4.1多級(jí)放大電路的一般結(jié)構(gòu)及耦合方式4.1.1多級(jí)放大電路的一般結(jié)構(gòu)一個(gè)三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管）構(gòu)成的單管放大電路的放大倍數(shù)一般為幾倍～幾十倍。而在實(shí)際應(yīng)用的電子設(shè)備中，要求的放大倍數(shù)往往很大。為此，需要把若干單級(jí)放大電路串接起來，組成多級(jí)放大電路。圖4-1-1為三級(jí)放大電路示意圖：圖4-1-1第1頁(yè)/共73頁(yè)第一頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.1多級(jí)放大電路的一般結(jié)構(gòu)1、電壓放大倍數(shù)（4-1-1）對(duì)于n級(jí)放大器：（4-1-3）式中：各級(jí)電壓放大倍數(shù)都是把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載的情況下求得的。（即考慮了后一級(jí)放大電路對(duì)前一級(jí)放大電路的負(fù)載效應(yīng)）圖4-1-1

第2頁(yè)/共73頁(yè)第二頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.1多級(jí)放大電路的一般結(jié)構(gòu)2、輸入電阻Ri：多級(jí)放大電路的輸入電阻Ri就是第一級(jí)的輸入電阻Ri1。（4-1-4）3、輸出電阻Ro：三級(jí)放大電路的輸出電阻Ro就是第三級(jí)的輸出電阻Ro3。（4-1-5）對(duì)于級(jí)n級(jí)放大電路：（4-1-6）多級(jí)放大電路的級(jí)與級(jí)之間、信號(hào)源與放大電路之間、放大電路與負(fù)載之間的連接均稱為耦合。常用的耦合方式有：直接耦合、電容耦合、變壓器耦合等。圖4-1-1

第3頁(yè)/共73頁(yè)第三頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.2多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式

1、阻容耦合在多級(jí)放大電路中，級(jí)與級(jí)之間通過電容連接的耦合方式稱為阻容耦合。圖中：電容C1將輸入信號(hào)耦合到三極管T1的基極；電容C2將T1的輸出信號(hào)耦合到T2的基極；電容C3將T2的輸出信號(hào)耦合到外接負(fù)載RL。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)：①前后級(jí)通過電容相連，所以各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，不相互影響。②只要電容選得足夠大，在一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)可以幾乎不衰減地傳送到下一級(jí)。阻容耦合的不足：①不能傳送直流信號(hào)。②不適用于傳送緩慢變化的信號(hào)（因?yàn)閷?duì)于緩慢變化的信號(hào)，信號(hào)頻率低，電容容抗大，使信號(hào)衰減很大）。③大容量電容在集成電路中難以制造。圖4-1-2兩級(jí)阻容耦合放大電路第4頁(yè)/共73頁(yè)第四頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.2多級(jí)放大電路

的級(jí)間耦合方式2、直接耦合為了克服電容對(duì)緩慢變化的信號(hào)在傳輸過程中帶來的不良影響，可采用將級(jí)與級(jí)之間直接用導(dǎo)線連接起來的方式，稱為直接耦合。圖中，輸入信號(hào)與T1的B極直接耦合，T1的C極與T2的B極直接耦合，T2的C極與負(fù)載之間直接耦合。

直接耦合的優(yōu)點(diǎn)：①既可以放大交流信號(hào)，也可以放大直流和緩慢變化的信號(hào)，頻率響應(yīng)好。②電路簡(jiǎn)單，便于集成。直接耦合的不足：①各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，彼此不獨(dú)立。導(dǎo)致設(shè)計(jì)和調(diào)整比較麻煩。②零點(diǎn)漂移。圖4-1-3兩級(jí)直接耦合放大電路第5頁(yè)/共73頁(yè)第五頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.2多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式3、變壓器耦合變壓器耦合是以變壓器作為耦合元件的電路。變壓器通過磁路的耦合，把初級(jí)的交流信號(hào)傳送到次級(jí)，而直流電流、電壓不能耦合到次級(jí)。變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)：①使級(jí)與級(jí)之間達(dá)到阻抗匹配，以獲得最大的功率增益。②各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，互不影響，設(shè)計(jì)和調(diào)整比較方便。變壓器耦合的不足：①頻帶比較窄。②體積大、笨重、價(jià)格也比較貴。圖4-1-4變壓器耦合放大電路第6頁(yè)/共73頁(yè)第六頁(yè)，共74頁(yè)。4.1.2多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合方式4、光電耦合光電耦合是依靠光電耦合器完成的。發(fā)光二極管為輸入回路，它將電能轉(zhuǎn)換成光能。光敏三極管為輸出回路，它將光能再轉(zhuǎn)換成電能。光電耦合主要應(yīng)用在輸入電路地線與輸出電路地線需要相互隔離的場(chǎng)合。圖4-1-5光電耦合放大電路第7頁(yè)/共73頁(yè)第七頁(yè)，共74頁(yè)。4.2多級(jí)阻容耦合放大電路的分析多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與單級(jí)放大電路相同。即：電壓增益，輸入電阻，輸出電阻。分析交流性能時(shí)，各級(jí)之間是互相聯(lián)系的。第一級(jí)的輸出電壓是第二級(jí)的輸入電壓；

