模拟电子电路第4章内容PPT课件
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模拟电路4
即：IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3
P179 例4.2.1
精品教学课件PPT
(4-19)
4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
模拟电子技术基础
第四章
集成运算放大 电路
精品教学课件PPT
(4-1)
第四章 集成运算放大器
§4.1 概述
§4.2 集成运放中的电流源电路
§4.3 集成运放电路简介
§4.4 集成运放的性能指标及低频等 效电路
§4.5 集成运放的种类及选择
§4.6 集成运放的使用
精品教学课件PPT
(4-2)
§4.1 概述
+VCC
IR R
IB
IC0
T0
2
T2
IE2 IB1
IB0
Re2
特点：利用T2管的电流放大 作用，减小了基极电流IB0和 IC1 IB1对基准电流IR的分流。
IC1 IC0 IR IB2
T1
IR
IE2 1
IR
2IC1 ( 1 )
整理得：IC1 1
IR 2
IR
精品教学课件PPT
( 1 )
(4-18)
4.2.3 多路电流源电路
+VCC
IR R
IC1
IC2
IC3
IC0
T0
T1
T2
T3
Re0 IE0
Re1 IE1 Re2 IE2 Re3 IE3
特点：利用一个 基准电源可以获 得多个不同的输 出电流。
UBE0 IE0Re0 UBE1 IE1Re1 UBE2 IE2Re2 UBE3 IE3Re3
IC1
T1
U U BE 0
林春景《模拟电子线路》课件第4章
第4章 负反反馈放大电路
4.2 负反馈放大电路的组成及基本类
型
4.2.1 负反馈放大电路的组成及基本关系
为了使问题的讨论更具普遍性，我们将反馈放大器抽象 为如图4–1所示的方框图。图中虚线表示反馈放大器，其输 入信号为 ，输出信号为 X o 。反馈放大器包含两部分， 即基本放大器和反馈网络。基本放大器的传输方向为输入到
例2： 试分析该电路存在的反馈，并判断其反馈组态。
第4章 负反反馈放大电路
解：
根据瞬 时极性 法判断
⊕
Ii
⊕
I'i
○
⊕
○
If
○
反馈信号和输入信号加于 输入回路同一点时，瞬时 极性相反是负反馈。
★输入信号与反馈信号是并联的形式，所以是并联负反馈。 ★反馈信号取自与输出电流，所以是电流负反馈。
电流并联负反馈
第4章 负反反馈放大电路
3. 串联反馈与并联反馈判断
判断方法之一： 对于交流信号，若信号源的输出端和反馈网络的 比较端接于同一个放大器件的同一个电极上，
则为并联反馈；否则为串联反馈。
判断方法之二：
交流短路法，将信号源交流对地短路，如果反馈
信号依然能加到基本放大器中，则为串联反馈， 否则为并联反馈。
图4-5 电压串联负反馈方框图
反馈信号取自输出电压，与反馈放大器的输出端并联；
反馈信号与输入端是串联连接，故输出端为电压采样， 输入端为电压比较，其组成如图4-5所示。
图4-5 电压串联负反馈方框图
第4章 负反反馈放大电路
3. 电流串联负反馈
图4-6 电流串联负反馈方框图
反馈信号取自输出电流，与反馈放大器的输出端串联；
模拟电子技术第4章
电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。 势垒电容：是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电 压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地 随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹 如电容的充放电。
-N
+
扩散电容：是由多子扩散后，在
PN结的另一侧面积累而形成的。
P
因PN结正偏时，由N区扩散到P
空穴(在共价键以内)的运动
结论： 1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
8
（二） 杂质半导体 1、N 型半导体：
在本征半N导型体中掺入五价元素（磷）——增大自由电子浓度
电子为多数载流子
+4
+4
+4
空穴为少数载流子
2
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
3
硅(锗)的原子结构
硅(锗)的共价键结构 自 由 电 子
简化 模型
惯性核
空 穴
价电子 (束缚电子)
空穴
空穴可在共 价键内移动
4
二半导体的导电原理
（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体 受惯性核束缚的价电子在绝对温度零度(0°K)即-273℃之下 →本征半导体硅（锗）的全部价电子都为束缚电子 与理想绝缘体一样不能导电。 自由电子： 价电子获得足够的能量挣脱惯性核的束缚(温度>0 ° K时) 带负电荷的物质——又称电子载流，这是由热激发而来的 空穴： 价电子成为自由电子时,原共价键留下了一个空位 ——带正电荷的物质，即空穴载流子。
