi+ - -q 共漏放大器共漏放大器GiRR mSO1/gRR )/()/(LSgsmgsLSgsmRRvgvRRvgvvAiov 經(jīng)推導經(jīng)推導)/(1)/(LSmLSmRRgRRg RGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR SgR SRGvs+ - -RL+ voRS+ - -virds- -gmvgssFET 三種組態(tài)電路性能比較三種組態(tài)電路性能比較GRmS1/gR GRDR 1DRmS1/gR SmLm1RgRg LmRg )/(1)/(LSmLSmRRgRRg 共源共源共柵共柵共漏共漏RiRoAvRDRGvs+ - -RL+ - -voR

4、S+ - -viR Svs+ - -RL+ - -voR SRSRDvi+ - -RGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR S電流源電路及其應用電流源電路及其應用直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流 I0 。交流工作時，具有很高輸出電阻交流工作時，具有很高輸出電阻 Ro，可作有源負載使用。，可作有源負載使用。+ - -VQ+vRiB恒定恒定iC外電路外電路( (電流源電路電流源電路) )+ - -VQR電流源電流源I0( (直流狀態(tài)直流狀態(tài)) )+ - -R電流源電流源Rov( (交流狀態(tài)交流狀態(tài)) ) 電流源電路特點：電流源電路特點： 對電

5、流源電路要求：對電流源電路要求：直流狀態(tài)工作時，要求直流狀態(tài)工作時，要求 I0 精度高、熱穩(wěn)定性好。精度高、熱穩(wěn)定性好。交流狀態(tài)工作時，要求交流狀態(tài)工作時，要求 Ro 大大( (理想情況理想情況 Ro ) )。利用利用 iB 恒定時，恒定時，iC 接近恒流特性而構(gòu)成。接近恒流特性而構(gòu)成。 電流源電路原理：電流源電路原理： 假設假設 T1、T2 兩管嚴格配對，兩管嚴格配對，q 基本鏡像電流源基本鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRiC2 = I0由于由于vBE1 = vBE2 根據(jù)根據(jù)， eTBESCVvIi C2C1ii 得知得知因此，稱因此，稱 iC2 是是 iC1 的鏡像。的鏡像。參考電流

6、參考電流RVVIBE(on)CCR 由于由于)21 (2C1B1C1R iiiI)21(C2 i因此因此 /21RC20 IiI IR( ( 2) )q 減小減小 影響的影響的鏡像電流源鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點T1 管管 c、b 之間插入一射隨器之間插入一射隨器 T3。 電路優(yōu)點電路優(yōu)點減小分流減小分流 i ，提高，提高 I0 作為作為 IR 鏡鏡像的精度。像的精度。R2202II 式中式中RVVIBE(on)CCR2 q 比例式鏡像電流源比例式鏡像電流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點兩管射極串接不同阻值的電阻。兩管射

7、極串接不同阻值的電阻。 電路優(yōu)點電路優(yōu)點R 增大，增大，I 恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。21R0/RRII 式中式中1BE(on)CCRRRVVI 有源負載差分放大器有源負載差分放大器 T1、T2 構(gòu)成的鏡像電流源代替構(gòu)成的鏡像電流源代替 RC4 。T1VCCic3T2vi1T3T4IEEVEEiOic4ic2vi2 電路組成：電路組成：T3、T4 構(gòu)成雙端輸入單端輸出差放。構(gòu)成雙端輸入單端輸出差放。 電路特點：電路特點： 由鏡像電流源知由鏡像電流源知c3c2ii當差模輸入時當差模輸入時c3c4ii則差模輸出電流則差模輸出電流c3c4c2o2iiii當共模輸入時當共模輸入時c3c4ii

8、則共模輸出電流則共模輸出電流0c4c2oiiiT1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析： 結(jié)論：結(jié)論：該電路不僅具有放大差模、抑該電路不僅具有放大差模、抑制共模的能力，在單端輸出時，還制共模的能力，在單端輸出時，還獲得雙端輸出的增益。獲得雙端輸出的增益。2/EECQ4CQ3CQ2CQ1IIIII 由于由于則則TCQm4m3m2m1/VIgggg )/(ce4ce2m4Lm4drrgRgAv 差模增益差模增益差模輸入電阻差模輸入電阻beid2rR差模輸出電阻差模輸出電阻ce4ce2o/ rrR 集成運算放大器集成運算放大器集成運放是實現(xiàn)高增益放大功

