第4章 放大器基礎(chǔ)-2-5

差分放大器具有抑制零點(diǎn)漂移的作用，廣泛用于集成電路的輸入級(jí)，是另一類(lèi)基本放大器。4.4差分放大器4.4.1電路結(jié)構(gòu)

由兩完全對(duì)稱(chēng)的共發(fā)電路，經(jīng)射極電阻REE

耦合而成。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL

采用正負(fù)雙電源供電：VCC=|VEE|。

具有兩種輸出方式：雙端輸出、單端輸出。1T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL由于電路采用正負(fù)雙電源供電，則

VBQ1

=

VBQ2

=0估算電路Q(chēng)

點(diǎn)T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ2令

vi1=vi2=0，畫(huà)出電路直流通路。因此RL2差模信號(hào)和共模信號(hào)4.4.2電路性能特點(diǎn)差模信號(hào)：指大小相等、極性相反的信號(hào)。表示為

vi1=-vi2=vid

/2差模輸入電壓

vid

=vi1-

vi2共模信號(hào)：指大小相等、極性相同的信號(hào)。表示為

vi1=vi2=vic共模輸入電壓

vic

=(vi1+vi2)/2任意信號(hào)：均可分解為一對(duì)差模信號(hào)與一對(duì)共模信號(hào)之代數(shù)和。

vi1=vic+vid

/2vi2=vic

-

vid

/2即差分放大器的性能包括差模和共模性能和。

3差放半電路分析法

因電路兩邊完全對(duì)稱(chēng)，因此差放分析的關(guān)鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時(shí)，分別畫(huà)出半電路交流通路。在此基礎(chǔ)上分析電路各項(xiàng)性能指標(biāo)。分析步驟：差模分析畫(huà)半電路差模交流通路

計(jì)算Avd、Rid、Rod

。

共模分析畫(huà)半電路共模交流通路

計(jì)算Avc、KCMR、Ric

。根據(jù)需要計(jì)算輸出電壓雙端輸出：

計(jì)算vo

。單端輸出：

計(jì)算vo1、

vo2

。4差模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL雙端輸出電路

REE

對(duì)差模視為短路。iC2=ICQ-

iciC1=ICQ+ic因iEE

=iC1+iC2=2ICQ(不變)故RL

中點(diǎn)視為交流地電位，即每管負(fù)載為RL/2。直流電源短路接地。1)半電路差模交流通路注意：關(guān)鍵在于對(duì)公共器件的處理。

RC+-vod1+-vid1RL2T1半電路差模交流通路52)差模性能指標(biāo)分析差模輸入電阻差模輸出電阻差模電壓增益注意：電路采用了成倍元件，但電壓增益并沒(méi)有得到提高。

半電路差模交流通路

RC+-vod1+-vid1RL2T1ii6單端輸出電路

與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對(duì)RL

的處理上。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL不變減小減小RC+-vod1=

vod+-vid1RLT1ii半電路差模交流通路7共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL雙端輸出電路每管發(fā)射極接2REE。iC2=ICQ+iciC1=ICQ+ic因iEE

=iC1+iC2=2ICQ+2ic則RL

對(duì)共模視為開(kāi)路。直流電源短路接地。1)半電路共模交流通路因此REE

上的共模電壓：2iCREE因此流過(guò)RL

的共模電流為0。半電路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE82)共模性能指標(biāo)分析共模輸入電阻共模輸出電阻共模電壓增益電路特點(diǎn)雙出無(wú)意義雙端輸出電路利用對(duì)稱(chēng)性抑制共模信號(hào)。利用對(duì)稱(chēng)性抑制共模信號(hào)(溫漂)原理：半電路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE9單端輸出電路T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL與雙端輸出電路的區(qū)別：僅在于對(duì)RL

的處理上。不變，同上半電路共模交流通路RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL10單端輸出電路特點(diǎn)單端輸出電路利用REE

的負(fù)反饋?zhàn)饔靡种乒材Ｐ盘?hào)。利用REE

抑制共模信號(hào)（溫漂）原理：T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL

一般射極電阻REE

取值較大因此很小。結(jié)論

無(wú)論電路采用何種輸出方式，差放都具有放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)的能力。11差放性能指標(biāo)歸納總結(jié)

