华中科技版模电CH62.pptx

1)硅片上难以实现大电容硅片上难以实现大电容(2)可以放大直流或缓慢变化的信号可以放大直流或缓慢变化的信号2.零点漂移：零点漂移：无输入信号时，输出仍有缓慢变化的电压产生。无输入信号时，输出仍有缓慢变化的电压产生。（可理解成（可理解成静态点的漂移静态点的漂移）1.模拟集成电路级间采用直接耦合方式模拟集成电路级间采用直接耦合方式零漂：零漂：引出引出*6.2 差分式放大电路差分式放大电路 对于对于RC耦合放大电路耦合放大电路，由于级间有耦合电容，各级，由于级间有耦合电容，各级Q点是点是彼此独立的，前级的零点漂移不会传递到后级，所以，其彼此独立的，前级的零点漂移不会传递到后级，所以，其零漂零漂不必考虑不必考虑。而对于而对于直耦式放大电路直耦式放大电路，零漂却会逐级放大传递，零漂却会逐级放大传递，第一级第一级漂移的影响最大漂移的影响最大，而级数越多，增益越高，漂移越严重。，而级数越多，增益越高，漂移越严重。产生的原因：产生的原因：VCC波波动动、温温度度变变化化引引起起管管子子参参数数变变化化，元元器器件件参参数数老老化化等等引引起起的的Q点点漂漂移移，其其中中，温温度度变变化化引引起起的的漂漂移移是是主主要要的的，又又称温漂称温漂。当漂移电压的大小可以同有效信号相比拟时，输出电压产当漂移电压的大小可以同有效信号相比拟时，输出电压产生很大误差，甚至无法分辨。生很大误差，甚至无法分辨。影响影响：温漂指标温漂指标：温温度度每每升升高高1度度时时，输输出出漂漂移移电电压压按按电电压压增增益益折折算算到到输输入入端端的等效输入漂移电压值。的等效输入漂移电压值。例如例如则第一级输出漂移则第一级输出漂移-10 mV。若第二级也有若第二级也有-100 V漂移，漂移，则第二级输出漂移则第二级输出漂移 1V+10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键3.减小零漂的措施：减小零漂的措施：F 用热敏元件进行温度补偿；用热敏元件进行温度补偿；F 采用稳采用稳Q电路；电路；F 第一级第一级采用差分式放大电路。采用差分式放大电路。漂移漂移 100 V漂移漂移-10 mV漂移漂移 1 V+10 mV漂移漂移 1 V+10 mV*若第一级有若第一级有100V漂移，漂移，-100V6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1.用三端器件组成的差分式放大电路用三端器件组成的差分式放大电路2.有关概念有关概念差模信号差模信号共模信号共模信号差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益仅加入仅加入差模信号产生的输出差模信号产生的输出仅加入仅加入共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标1.1.电路组成及特点：电路组成及特点：1.T1、T2对管（型号、参对管（型号、参数相同）组成对称电路；数相同）组成对称电路；且且 RC1=RC1=RC；3.两个电源供电：两个电源供电：+VCC、VEE；2.T1、T2的的e极相连，接恒流源极相连，接恒流源,恒流源的交流电阻恒流源的交流电阻ro很大。很大。vo=vo1 vo2称为双端输出电压。称为双端输出电压。4、两个输入端、两个输出端。、两个输入端、两个输出端。此电路又称长尾电路此电路又称长尾电路*6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路(1)静态分析：静态分析：2.工作原理：工作原理：Qv vo=v vo1 v vo2=0 无输入信号时，无输入信号时，双端输出电压为双端输出电压为0。（v vi1=v vi2=0）VE =-VBE=-0.7V*(2)动态分析动态分析：仅输入仅输入共模信号共模信号（大小相等、极性相同的信号）（大小相等、极性相同的信号）即：即：vi1=vi2=vic 双端输出双端输出 vo=vo1 vo2=0*vo=vo1 vo2 0仅输入仅输入差模信号差模信号（大小相等、（大小相等、极性相反的信号）极性相反的信号）即：即：vi1=vi2=vid/2 输入有差别，放大器才有动作（输出）输入有差别，放大器才有动作（输出）称为称为差动式差动式或或差分式差分式放大电路。放大电路。抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理由于电路完全对称，由于电路完全对称，T T变化或电源的波动，将使两管的变化或电源的波动，将使两管的I IC C、V VC C产生相同的变化，产生相同的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共其效果相当于在两个输入端加入了共模信号模信号*注意注意：单端输出时共模增益非常小，也能很好地抑制零漂：单端输出时共模增益非常小，也能很好地抑制零漂总输出电压总输出电压双端输出时双端输出时（1）差模电压增益）差模电压增益AVD 双入、双出：双入、双出：3.3.主要技术指标计算主要技术指标计算一管电流一管电流一管电流一管电流，且电流变化量相同。且电流变化量相同。流过恒流源流过恒流源 ro 的变化电流的变化电流=0，e 交流接地。交流接地。与单边共射放大电路相同，与单边共射放大电路相同，即以成倍的电路元件换取抑即以成倍的电路元件换取抑制零漂的能力制零漂的能力*RcRcT2T1e+.+b1C1C2+-vob2i2=-id/2i1=id/2vi1=vi2=vid/2若双端输出接有负载时若双端输出接有负载时RL中点为交流地中点为交流地*vi1 双入、单出（输出电压取自双入、单出（输出电压取自 其中一管的其中一管的c极）：极）：接入负载时接入负载时为双入、双出差模电压增益的一半。为双入、双出差模电压增益的一半。