第二級(jí)的輸入電阻又是第一級(jí)的負(fù)載電阻。第8頁(yè)/共73頁(yè)第八頁(yè)，共74頁(yè)。例4-2-1兩級(jí)阻容耦合放大電路如圖4-2-2所示，

試計(jì)算Av、Ri、Ro。（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫出直流通路，如圖4-2-3所示。由于兩級(jí)放大電路的參數(shù)相同，所以兩級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相同。圖4-2-2兩級(jí)阻容耦合放大電路圖4-2-3直流通路第9頁(yè)/共73頁(yè)第九頁(yè)，共74頁(yè)。例4-2-1(2)求出輸入和輸出電阻畫出微變等效電路，如圖4-2-4所示。(3)求電壓放大倍數(shù)圖4-2-4微變等效電路第10頁(yè)/共73頁(yè)第十頁(yè)，共74頁(yè)。4.3直接耦合式放大電路直接耦合放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算是逐級(jí)進(jìn)行的，每級(jí)的工作點(diǎn)不是獨(dú)立的，求解時(shí)需要考慮它們之間的關(guān)系。4.3.1靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算4.3.2級(jí)間電位配置4.3.3溫漂的現(xiàn)象：第11頁(yè)/共73頁(yè)第十一頁(yè)，共74頁(yè)。4.3.1靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算由T1管的偏置電路可求得：由T2管的輸入電路可知：求得：(4-3-5)當(dāng)IB2<<IC1時(shí)，即忽略IB2對(duì)IC1的影響，則圖4-3-1二級(jí)直接耦合放大電路第12頁(yè)/共73頁(yè)第十二頁(yè)，共74頁(yè)。4.3.2級(jí)間電位配置在直接耦合式放大電路中，前一級(jí)的輸出電位是后一級(jí)的輸入電位，因此存在級(jí)間電位配置是否合理的問題。例如圖4-3-2中：T1管的VCE1等于T2管的導(dǎo)通電壓VBE2≈0.7V，為了擴(kuò)大T1的輸出電壓范圍，需要提高T1管的集電極電位。方法是在T2管的發(fā)射極串入一個(gè)電阻RE。這樣，三極管的集電極電位隨著放大級(jí)數(shù)的增加逐級(jí)提高，動(dòng)態(tài)范圍卻越來越小，因此很難設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于這樣的電平移動(dòng)，解決的方法通常是采用PNP管來改變。圖4-3-2直接耦合電路第13頁(yè)/共73頁(yè)第十三頁(yè)，共74頁(yè)。4.3.2級(jí)間電位配置直接耦合電路的主要特點(diǎn)有：①能放大緩慢變化甚至直流信號(hào)。②電路中只有三極管和電阻等，沒有大電容、變壓器等，便于集成。所以在集成電路中廣泛采用直接耦合方式。③各級(jí)的工作點(diǎn)相互影響，因此必須合理安排各級(jí)的直流電平。④輸入端和輸出端的直流電位要考慮滿足“零輸入時(shí)零輸出”。⑤存在“零點(diǎn)漂移”現(xiàn)象，即在輸入為零時(shí)，輸出電壓有可能偏離零值點(diǎn)。第14頁(yè)/共73頁(yè)第十四頁(yè)，共74頁(yè)。4.3.3溫漂的現(xiàn)象：當(dāng)把放大器的輸入端短路時(shí)，從理論上說輸出端信號(hào)電壓應(yīng)為零（即輸出端電壓等于它的靜態(tài)值）。但對(duì)于直接耦合電路而言：實(shí)際上電路的輸出端存在緩慢變化的電壓，即輸出電壓偏離靜態(tài)值而上下漂移，這種現(xiàn)象稱為溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂或零漂。放大電路的放大倍數(shù)越大，輸出端的溫漂越嚴(yán)重。為了比較，一般都把輸出端的漂移電壓折合到輸入端，即用輸出端的漂移電壓△v0除以電壓放大倍數(shù)Av的相對(duì)值，作為輸入端的等效漂移電壓，同時(shí)還應(yīng)考慮引起零漂的溫度變化范圍。第15頁(yè)/共73頁(yè)第十五頁(yè)，共74頁(yè)。4.3.3溫漂的現(xiàn)象：溫度漂移是指在輸入端短路時(shí)輸出端的溫漂電壓△v0折合到輸入端后得到的等效漂移電壓△vi與溫度變化量之比。溫度漂移的單位是