Rid

與電路輸入、輸出方式無(wú)關(guān)。

Rod

僅與電路輸出方式有關(guān)。

Avd

僅與電路輸出方式有關(guān)。

Avc僅與電路輸出方式有關(guān)。雙端輸出單端輸出雙端輸出單端輸出雙端輸出單端輸出其中其中12共模抑制比

KCMR

是用來(lái)衡量差分放大器對(duì)共模信號(hào)抑制能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其值越大越好。定義雙端輸出電路單端輸出電路提高IEE(即增大gm)、增大REE提高KCMR???P18213普通差放存在的問(wèn)題：???P182采用恒流源的差分放大器REE

KCMR

抑制零點(diǎn)漂移能力但I(xiàn)EE

Q

點(diǎn)降低

輸出動(dòng)態(tài)范圍T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3其中很大14雙端輸出時(shí)單端輸出時(shí)

任意輸入時(shí)，輸出信號(hào)的計(jì)算其中其中15例：圖示電路，已知

=100，vi=20sin

t(mV)，求vo

。解：(1)分析Q

點(diǎn)(2)分析Avd2、Avc2由于則(3)計(jì)算vo由于則T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6k

10k

10k

(12V)(-12V)164.4.3電路兩邊不對(duì)稱(chēng)對(duì)性能的影響實(shí)際差分放大器，電路不可能做到完全對(duì)稱(chēng)：雙端輸出時(shí)的

KCMRT1、T2

兩管集電極電阻RC

不相等或T1、T2

兩管的

及VBE(on)不對(duì)稱(chēng)例如產(chǎn)生運(yùn)算誤差理想情況實(shí)際情況由于則因此17不對(duì)稱(chēng)性較微小時(shí)，認(rèn)為：用半電路分析法求得.例：兩管直流負(fù)載電阻分別為RC和RC+△RC

，試求Av(c-d)

故其中Avc是單端輸出時(shí)共模電壓增益。18由兩管參數(shù)不對(duì)稱(chēng)(如VBE(on)、IS、RC

不等)引起失調(diào)。

失調(diào)及其溫漂

輸入失調(diào)電壓

VIOT1T2實(shí)際差放+-VO

0零輸入時(shí)等效為理想差放+-VOVIO+-從等效的觀點(diǎn)看：VIO

就是使VO=0時(shí)，在實(shí)際差放輸入端所加的補(bǔ)償電壓。失調(diào)電壓VIO

產(chǎn)生原因：19兩管

不等，造成ICQ1

ICQ2

輸入失調(diào)電流

IIO從等效的觀點(diǎn)看：

IIO

就是使ICQ1

=ICQ2

時(shí)，在實(shí)際差放輸入端所加的補(bǔ)嘗電流。

失調(diào)電流IIO

產(chǎn)生原因：T1VCCREEVEERCRCT2RSRSIBQ1IBQ2若取則20

失調(diào)模型總輸入失調(diào)電壓當(dāng)RS

較大時(shí)：當(dāng)RS

較小時(shí)：失調(diào)以IIO為主，為減小VIO

，應(yīng)選IIO

小的差放。失調(diào)以VIO

為主，為減小VIO

，應(yīng)選VIO

小的差放；T1T2-+IBIBIIO2IIO2VIORSRS21

調(diào)零電路T1VCCREEVEERCRCT2RSRSVEE+-VORW(發(fā)射極調(diào)零電路)T1VCCREERCRCT2RSRSVEE+-VORW(集電極調(diào)零電路)

調(diào)節(jié)電位器RW，改變兩端發(fā)射極電位或集電極電阻，使靜態(tài)工作時(shí)雙端輸出電壓減小到零。22

VIO

和IIO的溫漂若環(huán)境溫度、電源電壓等外界因素變化：三極管參數(shù)變化VIO

和IIO

變化。其中溫度變化引起的溫漂最大?？梢宰C明：注意：調(diào)零電路可以克服失調(diào)，但不能消除溫漂。

MOS差放的失調(diào)因IG

0則(mV量級(jí))由兩管參數(shù)(如W/l、VGS(th))及RD

不匹配引起失調(diào)。VIO

產(chǎn)生原因：注意：

MOS管差放的VIO>>三極管差放的VIO。234.4.4差模傳輸特性

完整描述差模輸出電流隨任意輸入差模電壓變化的特性。雙極型差放的差模傳輸特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+-vID假設(shè)電路對(duì)稱(chēng)則得24差模傳輸特性曲線(xiàn)1OiC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEEOiC1-

iC2vID/VTIEE-IEE可以證明：

當(dāng)|vID

|

26mV時(shí)，差放線(xiàn)性工作(單管電路vI

<2.6mV)。|vID

|

>

100

mV

后，一管截止、另一管導(dǎo)通，差放非線(xiàn)性工作。說(shuō)明：若在兩管發(fā)射極上串聯(lián)電阻RE，則利用RE

的負(fù)反饋?zhàn)饔?，可擴(kuò)展線(xiàn)性范圍。RE

線(xiàn)性范圍

但Avd

25最大差模輸入電壓范圍：最大共模輸入電壓范圍：受VBR(BEO)

