華中科技大學(xué)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》——CH07-3

1、華中科技大學(xué) 劉勃17.3 差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性2華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性根據(jù)根據(jù)2TN1GS1nD1)-(VKiv vid= vGS1- - vGS2可得傳輸特性曲線(xiàn)可得傳輸特性曲線(xiàn) iD1，iD2f（vid）2TN2GS2nD2)-(VKiv 3華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性 1.0 0.9 0.8 0

2、.7 0.5 0.3 0.2 0.1 0 -100 -200 -300 -400 -500 500 400 300 200 100 限幅區(qū)限幅區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 線(xiàn)性區(qū)線(xiàn)性區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 限幅區(qū)限幅區(qū) iD2 IO iD2 IO iD1 IO iD1 IO iD IO = Q vid/mV idmn12 0.1/(2)oVIKidmaxn1/oVIK4華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性 1.0 0.9 0.8 0.7 0.5 0.3 0.2 0.1 0 -100 -200 -300 -400 -500 500 400 300

3、200 100 限幅區(qū)限幅區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 線(xiàn)性區(qū)線(xiàn)性區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 限幅區(qū)限幅區(qū) iD2 IO iD2 IO iD1 IO iD1 IO iD IO = Q vid/mV idm1n12 0.1/(2)oVIKidm1n1/oVIK 如何想擴(kuò)大線(xiàn)性區(qū)域，需增加-nOTNGSOV2-KIVVV 5華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性如何想擴(kuò)大線(xiàn)性區(qū)域，需增加-nOTNGSOV2-KIVVV (1)減少Kn，減少W/L。但是gm減少，增益減少。（2）增加Io。但是功耗增加。6華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電

4、路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性 1.0 0.9 0.8 0.7 0.5 0.3 0.2 0.1 0 -100 -200 -300 -400 -500 500 400 300 200 100 限幅區(qū)限幅區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 線(xiàn)性區(qū)線(xiàn)性區(qū) 非線(xiàn)非線(xiàn) 性區(qū)性區(qū) 限幅區(qū)限幅區(qū) iD2 IO iD2 IO iD1 IO 虛線(xiàn)表示當(dāng)虛線(xiàn)表示當(dāng)O/()nWIKL增加時(shí)傳輸特性曲線(xiàn)線(xiàn)性增加時(shí)傳輸特性曲線(xiàn)線(xiàn)性工作區(qū)擴(kuò)大工作區(qū)擴(kuò)大 iD1 IO iD IO = Q vid/mV 7華中科技大學(xué) 劉勃7.3.1 MOSFET差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性nOTNGSOV2-KIVVV 增大

5、能增加增大能增加線(xiàn)性范圍線(xiàn)性范圍8華中科技大學(xué) 劉勃7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性vid= vBE1- - vBE2根據(jù)根據(jù)TVIi/ESE1BE1ev TVIi/ESE2BE2ev 可得傳輸特性曲線(xiàn)可得傳輸特性曲線(xiàn) iC1，iC2f（vid）9華中科技大學(xué) 劉勃7.3.2 BJT差分式放大電路的傳輸特性差分式放大電路的傳輸特性10加入射極電阻，利用其反饋?zhàn)饔?，可擴(kuò)大線(xiàn)性工作區(qū)本節(jié)要求：掌握線(xiàn)性區(qū)、非線(xiàn)性區(qū)和飽和區(qū)的確定。華中科技大學(xué) 劉勃13*7.4 帶有源負(fù)載的差分放大電路帶有源負(fù)載的差分放大電路7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMO

6、S差分差分 式放大電路式放大電路7.4.2 帶有源負(fù)載的帶有源負(fù)載的BJT射耦合差分式放射耦合差分式放 大電路大電路14華中科技大學(xué) 劉勃7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路1. 基本電路基本電路15華中科技大學(xué) 劉勃2. 工作原理工作原理根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有 IREFID5ID6ID7只要滿(mǎn)足只要滿(mǎn)足T5T7就工作在飽和區(qū)就工作在飽和區(qū)VDD +VSS VTN5+VTN6+VTN7則根據(jù)則根據(jù)IDKn(VGSVT)2 TN7n7REFGS7TN6n6REFGS6TN5n6REFGS6GS7GS6GS5SSDDVKIVVKIVVKIV