(4-3-9)

式中：Av為電壓放大倍數(shù)，△T（℃）為溫度變化量。而在阻容耦合電路中，由于電容的作用，電路中存在各級(jí)本身的溫漂，但不會(huì)傳到下一級(jí)。第16頁(yè)/共73頁(yè)第十六頁(yè)，共74頁(yè)。4.4差分放大電路由于在直接耦合放大電路中，存在著級(jí)間耦合問題，電平匹配問題以及零點(diǎn)漂移問題。其中前二個(gè)問題可以通過改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)和管子類型等來解決，但零點(diǎn)漂移問題卻無(wú)法解決。為解決這些問題，需要設(shè)計(jì)新的放大電路來解決零點(diǎn)漂移等問題。

本節(jié)主要內(nèi)容：4.4.1基本差分電路4.2.2長(zhǎng)尾式差分電路4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路的工作原理分析4.4.4差分放大電路四種接法的分析與比較第17頁(yè)/共73頁(yè)第十七頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.1基本差分電路1、基本差分電路的組成基本差分電路如圖4-4-1和圖4-4-2。其工作原理是利用對(duì)稱性來解決和克服零漂問題。電路左右兩邊對(duì)稱，指電路結(jié)構(gòu)及元件的特性與參數(shù)完全相同，使T1、T2在同一個(gè)直流電源供電情況下具有相同的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸入信號(hào)：（4-4-2）輸出信號(hào)：（4-4-3）電壓放大倍數(shù)：（4-4-4）圖4-4-1基本差分電路形式之一圖4-4-2基本差分電路形式之二★當(dāng)輸出信號(hào)從其中任一個(gè)集電極輸出時(shí)，稱為單端輸出?！锂?dāng)輸出信號(hào)從兩個(gè)集電極之間輸出時(shí)，稱為雙端輸出或浮動(dòng)輸出。第18頁(yè)/共73頁(yè)第十八頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.1基本差分電路2、基本差分電路的工作原理若差分電路兩個(gè)輸入端的電壓分別為vi1和vi2。①當(dāng)輸入信號(hào)vi1和vi2大小相等、極性相反時(shí)，定義為差分輸入信號(hào)或差模輸入信號(hào)vd

。vi1=-vi2

，此時(shí)，放大電路的輸入電壓為：或：式中，vd稱為差分輸入電壓或差動(dòng)輸入電壓。②當(dāng)輸入信號(hào)vi1和vi2大小相等、極性相同時(shí)，定義為共模輸入信號(hào)vc

。則：或：圖4-4-1基本差分電路形式之一第19頁(yè)/共73頁(yè)第十九頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.1基本差分電路2、基本差分電路的工作原理③當(dāng)輸入信號(hào)中既有差模信號(hào)，又有共模信號(hào)時(shí)，則基本差分電路輸入端的信號(hào)可分解為二種信號(hào)的疊加，即