限制的最大差模輸入電壓。T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3

保證T1、T2、T3

管工作在放大區(qū)，所對(duì)應(yīng)的最大共模輸入電壓。要保證T1、T2

管放大區(qū)工作：要保證T3

管放大區(qū)工作：26T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2RZRET3VZIDVIZminIZmax+-VZODZ27

MOS差放-差模傳輸特性

假設(shè)兩管特性完全相同，且工作于飽和區(qū)，則：得T1VDDISSVSSRDRDT2iD1iD2vI1vI228可以證明：

當(dāng)|vID|<<2(VGSQ-VGS(th)

)時(shí)，MOS差放線(xiàn)性工作。差模傳輸特性曲線(xiàn)OiD1-

iD2vIDISS-ISS-v

IDv

IDMOS差放進(jìn)入非線(xiàn)性限幅區(qū)。與雙極型差放不同：線(xiàn)性范圍與非限幅范圍

一般，MOS差放的線(xiàn)性與非限幅范圍均比雙極型差放大。294.5電流源電路及其應(yīng)用直流狀態(tài)工作時(shí)，可提供恒定的輸出電流

I0。交流工作時(shí)，具有很高輸出電阻

Ro，可作有源負(fù)載使用。+-VQ+vRiB恒定iC外電路(電流源電路)+-VQR電流源I0(直流狀態(tài))+-R電流源Rov(交流狀態(tài))電流源電路特點(diǎn)：對(duì)電流源電路要求：直流狀態(tài)工作時(shí)，要求I0

精度高、熱穩(wěn)定性好。交流狀態(tài)工作時(shí)，要求Ro

大(理想情況Ro

)。利用iB

恒定時(shí)，iC

接近恒流特性而構(gòu)成。電流源電路原理：304.5.1鏡像電流源電路

假設(shè)T1、T2

兩管?chē)?yán)格配對(duì)，基本鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRiC2=I0由于vBE1=vBE2根據(jù)得知因此，稱(chēng)iC2

是iC1

的鏡像。參考電流由于因此

IR

(

>>2)31

當(dāng)溫度變化時(shí)，由于

、VBE(on)

的影響，I0

熱穩(wěn)定性降低。

IO精度及熱穩(wěn)定性由

當(dāng)

較小時(shí)，I0與IR

之間不滿(mǎn)足嚴(yán)格的鏡像關(guān)系，I0

精度降低。

恒流特性由得知，當(dāng)考慮基寬調(diào)制效應(yīng)時(shí)，根據(jù)

VA除了降低I0精度外，還造成Ro較小，I0恒流特性變差。RO=rce2得知，則得32減小

影響的鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)T1

管c、b之間插入一射隨器T3。電路優(yōu)點(diǎn)

減小分流i，提高I0

作為IR

鏡像的精度。由圖整理得式中輸出電阻

Ro=rce2電阻RE的作用33Rｏ增大，I０恒流特性得到改善。比例式鏡像電流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩管射極串接不同阻值的電阻。電路優(yōu)點(diǎn)由(

較大)(

較大)得當(dāng)時(shí)，得式中34微電流源T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例鏡像電流源中的R1=0。由式中

根據(jù)集成工藝的要求，電阻R不易做太大，故前述電流源的I0

只能做到mA

量級(jí)。得輸出電阻電路優(yōu)點(diǎn)：可提供

A量級(jí)的電流，且Ro大，精度高。35

MOS鏡像電流源

MOS鏡像電流源與三極管基本鏡像電流源結(jié)構(gòu)相似，只是原參考支路中的電阻R被有源電阻T3

取代。T1VCCT2IRIOT3VSS若T1T2

性能匹配，工作在飽和區(qū)寬長(zhǎng)比分別為(W/l)1、(W/l)2根據(jù)，得其中364.5.3有源負(fù)載差分放大器有源負(fù)載設(shè)定恒流偏置設(shè)定374.5.3有源負(fù)載差分放大器T1、T2

