【正文】 SSIDdsmvd RrgA //??用半電路分析法 半電路為：共源放大器 0?vcA??C M RKidvdo vAv ?結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管差分放大器 0 4 8 4 8線 性 區(qū)過 渡 區(qū)0 . 40 . 8限 幅 區(qū) 限 幅 區(qū)( a )iC 2? ?IE EiC 1? ?IE Evi dVTvoRC? ?IE E0 4 2 2 4 RC? ?IE E( b )iC 1iC 2vi dVT六、差模傳輸特性 (a)電流傳輸特性曲線； (b)電壓傳輸特性曲線 結(jié)論 兩管集電極電流之和恒等于 IEE 當(dāng) vid=0時(shí)，差分電路處于靜態(tài)，這時(shí) iC1=iC2=ICQ=IEE/2。當(dāng)差模電壓輸入時(shí)，一管電流增大，另一管電流減小，且增大量等于減小量，兩管電流之和恒等于 IEE。 傳輸特性具有非線性特性（限幅） 由圖不難看出，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，當(dāng) |vid|≤VT，即室溫下， vid在 26mV以內(nèi)時(shí)，傳輸特性近似為一段直線。這表明 iC1,iC2和vo與 vid成線性關(guān)系。 當(dāng) |vid |≥4 VT,即 vid超過 100mV時(shí)，傳輸特性明顯彎曲，而后趨于水平，說明 |vid |繼續(xù)增大時(shí)， iC1,iC2和 vo將保持不變。這表明差分電路在大信號(hào)輸入時(shí)，具有良好的限幅特性或電流開關(guān)特性。此時(shí)，一管截止，恒流源電流全部流入另一管（不是飽和）。 電流源電路及其應(yīng)用 電流源電路是提供恒定電流的電路 。 電流源對(duì)提高集成運(yùn)放的性能起著極為重要的作用 。 一方面它為各級(jí)電路提供穩(wěn)定的直流偏置電流 ， 另一方面可作為有源負(fù)載 ， 提高單級(jí)放大器的增益 。 對(duì)電流源電路的要求： 提供電流 I0，且不受外界因素影響。 當(dāng)其兩端電壓變化時(shí)，保持電流 I0恒定。即電流源電路的交流內(nèi)阻 RO趨于無窮。 下面我們從晶體管實(shí)現(xiàn)恒流的原理入手，介紹集成運(yùn)放中常用的電流源電路。 IC0IBvC ER1R2ICR3 VE EICRo( a ) ( b ) ( c )單管電流源電路 由圖可見，當(dāng) IB一定時(shí)，只要晶體管不飽和也不擊穿， IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶體管，從集電極看進(jìn)去相當(dāng)于一個(gè)恒流源。由交流等效電路知，它的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻為 rce ，是一個(gè)很大的電阻。為了使 IC更加穩(wěn)定，可以采用分壓式偏置電路。 晶體管實(shí)現(xiàn)恒流特性的條件是要保證恒流管始終工作在放大狀態(tài) ， 否則將失去恒流作用 。 這一點(diǎn)對(duì)所有晶體管電流源都適用 。 VC CR IRiC 1T1T2iC 2一、基本鏡像電流源 在單管電流源中，要用三個(gè)電阻，所以不便集成。為此，用一個(gè)完全相同的晶體管 T1,將集電極和基極短接在一起 ,接成二極管 ,便得到下圖所示的鏡像電流源電路。由圖可知，參考電流IR為 RVRVVI CConBECCR ??? )(TBETBEVvSCVvSCeIieIIi1211202???21 BEBE vv ?11211202 )()( CEECSSC iSSiIIIi ???211 BBCR iiiI ???12021 CCEE iiISS ??? 