（4-4-11a）

（4-4-11b）根據(jù)式（4-4-11a、b）可得出如下結(jié)論：在差分放大電路輸入端施加的任意形式的信號(hào)都可以分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的疊加，輸出端的響應(yīng)都可視為差模信號(hào)與共模信號(hào)共同作用的結(jié)果。圖4-4-1基本差分電路形式之一第20頁(yè)/共73頁(yè)第二十頁(yè)，共74頁(yè)。例4-4-1，已知基本差分放大電路如圖4-4-1所示vi1=5V、

vi2

=3V，求此時(shí)作用于放大電路輸入端的差

模電壓為多少？共模電壓為多少？解：根據(jù)差模信號(hào)的定義，總的差模輸入信號(hào)為：由電路的對(duì)稱性可知，每個(gè)輸入端的輸入電壓為：根據(jù)共模信號(hào)的定義有：于是，兩個(gè)實(shí)際的輸入信號(hào)電壓可等效為圖4-4-3(a)或圖4-4-3(b)的形式。第21頁(yè)/共73頁(yè)第二十一頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.1基本差分電路3、放大倍數(shù)的計(jì)算：由圖4-4-1可見，對(duì)于差模輸入信號(hào)，由于vi1=-vi2

則根據(jù)共射放大電路輸出與輸入反相的特點(diǎn)：得，差模輸入信號(hào)作用下的電壓放大倍數(shù)為：（4-4-12）

Ad稱為差模電壓放大倍數(shù)。對(duì)于共模輸入信號(hào)：由于電路對(duì)稱，則（4-4-13）

AC稱為共模電壓放大倍數(shù)。圖4-4-1基本差分電路形式之一第22頁(yè)/共73頁(yè)第二十二頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.1基本差分電路3、放大倍數(shù)的計(jì)算：基本差分放大電路只對(duì)差模輸入信號(hào)進(jìn)行放大，而不對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行放大。在雙端輸出的情況下，放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于一個(gè)單級(jí)共射放大電路的電壓放大倍數(shù)。在理想對(duì)稱的條件下，如果共模信號(hào)能夠模擬溫度的變化，則不難看出，無(wú)論溫度怎么變化，輸出端皆為零，從而達(dá)到了抑制輸出信號(hào)電壓的零點(diǎn)漂移。圖4-4-1基本差分電路形式之一第23頁(yè)/共73頁(yè)第二十三頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路前面介紹的基本差分放大電路中，依靠電路對(duì)稱，利用兩個(gè)放大電路的輸出之差，抑制了零點(diǎn)漂移電壓的輸出，但是并沒有消除單級(jí)放大電路本身的零漂。為了進(jìn)一步減小或消除零漂，提高抑制零點(diǎn)漂移的效果，需要在基本差分放大電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，減小單級(jí)放大電路自身的零點(diǎn)漂移。第24頁(yè)/共73頁(yè)第二十四頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路1、長(zhǎng)尾式差分電路的組成在基本差分放大電路的發(fā)射極接入一個(gè)射極電阻RE，以便引入電流負(fù)反饋，穩(wěn)定輸入電壓，減小零漂。發(fā)射極電阻RE猶如在基本差分電路中多了一條尾巴，RE愈大，穩(wěn)定性愈好，相當(dāng)于尾巴愈長(zhǎng)，故稱為長(zhǎng)尾式差分電路。射極電阻RE愈大，對(duì)共模信號(hào)的反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，抑制零漂的效果愈好，但同時(shí)，RE上的直流壓降也愈大，三極管放大的動(dòng)態(tài)范圍愈小。解決辦法是增加一個(gè)負(fù)電源VEE，用以增加三極管的動(dòng)態(tài)范圍。如圖4-4-4所示。圖4-4-4長(zhǎng)尾式差分放大電路第25頁(yè)/共73頁(yè)第二十五頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路2、長(zhǎng)尾式差分電路的幾種接法（1）雙端輸入雙端輸出輸入信號(hào)分別在三極管T1、

T2的基極輸入，從T1、T2的集電極之間輸出。這種接法稱為雙端輸入雙端輸出電路。如圖4-4-4所示。圖4-4-4長(zhǎng)尾式差分放大電路第26頁(yè)/共73頁(yè)第二十六頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路（2）雙端輸入單端輸出輸入信號(hào)分別在三極管T1、

T2的基極輸入，但輸出卻只從T1或T2的集電極單獨(dú)對(duì)地之間輸出，稱為雙端輸入單端輸出。如果從T1的集電極輸出，稱為左側(cè)輸出，電壓放大倍數(shù)為單級(jí)共射放大電路的一半，且輸出與輸入反相，如圖4-4-5所示。如果從T2的集電極輸出，稱為右側(cè)輸出，電壓放大倍數(shù)也為單級(jí)共射放大電路的一半，但輸出與輸入同相。圖4-4-5雙端輸入左側(cè)單端輸出第27頁(yè)/共73頁(yè)第二十七頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路（3）單端輸入雙端輸出輸入信號(hào)只從三極管

