模擬電子電路精品課件

1、模擬電子電路第1頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四用半電路分析法半電路為：共源放大器結(jié)型場效應(yīng)管差分放大器 第2頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四六、差模傳輸特性 差分放大器的傳輸特性曲線(a)電流傳輸特性曲線；(b)電壓傳輸特性曲線結(jié)論1、兩管集電極電流之和恒等于IEE 當(dāng)vid=0時，差分電路處于靜態(tài)，這時iC1=iC2=ICQ=IEE/2。當(dāng)差模電壓輸入時，一管電流增大，另一管電流減小，且增大量等于減小量，兩管電流之和恒等于IEE。 第3頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四2、傳輸特性具有非線性特性（限幅） 由圖不難看

2、出，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，當(dāng)|vid|VT，即室溫下， vid在26mV以內(nèi)時，傳輸特性近似為一段直線。這表明iC1,iC2和vo與vid成線性關(guān)系。 當(dāng)|vid |4 VT,即vid超過100mV時，傳輸特性明顯彎曲，而后趨于水平，說明|vid |繼續(xù)增大時，iC1,iC2和vo將保持不變。這表明差分電路在大信號輸入時，具有良好的限幅特性或電流開關(guān)特性。此時，一管截止，恒流源電流全部流入另一管（不是飽和）。 第4頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四 4.5 電流源電路及其應(yīng)用 電流源電路是提供恒定電流的電路。電流源對提高集成運(yùn)放的性能起著極為重要的作用。一方面它為各級電路提

3、供穩(wěn)定的直流偏置電流，另一方面可作為有源負(fù)載，提高單級放大器的增益。 對電流源電路的要求：1、提供電流I0，且不受外界因素影響。2、當(dāng)其兩端電壓變化時，保持電流I0恒定。即電流源電路的交流內(nèi)阻RO趨于無窮。下面我們從晶體管實(shí)現(xiàn)恒流的原理入手，介紹集成運(yùn)放中常用的電流源電路。 第5頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四單管電流源電路 由圖可見，當(dāng)IB一定時，只要晶體管不飽和也不擊穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶體管，從集電極看進(jìn)去相當(dāng)于一個恒流源。由交流等效電路知，它的動態(tài)內(nèi)阻為rce，是一個很大的電阻。為了使IC更加穩(wěn)定，可以采用分壓式偏置電路。晶體管實(shí)現(xiàn)恒流特性的條

4、件是要保證恒流管始終工作在放大狀態(tài)，否則將失去恒流作用。這一點(diǎn)對所有晶體管電流源都適用。 第6頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四一、基本鏡像電流源 在單管電流源中，要用三個電阻，所以不便集成。為此，用一個完全相同的晶體管T1,將集電極和基極短接在一起,接成二極管,便得到下圖所示的鏡像電流源電路。由圖可知，參考電流IR為第7頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四鏡像電流源精度熱穩(wěn)定性恒流特性二、減小 影響的鏡像電流源第8頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四多路鏡像電流源圖中為三路電流源，T5管是為了提高各路電流的精度而設(shè)置的。在集

5、成電路中，多路鏡像電流源是由多集電極晶體管實(shí)現(xiàn)的，例如下圖(a)利用一個三集電極PNP管組成雙路電流源,其等價電路如圖(b)所示。第9頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四三、比例式鏡像電流源電流源的電流與參考電流成某一比例關(guān)系。實(shí)現(xiàn)射極接電阻恒流特性提高第10頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四具有多路輸出的電流源第11頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四四、微電流源 在集成電路中，有時需要微安級的小電流。如果采用鏡像電流源，R勢必過大。這時可令上圖電路中的R1=0,便得到下圖所示的微電流電流源電路。 當(dāng)IR和所需要的I0一定時

6、，可計算出所需的電阻R2。優(yōu)點(diǎn):具有對電源電壓變化不敏感的特性。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四五、MOS管鏡像電流源 與雙極型晶體管放大器一樣,場效應(yīng)管放大器也可采用電流源偏置。利用場效應(yīng)管飽和區(qū)的恒流特性,可以構(gòu)成恒流源電路。(a)基本電流源；(b)多路輸出電流源第13頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四 4.6 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)放是一種多級放大電路， 性能理想的運(yùn)放應(yīng)該具有電壓增益高、 輸入電阻大、 輸出電阻小、 工作點(diǎn)漂移小等特點(diǎn)。 與此同時， 在電路的選擇及構(gòu)成形式上又要受到集成工藝條件的嚴(yán)格制約。 因此， 集成運(yùn)放在電路設(shè)

7、計上具有許多特點(diǎn)， 主要有： (1) 級間采用直接耦合方式。 (2) 盡可能用有源器件代替無源元件。 (3) 利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能。 集成運(yùn)放電路形式多樣，各具特色。但從電路的組成結(jié)構(gòu)看，一般是由輸入級、中間放大級、輸出級和電流源四部分組成。 第14頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四集成運(yùn)放的組成 (1) 電流源偏置電路。它為多級放大器的各級設(shè)置合適的工作點(diǎn)， 有時還作為放大器的有源負(fù)載。 (2) 輸入級。它由差分放大器組成，以便獲得盡可能低的零點(diǎn)漂移和盡可能高的共模抑制比。 (3) 中間級。它是主要的電壓增益級。 (4) 輸出級。它通常為互補(bǔ)推挽電路， 用以提高放