構(gòu)成的鏡像電流源代替RC4。T1VCCic3T2vi1T3T4IEEVEEioic4ic2vi2電路組成：T3、T4

構(gòu)成雙端輸入單端輸出差放。

電路特點(diǎn)：

由鏡像電流源知當(dāng)差模輸入時(shí)則差模輸出電流當(dāng)共模輸入時(shí)則共模輸出電流38T1VCCic3T2vi1T3T4IEEVEEioic4ic2vi2性能分析：結(jié)論：

該電路不僅具有放大差模、抑制共模的能力，在單端輸出時(shí)，還獲得雙端輸出的增益。由于則差模增益差模輸入電阻差模輸出電阻39T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi240414.6集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放是實(shí)現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。

集成運(yùn)放性能特點(diǎn)Av

很大：(104~107或80~140dB)Ri

很大：(幾k

~105M

)Ro

很?。?幾十

)靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。

集成運(yùn)放電路符號(hào)反相輸入端同相輸入端輸出端v-v+vo+-KCMRR

很大＋－v－v+vo42

集成運(yùn)放電路組成

由于實(shí)際電路較復(fù)雜，因此讀圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路組成，把整個(gè)電路劃分成若干基本單元進(jìn)行分析。輸入級(jí)中間增益級(jí)輸出級(jí)偏置電路采用改進(jìn)型差分放大器采用1~2級(jí)共發(fā)電路采用射隨器或互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器采用電流源43（1）輸入級(jí)：一般采用差動(dòng)放大器；要求盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高

KCMRR

,

輸入阻抗

ri

盡可能大。（2）中間級(jí)：常采用發(fā)射極放大電路；要求有足夠大的電壓放大倍數(shù)。（3）輸出級(jí)：采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力；要求帶負(fù)載能力強(qiáng)，足夠大的輸出電流io

和電壓uo,輸出阻抗ro小。（4）偏置電路：一般采用恒流源電路，以提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。44F007電路的外表及外接電路雙列直插式封裝：圓形外殼封裝：外接電路：調(diào)零電阻45識(shí)圖目的：

前面我們學(xué)習(xí)了二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等器件，以及由它們構(gòu)成的電壓電流放大器、差分放大器等單元電路。今天我們通過(guò)對(duì)F007電路的了解來(lái)復(fù)習(xí)、鞏固、深化所學(xué)知識(shí)，并把認(rèn)識(shí)從孤立的單元上升到實(shí)際電路的目的。讀圖的方法：讀圖就是看懂電子電路的原理，弄清它的組成及功能，進(jìn)而進(jìn)行必要的定量估算。由于電子電路是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的電路。因而讀圖時(shí)應(yīng)以信號(hào)流向?yàn)橹骶€(xiàn)，以基本單元電路為依據(jù)，沿主要通路，將整個(gè)電路劃分成具有獨(dú)立功能的若干部分進(jìn)行分析。46F007內(nèi)部電路圖：47識(shí)圖的具體步驟：

1、了解用途、找出通路：為有助于弄清電路的工作原理，避免走彎路，讀圖前，應(yīng)先了解電路用于何處，起什么作用。在此基礎(chǔ)上，找出信號(hào)的傳輸通路，由于信號(hào)的流通樞紐是有源器件，因此應(yīng)以它為中心連線(xiàn)查找。

2、對(duì)照單元、化整為零：通路找出后，電路的主要部分就顯露出來(lái)了，為此對(duì)照所學(xué)的基本單元電路，將原理圖分成若干個(gè)具有單一功能的部分，畫(huà)出單元框圖，并定性分析每個(gè)部分的工作原理及功能。3、統(tǒng)觀整體，

估算性能：沿信號(hào)流向，用帶箭頭的線(xiàn)段把單元框圖連接成整體框圖，由此可看出各單元怎樣配合起來(lái)實(shí)現(xiàn)電路功能的。最后對(duì)各單元電路的性能進(jìn)行定量的估算。以得到整個(gè)電路的性能指標(biāo)。進(jìn)而加深對(duì)電路的認(rèn)識(shí)，找到影響性能的主要環(huán)節(jié)，為調(diào)試、維修，甚至改進(jìn)打下基礎(chǔ)。481、了解用途、找出通路：為有助于弄清電路的工作原理，避免走彎路，讀圖前，應(yīng)先了解電路用于何處，起什么作用。在此基礎(chǔ)上，找出信號(hào)的傳輸通路，由于信號(hào)的流通樞紐是有源器件，因此應(yīng)以它為中心連線(xiàn)查找。49簡(jiǎn)化電路圖：502、對(duì)照單元、化整為零：