時(shí)，當(dāng)鏡像電流源 ?021IiiBB ?? RR III ????210精度 熱穩(wěn)定性 恒流特性 2ceo rR ?RIRT2T1VC CI0T3REIE Q 3IE二、減小 影響的鏡像電流源 ?RVVI onBECCR)(2??331 1 ????ECRiiIVC CR IRT1IC 4T4T2IC 2T3IC 3T5多路鏡像電流源 圖中為三路電流源， T5管是為了提高各路電流的精度而設(shè)置的。 在集成電路中，多路鏡像電流源是由多集電極晶體管實(shí)現(xiàn)的，例如下圖 (a)利用一個(gè)三集電極 PNP管組成雙路電流源 ,其等價(jià)電路如圖 (b)所示。 IRRIC 1IC 2VC CIC 3RIRIC 2IC 3T3T2T1VC C( a ) ( b )三、比例式鏡像電流源 電流源的電流與參考電流成某一比例關(guān)系。實(shí)現(xiàn) RIRI0T2T1R2VC CR1iE 2iE 1IB 1IB 2射極接電阻 21 EE SS ?222111 RivRiv EBEEBE ???2211 RiRi CC ?RC IRRiRRI211210 ??1)(RRVVI onBECCR ???)1(222Sbeceo RRrRrR?????RRrR eS //)( 11 ?? 恒流特性提高 RE 1RE 2T1T2IC 1IIC 2T3T4IC 3IC 4VC CRE 3RE 4具有多路輸出的電流源 RIRI0T2T1VC CR2四、微電流源 在集成電路中，有時(shí)需要微安級(jí)的小電流。如果采用鏡像電流源， R勢(shì)必過大。這時(shí)可令上圖電路中的 R1=0,便得到下圖所示的微電流電流源電路。 2210 RvvI BEBE ??SCTBESCTBEIiVvIiVv2211lnln??0201220 lnln IIRVIiRViI RTCTC ???當(dāng) IR和所需要的 I0一定時(shí)，可計(jì)算出所需的電阻 R2。 優(yōu)點(diǎn) :具有對(duì)電源電壓變化不敏感的特性。 五、 MOS管鏡像電流源 與雙極型晶體管放大器一樣 ,場(chǎng)效應(yīng)管放大器也可采用電流源偏置。利用場(chǎng)效應(yīng)管飽和區(qū)的恒流特性 ,可以構(gòu)成恒流源電路。 ( a )VDDIRIOT1T2VDDIRRT1T2T3IO 1IO 2( b )R(a) 基本電流源； (b)多路輸出電流源 RDRDDDGSGSIlWlWiIIiilWlWivv12201112221)/()/()/()/(????? 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)放是一種多級(jí)放大電路， 性能理想的運(yùn)放應(yīng)該具有電壓增益高、 輸入電阻大、 輸出電阻小、 工作點(diǎn)漂移小等特點(diǎn)。 與此同時(shí)， 在電路的選擇及構(gòu)成形式上又要受到集成工藝條件的嚴(yán)格制約。 因此， 集成運(yùn)放在電路設(shè)計(jì)上具有許多特點(diǎn)， 主要有： (1) 級(jí)間采用直接耦合方式。 (2) 盡可能用有源器件代替無源元件。 (3) 利用對(duì)稱結(jié)構(gòu)改善電路性能。 集成運(yùn)放電路形式多樣 ， 各具特色 。 但從電路的組成結(jié)構(gòu)看 ， 一般是由輸入級(jí) 、 中間放大級(jí) 、 輸出級(jí)和電流源四部分組成 。 輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)電 流 源 電 路vivo (1) 電流源偏置電路。它為多級(jí)放大器的各級(jí)設(shè)置合適的工作點(diǎn)， (2) 輸入級(jí)。它由差分放大器組成，以便獲得盡可能低的零 (3) (4) 輸出級(jí)。它通常為互補(bǔ)推挽電路， 用以提高放大器輸出 T8T92T1T23T3T4V7T5T61R11 kR35 0 kR21 k5R43 . 2 kT1 0T1 2T1 3T1 14 . 5 kC3 0 pR53 9 kR7R67 . 5 kT1 6T1 7T1 5V D1V D2T1 9T1 8R85 0R92 5T1 47( 1 5 V )64( 1 5 V ) 雙極型集成運(yùn)放 F007是一種通用型運(yùn)算放大器。