-N
+
扩散电容：是由多子扩散后，在
PN结的另一侧面积累而形成的。
P
因PN结正偏时，由N区扩散到P
空穴(在共价键以内)的运动
结论： 1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
8
（二） 杂质半导体 1、N 型半导体：
在本征半N导型体中掺入五价元素（磷）——增大自由电子浓度
电子为多数载流子
+4
+4
+4
空穴为少数载流子
2
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
3
硅(锗)的原子结构
硅(锗)的共价键结构 自 由 电 子
简化 模型
惯性核
空 穴
价电子 (束缚电子)
空穴
空穴可在共 价键内移动
4
二半导体的导电原理
（一）本征半导体：纯净的单晶结构的半导体 受惯性核束缚的价电子在绝对温度零度(0°K)即-273℃之下 →本征半导体硅（锗）的全部价电子都为束缚电子 与理想绝缘体一样不能导电。 自由电子： 价电子获得足够的能量挣脱惯性核的束缚(温度>0 ° K时) 带负电荷的物质——又称电子载流，这是由热激发而来的 空穴： 价电子成为自由电子时,原共价键留下了一个空位 ——带正电荷的物质，即空穴载流子。
高教--模拟电子技术课程第四章
正反馈：
可以产生一定频率的振荡信号，常用于振荡电 路和波形产生电高路教--模拟电子技术课程第四章
反馈的框图
输入
净输入信号
叠加
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
取+ 加强输入信号 正反馈
取 - 削弱输入信号 负反馈
高教--模拟电子技术课程第四章
开环 输出
闭环
负反馈放大器的组成
➢ 四种信号
净输入信号
输入信号
高教--模拟电子技术课程第四章
+ Xid Xi -
Xf
馈入端
基本 放大器
反馈网络
+
RL Uo
-
采样端 (并联采样）
电压反馈示意图
+ Xid Xi -
馈入X端f
基本 放大器
+
RL Uo
-
Io
Io
反馈网络
采样端
高教--模拟电子技术课程电第四流章 反馈示意图(串联采样）
二、电压反馈和电流反馈的判定
输出短路法: 将放大器的输出端(uo)对 “地”短路，若其反馈信
高教--模拟电子技术课程第四章
二、直流反馈和交流反馈的判定 反馈回路内只允许直流分量通过，并产生直流反馈， 即只对直流信号起作用的反馈－“直流反馈”； 反馈回路内只允许交流分量通过，并产生交流反 馈，即只对交流信号起作用的反馈－“交流反馈”；
有的反馈对交、直流信号均起作用－“交直流反馈”。
高教--模拟电子技术课程第四章
高教--模拟电子技术课程第四章
3. 电压反馈和电流反馈
一、电压反馈和电流反馈的概念
根据反馈所采样的输出信号的性质不同，可以 分为电压反馈和电流反馈
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
可以产生一定频率的振荡信号，常用于振荡电 路和波形产生电高路教--模拟电子技术课程第四章
反馈的框图
输入
净输入信号
叠加
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
取+ 加强输入信号 正反馈
取 - 削弱输入信号 负反馈
高教--模拟电子技术课程第四章
开环 输出
闭环
负反馈放大器的组成
➢ 四种信号
净输入信号
输入信号
高教--模拟电子技术课程第四章
+ Xid Xi -
Xf
馈入端
基本 放大器
反馈网络
+
RL Uo
-
采样端 (并联采样）
电压反馈示意图
+ Xid Xi -
馈入X端f
基本 放大器
+
RL Uo
-
Io
Io
反馈网络
采样端
高教--模拟电子技术课程电第四流章 反馈示意图(串联采样）
二、电压反馈和电流反馈的判定
输出短路法: 将放大器的输出端(uo)对 “地”短路，若其反馈信
高教--模拟电子技术课程第四章
二、直流反馈和交流反馈的判定 反馈回路内只允许直流分量通过，并产生直流反馈， 即只对直流信号起作用的反馈－“直流反馈”； 反馈回路内只允许交流分量通过，并产生交流反 馈，即只对交流信号起作用的反馈－“交流反馈”；
有的反馈对交、直流信号均起作用－“交直流反馈”。
高教--模拟电子技术课程第四章
高教--模拟电子技术课程第四章
3. 电压反馈和电流反馈
一、电压反馈和电流反馈的概念
根据反馈所采样的输出信号的性质不同，可以 分为电压反馈和电流反馈
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
模拟电子技术基础第4章
图4.2.2 同相输入放大电路
放大电路的输入电阻Ri→∞ 放大电路的输出电阻Ro=0 图4.2.3 电压跟随器
4.2.3 差动输入(Differential input)放大电路
图 4.2.5 所示为差动输入放大电路，它的两个输入端都有 信号输入。 ui1通过R1接至运放的反相输入端，ui2通过R2、R3分压后接 至同相输入端，而uo通过Rf、R1反馈到反相输入端。