通路找出后，電路的主要部分就顯露出來(lái)了，為此對(duì)照所學(xué)的基本單元電路，將原理圖分成若干個(gè)具有單一功能的部分，畫(huà)出單元框圖，并定性分析每個(gè)部分的工作原理及功能。5152

F007集成運(yùn)放內(nèi)部電路輸入級(jí)組成：由T1、T3

和T2、T4組成的共集—共基組合電路構(gòu)成雙入單出差放。T5、T6、T7

組成的改進(jìn)型鏡像電流源作T4

管的有源負(fù)載。T8、T9

組成的鏡像電流源代替差放的公共射極電阻REE。輸入級(jí)特點(diǎn)：改進(jìn)型差放具有共模抑制比高、輸入電阻大、輸入失調(diào)小等特點(diǎn)，是集成運(yùn)放中最關(guān)鍵的一部分電路。中間級(jí)組成：

T17構(gòu)成共發(fā)放大器。

T13B、T12組成的鏡像電流源作有源負(fù)載，代替集電極電阻RC。電路特點(diǎn)：中間級(jí)是提供增益的主體，采用有源負(fù)載后，電壓增益很高。隔離級(jí)：

T16管構(gòu)成的射隨器作為隔離級(jí)，利用其高輸入阻抗的特點(diǎn)，提高輸入級(jí)放大倍數(shù)。輸出級(jí)組成：

T14

與T20

組成甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器。該放大器采用兩個(gè)射隨器組合而成。電路特點(diǎn)：輸出電壓大，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。過(guò)載保護(hù)電路：

T15、R6

保護(hù)T14管，T21、T22、T24、R7

保護(hù)T20

管。正常情況保護(hù)電路不工作，只有過(guò)載時(shí)，保護(hù)電路才啟動(dòng)。隔離級(jí)：

T23A

管構(gòu)成的有源負(fù)載射隨器作為隔離級(jí)，可提高中間級(jí)電壓增益。

T13A

與T12

組成的鏡像電流源作有源負(fù)載，代替T23A的發(fā)射極電阻RE。偏置電路：偏置電路一般包含在各級(jí)電路中，采用多路偏置的形式。

T10、T11構(gòu)成微電流源，作為整個(gè)集成運(yùn)放的主偏置。電平位移電路：輸入級(jí)共集—共基組合電路中，采用極性相反的NPN與PNP管進(jìn)行電平位移。不專(zhuān)門(mén)另設(shè)電平位移電路。

將上述單元電路功能綜合起來(lái)可見(jiàn)，F(xiàn)007是實(shí)現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。它具有高Ri、低Ro、高Av、高KCMR

、零輸入時(shí)零輸出等特點(diǎn)，是一種較理想的電壓放大器件。534.7放大器的頻率響應(yīng)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，小信號(hào)放大器為線(xiàn)性時(shí)不變系統(tǒng)。傳遞函數(shù)和極零點(diǎn)4.7.1復(fù)頻域分析法輸入激勵(lì)信號(hào)

x(t)輸出激勵(lì)信號(hào)

y(t)若設(shè)拉氏變換X(s)Y(s)在初始條件為零時(shí)，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：(m

n)式中：標(biāo)尺因子H0

=bm/an

，z為零點(diǎn)，p為極點(diǎn)。54

在可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定有源線(xiàn)性系統(tǒng)中，分母多項(xiàng)式各系數(shù)恒為正實(shí)數(shù)，極點(diǎn)必為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)。

零點(diǎn)可以是負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)；也可以是正實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛檎档墓曹棌?fù)數(shù)。

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(diǎn)數(shù)=電容數(shù)。若出現(xiàn)閉合回路，則極點(diǎn)數(shù)=獨(dú)立電容數(shù)。C1C2C3圖示閉合回路，極點(diǎn)數(shù)=2說(shuō)明551)寫(xiě)出電路傳遞函數(shù)表達(dá)式

A(s)

頻率響應(yīng)分析步驟復(fù)頻域內(nèi)，無(wú)零多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式：