7、VVVVV若已知各管參數(shù)，便可求出若已知各管參數(shù)，便可求出IREF 可列方程可列方程7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路16華中科技大學(xué) 劉勃2. 工作原理工作原理如果如果T7與與T8特性相同，特性相同，則則IO=IREF由于電路對(duì)稱(chēng)，即由于電路對(duì)稱(chēng)，即T1與與T2特性相同，特性相同，T3與與T4特特性相同性相同所以所以 ID1=ID2=ID3=ID4=IO/2可求出可求出VGS1 VGS4 由于由于T3的柵極與漏極并接在一起，所以通常由的柵極與漏極并接在一起，所以通常由T2和和T4的漏極輸出。的漏極輸出。當(dāng)輸入差模電壓時(shí)，即當(dāng)輸入差模電壓時(shí)

8、，即vi1- -vi2vid/2，iD1的增加量等于的增加量等于iD2的減小量，的減小量，源極公共支路電流不變，相當(dāng)于源極公共支路電流不變，相當(dāng)于T1和和T2源極交流對(duì)地短路源極交流對(duì)地短路 7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路17華中科技大學(xué) 劉勃3. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)輸入差模電壓時(shí)的交流通路輸入差模電壓時(shí)的交流通路 當(dāng)當(dāng) = 0，T1T4特性相同，特性相同，且?guī)規(guī)L負(fù)載負(fù)載時(shí)，各支路電流如圖時(shí)，各支路電流如圖當(dāng)當(dāng) 0時(shí)，可得右側(cè)時(shí)，可得右側(cè)T2、 T4支路的小信號(hào)支路的小信號(hào)等效電路等效電路7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的

9、源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路18華中科技大學(xué) 劉勃3. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)d2（d4）的）的KCL為為 若滿(mǎn)足若滿(mǎn)足 (rds2 | rds4) RL，則電壓增益為，則電壓增益為 得差模電壓增益得差模電壓增益0)2()2(Lo2ds2o2idmds4o2idm Rrgrgvvvvv)|(Lds4ds2mido2d2RrrgA vvvD22ds21Ir D44ds41Ir 其中其中Lmido2d2RgA vvv 帶有源負(fù)載的差分放大電路單端輸出的差模電壓增益不再是雙端帶有源負(fù)載的差分放大電路單端輸出的差模電壓增益不再是雙端輸出增益的一半，而是與雙端輸出電壓增益相同，即單端輸

10、出等效于輸出增益的一半，而是與雙端輸出電壓增益相同，即單端輸出等效于雙端輸出。雙端輸出。 7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路19華中科技大學(xué) 劉勃3. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)以上分析結(jié)果的前提條件是假設(shè)以上分析結(jié)果的前提條件是假設(shè)T1 T4的互導(dǎo)相同，即的互導(dǎo)相同，即 Kn1Kn2Kp3Kp4K gm1gm2gm3gm4gm電路的共模電壓增益仍然很小，共模抑制很高電路的共模電壓增益仍然很小，共模抑制很高參數(shù)不同時(shí)，結(jié)果將有所變化參數(shù)不同時(shí)，結(jié)果將有所變化7.4.1 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路差分式放大電路20華

11、中科技大學(xué) 劉勃小結(jié)21華中科技大學(xué) 劉勃7.4.2 帶有源負(fù)載的源極耦合帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路差分式放大電路靜態(tài)靜態(tài) IE6 IREFe6BE6EECCRRVVV E6E5E6IRR IO IE5224. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路電路動(dòng)態(tài)分析： idi1=2vvidi2=2vvi2i1id=vvv 在輸入端加：idi12=-=2ivvv電壓加載后T1電流增加T2電流減少c12=-cii即流入電流源電流不變ic1 的增加等于ic2的減少ve=0故得交流通路圖如上圖所示234. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路電路電流關(guān)系： 三個(gè)關(guān)系導(dǎo)致輸出電流為：c12=-cii

