電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第六版) 康華光ch07.ppt

電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 第六版 華中科技大學(xué)張林 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分 1緒論2運(yùn)算放大器3二極管及其基本電路4場(chǎng)效應(yīng)三極管及其放大電路5雙極結(jié)型三極管及其放大電路6頻率響應(yīng)7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路11直流穩(wěn)壓電源 7模擬集成電路 7 1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)7 2差分式放大電路7 3差分式放大電路的傳輸特性 7 4帶有源負(fù)載的差分放大電路7 5集成運(yùn)算放大器7 6實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng)用電路的影響7 7變跨導(dǎo)式模擬乘法器7 8放大電路中的噪聲與干擾 7 1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù) 7 1 1FET電流源電路7 1 2BJT電流源電路 7 1 1FET電流源電路 1 MOSFET鏡像電流源 T1 T2的參數(shù)全同 只要滿足VGS VTN 必有VDS1 VGS VTN T1一定工作在飽和區(qū) 又因?yàn)閂GS2 VGS1 VGS T2漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后 只要滿足VDS2 VGS VTN 就一定工作在飽和區(qū) 且有 7 1 1FET電流源電路 1 MOSFET鏡像電流源 再根據(jù) 便可求出電流值 IO的電流值與Rd無(wú)關(guān) Rd的值在一定范圍內(nèi)變化時(shí) VDS2 VGS VTN IO的電流值將保持不變 反映出IO的恒流特性 7 1 1FET電流源電路 1 MOSFET鏡像電流源 當(dāng)器件具有不同的寬長(zhǎng)比時(shí) 0 動(dòng)態(tài)電阻 交流電阻 電流源是雙口網(wǎng)絡(luò)還是單口網(wǎng)絡(luò) 7 1 1FET電流源電路 用T3代替R T1 T3特性相同 1 MOSFET鏡像電流源 T1 T3便可工作在飽和區(qū) 由于 所以 只要滿足 輸出電流為 7 1 1FET電流源電路 動(dòng)態(tài)電阻更大 恒流特性更好 2 串級(jí)鏡像電流源 需要注意 T4漏極接負(fù)載構(gòu)成回路后 需要滿足 7 1 1FET電流源電路 3 組合電流源 除寬長(zhǎng)比外 T0 T3特性相同 T4 T5特性相同 需保證所有管子工作在飽和區(qū) 7 1 1FET電流源電路 4 JFET電流源 JFET是耗盡型管 所以VGS 0時(shí)工作在飽和區(qū) 耗盡型MOS管也可采用類似的方式構(gòu)成電流源 7 1 2BJT電流源電路 Rc的值在一定范圍內(nèi)變化時(shí) IC2的電流值將保持不變 反映出IC2的恒流特性 T1 T2的參數(shù)全同 1 鏡像電流源 7 1 2BJT電流源電路 動(dòng)態(tài)電阻 一般ro在幾百千歐以上 1 鏡像電流源 7 1 2BJT電流源電路 其他形式 1 鏡像電流源 7 1 2BJT電流源電路 所以IC2也很小 ro rce2 1 參考射極偏置共射放大電路的輸出電阻 2 微電流源 7 1 2BJT電流源電路 3 高輸出阻抗電流源 A1和A3分別是T1和T3的相對(duì)結(jié)面積 動(dòng)態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻高 7 1 2BJT電流源電路 T1 R1和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREF T1和T2 T4和T5構(gòu)成鏡像電流源 T1和T3 T4和T6構(gòu)成了微電流源 4 組合電流源 7 2差分式放大電路 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)7 2 2FET差分式放大電路7 2 3BJT差分式放大電路 1 差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖 差模信號(hào) 共模信號(hào) 差模電壓增益 共模電壓增益 總輸出電壓 共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出 共模抑制比 反映抑制零漂能力的指標(biāo) 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 根據(jù) 有 共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分 兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等 相位相同 差模信號(hào)大小相等 相位相反 用vid vic表示vi1和vi2 1 差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等 相位相同 差模信號(hào)大小相等 相位相反 差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 2 零點(diǎn)漂移 輸入信號(hào)為零時(shí) 輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象 產(chǎn)生零漂的主要原因 溫漂指標(biāo) 1 溫度變化引起 也稱溫漂 2 電源電壓波動(dòng) 溫度每升高1 C 輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值 7 