2)令s=j

，寫(xiě)出頻率特性表達(dá)式

A(j

)設(shè)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)(

p

=

-

p)，則4)確定上、下限角頻率

3)繪制漸近波特圖56

RC低通電路頻率響應(yīng)CR+-+-vi(t)vo(t)

由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式：時(shí)間常數(shù)式中，

令s=j

，則頻率特性表達(dá)式：幅值：或相角：57

繪制漸近波特圖：根據(jù)畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖漸近波特圖畫(huà)法：幅頻

<<

p時(shí)，

>>

p時(shí)，

=

p時(shí)，相頻

<0.1

p時(shí)，

>10

p

時(shí)，

=

p

時(shí)，-20dB/10倍頻O

p0.1

p10

pAv(

)/dB

-20-3-5.7

O

p0.1

p10

p

A(

)

-45

-90

-45

/10倍頻58確定上限角頻率：O

p0.1

p10

pAv(

)/dB

-20O

p0.1

p10

p

A(

)

-45

-90

-20dB/10倍頻-45

/10倍頻歸納一階因子漸近波特圖畫(huà)法：幅頻漸近波特圖：已知

自0dB水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)

p

轉(zhuǎn)折成斜率為(–20dB/10倍頻)的直線(xiàn)。相頻漸近波特圖：

自0

水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)0.1

p

處轉(zhuǎn)折，斜率為(–45

/10倍頻)，再經(jīng)10

p

處轉(zhuǎn)折為-90

的水平線(xiàn)。因

=p

時(shí)，

H=p59

RC高通電路頻率響應(yīng)由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式：時(shí)間常數(shù)式中，令s=j

，則頻率特性表達(dá)式：幅值：相角：CR+-+-vi(t)vo(t)下限角頻率：因

=p

時(shí)，

L=p60O

p0.1

p10

p

A(

)

45

90

繪制漸近波特圖：根據(jù)畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖O

p0.1

p10

pAv(

)/dB

-2020dB/十倍頻-45

/十倍頻幅頻漸近波特圖：

>p：0dB水平線(xiàn)；

<p：斜率為(20dB/十倍頻)的直線(xiàn)。相頻漸近波特圖：

<0.1

p：

90

的水平線(xiàn)。

0.1

p

<<10

p：斜率為(–45

/十倍頻)的直線(xiàn)。

>10

p：0

水平線(xiàn)。61

多極點(diǎn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)利用RC低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達(dá)式：式中C1R1+-+-vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3

如圖所示的三級(jí)理想電壓放大器，Ri

，Ro0。試畫(huà)漸近波特圖，并求

H。已知R1C1>R2C2>R3C3

。62頻率特性表達(dá)式：幅頻及相頻表達(dá)式：均為單階因子波特圖的疊加。假設(shè)O

p20.1

p110

p3

A(

)

-90

p1

p3-180

-270

O

p2

p1

p3Av(

)/dB

204060-20

p3-20dB/10倍頻-40dB/十倍頻-60dB/十倍頻-45

/10倍頻-90

/十倍頻-45

/十倍頻63歸納多極點(diǎn)系統(tǒng)漸近波特圖畫(huà)法：幅頻漸近波特圖：

自中頻增益

AvI(dB)的水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)

pn

轉(zhuǎn)折成斜率為(–

20dB/十倍頻)的直線(xiàn)。相頻漸近波特圖：

自0

水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)0.1

p1

處開(kāi)始轉(zhuǎn)折，斜率為：(–

45

/十倍頻)乘以(單階因子重疊的段數(shù))，再經(jīng)10

pn

，轉(zhuǎn)折成-

90

的折線(xiàn)。已知64確定上限角頻率：根據(jù)定義，當(dāng)

=H

時(shí)：即整理并忽略高階小量得到上限角頻率為若

p24

p1，則稱(chēng)

p1

為主極點(diǎn)，

p2、

p3

為非主極點(diǎn)。上限角頻率取決于主極點(diǎn)角頻率：65

高頻工作，考慮三極管極間電容影響時(shí)，

為頻率的復(fù)函數(shù)。三極管頻率特性參數(shù)rbb

rberceCbeCbcgmVbe(s)b

ebcIb(s)Ic(s)根據(jù)定義經(jīng)推導(dǎo)得其中

指

(

)下降到中頻

的0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的角頻率。共發(fā)電路截止角頻率

()