三、开方运算
平方根运算电路如图4.3.5 所示，与图4.3.2所示的除法电路比 较可知，它是上述除法电路的一个特例，如将除法电路中乘法 器的两个输入端都接到运放的输出端，就组成了平方根运算电 路。
图4.3.5 平方根运算电路
4.4
有源滤波器
滤波器的功能及其分类
4.4.1
滤波器是从输入信号中选出有用频率信号并使其顺利通过， 而将无用的或干扰的频率信号加以抑制的电路。 只用无源器件R、L、C 组成的滤波器称为无源滤波器,采用 有源器件和R、C元件组成的滤波器称为有源滤波器。 同无源滤波器相比，有源滤波器具有一定的信号放大和带 负载能力可很方便的改变其特性参数等优点； 此外，因其不使用电感和大电容元件，故体积小，重量轻。 但是由于集成运放的带宽有限，因此有源滤波器的工作频率较 低，一般在几千赫兹以下，而在频率较高的场所，采用LC无源 滤波器或固态滤波器效果较好。
通常用分贝数dB表示，则为
一般情况希望Aod越大越好， Aod越大，构成的电路性能 越稳定，运算精度越高。 Aod一般可达100dB,最高可达140dB 以上。 2、输入失调电压UIO及其温漂 dUIO/dT 如果集成运放差动输入级非常对称，当输入电压为零时，
输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差动输入
模拟电子电路及技术基础第四章(ppt)
则当ui在17 V和18 V之间时， 反相电压0.5ui在8.5 V和9 V之 间， 此阶段VDZ截止， 不起稳压作用， uo=［RL/(R+RL)］ ui=0.5ui可变。
3. 晶体管和场效应管 1) 工作状态 晶体管的直流偏置电路中， 首先根据晶体管的类型标出 极电流的实际流向。 发射极直接接地时， 根据基极所接直流 偏置电压源确定基极电压的极性， 继而确定发射结正偏或反 偏， 需要注意NPN型晶体管和PNP型晶体管的发射结方向相 反； 发射极经过电阻接地时， 需要在假设的放大状态下计算 基极电流， 按实际流向， 如果基极电流的计算结果为正值， 则发射结正偏， 否则发射结反偏。 发射结的偏置情况确定后， 接下来的分析参见教材中的图4.1.1进行。 直流偏置电路中， 场效应管工作状态的判断参见教材中的图4.1.2进行， 计算栅 源极电压时需要注意栅极电流为零。
【例4-1】 半导体中载流子通过什么物理过程产生？ 半导体电流与哪些因素有关？
答 本征半导体中的载流子通过本征激发产生。 杂质半 导体中， 多子的绝大部分由掺杂产生， 极少部分由本征激 发产生； 少子则单纯由本征激发产生。
半导体电流分为漂移电流和扩散电流。 漂移电流与电 场强度、 载流子的浓度和迁移率有关， 扩散电流与载流子 沿电流方向单位距离的浓度差即浓度梯度有关。
图4-7 例4-8电路图及传输特性
5) 稳压二极管电路 稳压二极管的工作电流与输入电压、 限流电阻和负载 电阻有关， 工作电流的取值范围确定了上述三个参数的相 互限制关系， 给定其中的一个参数， 则可以由第二个参数 的变化范围确定第三个参数的变化范围。 稳压二极管工作 时加反相电压， 当反相电压不到其稳定电压值时， 稳压二 极管处于截止状态； 只有稳压二极管开路时， 反相电压达 到或超过其稳定电压值， 稳压二极管才进入击穿状态， 提 供稳定电压。
模拟电子技术_第四章 负反馈放大电路与基本运算电路
负反馈放大电路与基本运算电路的应用
例 4.1.1 判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反 馈？直反馈还是交流反馈？
C1
RS + us
– –
RB + + uid RE
–
+VCC
+ 输入 ui 回路
+
C2
输出 回路
+ RL uo
–
RE 介于输入输出回路，有反馈。 反馈使 uid 减小，为负反馈。 既有直流反馈，又有交流反馈。
第4章
负反馈放大电路与基本运算电路的应用
4.1.2 负反馈放大电路的基本类型 一、电压反馈和电流反馈 电压反馈 — 反馈信号取自输出电压的部分或全部。 判别法：使 uo = 0 (RL 短路)， 若反馈消失则为电压反馈。 io A RL uo RL uo A
F
电压 反馈
F
io
电流 反馈
电流反馈 — 反馈信号取自输出电流。 判别法：使 io = 0(RL 开路)， 若反馈消失则为电流反馈。
第4 章
负反馈放大电路与 基本运算电路的应用
4.1 负反馈放大电路的组成和基本类型 4.2 负反馈对放大电路性能的影响 4.3 负反馈放大电路应用中的几个问题 4.4 基本运算电路 4.5 集成运放应用电路的测试 第4章 小 结
第 4 章
负反馈放大电路与基本运算电路的应用
4.1 负反馈放大电路的组成和基本类型
第4章
负反馈放大电路与基本运算电路的应用
例 4.1.6
例 4.1.7
电流串联负反馈
RE — 引入本级电流串联负反馈； 引入级间电流并联负反馈。 规 律：
反馈信号与输入信号在不同节点为串 联反馈，在同一个节点为并联反馈。
模拟电子电路ppt第四章
ICQ IBQ
U CQ VCC I CQ RC
(对地)
U BQ 0
UCE = ?