12、c13=ciic43=cii0c42- ciiic111-2（）=cciiiio由差分關(guān)系得：由同路關(guān)系得：由鏡像關(guān)系得：帶有源負(fù)載差分放大電路的單端輸出電流是基本單端輸出差放的兩倍ic1通過(guò)ic3鏡像ic4達(dá)到與ic2差分得到雙倍電流24華中科技大學(xué) 劉勃差分電路特點(diǎn)小結(jié)：射極（源極）采用恒流源做負(fù)載：降低共模增益集電極(漏極）采用恒流源做負(fù)載：?jiǎn)味嗽鲆婧驮p端輸出增益幾乎相等提高差模增益。將雙端輸出改變成單端輸出。提高共模抑制比。254. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路電路電流關(guān)系： 在輸出端：帶有源負(fù)載差分放大電路的單端輸出電流是基本單端輸出差放的兩倍c12=-ciic13=ciic

13、43=cii0c42- ciiic111-2（）=cciiiic1通過(guò)ic3鏡像ic4達(dá)到與ic2差分得到雙倍電流io264. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益（負(fù)載開(kāi)路） ic1 通過(guò)ic3鏡像控制ic4ic1 （ic4）增加ic2減少導(dǎo)致vce4下降vce1上升電壓vc1不變因此T4T2管構(gòu)成兩倍差動(dòng)輸出因此T1T3管不構(gòu)成差動(dòng)輸出構(gòu)成兩倍的vo變化274. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益（負(fù)載開(kāi)路） 輸出回路284. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路差模電壓增益（負(fù)載開(kāi)路） 0)2(2ce4o2ce2o2beidbeid rvrvrvrv bece4ce2

14、ido2d2)|(rrrA vvv則 單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 c2節(jié)點(diǎn)方程ido2o2bece2ce4vvvrrrcdbeRAr v比較雙端輸出此時(shí)Rc=rce4輸出回路小信號(hào)模型294. 帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路ce2ce4d2be(|)L rrRArv單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 cdbe(/ 2)LRRAr v比較雙端輸出輸出回路小信號(hào)模型加負(fù)載時(shí)：RLRL與rce2，rce4并聯(lián)且，RL30V/ s以上。以上。 目前超高速的運(yùn)放如目前超高速的運(yùn)放如AD9610的的SR 3500V/ s。omRmaxP2 VSfBW 大信號(hào)動(dòng)態(tài)特性大信號(hào)動(dòng)態(tài)特

15、性67華中科技大學(xué) 劉勃7.6.1 實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)電源特性電源特性1. 電源電壓抑制比電源電壓抑制比KSVR 衡量電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響衡量電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響 2. 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗PV 1. 電源電壓范圍電源電壓范圍3. 最大輸出電流最大輸出電流IOmax 2. 最大耗散功耗最大耗散功耗PCO 極限參數(shù)極限參數(shù)68華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題1. 集成運(yùn)放的選用集成運(yùn)放的選用 根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以滿(mǎn)足要求時(shí)，才考慮專(zhuān)用型運(yùn)放，

16、這是因?yàn)橥ㄓ眯推骷臐M(mǎn)足要求時(shí)，才考慮專(zhuān)用型運(yùn)放，這是因?yàn)橥ㄓ眯推骷母黜?xiàng)參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。各項(xiàng)參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。 雖然專(zhuān)用型運(yùn)放某項(xiàng)技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則雖然專(zhuān)用型運(yùn)放某項(xiàng)技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計(jì)得較窄，而高難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計(jì)得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。速型與高精度常常有矛盾，如此等等。 69華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題2. 失調(diào)電壓失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流、失調(diào)電流IIO和偏置電流和偏置電流IIB帶來(lái)的誤差帶來(lái)的

17、誤差 輸入為零時(shí)的等效電路輸入為零時(shí)的等效電路2IOIBP)2( RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 解得誤差電壓解得誤差電壓)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV （IIBIIO/2） （R1|Rf） R1|Rf VIO Vn Vp R2 VO （IIBIIO/2）R2 f1O1RRVR 70華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題)|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV )(/1(2IOIO1fORIVRRV 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可以時(shí)，