T1或T2的基極一端輸入，從三極管T1和T2

的集電極之間輸出。圖4-4-6單端輸入雙端輸出的接法第28頁(yè)/共73頁(yè)第二十八頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.2長(zhǎng)尾式差分電路（4）單端輸入單端輸出輸入信號(hào)只從三極管T1或

T2的基極一端輸入，只從三極管T1或T2的集電極一端對(duì)地輸出。在長(zhǎng)尾式差分電路的幾種接法中，值得注意的是：在單端輸入時(shí)（包括單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出），由于對(duì)稱，輸入的差模信號(hào)在圖4-4-6和圖4-4-7的虛線所示的輸入回路中，將被對(duì)半分配到兩側(cè)的輸入端，相當(dāng)于雙端輸入；可以說單端輸入等同于雙端輸入。圖4-4-7單端輸入左側(cè)單端輸出第29頁(yè)/共73頁(yè)第二十九頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析

前面就長(zhǎng)尾式差分放大電路的幾種接法進(jìn)行了介紹。下面以

圖4-4-4所示的長(zhǎng)尾式差分放大電路為例，對(duì)雙端輸入雙端輸出電路的工作原理進(jìn)行分析。1、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)vi1和vi2均為零，等效處理方法是將兩個(gè)輸入端分別對(duì)地短路。由于電路左右對(duì)稱，T1和T2特性相同，則有IC1=IC2、VC1=VC2得到：V0=VC1-VC2=I0RL=0

（4-4-16a）

I0=0

（4-4-16b）式4-4-16b表明，在靜態(tài)時(shí)，RL電阻中沒有電流流過,相當(dāng)于開路，也就是說，RL可以拿掉。RL拿掉后的直流通路如圖4-4-8所示。圖4-4-4長(zhǎng)尾式差分放大電路第30頁(yè)/共73頁(yè)第三十頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析對(duì)于輸入回路：

(4-4-17a)(4-4-17b)由于在設(shè)計(jì)時(shí)，RE通常選得比較大，使得IBQ非常小，一般可以忽略，則(約為-0.7V)(4-4-18a)(4-4-48b)根據(jù)電路的對(duì)稱性可知，每個(gè)管子的集電極電流為IEQ的一半，即

(4-4-18C)(4-4-19)說明T1的工作點(diǎn)電壓VCEQ近似為它的集電極對(duì)地電位。例4-4-2(P.126)自己看.圖4-4-8長(zhǎng)尾差分放大電路的直流通路第31頁(yè)/共73頁(yè)第三十一頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析2、動(dòng)態(tài)分析當(dāng)差分放大電路兩輸入端加上任意信號(hào)vi1、vi2時(shí)，都可以等效為差模和共模信號(hào)的疊號(hào)，根據(jù)疊加原理，可以分別進(jìn)行分析。（1）差模信號(hào)vid由于電路的對(duì)稱性使vi均分給兩個(gè)輸入端，即即在輸出端RL兩端有信號(hào)輸出。圖4-4-9雙入雙出差模電路第32頁(yè)/共73頁(yè)第三十二頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析此時(shí)，在RE上的電流約為，即RE上的差模交流電流為零。則RE上的差模交流電壓也為零。使VE點(diǎn)對(duì)交流信號(hào)而言相當(dāng)于接地，得：差模交流通路如圖4-4-11所示。圖4-4-11差模交流通路圖4-4-9雙入雙出差模電路第33頁(yè)/共73頁(yè)第三十三頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析①差模電壓增益由于電路對(duì)稱，RL接在兩管集電極之間，兩端電壓變化量相等，極性相反，所以，負(fù)載電阻RL的中點(diǎn)電位不變，相當(dāng)于交流地。因此，可以將RL分為相等的兩部分，對(duì)T1、T2各取RL/2。在雙入雙出時(shí)，兩管基極之間的輸入是單邊的兩倍，兩管集電極之間的輸出也是單邊的兩倍。所以，此時(shí)差放的差模電壓放大倍數(shù)與單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同。即：其中圖4-4-11差模交流通路圖4-4-12差模放大微變電路第34頁(yè)/共73頁(yè)第三十四頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析②差模輸入電阻：為差模輸入信號(hào)電壓與差模輸入信號(hào)電流之比，即從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的總差模輸入電阻。（4-4-22）③差模輸出電阻：雙端輸出時(shí)，兩輸出端之間呈現(xiàn)的差模輸出電阻為（4-4-23）圖4-4-12差模放大微變電路第35頁(yè)/共73頁(yè)第三十五頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析（2）共模分析雙入雙出電路加共模信號(hào)