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 3 三端器件組成的差分式放大電路 7 2 2FET差分式放大電路 1 MOSFET電路組成 T1 T2對(duì)稱源極共用電流源支路 7 2 2FET差分式放大電路 靜態(tài) 2 工作原理 由 可求得VGSQ 最后需要校驗(yàn)是否工作在飽和區(qū) 7 2 2FET差分式放大電路 vi1和vi2大小相等 相位相反 vO1和vO2大小相等 相位相反 vO vO1 vO2 0 信號(hào)被放大 2 工作原理 動(dòng)態(tài) 僅輸入差模信號(hào) 7 2 2FET差分式放大電路 vi1和vi2大小相等 相位相同 vO1和vO2大小相等 相位相同 vO vO1 vO2 0 雙端無(wú)信號(hào)輸出 2 工作原理 動(dòng)態(tài) 僅輸入共模信號(hào) 實(shí)際上單端輸出時(shí)也有很強(qiáng)的共模信號(hào)抑制能力 7 2 2FET差分式放大電路 溫度變化和電源電壓波動(dòng) 都將使兩個(gè)漏極電流產(chǎn)生變化 且變化趨勢(shì)相同 其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào) 2 工作原理 抑制零點(diǎn)漂移原理 7 2 2FET差分式放大電路 1 差模情況 雙入 雙出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 vi1和vi2大小相等 相位相反iD1的增加量等于iD2的減小量 或者相反 流過(guò)源極公共支路的電流不變 即公共源極s電位沒(méi)變化相當(dāng)于s節(jié)點(diǎn)交流量為零 即vs 0 故得交流通路 雙端輸出接負(fù)載 7 2 2FET差分式放大電路 1 差模情況 雙入 雙出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 電路左右完全對(duì)稱 相當(dāng)于左右各帶二分之一的接地負(fù)載 電壓增益 等于單邊電壓增益 7 2 2FET差分式放大電路 1 差模情況 雙入 雙出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 單邊小信號(hào)等效電路 0 若 0 其中 以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力 7 2 2FET差分式放大電路 1 差模情況 雙入 雙出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 輸出電阻 由兩個(gè)漏極之間看進(jìn)去的等效電阻 或 輸入電阻 由兩個(gè)柵極之間看進(jìn)去的等效電阻 兩個(gè)管子?xùn)旁礃O之間是串聯(lián)結(jié)構(gòu) 但由于柵極是絕緣的 所以輸入電阻趨于無(wú)窮 7 2 2FET差分式放大電路 1 差模情況 雙入 單出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 輸出電阻 漏極到地之間看進(jìn)去的等效電阻 或 注意 單端輸出時(shí) 負(fù)載的接入將影響被接漏極的直流電位 vo2輸出時(shí)無(wú)負(fù)號(hào) 7 2 2FET差分式放大電路 輸入等效變換 1 差模情況 單端輸入 3 主要指標(biāo)計(jì)算 根據(jù)疊加原理 左側(cè)激勵(lì)源置零后 等效于雙端輸入而左側(cè)激勵(lì)源對(duì)兩輸入端來(lái)說(shuō)相當(dāng)于共模信號(hào)vic 此處僅考慮差模信號(hào) 故差模情況等效于雙端輸入差模指標(biāo)與雙端輸入時(shí)相同 7 2 2FET差分式放大電路 3 主要指標(biāo)計(jì)算 2 共模情況 交流通路 vi1和vi2大小相等 相位相同id1和id2同時(shí)等量增加或等量減小流過(guò)源極公共支路的變化電流是單邊的2倍 所以電流源內(nèi)阻需要保留 公共源極s電位將明顯變化 這與差模輸入情況有本質(zhì)的區(qū)別 7 2 2FET差分式放大電路 3 主要指標(biāo)計(jì)算 2 共模情況 交流通路 可將源極公共支路等效到各自的源極 雙端輸出 共模信號(hào)的輸入使兩管漏極電壓有相同的變化 理想情況下有 共模增益 7 2 2FET差分式放大電路 抑制零漂能力增強(qiáng) 單端輸出 3 主要指標(biāo)計(jì)算 2 共模情況 共模時(shí) 兩邊單端輸出完全相同 其中 ro是電流源的輸出電阻 內(nèi)阻 若 0 則還要考慮rds的影響 與Rd并聯(lián) 共模時(shí)有單端輸入和雙端輸入之分嗎 7 2 2FET差分式放大電路 雙端輸出 理想情況 單端輸出 抑制零漂能力 越強(qiáng) 單端輸出時(shí)的總輸出電壓 3 主要指標(biāo)計(jì)算 3 共模抑制比 Avd1和Avc1均有負(fù)號(hào) 7 2 2FET差分式放大電路 3 主要指標(biāo)計(jì)算 4 頻率響應(yīng) 差模增益的高頻響應(yīng)與共射電路相同 低頻可放大直流信號(hào) 由于公共源極上電流源的等效阻抗隨信號(hào)頻率升高而減小 所以共模增益將隨頻率升高而增大 則共模抑制比隨之下降 四種工作方式歸納比較見(jiàn)表7 2 1 7 2 3BJT差分式放大電路 1 電路組成 7 2 3BJT差分式放大電路 2 工作原理 靜態(tài) 7 2 3BJT差分式放大電路 差模情況 雙入 雙出 雙入 單出 單端輸入等效于雙端輸入 輸入電阻 與MOS管最明顯的差別 2 工作原理 7 2 3BJT差分式放大電路 2 工作原理 共模情況 雙出 單出 輸入電阻 其它指標(biāo)與MOS管差分式放大電路類似 7 3差分式放大電路的傳輸特性 7 3 1MOSFET差分式放大電路的傳輸特性7 3 2BJT差分式放大電路的傳輸特性 7 3 1MOSFET差分式放大電路的傳輸特性 根據(jù) vid vGS1 vGS2 可得傳輸特性曲線iD1 iD2 f vid 7 3 1MOSFET差分式放大電路的傳輸特性 7 3 2BJT差分式放大電路的傳輸特性 vid vBE1 vBE2 根據(jù) 