9、能的一種集成器件。集成運放是實現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。 集成運放性能特點集成運放性能特點Av 很大：很大：( (104 107 或或 80 140 dB) )Ri 很大：很大：( (幾幾 k 105 M ) )Ro 很?。汉苄。? (幾十幾十 ) )靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。 集成運放電路符號集成運放電路符號反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸出端輸出端v- -v+ +vo o+- - 集成運放電路組成集成運放電路組成由于實際電路較復雜由于實際電路較復雜 ，因此讀圖時，因此讀圖時，應根據(jù)電路組應根據(jù)電路組成，把整個電路劃分成若干基本單元進行分析。成，把整

10、個電路劃分成若干基本單元進行分析。輸入級輸入級中間增益級中間增益級輸出級輸出級偏置電路偏置電路采用改進型采用改進型差分放大器差分放大器采用采用 1 2 級共發(fā)電路級共發(fā)電路 采用射隨器或采用射隨器或互補對稱放大器互補對稱放大器采用電流源采用電流源放大器的頻率響應放大器的頻率響應從系統(tǒng)的觀點看，小信號放大器為線性時不變系統(tǒng)。從系統(tǒng)的觀點看，小信號放大器為線性時不變系統(tǒng)。q 傳遞函數(shù)和極零點傳遞函數(shù)和極零點復頻域分析法復頻域分析法輸入激勵信號輸入激勵信號 x(t)輸出激勵信號輸出激勵信號 y(t)若設若設拉氏變換拉氏變換X(s)Y(s)011n011)()()(asasabsbsbsXsYsAnn

11、nmmmm 在初始條件為零時，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：在初始條件為零時，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：)()()()(21210nmpspspszszszsH (m n)式中：標尺因子式中：標尺因子 H0 = bm/an ， z 為零點，為零點，p 為極點。為極點。 在可實現(xiàn)的穩(wěn)定有源線性系統(tǒng)中，分母多項式各系數(shù)在可實現(xiàn)的穩(wěn)定有源線性系統(tǒng)中，分母多項式各系數(shù)恒恒 為正實數(shù)，極點必為負實數(shù)或?qū)嵅繛樨撝禐檎龑崝?shù)，極點必為負實數(shù)或?qū)嵅繛樨撝档墓曹棌蛿?shù)。的共軛復數(shù)。 零點可以是負實數(shù)或?qū)嵅繛樨撝档墓曹棌蛿?shù)；也零點可以是負實數(shù)或?qū)嵅繛樨撝档墓曹棌蛿?shù)；也可以是可以是 正實數(shù)或?qū)嵅繛檎档墓曹棌蛿?shù)。正實數(shù)或?qū)嵅繛檎档墓?/p>

12、軛復數(shù)。 在僅含容性電抗元件的系統(tǒng)中：在僅含容性電抗元件的系統(tǒng)中：只要不出現(xiàn)由電容構(gòu)成的閉合回路，則極點只要不出現(xiàn)由電容構(gòu)成的閉合回路，則極點數(shù)數(shù) = 電容電容數(shù)。數(shù)。若出現(xiàn)閉合回路，則極點若出現(xiàn)閉合回路，則極點數(shù)數(shù) = 獨立獨立電容數(shù)電容數(shù)-1-1。C1C2C3圖示閉合回路，極點數(shù)圖示閉合回路，極點數(shù) = 2說明說明1) )寫出電路傳遞函數(shù)表達式寫出電路傳遞函數(shù)表達式 A(s) q 頻率響應分析步驟頻率響應分析步驟 復頻域內(nèi)，無零多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達式：復頻域內(nèi)，無零多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達式： )1()1)(1()(21InpspspsAsA 2) )令令 s = j ，寫出頻率特性表

13、達式，寫出頻率特性表達式 A(j )設極點均為負實數(shù)設極點均為負實數(shù)( ( p p = = - - p ) )，則，則)j1()j1)(j1()j (p2p1pInAA 4) )確定上、下限角頻率確定上、下限角頻率 3) )繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖q RC 低通電路頻率響應低通電路頻率響應 CR+- -+- -vi(t)vo(t) 由圖，由圖，傳遞函數(shù)表達式傳遞函數(shù)表達式 ：pio/11)(1)/(1)()()( ssCRsCsVsVsAv RC 時間常數(shù)時間常數(shù)式中式中 /1P ， 令令 s = j ，則頻率特性表達式：，則頻率特性表達式：Pj11)j ( vA幅值：幅值：2P)(11)