18、可以消除偏置電流消除偏置電流 引起的引起的誤差，此時(shí)誤差，此時(shí)f12| RRR IBI當(dāng)電路為積分運(yùn)算時(shí)，當(dāng)電路為積分運(yùn)算時(shí)，即即 換成電容換成電容C，則，則fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO時(shí)間越長(zhǎng)，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。時(shí)間越長(zhǎng)，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。IOIO IV和和引起的誤差仍存在引起的誤差仍存在71華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題3. 調(diào)零補(bǔ)償調(diào)零補(bǔ)償（a a）調(diào)零電路）調(diào)零電路 （b b）反相端加入補(bǔ)償電路）反相端加入補(bǔ)償電路 LM741 2 3 1 5 6

19、 RL VEE VCC VCC VEE vO VCC VEE Rp R1 R2 Rp10k VC補(bǔ)償 VIO和 VIO （a） （b） VC 72華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題741中的調(diào)零電路中的調(diào)零電路 73華中科技大學(xué) 劉勃7.6.2 集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題356中的調(diào)零電路中的調(diào)零電路 3. 調(diào)零補(bǔ)償調(diào)零補(bǔ)償華中科技大學(xué) 劉勃747.7 變跨導(dǎo)式模擬乘法器變跨導(dǎo)式模擬乘法器7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用75華中科技大學(xué) 劉勃7.7.

20、1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理1. 變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器與差分式放與差分式放大電路的差大電路的差別：別：（a）原理電路）原理電路 （b）同相（或反相）乘法器代表符號(hào)）同相（或反相）乘法器代表符號(hào)電流源電流源iEE受受輸入電壓輸入電壓vY的控制的控制76華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理單入雙出方式單入雙出方式becXO1drRA vvv即即XbecO1vvrR 又又EQbbebbbbe)1(IVrrrrT EQ)1(IVT E1)1(iVT 所以所以mXcO1gR vv m1)1(g 1. 變跨導(dǎo)

21、二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器77華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 對(duì)于對(duì)于T3、T4構(gòu)成的鏡像電流構(gòu)成的鏡像電流源，當(dāng)源，當(dāng)vY VBE時(shí)時(shí)RiYEEv 所以所以YXcO12vvvTRVR YXvvK 其中其中TRVRK2c （乘法運(yùn)算）（乘法運(yùn)算）mXcO1gR vv YEEE1m212vTTTRVViVig 而而由由vY 控制跨導(dǎo)控制跨導(dǎo)gm變化，所以稱(chēng)為變跨導(dǎo)乘法器變化，所以稱(chēng)為變跨導(dǎo)乘法器1. 變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器78華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理電路的最后輸

22、電路的最后輸 O112OvvRR YX12vvRRK 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 精度差精度差 vY必須大于必須大于0V，只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)象限的乘法運(yùn)算，只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)象限的乘法運(yùn)算1. 變跨導(dǎo)二象限乘法器變跨導(dǎo)二象限乘法器79華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 T1、T2和和T3、T4為兩為兩個(gè)并聯(lián)的差分式電路，個(gè)并聯(lián)的差分式電路， T5、T6為壓控電流源電路。為壓控電流源電路。由于由于)1e (BEESEC TVIiiv所以所以TTVVii/ )(C2C1XBE2BE1eevvv 而而 iC1iC2iC5 ，iC4iC3iC6 TVIBEeESv 1eXC5

23、C2 TViivC5C11eeXXiiTTVV vv2. 雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器80華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理C5C11eeXXiiTTVV vv1eXC5C2 TViiv1e1eXXC5C2C1 TTVViiivvTVi2thXC5v 同理同理TViii2thXC6C3C4v TVIii2thYEEC6C5v 又又 i1,3iC1iC3，i2,4iC2iC4 2. 雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器81華中科技大學(xué) 劉勃7.7.1 變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理c2,41,3O1)(Rii