如圖4-4-13所示。加共模信號(hào)時(shí)：vic1=vic2=vic

由于電路兩邊對(duì)稱，RE上的電流變化是每個(gè)三極管電流變化的兩倍。從電壓等效的觀點(diǎn)來看，對(duì)共模信號(hào)而言，每個(gè)晶體管發(fā)射極相當(dāng)于各接2RE電阻。

如圖4-4-14所示。畫出共模信號(hào)作用下的交流通路如圖4-4-15所示。圖4-4-13雙入雙出電路加共模信號(hào)圖4-4-14共模交流通路第36頁(yè)/共73頁(yè)第三十六頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析

畫出共模信號(hào)作用下的交流通路如圖4-4-15所示。①共模電壓增益由于電路對(duì)稱，vic1=vic2=vic,則vc1=vc2voc=vc1-vc2=0

（4-4-24）結(jié)論：雙入雙出差分放大電路對(duì)共模信號(hào)不會(huì)放大。如果干擾信號(hào)屬于共模信號(hào)，則可以用這種放大電路對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。圖4-4-14共模交流通路圖4-4-15共模交流通路第37頁(yè)/共73頁(yè)第三十七頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析②共模抑制比差分放大電路對(duì)差模信號(hào)有較高的放大能力，對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，這種抑制作用用“共模抑制比”來評(píng)價(jià)，定義為：雙端輸出時(shí)，Avc=0，KCMR=∞通常CMR用dB數(shù)來表示，即

(dB)(4-4-25)圖4-4-15共模交流通路第38頁(yè)/共73頁(yè)第三十八頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析③共模輸入電阻由圖4-4-16可見，從輸入端看進(jìn)去的共模輸入電阻為（4-4-26）④共模輸出電阻（4-4-27）圖4-4-15共模交流通路圖4-4-16共模等效電路第39頁(yè)/共73頁(yè)第三十九頁(yè)，共74頁(yè)。4.4.4差分放大電路四種

接法的分析與比較差分電路四種接法：

雙入雙出雙入單出單入雙出單入單出前面已經(jīng)對(duì)“雙入雙出”進(jìn)行了分析，下面對(duì)另外三種接法進(jìn)行分析和比較。第40頁(yè)/共73頁(yè)第四十頁(yè)，共74頁(yè)。1、雙入單出電路與雙入雙出的圖4-4-4相比較，只是輸出負(fù)載RL接在T1的C與地

之間。

輸入差模信號(hào)時(shí)，由于T1、T2

對(duì)稱，IEQ不變，對(duì)差模輸入信號(hào)而言E點(diǎn)電位沒有變化，相當(dāng)于交流接地，只是輸出電壓從半邊輸出。因此，放大倍數(shù)將為雙端輸出電路的一半，即（4-4-28）其中以上單端輸出又稱為左側(cè)輸出。圖4-4-17雙入單出差模電路第41頁(yè)/共73頁(yè)第四十一頁(yè)，共74頁(yè)。1、雙入單出電路如果從T2管的C極輸出，則稱為右側(cè)輸出。（4-4-29）電路的差模輸入電阻為（由于電路的輸入回路沒有變）（4-4-30）電路的輸出電阻（4-4-31）圖4-4-17雙入單出差模電路第42頁(yè)/共73頁(yè)第四十二頁(yè)，共74頁(yè)。1、雙入單出電路現(xiàn)在來討論這種電路的溫漂情況，由于溫度漂移相當(dāng)于輸入共模信號(hào)的情況，可以用共模放大倍數(shù)來表示。輸入共模信號(hào)時(shí)，由于T1、T2對(duì)稱，