14、( vA2PdB)(1lg20)( vA或或相角：相角：)arctan()(PA O p0.1 p10 pAv( )/dB - -20- -3O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - - 5.7 繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA 根據(jù)根據(jù)畫出幅頻波特圖畫出幅頻波特圖畫出相頻波特圖畫出相頻波特圖漸近波特圖畫法：漸近波特圖畫法：幅頻幅頻 p 時，時，PdBlg20)( vA = p 時，時，dB 3)(dB vA相頻相頻oA0)( 10 p 時，時，oA90)( = p 時，時，oA45)( - -20 dB/10 倍

15、頻倍頻- -45 /10 倍頻倍頻 確定上限角頻率：確定上限角頻率：O p0.1 p10 pAv( )/dB - -20O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - -20 dB/10 倍頻倍頻- -45 /10 倍頻倍頻歸納一階因子歸納一階因子漸近波特圖畫法：漸近波特圖畫法：幅頻漸近波特圖：幅頻漸近波特圖：Pj11)j ( vA已知已知自自 0 dB水平線出發(fā)，經(jīng)水平線出發(fā)，經(jīng) p 轉(zhuǎn)折成斜率為轉(zhuǎn)折成斜率為( (20 dB/10 倍倍頻頻) )的直線。的直線。相頻漸近波特圖：相頻漸近波特圖：自自 0 水平線出發(fā)，經(jīng)水平線出發(fā)，經(jīng) 0.1 p 處轉(zhuǎn)折，斜率為處轉(zhuǎn)折，斜率為

16、( (45 / 10 倍頻倍頻) )，再經(jīng)，再經(jīng) 10 p 處轉(zhuǎn)折處轉(zhuǎn)折為為 - -90 的水平線。的水平線。dB3)(1lg20)(2pdB vA因因 = p 時，時， H = pq RC 高通電路頻率響應高通電路頻率響應 由圖，由圖，傳遞函數(shù)表達式傳遞函數(shù)表達式 ：ssCRRsVsVsAv/11)(1)()()(pio RC 時間常數(shù)時間常數(shù)式中式中 /1P ， 令令 s = j ，則頻率特性表達式：，則頻率特性表達式： Pj11)j ( vA幅值：幅值：2PdB)(1lg20)( vA相角：相角：)arctan()(PACR+- -+- -vi(t)vo(t)下限角頻率：下限角頻率：dB

17、 3)(1lg20)(2PdB vA因因 = p 時，時， L = pO p0.1 p10 p A( ) 45 90 繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA根據(jù)根據(jù)畫出幅頻波特圖畫出幅頻波特圖畫出相頻波特圖畫出相頻波特圖O p0.1 p10 pAv( )/dB - -2020 dB/十倍頻十倍頻- -45 /十倍頻十倍頻幅頻漸近波特圖：幅頻漸近波特圖： p：0 dB 水平線；水平線； p：斜率為斜率為( (20 dB/十倍十倍 頻頻) )的直線。的直線。相頻漸近波特圖：相頻漸近波特圖： 0.1 p： 90 的水平線。的水平線。 0.1 p 10

18、p ：0 水平線。水平線。q 多極點系統(tǒng)多極點系統(tǒng)頻率響應頻率響應 利用利用 RC 低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達式低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達式 ：)/1)(/1)(/1()(p3p2p1I sssAsAvv 式中式中11P11CR C1R1+- -+- -vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3如圖所示的三級理想電壓放大器，如圖所示的三級理想電壓放大器，Ri ，Ro 0。試畫漸近波特圖，并求試畫漸近波特圖，并求 H 。已知已知 R1 C1 R2 C2 R3 C3 。22P21CR 33P31CR 321IvvvvAAAA 頻率特性表達式：頻率特性表達式：2P32P22P1IdB)(1lg20)(1lg20)(1lg20lg20)( vvAAP3P2P1A/arctan/arctan/arctan)( )/j1)(/j1)(/j1()(p3p2p1I vvAsA幅頻及相頻表達式：幅頻及相頻表達式： 均為單階因子波特圖的疊加。均為單階因子波特圖的疊加。假設假設dB 60I vAP1P2P310010 O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 O p2 p1 p3Av( )/dB 204060- -20 p3- -20