24、v最后可得最后可得TTVVIR2th2thYXEEcvv 當(dāng)當(dāng)vX 2VT、vY 2VT時(shí)時(shí)TTVVIR22YXEEcO1vvv YXYX2EEc4vvvvKVIRT 其中其中2EEc4TVIRK （乘法運(yùn)算）（乘法運(yùn)算）信號(hào)大時(shí)增加非線(xiàn)性補(bǔ)償電路信號(hào)大時(shí)增加非線(xiàn)性補(bǔ)償電路2. 雙平衡四象限乘法器雙平衡四象限乘法器82華中科技大學(xué) 劉勃7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用乘方乘方 1. 運(yùn)算電路運(yùn)算電路83華中科技大學(xué) 劉勃7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用除法除法 只有當(dāng)只有當(dāng)vX2為正極性時(shí)，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反為正極性時(shí)，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反饋工作狀態(tài)，

25、而饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有1. 運(yùn)算電路運(yùn)算電路84華中科技大學(xué) 劉勃7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器的應(yīng)用開(kāi)平方開(kāi)平方 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必須為負(fù)值時(shí)，電路才能正常工作。必須為負(fù)值時(shí)，電路才能正常工作。 1. 運(yùn)算電路運(yùn)算電路85華中科技大學(xué) 劉勃7.7.2 模擬乘法器的應(yīng)用模擬乘法器

26、的應(yīng)用2. 壓控放大器壓控放大器 乘法器的一個(gè)輸入端加一直流控制電壓乘法器的一個(gè)輸入端加一直流控制電壓VC，另一輸入端，另一輸入端加一信號(hào)電壓加一信號(hào)電壓vs時(shí)，乘法器就成了增益為時(shí)，乘法器就成了增益為KVc的放大器。當(dāng)?shù)姆糯笃?。?dāng)Vc為可調(diào)電壓時(shí)，就得到可控增益放大器。為可調(diào)電壓時(shí)，就得到可控增益放大器。 調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領(lǐng)域中得到調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。利用模擬乘法器的功能很容易實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解廣泛的應(yīng)用。利用模擬乘法器的功能很容易實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)的功能。調(diào)的功能。3. 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)華中科技大學(xué) 劉勃867.8 放大電路中的噪聲與干擾放大

27、電路中的噪聲與干擾7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲7.8.2 放大電路中的干擾放大電路中的干擾7.8.3 低噪聲放大電路舉例低噪聲放大電路舉例87華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲 由電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生隨時(shí)間而變化的電壓稱(chēng)為由電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生隨時(shí)間而變化的電壓稱(chēng)為熱噪聲電壓。熱噪聲電壓。 一個(gè)阻值為一個(gè)阻值為R（）的電阻未接入電路時(shí)，在頻帶寬度）的電阻未接入電路時(shí)，在頻帶寬度B內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為內(nèi)所產(chǎn)生的熱噪聲電壓均方值為 K 玻耳茲曼常數(shù)，玻耳茲曼常數(shù)，T 熱力

28、學(xué)溫度（熱力學(xué)溫度（K），），B 頻頻帶寬度（帶寬度（Hz）。）。BkTRRIV 42n2n2n功率和電壓的形式分別為功率和電壓的形式分別為kTBRVP42nn kTRBV4n 88華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲具有均勻的功率頻譜的噪聲稱(chēng)為白噪聲具有均勻的功率頻譜的噪聲稱(chēng)為白噪聲熱噪聲電壓密度熱噪聲電壓密度 熱噪聲電壓本身是一個(gè)非周期變化的時(shí)間函數(shù)，它的頻率熱噪聲電壓本身是一個(gè)非周期變化的時(shí)間函數(shù)，它的頻率范圍是很寬廣的。因而噪聲電壓范圍是很寬廣的。因而噪聲電壓Vn將隨放大電路帶寬的增加將隨放大電路帶寬的增加而增加。所以在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)要綜合考慮增益、帶寬等諸