可得傳輸特性曲線iC1 iC2 f vid 7 3 2BJT差分式放大電路的傳輸特性 7 4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CMOS差分式放大電路7 4 2帶有源負(fù)載的BJT射耦合差分式放大電路 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 1 基本電路 2 工作原理 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有IREF ID5 ID6 ID7 只要滿足 T5 T7就工作在飽和區(qū) VDD VSS VTN5 VTN6 VTN7 則根據(jù)ID Kn VGS VT 2 若已知各管參數(shù) 便可求出IREF 可列方程 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 2 工作原理 如果T7與T8特性相同 則IO IREF由于電路對(duì)稱 即T1與T2特性相同 T3與T4特性相同 所以ID1 ID2 ID3 ID4 IO 2 可求出VGS1 VGS4 由于T3的柵極與漏極并接在一起 所以通常由T2和T4的漏極輸出 當(dāng)輸入差模電壓時(shí) 即vi1 vi2 vid 2 iD1的增加量等于iD2的減小量 源極公共支路電流不變 相當(dāng)于T1和T2源極交流對(duì)地短路 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 3 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 輸入差模電壓時(shí)的交流通路 當(dāng) 0 T1 T4特性相同 且?guī)L負(fù)載時(shí) 各支路電流如圖 當(dāng) 0時(shí) 可得右側(cè)T2 T4支路的小信號(hào)等效電路 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 3 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 節(jié)點(diǎn)d2 d4 的KCL為 若滿足 rds2 rds4 RL 則電壓增益為 得差模電壓增益 其中 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 即單端輸出等效于雙端輸出 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 3 動(dòng)態(tài)指標(biāo) 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Kn1 Kn2 Kp3 Kp4 Kgm1 gm2 gm3 gm4 gm 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 7 4 1帶有源負(fù)載的源極耦合CMOS差分式放大電路 7 4 2帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路 靜態(tài) IE6 IREF IO IE5 差模電壓增益 負(fù)載開路 則 單端輸出的電壓增益接近于雙端輸出的電壓增益 7 4 2帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路 差模輸入電阻Rid 2rbe 輸出電阻 7 4 2帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路 共模輸入電阻 7 4 2帶有源負(fù)載的源極耦合BJT差分式放大電路 7 5集成運(yùn)算放大器 7 5 1CMOSMC14573集成運(yùn)算放大器7 5 2BJT型LM741集成運(yùn)算放大器7 5 3BiJFET型集成運(yùn)算放大器LF356 7 5 1CMOSMC14573集成運(yùn)算放大器 1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理 引腳排列頂視圖 7 5 1CMOSMC14573集成運(yùn)算放大器 1 直流分析 已知VTN和Kp5 可求出IREF 根據(jù)各管子的寬長(zhǎng)比 可求出其它支路電流 2 技術(shù)指標(biāo)分析計(jì)算 7 5 1CMOSMC14573集成運(yùn)算放大器 2 小信號(hào)分析 設(shè)gm1 gm2 gm 輸入級(jí)電壓增益 2 技術(shù)指標(biāo)分析計(jì)算 則 7 5 1CMOSMC14573集成運(yùn)算放大器 Av2 vo vgs7 gm7 rds7 rds8 第二級(jí)電壓增益 2 小信號(hào)分析 2 技術(shù)指標(biāo)分析計(jì)算 7 5 2BJT型LM741集成運(yùn)算放大器 原理電路 7 5 2BJT型LM741集成運(yùn)算放大器 簡(jiǎn)化電路 7 5 3BiJFET型集成運(yùn)算放大器LF356 簡(jiǎn)化電路 JFET差分式放大電路 BJT差分式放大電路 共集電極放大電路 復(fù)合管 過(guò)流保護(hù)電路 外接調(diào)零電阻 7 5 3BiJFET型集成運(yùn)算放大器LF356 簡(jiǎn)化電路 很高的輸入電阻 很低的輸入偏置電流 高速 寬帶和低噪聲 7 6實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng)用電路的影響 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 輸入直流誤差特性 輸入失調(diào)特性 1 輸入失調(diào)電壓VIO 輸入電壓為零時(shí) 為了使輸出電壓為零 在輸入端加的補(bǔ)償電壓 一般約為 1 10 mV 超低失調(diào)運(yùn)放為 1 20 V 高精度運(yùn)放OP 117VIO 4 V MOSFET達(dá)20mV 2 輸入偏置電流IIB 集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值 IIB