O4.7.2共發(fā)放大器的頻率響應(yīng)66當(dāng)

=

T

時(shí)因此

T=

指

(

)下降到1時(shí)，對(duì)應(yīng)的角頻率。

特征角頻率

T根據(jù)

T>>

T是三極管具有電流放大作用的最高極限角頻率。及

T1

()

O67

指

(

)下降到中頻

的0.707倍時(shí)對(duì)應(yīng)的角頻率。共基電路截止角頻率

>

T

>>

根據(jù)及整理得其中

三個(gè)頻率參數(shù)中應(yīng)用最廣、最具代表性的是特征角頻率

T。通常，

T

越高，三極管高頻性能越好，構(gòu)成的放大器上限頻率越高。

68設(shè)原四端網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：

密勒定理網(wǎng)絡(luò)+-+-V1(s)V2(s)Y

(s)網(wǎng)絡(luò)+-+-V1(s)V2(s)Y1(s)Y2(s)密勒定理等效后：69

單向化近似高頻等效電路

rbb

rberceCbeCbcgmVbe(s)b

Vo(s)RS+-RCRL+-Vs(s)ecIc(s)由等效電路整理得單向化近似條件則共發(fā)交流通路RC+-vo+-vsRLRS+-vi70共發(fā)高頻等效電路及密勒近似密勒等效rbb

rbeCbegmVbe(s)b

Vo(s)RS+-R

L+-Vs(s)Y1(s)Y2(s)高頻等效電路

rbb

rberceCbeCbcgmVbe(s)b

Vo(s)RS+-RCRL+-Vs(s)ec71rbb

rbeCbegmVbe(s)b

Vo(s)RS+-R

L+-Vs(s)CM1CM2簡(jiǎn)化等效電路中：密勒效應(yīng)倍增因子：CtgmVbe(s)b

Rt+-R

L+-由簡(jiǎn)化等效電路得式中增益與上限頻率72共發(fā)電路增益帶寬積

GBW

定義其中1)選rbb

小、Cbc

小、

T

高的三極管使GBW

。若D1，則

H

T，此時(shí)上限角頻率最高。2)管子選定后采用恒壓源(RS

0)激勵(lì)：采用恒流源(RS

)激勵(lì)：D1時(shí)，

H

，上限頻率降低。3)RL

D

H

，但AvsI

。需兼顧兩者。73提高共發(fā)電路上限頻率的方法：在電路輸入端采用低阻節(jié)點(diǎn)(即RS

小)。在電路輸出端也采用低阻節(jié)點(diǎn)(即RL

小)。

此時(shí)，共發(fā)電路上限角頻率

H最高，且接近管子特征角頻率

T。74簡(jiǎn)化等效電路

Ib(s)rbb

rbeCbegmVbe(s)b

Vo(s)RS+-R

L+-Vs(s)e

共集放大器4.7.3共集和共基放大器的頻率響應(yīng)高頻等效電路

rbb

rberceCbeCbcgmVbe(s)b

Vo(s)RS+-RERL+-Vs(s)ec由于因此，Cbc

可忽略不計(jì)。令RL=rce//RE//RL共集交流通路

RE+-vo+-vsRLRS75共集簡(jiǎn)化等效電路

Ib(s)rbb

rbeCbegmVbe(s)b

Vo(s)RS+-R

L+-Vs(s)e由簡(jiǎn)化等效電路：式中零點(diǎn)角頻率：

極點(diǎn)角頻率：

并聯(lián)在Cbe

兩端的總電阻

采用恒壓源(RS

0)激勵(lì)：共集電路輸入為低阻節(jié)點(diǎn)(RS

小)時(shí)，上限角頻率

H

T?？紤]到混型電路實(shí)際情況，共集電路應(yīng)工作在

T/3以下。

76

共基放大器由圖高頻等效電路(忽略

rbb

、rce)rbeCbeCbcgmVeb

(s)b

Vo(s)RS+-R

L+-Vs(s)ecIe(s)整理得受控源其中共基交流通路

+-vo+-vsRSRCRL77由簡(jiǎn)化等效電路：式中共基電路輸出為低阻節(jié)點(diǎn)(RL

小)時(shí)，上限角頻率

H

由于Cbc

很小，因此當(dāng)RL

較小時(shí)：

p2>>

p1由主極點(diǎn)概念：

H

P1

結(jié)論：三種組態(tài)電路中，共基電路頻率特性最好、共發(fā)最差。re