29、而增加。所以在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)要綜合考慮增益、帶寬等諸多因素。多因素。 kTBRVP42nn kTRBV4n 熱噪聲的功率頻譜密度熱噪聲的功率頻譜密度kTBP4n kTRBV4n 1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲）電阻的熱噪聲89華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 熱噪聲熱噪聲 由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)通過(guò)由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)通過(guò)BJT內(nèi)三個(gè)區(qū)的體電內(nèi)三個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線(xiàn)電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中阻及相應(yīng)的引線(xiàn)電阻時(shí)而產(chǎn)生。其中rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主所產(chǎn)生的噪聲是主要的。要的。FET主要是溝道電阻的熱噪聲。主要是溝道電阻的熱噪聲。（2）三

30、極管的噪聲）三極管的噪聲1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)90華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 散粒噪聲散粒噪聲 由于通過(guò)發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個(gè)瞬時(shí)由于通過(guò)發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)的載流子數(shù)目，在各個(gè)瞬時(shí)都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個(gè)無(wú)規(guī)則都不相同，因而引起發(fā)射極電流或集電極電流有一個(gè)無(wú)規(guī)則的波動(dòng)，產(chǎn)生散粒噪聲。散粒噪聲電流為的波動(dòng)，產(chǎn)生散粒噪聲。散粒噪聲電流為 q 每個(gè)載流子所帶電荷量的絕對(duì)值，每個(gè)載流子所帶電荷量的絕對(duì)值，I 通過(guò)通過(guò)PN結(jié)結(jié)電流的平均值，電流的平均值，B 頻帶寬度。頻帶寬度。qIBI2n 散粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì)散

31、粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì)（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)91華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 閃礫噪聲閃礫噪聲 這種噪聲與頻率成反比，故又稱(chēng)為這種噪聲與頻率成反比，故又稱(chēng)為1/f 噪聲或低頻噪聲。噪聲或低頻噪聲。也稱(chēng)為接觸噪聲。也稱(chēng)為接觸噪聲。 在有源器件中，主要原因是陷阱。當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，它會(huì)在有源器件中，主要原因是陷阱。當(dāng)電流流過(guò)時(shí)，它會(huì)隨機(jī)地捕獲和釋放電荷載流子，因此會(huì)引起電流本身隨機(jī)地隨機(jī)地捕獲和釋放電荷載流子，因此會(huì)引起電流本身隨機(jī)地波動(dòng)。在波動(dòng)。在BJT中，這些陷阱與發(fā)射結(jié)里的雜質(zhì)和晶體缺陷有中，這些陷阱與發(fā)射結(jié)里的

32、雜質(zhì)和晶體缺陷有關(guān)。在關(guān)。在MOSFET中，它們與硅和二氧化硅邊界上的額外電子中，它們與硅和二氧化硅邊界上的額外電子能態(tài)有關(guān)。在有源器件中，能態(tài)有關(guān)。在有源器件中，MOSFET所含的這種噪聲最多。所含的這種噪聲最多。這也是在低噪聲這也是在低噪聲MOS應(yīng)用中最關(guān)注的一點(diǎn)。應(yīng)用中最關(guān)注的一點(diǎn)。（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)92華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 閃礫噪聲閃礫噪聲 閃爍噪聲總與直流電流有關(guān)，它的功率密度的形式為閃爍噪聲總與直流電流有關(guān)，它的功率密度的形式為（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的

33、種類(lèi)及性質(zhì) 式中式中K是器件常數(shù)，是器件常數(shù)，I是直流電流，是直流電流，a是器件的另一種常數(shù)是器件的另一種常數(shù)，范圍從，范圍從1/2到到2。 一般而言，一般而言，F(xiàn)ET的噪聲比的噪聲比BJT小。此外。電阻元件中碳膜小。此外。電阻元件中碳膜電阻的電阻的1/f 噪聲最大，繞線(xiàn)電阻的噪聲最大，繞線(xiàn)電阻的1/f 噪聲最小。噪聲最小。 fIKIan 293華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 雪崩噪聲雪崩噪聲 雪崩噪聲存在于工作在反向擊穿模式的雪崩噪聲存在于工作在反向擊穿模式的PN結(jié)中。在空間結(jié)中。在空間電荷層中的強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電子獲得足夠的動(dòng)能，它們碰電荷層中的強(qiáng)電場(chǎng)的作

