第10章 基本放大電路2

第10章基本放大電路§10.6場效應(yīng)晶體管

§10.7差分放大電路

場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種:§10.6場效應(yīng)晶體管N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)10.6.1結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時UGS達到一定值時（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP時耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時UGD<VP時耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDGSDUDSUGSUGS<Vp

UGD=VP時NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<Vp

UGD=VP時NN此時，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID三、特性曲線UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP輸出特性曲線IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。10.6.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強型N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSDNPPGSDGSDP溝道增強型P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道二、MOS管的工作原理以N溝道增強型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時D-S間相當(dāng)于兩個反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時UGS足夠大時（UGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓UGS較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。三、增強型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS>0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0uiRC1R1T1§10.7差動放大電路增加R2

、RE2

:

用于設(shè)置合適的Q點。問題

1:前后級Q點相互影響。+UCCuoRC2T2R2RE210.7.1直接耦合電路的特殊問題問題

2:零點漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)

ui

等于零時，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時會將信號淹沒一、結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)對稱。10.7.2基本型差動放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB二、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2

=0uo=(UC1+uC1

)-(UC2+uC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2=0

時：當(dāng)溫度變化時：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2三、共模電壓放大倍數(shù)AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模輸入信號：

ui1=ui2=uC

（大小相等，極性相同）理想情況：ui1=ui2

uC1=uC2

uo=0共模電壓放大倍數(shù)：（很小，<1)但因兩側(cè)不完全對稱，uo

0uoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2四、差模電壓放大倍數(shù)Ad差模輸入信號：

ui1=-ui2=ud

（大小相等，極性相反）(很大，>1)設(shè)uC1=UC1+uC1

，uC2=UC2+uC2

。因ui1=-ui2，

uC1=-uC2

uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1

差模電壓放大倍數(shù)：+UCC五、共模抑制比(CMRR)的定義例:

Ad=-200

Ac=0.1KCMRR=20lg

(-200)/0.1=66dBCMRR—CommonModeRejectionRatioKCMRR=KCMRR

(dB)=(分貝)一、結(jié)構(gòu)為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器:10.7.3雙電源長尾式差放特點：加入射極電阻RE；加入負電源-UEE

，采用正負雙電源供電。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE雙電源的作用：（1）使信號變化幅度加大。（2）IB1、IB2由負電源-UEE提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE二、靜態(tài)分析溫度TICIE

=2ICUEUBEIBIC1.RE的作用

設(shè)ui1

=ui2

=0自動穩(wěn)定RE具有強負反饋作用——抑制溫度漂移，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEE2.Q點的計算直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2RE–UEEIBIC1IC2IBIEIC1=IC2=IC=IB

UC1=UC2=UCC－IC×RC

UE1=UE2

=－IB×RB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1三、動態(tài)分析1.輸入信號分類(1)差模(differentialmode)輸入ui1=-ui2=ud(2)共模(commonmode)

輸入ui1

=ui2=uC差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):結(jié)論：任意輸入的信號:ui1,

ui2，都可分解成差模分量和共模分量。注意：ui1

=uC

+

ud

；ui2=uC-

ud例:ui1=20mV,ui2=10mV則：ud=5mV,uc=15mV差模分量:共模分量:(一)差模輸入均壓器RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEERE對差模信號作用ui1ui2ib1

,ic1ib2

,ic2ic1

=-ic2iRE

=ie1+

ie2

=0uRE

=0RE對差模信號不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBRE–UEEib2ib1ic2ic1iRE差模信號通路T1單邊微變等效電路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1.放大倍數(shù)單邊差模放大倍數(shù):uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1若差動電路帶負載RL(接在

C1與

C2之間),對于差動信號而言，RL中點電位為0,所以放大倍數(shù)：即：總的差動電壓放大倍數(shù)為：差模電壓放大倍數(shù):RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2Ero=2RC

ri

ri

ro輸入電阻：輸出電阻：2.輸入輸出電阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考題：電路去掉RB能正常工作嗎？RB的作用是什么？(二)共模輸入RE對共模信號有抑制作用（原理靜態(tài)分析，即由于RE的負反饋作用，使IE基本不變）

。uC

ic1、

ic2iRE

、

uRE

+UCCuocRCT1RBRCT2RBRE–UEEuCuoc2uoc1ic1ic2iREuRE共模信號通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1uoc2uoc1ic1ic2uc22RET1單邊微變等效電路RCRB2REic1uc1uc2ib1ib1ie1rbe1KCMRR

AC

0問題：負載影響共模放大倍數(shù)嗎？不影響！RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC10.7.4恒流源式差放電路電路結(jié)構(gòu):IC3R2T3R1R3-UEE

rce3

1M恒流源T3:放大區(qū)RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1