IBN IBP 2 BJT為10nA 1 A MOSFET運(yùn)放IIB在pA數(shù)量級(jí) 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 3 輸入失調(diào)電流IIO 輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差 即IIO IBP IBN 一般約為1nA 0 1 A 4 溫度漂移 1 輸入失調(diào)電壓溫漂 VIO T 2 輸入失調(diào)電流溫漂 IIO T 輸入直流誤差特性 輸入失調(diào)特性 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 差模特性 1 開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW 741型運(yùn)放Avo的頻率響應(yīng) 開環(huán)差模電壓增益Avo 開環(huán)帶寬BW fH 單位增益帶寬BWG fT 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 2 差模輸入電阻rid和輸出電阻ro BJT輸入級(jí)的運(yùn)放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級(jí)的運(yùn)放rid 1012 超高輸入電阻運(yùn)放rid 1013 IIB 0 040pA一般運(yùn)放的ro 200 而超高速AD9610的ro 0 05 3 最大差模輸入電壓Vidmax 差模特性 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 共模特性 1 共模抑制比KCMR和共模輸入電阻ric 一般通用型運(yùn)放KCMR為 80 120 dB 高精度運(yùn)放可達(dá)140dB ric 100M 2 最大共模輸入電壓Vicmax 運(yùn)放作為電壓跟隨器時(shí) 使輸出電壓產(chǎn)生1 跟隨誤差的共模輸入電壓幅值 高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá) 13V 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 大信號(hào)動(dòng)態(tài)特性 1 轉(zhuǎn)換速率SR 放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下 輸入為大信號(hào) 例如階躍信號(hào) 時(shí) 輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大變化速率 即 若信號(hào)為vi Vimsin2 ft 則運(yùn)放的SR必須滿足SR 2 fmaxVom 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 2 全功率帶寬BWP 運(yùn)放輸出最大峰值電壓時(shí)允許的最高頻率 即 SR和BWP是大信號(hào)和高頻信號(hào)工作時(shí)的重要指標(biāo)一般通用型運(yùn)放SR在1V s以下 741的SR 0 5V s高速運(yùn)放要求SR 30V s以上 目前超高速的運(yùn)放如AD9610的SR 3500V s 大信號(hào)動(dòng)態(tài)特性 7 6 1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù) 電源特性 1 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 2 靜態(tài)功耗PV 1 電源電壓范圍 3 最大輸出電流IOmax 2 最大耗散功耗PCO 極限參數(shù) 7 6 2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 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)放難以滿足要求時(shí) 才考慮專用型運(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 雖然專用型運(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 而高速型與高精度常常有矛盾 如此等等 7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 2 失調(diào)電壓VIO 失調(diào)電流IIO和偏置電流IIB帶來(lái)的誤差 輸入為零時(shí)的等效電路 解得誤差電壓 7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 當(dāng)時(shí) 可以消除偏置電流引起的誤差 此時(shí) 當(dāng)電路為積分運(yùn)算時(shí) 即換成電容C 則 時(shí)間越長(zhǎng) 誤差越大 且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài) 引起的誤差仍存在 7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 3 調(diào)零補(bǔ)償 a 調(diào)零電路 b 反相端加入補(bǔ)償電路 7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 741中的調(diào)零電路 7 6 2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題 356中的調(diào)零電路 3 調(diào)零補(bǔ)償 7 7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7 7 2模擬乘法器的應(yīng)用 7 7 1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 與差分式放大電路的差別 a 原理電路 b 同相 