34、用下，電子獲得足夠的動(dòng)能，它們碰撞晶格產(chǎn)生出新的電子空穴對(duì)。這些新的電子空穴對(duì)以雪崩撞晶格產(chǎn)生出新的電子空穴對(duì)。這些新的電子空穴對(duì)以雪崩的形式產(chǎn)生出新的其他的電子空穴對(duì)。最終的電流是由流經(jīng)的形式產(chǎn)生出新的其他的電子空穴對(duì)。最終的電流是由流經(jīng)反向偏置結(jié)的隨機(jī)分布噪聲尖峰組成的。與散粒噪聲類(lèi)似，反向偏置結(jié)的隨機(jī)分布噪聲尖峰組成的。與散粒噪聲類(lèi)似，雪崩噪聲也要求有電流流動(dòng)。然而，雪崩噪聲一般要比散粒雪崩噪聲也要求有電流流動(dòng)。然而，雪崩噪聲一般要比散粒噪聲更加劇烈，這也是齊納二級(jí)管（穩(wěn)壓管）的噪聲聞名遐噪聲更加劇烈，這也是齊納二級(jí)管（穩(wěn)壓管）的噪聲聞名遐爾原因。爾原因。（2）三極管的噪聲）三極管的噪聲

35、1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)94華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲 （3）集成運(yùn)放的噪聲，是由組成運(yùn)放內(nèi)部電路的元器件集成運(yùn)放的噪聲，是由組成運(yùn)放內(nèi)部電路的元器件產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計(jì)的結(jié)果。一般產(chǎn)生的噪聲源以及內(nèi)部電路連接的噪聲源累計(jì)的結(jié)果。一般是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)量，也可用仿真技術(shù)算出。在放大高是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)量，也可用仿真技術(shù)算出。在放大高內(nèi)阻信號(hào)源的信號(hào)時(shí)，一般要求放大電路有較小的輸入噪聲內(nèi)阻信號(hào)源的信號(hào)時(shí)，一般要求放大電路有較小的輸入噪聲電流，故在集成運(yùn)放電路中多用電流，故在集成運(yùn)放電路中多用FET作輸入級(jí)。而對(duì)于低內(nèi)作輸

36、入級(jí)。而對(duì)于低內(nèi)阻的信號(hào)源，放大電路的輸入噪聲電壓起主要作用。阻的信號(hào)源，放大電路的輸入噪聲電壓起主要作用。1. 噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)噪聲的種類(lèi)及性質(zhì)95華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲定義定義其中其中 AP 為為功率增益功率增益ninoninosisonosonisiF1PAPPPPPPPPPNP 輸輸出出端端信信號(hào)號(hào)噪噪聲聲比比輸輸入入端端信信號(hào)號(hào)噪噪聲聲比比 放大電路不僅把輸入端的噪聲進(jìn)行放大，而且放大電路放大電路不僅把輸入端的噪聲進(jìn)行放大，而且放大電路本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端本身也存在噪聲。所以，其輸出端的信噪比必然小于輸入端信噪

37、比。信噪比。)dB( lg10lg10)dB(ninonosonisiFPAPPPPPNP 當(dāng)當(dāng)NF用分貝（用分貝（dB）表示時(shí)）表示時(shí)2. 放大電路的噪聲指標(biāo)放大電路的噪聲指標(biāo)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)96華中科技大學(xué) 劉勃*7.8.1 放大電路中的噪聲放大電路中的噪聲因?yàn)橐驗(yàn)楫?dāng)滿(mǎn)足當(dāng)滿(mǎn)足 Ri=Ro 時(shí)，時(shí)，NF可表示為另一種形式：可表示為另一種形式： 一個(gè)無(wú)噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是一個(gè)無(wú)噪聲放大電路的噪聲系數(shù)是0dB，一個(gè)低噪聲放，一個(gè)低噪聲放大電路的噪聲系數(shù)應(yīng)小于大電路的噪聲系數(shù)應(yīng)小于3dB。i2sisiRVP i2niniRVP o2sosoRVP o2nonoRVP )dB( lg10lg10)dB(ninonosonisiFPAPPPPPNP )dB( lg20lg20lg10l