电子科大课堂讲义模拟电路第5章课件

电路形式
推导IC2与IR关系：
IR IC1 2IB2 IC2 2IB2
IC2
(1
2
)
IC2
2
IR
,
当 1 , IC2 IR
当β不大时，IC2的镜象精度较差，可采用—— 2、带共集管的镜象恒流源
IC2与IR关系：
2
IC2
IR (1
2
) 2
IR
内阻 ro= rce2
为提高电流源ro 及减小基区宽度调制效应对电流精度 的影响，改进电路为
IC2
UT R2
ln
IR IC2
R2
UT IC2
ln
IR IC2
IR
VCC
U BE1 R
15 0.7 19 103
0.75mA
IC2=10-2mA,R2=11.2kΩ
IC2=10-1mA,R2=520Ω
5-3 差动放大电路
直接耦合放大电路最主要的问题是零点漂移，而且以第 一级的零漂影响最大，为此IC在输入级采用差动放大电 路以抑制零漂。
U od Uid
1 2
U
od
1 2
U
id
=Au（半）
由半边小信号等效电路
Au（半）=
1 2
U
od
(RC
//
1 2
RL
)
1 2
U
id
Rb rbe
= Aud（双出）
Rid
Uid Iid
Uid Ib
2
1 2
Uid
Ib
2(Rb
rbe )
Rod（双出）=2RC
对单端输出 差模半边等效电路
Au（半）=
两种输出方式—— 单端输出：从一个输出端与地之间输出 双端输入：从两个输出端浮地输出 共有四种组合方式 双入——双出：（a）图
双入——单出：（b）图 单入——双出：（c）图 单入——单出：（d）图
2、差模信号与共模信号
定义差模信号：
一对大小相等、极性相反的输入信号。
用uid表示差模输入电压， 并设两管输入信号电压 分别为 us1、us2，
差模输入电压分量： uid us1 u s2 ,
共模输入电压分量：
uic
1 2 (us1 us2 )
从而解出
us1
uic

1 2
uid
uid
us1 u s2 ,
uic
1 2
(us1
us2 )
图（a）共模输入（并联输入） （b）差模输入（双端浮动输入）方式。
3、差动放大电路性能指标
练习3 电路中T1～T3均为Si管，求IC1。（β＞＞1）
解：T2、T3、Rr构成基本 镜象电流源，作有源负载。
∵IC2=IR 又∵IC1=IC2 ∴IC1=IR 由KVL：UBE3+IRRr=15+15
IR
30 U EB3 Rr
30 0.7 54
0.54mA
IC1
练习4：
设计一个微电流输出的电流源，若 VCC=15V， R=19kΩ，要求输出电流IC2=10μA，R2应选多大， 若IC2=0.1mA，R2又为多大？ 解：采用微电流源。
小结
1、抑制原理 电路区别对待差模、共模信号（有用信号、零漂）， 利用对称性和射极电阻抑制零漂。
2、差模增益Aud的求解
（1）画出差模等效电路（VCC、VEE、Rcm短路）； （2）画出对应差模半边电路的小信号等效电路； （3）根据输出（双出、单出）写出Au（半）定义式并求解；
Au（半）=
1 2
差模输入电压Uid 加在两管输入端（双端输入）,两管各 分得一大小相等、极性相反的差模信号。
公共电阻Rcm、RL对差模信号的等效： ∵Uid引起两管电流、电压的变化是大小相等，极性相反 ∴（a）Rcm对差模信号短路；
（b）交流地电位在½RL处。
得差模等效电路（VEE、VCC对信号短路）
差模电压放大倍数Aud（双出）
（2）画出对应的共模半边小信号等效电路； （3）求解此时的Au（半）； （4）Auc（单出）=Au（半）且符号与输出端无关。
例题： 已知 RC 30k , RS 5k , REE 20k UCC U EE 15V , 50 , rbe 4k
Ui1、Ui2为一对差模输入信号，
求下列问题：
IE1
U EE 2Rcm
U BE Rb
1
当
2Rcm
Rb
1
,
I E1
U EE U BE 2Rcm
IE2
IE
工程估算法：
若令UB1=0 ，则UE1=-UBE ，可直接求出上式。 对输出回路： UCE1=UCE2=UCC+UEE-IE(RC+2Rcm)
或 UC1=UC2=UCC-ICRC