由于它性能好，價(jià)格便宜，所以是目前使用最為普遍的集成運(yùn)放之一。 F007的電路原理圖如圖所示。圖中各引出端所標(biāo)數(shù)字為組件的管腳編號(hào)。 上圖中， T8～ T13,R4和 R5構(gòu)成電流源組。其中， T1 R5和 T12產(chǎn)生整個(gè)電路的基準(zhǔn)電流。 T10和 T11組成微電流電流源，作鏡像電流源T8,T9的參考電流，并為 T3,T4提供基極偏流。 T8的輸出電流為輸入級(jí)提供偏置。 T12,T13組成鏡像電流源，作中間放大級(jí)的有源負(fù)載。 +vv+vo―‖ 反相輸入端 , vo與 v反相。 “ +‖同相輸入端， vo與 v同相。 理想的電壓放大器件 輸入電阻：幾 kΩ 到 105MΩ （很大） 輸出電阻：幾十 Ω （很?。? 電壓增益： 104～ 107（很高） 實(shí)現(xiàn)零輸入時(shí)，零輸出。 放大器的頻率響應(yīng) 頻率響應(yīng) )()()( ???? AjeAjA ?L 半 功 率 點(diǎn) 半 功 率 點(diǎn) H中 頻 區(qū)低 頻 區(qū) 高 頻 區(qū)0 . 7 0 7 AIAI理 想 幅 頻 特 性實(shí) 際 幅 頻 特 性Av( ω )fLffHB W0 . 70電容耦合放大器的振幅頻率特性如圖所示。在低頻和高頻區(qū)放大倍數(shù)有所下降，而中間一段比較平坦。頻率響劃分為三個(gè)區(qū)域，即中頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)。上限頻率 fH、下限頻率 fL以及通頻帶 BW。 一、頻率失真 我們知道，待放大的信號(hào)，如語音信號(hào)、電視信號(hào)、生物電信號(hào)等等，都不是簡單的單頻信號(hào)，它們都是由許多不同相位、不同頻率分量組成的復(fù)雜信號(hào)，即占有一定的頻譜。如圖 (a)所示，若某待放大的信號(hào)是由基波 (ω1)和三次諧波 (3ω1)所組成，由于電抗元件存在使放大器對(duì)三次諧波的放大倍數(shù)小于對(duì)基波的放大倍數(shù)，那么放大后的信號(hào)各頻率分量的大小比例將不同于輸入信號(hào)。 中頻區(qū) :所有電抗影響均不計(jì) ,增益為常數(shù) ,與頻率無關(guān)。 高頻區(qū)：極間電容是影響高頻區(qū)響應(yīng)的主要因素。 低頻區(qū)：耦合電容和旁路電容是影響低頻響應(yīng)的主要因素。 線性失真和非線性失真 線性失真和非線性失真同樣會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生畸變，但兩者有不同點(diǎn)： 線性失真由電路中的線性電抗元件引起，非線性失真由電路中的非線性元件引起 (如晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線的非線性等 )。 線性失真只會(huì)使各頻率分量信號(hào)的比例關(guān)系和時(shí)間關(guān)系發(fā)生變化，或?yàn)V掉某些頻率分量的信號(hào)，但決不產(chǎn)生輸入信號(hào)中所沒有的新的頻率分量信號(hào)。 非線性失真會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)中所沒有的新的頻率分量信號(hào)。 不失真條件 ––理想頻率響應(yīng) 綜上所述，若放大器對(duì)所有不同頻率分量信號(hào)的放大倍數(shù)相同，延遲時(shí)間也相同，那么就不可能產(chǎn)生頻率失真。 下圖給出了不產(chǎn)生線性失真的振幅頻率響應(yīng)和相位頻率響應(yīng) ，稱之為理想頻率響應(yīng) 。 Av( ω )Kω0( a )( ω )ω0( b )+voR+viC二、 RC電路頻率響應(yīng) RC低通電路的波特圖 s R CsCRsCsVsVsAiov?????1111)()()(pvjRCjj