图 4.2.5
长尾式差分放大电路
2. 动态分析 uI 1 iC1 i B1 rbe
iB1
uI1
Rc
+
RL 2
uo
RL 2
Rc uI2
T2
由于差模信号在T1、T2管引 起的 Ie 大小相同，极性相 反、互相抵消。故在交流通 路中，发射极电阻Re= 0
Ad
RL rbe
+ uo
T2
Rc
+VCC
Rid 2rbe
Ro 2 Rc
VEE
图 4.2.16(a) 差分输入、双端输出
2.双端输入、单端输出 uO 约为双端输出的一半，即
1 RL Ad 2 rbe
R L RC // RL
Rc + uI
若由 T2 集电极输 出， uO 为“正”。
所以 I C 2 I REF
1 1 2
I C2
当满足 >> 2 时，则
I C2
VCC U B E1 I REF R
二、比例电流源
由图可得 UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2 由于 UBE1 UBE2 ，则
I E1 R1 I E 2 R2
R
+VCC IREF
ui1 ui2 ui1 - ui2 令 uic ，uid1,2 2 2
则任意一对比较信号均可用共模信号分量和差模信号分量 的代数和表示。
一、差模信号、共模信号与比较信号 • 例：有一对比较信号，ui1=20mV, ui2=12mV 根据共模信号和差模信号与比较信号的关系式， 可得 uic=16 mV, uid 1,2=±4 mV 即 ui1=16 + 4 = 20mV, ui2= 16 – 4 =12mV
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IC2≈
RE1 RE2
IR
基准电流 IR ≈
VCC – UBE R+RE1
3.微电流源
运放的输入级，静态电流很 小，只有μA级，或更小。
将上述电路中的RE0减小→0
则 IC2≈ IE2 =
UBE1 – UBE2 RE
输出电流 IC2≈
URTEln
IR IC2
此为关于IC2的超越方程，可由图解法求解
T1 IB1 IB2
IC2 T2
代入(1)式, 有IE2RE2 = IE1RE1+UTln(IE1/IE2) IE1 RE1 RE2 IE2
当β>>2时， IC1≈IE1≈IR , IC2≈IE2
∴IC2≈ IR(RE1/RE2)+(UT/RE2) ln(IE1/IE2)
当IE1、IE2相差不大时，输出电流
整理后，得： IC2 =
IR 2
≈IR
1+ β(1+β)
当β=10时， IC2 = 0.982 IR≈1.0IR
RE3用以增大IE3(使IE3 不至于过小)以增大β
二、威尔逊电流源
+VCC
T1、T2、T3 特性完全相同
令β1=β2=β3=β， IC1= IC2=IC
T1
对节点A, 有：IE3 = IC+ 2IB = IC+ 2 IC/β
一、有源负载共射放大电路
ib
RB β1ib ui rBE1
rCE1 rCE2 RL
uO
+VCC
T2
IC2
RB ui
IC1
T1 RL
T3 IC3
uO R IR
T1放大管, T2, T3为镜像电流源负载, IC1≈IR= (VCC –UEB3)/R
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模拟电子技术
（2）Av
Ii
Ib
Ic
U i I b rbe
＋
U i RB
＋ rbe
IB
RC
Uo
U o I b RL
－
－
R A u L rbe
rbe 200 + 101× 1.22 (k)
Tan Yueheng
26 2.55
3 －100× 1.22 －246
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共射基本放大电路
隔直通交
耦合电容
C1
C2
T
输入Vi
RC VCC
RB VBB
输出VO
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习惯画法
+VBB RB RC
+VCC
C1
T
C2
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模拟电子技术
计算输出电阻的一般方法：加压求流法 1、所有独立电源置零，保留受控源; 2、断开负载，加压求流。
Ii
Ib
Ic
Io
RB
Ib
rbe RC
Uo
ro
Uo Io
Rc
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（4）接RL＝2K 后的Av
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（3）Ri、Ro
Ii
Ib
Ic
Ri
RL RC
Ui Ii
Ui
RB
rbe
IB
Uo
R B // rbe
rbe
1.22(k)
Ro ＝Rc＝3 (k)
Ri
RO
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静态工作点的图解
直流负载线 : +VCC RB RC IC ＋ IB VCE －
直流负载线 方程
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UCE~IC在电路 上满足什么关系？
VCE＝VCC－ICRC
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UCE~IC同时必须满足输出特性曲线！
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（1）静态工作点 +VCC
RB RC IC
12 IB 25.5 mA 470
IC 2.55mA VCE 12－2.55× 3 4.35V
＋
IB
VCE
－
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非 线 性 失 真
Q点过低，信号进入截止区 截止失真 vCE vo
iC