2、动态特性分析 （1）对差模信号的放大特性
（2）对共模信号的抑制特性
公共电阻Rcm、RL对共模信号的等效： ∵共模信号引起两管电流、电压增量的大小、极性相同， ∴（a）Rcm对共模信号相当于2Rcm；
（b）RL两端等电位（电压为零）。
故双端输出的共模信号为零，利用对称性抑制了共模信 号。
AC（单出）的求解 先画共模交流等效电路（VCC 、VEE仍为短路处理）：
Pom、效率、PCM、 BUCEO、及失真度
一、功率放大器的特点、指标和分类
1、特点 （1）要求输出功率Po尽可能大→Pomax （2）具有较高效率
Po Po
Pv Po PT
（3）尽量减小非线性失真 （4）保证功放管使用安全和采取散热措施
要求：Pcmax＜PCM ；UCEmax＜BUCEO ；Icmax＜ICM
U od 2Uod1 U od1 Ui1 Ui2 2Ui1 Ui1
=Au(半)
RC 50 30 166.7
RS rbe 5 4
(2) Ad(单出) Uod1 1 Uod1 1 (166.7） 83.3 Ui1 Ui2 2 Ui1 2
若从C2单端输出，则Ad(单出)变号。
Uo1
RS
RS
(1)求Ad（双出）；
(2)从c1输出时的Ad（单出）；
（3）Ui1=5mV，Ui2=1mV时从c1输出的电压Uo1； （4）接射极调零电位器（Rw=200欧）滑动端在中间 位置时的Ad（单）。
解：(1) ∵Ui1=½Uid ，Ui2=-½Uid
∴Uid=Ui1-Ui2
RS
RS
Aud(双出)
ro
1 2
2rce2
IC2 2 IR ,
ro
1 2
IC2 IR
2 rce 2 (1
2
2
) 2
3、微电流恒流源（IC2＜＜IR） 电路形式
推导IC2与IR关系式
I E1
I eU BE1 /UT S1
,
I I eU BE 2 /UT
E2
S2
U BE1
UT
ln
I E1 IS1
UT
ln
Uod1 (RC // RL )
1 2
U
id
Rb rbe
Aud（单出）=
Uod1 Uod1 Uid 2 Uid
2
1 2
Uod1 1 [ (RC // RL )]
1 2
U
id
2
Rb rbe
=½Au（半）
c1
Rid
Uid Iid
2 Uid 2
Ib
2(RS rbe ),
Ro RC
若从C2单端输出，仅Aud（单出）改变符号，其余均不变。 结论：差动电路对差模信号的放大能力强。
（1）差模电压增益 分为Aud（双出），Aud（单出）
Aud
Uod Uid
（2）差模输入电阻
Rid
Uid Iid
（3）共模电压增益
Auc
U oc Uic
（4）共模输入电阻
Ric
Uic Iic
（5）共模抑制比
KCMR
Aud Auc
二、差动放大电路的分析方法和工作特点 1、静态Q点求解(us1=us2=0)
再画共模半边等效电路
AC（单出）=
Uoc1
RC
Uic Rb rbe (1 ) 2Rcm
可见由于2Rcm的存在，使Au（单出）很小，即抑制了单 端输出的共模增益。
归纳：
差动放大电路依靠对称性抑制了双端输出的共模信号， 依靠发射极电阻Rcm抑制了单端输出的共模信号。
3、差放电路能放大有用信号而抑制零点漂移的原因
U
od
1 2
U
id
或Au（半）=
U od1
1 2
U
id
（4）根据Aud（双出）、Aud（单出）定义式与Ａu（半）的关系 求出Aud。
对Aud（单出）符号的确定方法： 同一管输入、输出时，Aud（单出）为负； 不同管输入、输出时， Aud（单出）为正。
2、共模增益Auc（单出）的求解（KCMR）
（1）画出共模等效电路 （VCC、VEE短路，各管射极电阻为2Rcm）；
由于差放电路能区别对待差模信号（放大） 共模信号（抑制），
故放大有用信号要以差模方式输入（对地浮动输入）或 者单端输入； 而零点漂移可等效为共模信号输入。 共模抑制比（KCMR）是专门表征差放电路这一性能的 指标，其值越大，差放电路性能越好。 差放电路正是利用比单管电路多一倍的元器件为代价， 换来了抑制零点漂移的能力。
实现恒流源的电路原理 （1）固定基流恒流源
此时ro≈0.5rce