或反相 乘法器代表符號(hào) 電流源iEE受輸入電壓vY的控制 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 單入雙出方式 即 又 所以 1 變跨導(dǎo)二象限乘法器 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 對(duì)于T3 T4構(gòu)成的鏡像電流源 當(dāng)vY VBE時(shí) 所以 其中 乘法運(yùn)算 而 由vY控制跨導(dǎo)gm變化 所以稱為變跨導(dǎo)乘法器 1 變跨導(dǎo)二象限乘法器 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 電路的最后輸 缺點(diǎn) 精度差 vY必須大于0V 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 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 T1 T2和T3 T4為兩個(gè)并聯(lián)的差分式電路 T5 T6為壓控電流源電路 由于 所以 而iC1 iC2 iC5 iC4 iC3 iC6 2 雙平衡四象限乘法器 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 同理 又i1 3 iC1 iC3 i2 4 iC2 iC4 2 雙平衡四象限乘法器 7 7 1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理 最后可得 當(dāng)vX 2VT vY 2VT時(shí) 其中 乘法運(yùn)算 信號(hào)大時(shí)增加非線性補(bǔ)償電路 2 雙平衡四象限乘法器 7 7 2模擬乘法器的應(yīng)用 乘方 1 運(yùn)算電路 7 7 2模擬乘法器的應(yīng)用 除法 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)反饋工作狀態(tài) 而vX1則可正可負(fù) 故屬二象限除法器 利用虛短和虛斷概念有 得 由乘法器的功能有 1 運(yùn)算電路 7 7 2模擬乘法器的應(yīng)用 開平方 利用虛短和虛斷概念有 得 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 1 運(yùn)算電路 7 7 2模擬乘法器的應(yīng)用 2 壓控放大器 乘法器的一個(gè)輸入端加一直流控制電壓VC 另一輸入端加一信號(hào)電壓vs時(shí) 乘法器就成了增益為KVc的放大器 當(dāng)Vc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 3 調(diào)制解調(diào) 7 8放大電路中的噪聲與干擾 7 8 1放大電路中的噪聲7 8 2放大電路中的干擾7 8 3低噪聲放大電路舉例 7 8 1放大電路中的噪聲 1 噪聲的種類及性質(zhì) 1 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)間而變化的電壓稱為熱噪聲電壓 一個(gè)阻值為R 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 K 玻耳茲曼常數(shù) T 熱力學(xué)溫度 K B 頻帶寬度 Hz 功率和電壓的形式分別為 7 8 1放大電路中的噪聲 具有均勻的功率頻譜的噪聲稱為白噪聲 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 熱噪聲的功率頻譜密度 1 噪聲的種類及性質(zhì) 1 電阻的熱噪聲 7 8 1放大電路中的噪聲 熱噪聲由于載流子不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)通過(guò)BJT內(nèi)三個(gè)區(qū)的體電阻及相應(yīng)的引線電阻時(shí)而產(chǎn)生 其中rbb 所產(chǎn)生的噪聲是主要的 FET主要是溝道電阻的熱噪聲 2 三極管的噪聲 1 噪聲的種類及性質(zhì) 7 8 1放大電路中的噪聲 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)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 q 每個(gè)載流子所帶電荷量的絕對(duì)值 I 通過(guò)PN結(jié)電流的平均值 B 頻帶寬度 散粒噪聲具有白噪聲的性質(zhì) 2 三極管的噪聲 1 噪聲的種類及性質(zhì) 7 8 1放大電路中的噪聲 閃礫噪聲這種噪聲與頻率成反比 故又稱為1 f噪聲或低頻噪聲 也稱為接觸噪聲 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)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BJT中 這些陷阱與發(fā)射結(jié)里的雜質(zhì)和晶體缺陷有關(guān) 在MOSFET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 MOSFET所含的這種噪聲最多 這也是在低噪聲MOS應(yīng)用中最關(guān)注的一點(diǎn) 2 三極管的噪聲 1 噪聲的種類及性質(zhì) 7 8 1放大電路中的噪聲 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 2 三極管的噪聲 1 噪聲的種類及性質(zhì) 式中K是器件常數(shù) I是直流電流 a是器件的另一種常數(shù) 范圍從1 2到2 一般而言 FET的噪聲比BJT小 此外 電阻元件中碳膜電阻的1 f噪聲最大 繞線電阻的1 f噪聲最小 7 8 1放大電路中的噪聲 雪崩噪聲雪崩噪聲存在于工作在反向擊穿模式的PN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)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