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非 线 性 失 真
iC
Q点过高，信号进入饱和区
饱和失真 vCE
vo
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4
双极结型三极管及其放大电路
4.3 放大电路的分析方法
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教 学 要 求
1、掌握静态工作点的估算方法；
2、理解图解分析法的步骤；
3、熟练掌握小信号等效电路分析法。
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ui
UBE uCE
UCE
假设uBE有一微小的变化
Tan Yueheng
uCE与uBE反相
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交 流 通 路
对交流信号 ( 输入信号Vi ) : +VCC 置零 RC RB C2 C1 短路 短路 RL
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
iB
交流分量 ib
直流分量IB
t
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iB
瞬时值 iB
0
t
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放大电路各点的波形
+VCC iC
EC 0.7 RB EC RB
RB称为偏置电阻，IB 称为偏置电流。
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（2）估算 IC 、VCE
+VCC
RB
RC
IC ＋
I C ≈β I B
VCE＝VCC－ICRC
IB
VCE
－
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vi
iB
vCE
vo
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电压放大的基本原理
4、输出回路将放大后的集电极电流转化成变 化的电压，经电容耦合输出交流电压信号。
RB RC iC +VCC
vi
iB
vCE
vo
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VCC RC
IC
作直流负载线 : VCE＝VCC－ICRC Q
ICQ
IB
VCE
估算 IB :
IB＝
VCC－0.7 RB
VCEQ V CC
直流负载线与输出特性 IB线的交点就是Q点
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动 态 分 析
IB ic Q IC ib
ib
总之： T IC
固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点随电 流IC的增大而上移。为此，需要改进偏置电 路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少 IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。 通常采用分压式射极偏置电路来稳定静态 工作点。
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模拟电子技术
例：已知 VCC=12V，RC=4K，RB=300K ，=37.5 , 试估算静态工作点。
+VCC
RB
RC
IC ＋
12 IB 0.04mA 40mA 300 IC 37.5 × 0.04 1.5mA
VCE 12－1 .5 × 4 6 V
IB
VCE －
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模拟电子技术
电压放大的基本原理
2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放 大区。
RB RC iC +VCC
vi
iB
vCE
vo
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模拟电子技术
电压放大的基本原理
3、输入回路将变化较小的电压信号转化成变 化的基极电流。
RB RC iC +VCC
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射极偏置电路
+VCC
RB1 C1
+
RC
C2
+
ui
_
RB2
RL
RE CE
uo
_
Tan Yueheng
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模拟电子技术
射极偏置电路
+VCC RC C2
+
+
工作点的稳定: RB1 C1 RB2
RL
ui
_
RE
uo
_
CE VE
T
IC
IC
Tan Yueheng
2、熟悉射极偏置电路稳定工作点的原理；
3、掌握射极偏置电路静态工作点及动态 指标的估算。
Tan Yueheng
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模拟电子技术
温度对静态工作点的影响
温度对UBE的影响 iB 50º C 25 º C
VCC U BE IB RB
T UBE
uBE
Tan Yueheng
课
外
作
4.2.1
业
习题： P186
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
模拟电子技术
三极管的小信号模型（简化）
b c b c ib
等效 e
rbe
e
26(mV) rbe 200() + (1 + ) I E (mA)
Tan Yueheng Department of P.&E.I.S