（2）固定发射结电压恒流源 此时ro≈rce
（3）加射极电阻的恒流源 ro＞rce
三、 模拟IC中的恒流源（实用恒流源电路） 1、基本镜象恒流源（属于UBE固定的恒流源）
IC2：恒流源提供的偏置电流 IR： 参考电流
IR
U CC
U BE1 R
由IE→UCE （或UC）
由于电路对称,元器件对称， 故两管对应的电流电压对称, 只需对半边电路列方程求解。
（1）画出直流通路，标出各管电流、电压； （2）对一半电路(直流通路)列电路方程求解。
uS1=uS2=0（不作用）
由输入回路 I B1Rb U BE1 2I E1Rcm U EE 0
Uoc(单出)=Uoc1+Uod1=Ac(单出)Uic+Ad(单出)Uid =(-0.732) ×3+(-83.3) ×4=-335.4mV
=-0.335V
（4）此时电路为 差模半边小信号等效电路
Ad(单出)=
Uod1 Uod1
Ui1 Ui2 2Ui1
=½A(半)
差模半边小信号等效电路
1
RC
抑制原理： （1）利用电路结构及元件参数的对称性； （2）利用发射极电阻的负反馈作用
来抑制零漂。
一、差动放大电路特点和性能指标 1、电路组成（长尾式差动放大电路）
要求T1、T2参数对称，元件对称，电路对称。 差放电路有两个对地输入端（b1、b2）；
两个对地输出端（c1、c2）。
故有两种输入方式—— 单端输入：从一个输入端与地之间输入 双端输入：从两个输入端浮地输入
当 us1=-us2 即
us1
1 2
uid
,
us2
1 2
uid
它们为一对差模信号，即 uS1=uid1=½uid ， uS2=uid2=-½uid 。
定义共模信号： 一对大小相等、极性相同的输入信号。
用uic表示共模输入电压， 当us1=us2=uic时，为一对共模信号。
对任意两输入信号us1、us2（uS1≠uS2）， 可认为它们是某差模信号分量和某共模信号分量的组合：
RS
RS
RS
RS
AC(单出)=
U oc1 Uic
RS
rbe
RC (1 ) 2Re
50 30 0.732 5 4 51 2 20
共模抑制比
KCMR
83.3 0.732
113.8
(3)此时为任意输入，将Ui1、Ui2分解， Uid=Ui1-Ui2=5-1=4mV； Uic=½(Ui1+Ui2)=3mV；
2、集成电路特点 （1）采用直接耦合方式 （2）输入级电路采用差动放大电路以抑制零点漂移； （3）各级偏置电路采用电流源（恒流源）； （4）用有源负载代替电阻负载。
模拟集成电路中的几种单元电路 5-2 恒流源 一、电路功能 （1）作各级的偏置电路 （2）作有源负载
二、恒流源模型和恒流源电路原理 恒流源伏安特性曲线 恒流源线性模型
2
RS
rbe
(1
)
RW 2
1 2
50 30 5 4 51
0.2
53.2
2
5-4 功率输出级 实用放大电路一般结构框图
比较： 工作任务
电压放大器
功率放大器
放大电压信号
放大信号功率
工作范围
小信号
大信号
分析方法
微变等效电路法 图解法或折线模型
管子工作状态 甲类
甲乙类
分析内容
Au、Ri、Ro 及频率响应
IR IS1
U BE2
UT
ln
IE2 IS2
UT
ln
IC2 IS2
U BE1
U BE2
UT
ln
IR IC2
IC2
IE2
U BE1 U BE2 R2
,
IC2
UT R2
ln
IR IC2
4、比例电流源 电路形式
IC 2R2 I R R1
IC2
R1 R2
IR
作业：5-1，5-2
5、作有源负载的恒流源
2、功率放大器的分类
按功放管静态Q点位置可分为：甲类 乙类 甲乙类 丙类
甲个类周：期Q内点，选管在子输处入于特导性通曲。线直线部分，在Ui整 缺点：效率低（理想的ηomax≤50%）。
电路形式
等效电路
交流通路
练习1（单选）如图两电流间关系是（ ） （1）Io1≈Io2 （2）Io1＜Io2 （3）Io1＞＞Io2
Io1＞＞Io2
练习2（多选）电路（ ） （1）称为基本镜象恒流源 （2）称为比例恒流源 （3）Io=0.5mA （4）Io=1mA （5）Io=2mA
比例恒流源；
Io=0.5mA