*AVD2=vo2vidvo2-2vi2=而而 单端输入单端输入vi1=vid，vi2=0等效于等效于vi1=vi2=vid/2时时的的双端输入。双端输入。单端、双端输出单端、双端输出“差模增益差模增益”指标计算与双端输入相同指标计算与双端输入相同。（re：发射结交流电阻）：发射结交流电阻）可近似认为可近似认为ro交流不分交流不分流、断路。流、断路。则，则，vid均分在两管的发射均分在两管的发射结上，结上，*双端输出：双端输出：共模增益共模增益 单端输出：单端输出：（2）共模电压增益）共模电压增益AVC 输入输入 vi1=vi2=vic，*两管电流同时两管电流同时 或同时或同时 则流过则流过ro的电流的电流 io=2 iC则对于每管而言，相当于射极接则对于每管而言，相当于射极接2ro的电阻，其交流通路为：的电阻，其交流通路为：差放单端输出时，抑制差放单端输出时，抑制零漂能力也很强零漂能力也很强ro（恒流源交流电阻很大（恒流源交流电阻）很大 AVC1、AVC1 很小很小*双端输出，理想情况双端输出，理想情况单端输出单端输出（3）共模抑制比）共模抑制比抑制零漂能力越强抑制零漂能力越强ro越大，越大，*AVD1AVC1单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压（4）差分电路频率响应）差分电路频率响应高频响应：高频响应：与单边共射电路相同，极间电容不可忽略。与单边共射电路相同，极间电容不可忽略。高频时增益衰减高频时增益衰减低频响应低频响应：由于输入、输出信号直接耦合，低频响应非常好，：由于输入、输出信号直接耦合，低频响应非常好，等同于中频增益，可放大直流信号。等同于中频增益，可放大直流信号。双端输出时的总输出电压：双端输出时的总输出电压：vo1=vid AVd1+viC AVC1vo=vid AVd+viC AVC=vid AVd 设计时，应使设计时，应使 KCMRvicvid这样这样 vo1 几乎只放大差模信号几乎只放大差模信号单端输出时有效抑制共模信号。单端输出时有效抑制共模信号。*只放大差模信号只放大差模信号几种接法动态指标比较几种接法动态指标比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出双端双端输入输入单端单端输入输入信号的输入方式信号的输入方式*输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出*双端双端输入输入单端单端输入输入几种接法动态指标比较几种接法动态指标比较 例例：电电路路如如下下图图所所示示，所所有有晶晶体体管管均均为为硅硅管管，均均为为60，静静态态时时UBEQ0.7V。试求：。试求：（1）静态时）静态时T1管和管和T2管的发射极电流。管的发射极电流。解：（解：（1）T3管的集电极电流管的集电极电流 IC3（UZUBEQ3）/Re30.3mA 静态时静态时T1管和管和T2管的发射极电流管的发射极电流 IE1IE2 IC3/2=0.15mA*（2）若静态时）若静态时uO0，则应如何调节，则应如何调节Rc2的值才能使的值才能使uO0V？应减小应减小Rc2。IC4VEE/Rc40.6mA。(3)若静态若静态uO0V，则，则Rc2？电压放大倍数为多少？电压放大倍数为多少？=1V=0.14mA=7.14k 电压放大倍数求解过程如下：电压放大倍数求解过程如下：例例解：解：求求:(3)差分电路的共模增益差分电路的共模增益共模输入电压共模输入电压不计共模输出电压时不计共模输出电压时vi=5mV 时，求时，求 vo=?4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路静态静态 IE6 IREFIO IE5输入差分信号后的交流通路输入差分信号后的交流通路4.带有源负载的射极耦合差分式放大电路带有源负载的射极耦合差分式放大电路单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益 单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益单端输出的电压增益接近于双端输出的电压增益 若接负载若接负载 RL6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路（带漏极有源负载）差分式放大电路（带漏极有源负载）6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路（带漏极有源负载）差分式放大电路（带漏极有源负载）双端输出差模电压增益双端输出差模电压增益6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路1.CMOS差分式放大电路（带漏极有源负载）差分式放大电路（带漏极有源负载）单端输出差模电压增益单端输出差模电压增益gm vid（rds2|rds4）(rds2|rds4)与双端输出相同与双端输出相同 gm(rds2|rds4)是单个共源电路一半是单个共源电路一半 电路组成电路组成 差模增益差模增益差模输入电阻差模输入电阻JFET T1、T2：差分对管；差分对管；BJT T3、T4及及R1 R3组成比例组成比例电流源电路，作电流源电路，作ro；单入、单出单入、单出 大于大于BJT差放的差放的 差模输入电阻差模输入电阻*2.JFET差分式放大电路差分式放大电路6.2.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性(v(vo ov vidid)*由图可知，只在为由图可知，只在为0VT的范围内的范围内,传输传输特性呈线性关系。特性呈线性关系。为扩大线性范围，为扩大线性范围，可在射极串接电阻可在射极串接电阻Re1=Re2=Re。