8、大器輸出端的功率和負(fù)載能力，它常加有保護(hù)電路。 第15頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四 雙極型集成運(yùn)放F007是一種通用型運(yùn)算放大器。由于它性能好，價格便宜，所以是目前使用最為普遍的集成運(yùn)放之一。F007的電路原理圖如圖所示。圖中各引出端所標(biāo)數(shù)字為組件的管腳編號。第16頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四上圖中，T8T13,R4和R5構(gòu)成電流源組。其中，T11、R5和T12產(chǎn)生整個電路的基準(zhǔn)電流。T10和T11組成微電流電流源，作鏡像電流源T8,T9的參考電流，并為T3,T4提供基極偏流。 T8的輸出電流為輸入級提供偏置。T12,T13組成鏡像電

9、流源，作中間放大級的有源負(fù)載?！?” 反相輸入端, vo與v-反相?！?”同相輸入端，vo與v-同相。理想的電壓放大器件輸入電阻：幾k到105M（很大）輸出電阻：幾十（很小）電壓增益：104107（很高）實(shí)現(xiàn)零輸入時，零輸出。第17頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四4.7 放大器的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)電容耦合放大器的振幅頻率特性如圖所示。在低頻和高頻區(qū)放大倍數(shù)有所下降，而中間一段比較平坦。頻率響劃分為三個區(qū)域，即中頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)。上限頻率fH、下限頻率fL以及通頻帶BW。 第18頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四一、頻率失真 我們知道，待放大的

10、信號，如語音信號、電視信號、生物電信號等等，都不是簡單的單頻信號，它們都是由許多不同相位、不同頻率分量組成的復(fù)雜信號，即占有一定的頻譜。如圖(a)所示，若某待放大的信號是由基波(1)和三次諧波(31)所組成，由于電抗元件存在使放大器對三次諧波的放大倍數(shù)小于對基波的放大倍數(shù)，那么放大后的信號各頻率分量的大小比例將不同于輸入信號。 中頻區(qū):所有電抗影響均不計,增益為常數(shù),與頻率無關(guān)。高頻區(qū)：極間電容是影響高頻區(qū)響應(yīng)的主要因素。低頻區(qū)：耦合電容和旁路電容是影響低頻響應(yīng)的主要因素。第19頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四第20頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，

11、星期四線性失真和非線性失真 線性失真和非線性失真同樣會使輸出信號產(chǎn)生畸變，但兩者有不同點(diǎn)： 1.起因不同 線性失真由電路中的線性電抗元件引起，非線性失真由電路中的非線性元件引起(如晶體管或場效應(yīng)管的特性曲線的非線性等)。 2.結(jié)果不同 線性失真只會使各頻率分量信號的比例關(guān)系和時間關(guān)系發(fā)生變化，或?yàn)V掉某些頻率分量的信號，但決不產(chǎn)生輸入信號中所沒有的新的頻率分量信號。 非線性失真會產(chǎn)生輸入信號中所沒有的新的頻率分量信號。第21頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四不失真條件理想頻率響應(yīng) 綜上所述，若放大器對所有不同頻率分量信號的放大倍數(shù)相同，延遲時間也相同，那么就不可能產(chǎn)生頻率

12、失真。下圖給出了不產(chǎn)生線性失真的振幅頻率響應(yīng)和相位頻率響應(yīng)，稱之為理想頻率響應(yīng)。 第22頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四二、RC電路頻率響應(yīng)1、RC低通電路的波特圖用半對數(shù)坐標(biāo)描繪的頻率特性稱為波特圖畫波特圖：對數(shù)幅頻特性、對數(shù)相頻特性第23頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四上限角頻率工程上，將波特圖用折線逼近漸近波特圖第24頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四(a)幅頻特性；(b)相頻特性;(c)漸近幅頻特性；(d)漸近相頻特性第25頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四2、RC高通電路波特圖第26頁

13、，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四RC高通電路幅頻特性和相頻特性的漸近線波特圖 (a)幅頻特性；(b)相頻特性 第27頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四三、共射放大器的高頻響應(yīng)1、晶體三極管的頻率參數(shù)因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正向偏置，擴(kuò)散電容成分較大，記為Cbe；而集電結(jié)為反向偏置，勢壘電容起主要作用，記為Cbc。在高頻區(qū)，這些電容呈現(xiàn)的阻抗減小，其對電流的分流作用不可忽略?？紤]這些極間電容影響的高頻混合小信號等效電路如圖所示。第28頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四（1）共射短路電流放大系數(shù)(j)及其上限頻率f 由于極間電容的影響，值將

14、是頻率的函數(shù)。根據(jù)的定義 第29頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四第30頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四(2)共基短路電流放大系數(shù)(j)及f因?yàn)榈?1頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四共射放大器及其高頻小信號等效電路該等效電路中Cbc跨接在輸入回路和輸出回路之間，使高頻響應(yīng)的估算變得復(fù)雜化，所以首先應(yīng)用密勒定理將其作單向化近似。設(shè)RB1RB2Rs第32頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四2、密勒定理及其單向化近似（1）密勒定理等效條件：同理第33頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星

15、期四（2）單向化近似由于 則密勒電容不計第34頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四密勒等效后的單向化等效電路(a)單向化模型； (b)進(jìn)一步的簡化等效電路 密勒倍增因子3、增益與上限頻率第35頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四第36頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四完整的幅頻特性和相頻特性漸近線波特圖 (a)幅頻特性；(b)相頻特性 第37頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四增益帶寬積：評價放大器高頻性能的指標(biāo)有效增大GBW（1）選管：（2）信號源內(nèi)阻：（3）負(fù)載：輸入和輸出節(jié)點(diǎn)為低阻節(jié)點(diǎn)（RS和RL?。ゝH這是擴(kuò)展上限頻率的思路。注意：共集電路的高頻響應(yīng)比共射電路要好得多，共基電路高頻特性最好。第38頁，共41頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)37分，星期四四、寬帶放大器 組合電