RE上流過的電流為2IE1，對(duì)于每個(gè)管子來說，可等效為IE1流過阻值為2RE的電阻，如圖4-4-18所示。由圖可得：

（4-4-32）由于式中的(1+β)2RE一般很大，所以單端輸出的溫漂也不是很大（Avc不是很大）。圖4-4-18共模等效電路第43頁(yè)/共73頁(yè)第四十三頁(yè)，共74頁(yè)。1、雙入單出電路此電路的共模抑制比為：（4-4-33）由上式可見，增大RE對(duì)減小共模放大倍數(shù)和提高共模抑制比都有好處，所以RE越大，對(duì)抑制溫漂越有利。圖4-4-18共模等效電路第44頁(yè)/共73頁(yè)第四十四頁(yè)，共74頁(yè)。1、雙入單出電路例4-4-3，雙入單出差分電路中，已知VCC=10V、-VEE=-10V，RC=10k，

β=100，RB=5k，RE=5k，rbe=1k，

RL=10k。求：Avd，Avc，KCMR。解：

圖4-4-19例4-4-3第45頁(yè)/共73頁(yè)第四十五頁(yè)，共74頁(yè)。2、單入雙出電路如圖4-4-20所示?？梢园研盘?hào)等效為一個(gè)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)。變換后的電路如圖4-4-21所示。

變換為雙端輸入雙端輸出。圖4-4-20單入雙出電路圖4-4-21單入雙出對(duì)信號(hào)源進(jìn)行等效變換第46頁(yè)/共73頁(yè)第四十六頁(yè)，共74頁(yè)。2、單入雙出電路由于輸入信號(hào)中有差模和共模兩部分信號(hào)，所以輸出信號(hào)也由兩部分組成：（4-4-34）前面已計(jì)算過雙入雙出的Avc、Avd其中：Avc=0

，，（4-4-35）電路的差模輸入電阻為：（4-4-36）電路的差模輸出電阻為：（4-4-37）由于差分放大電路只放大差模信號(hào)，不放大共模信號(hào)，所以在分析放大電路單端輸入時(shí)，可以將單端輸入等同于雙端輸入看待。圖4-4-21單入雙出對(duì)信號(hào)源進(jìn)行等效變換第47頁(yè)/共73頁(yè)第四十七頁(yè)，共74頁(yè)。3、單入單出電路如圖4-4-22所示。由于單端輸入可等效為雙端輸入看待。因此，“單入單出”的分析計(jì)算過程與“雙入單出”時(shí)是一樣的。圖4-4-22單入單出電路第48頁(yè)/共73頁(yè)第四十八頁(yè)，共74頁(yè)。4、差分電路幾種接法的性能比較表4-4-1中列出長(zhǎng)尾式差分電路四種接法的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。（P.133）對(duì)于差模信號(hào)：（1）差模輸入電阻Rid與輸入方式無(wú)關(guān)，它們都是：Rid=2(RB+rbe)（2）差模輸出電阻Rod只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。單端輸出時(shí)：Rod=RC

雙端輸出時(shí)：Rod=2RC

（3）差模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。

雙端輸出時(shí)：其中

單端輸出時(shí)：其中（輸入與輸出在同一側(cè)時(shí)μ為負(fù)，對(duì)方一側(cè)時(shí)μ為正）第49頁(yè)/共73頁(yè)第四十九頁(yè)，共74頁(yè)。4、差分電路幾種接法的性能比較對(duì)于共模信號(hào)：（1）共模輸入電阻Ric與輸入方式無(wú)關(guān)，它們都是

（2）共模輸出電阻Roc只與輸出方式有關(guān)。單端輸出時(shí)：Roc=RC

雙端輸出時(shí)：Roc=2RC

第50頁(yè)/共73頁(yè)第五十頁(yè)，共74頁(yè)。4、差分電路幾種接法的性能比較對(duì)于共模信號(hào)：

（3）共模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出時(shí)：Avc=0單端輸出時(shí)：其中（4）共模抑制比只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出時(shí)：KCMR=∞

單端輸出時(shí)：掌握了以上這些特點(diǎn)和規(guī)律，也就掌握了長(zhǎng)尾式差分放大電路。第51頁(yè)/共73頁(yè)第五十一頁(yè)，共74頁(yè)。4.5恒流源差分放大電路與電流源

4.5.1恒流源差分放大電路在長(zhǎng)尾式差分電路中，RE越大，則抑制溫漂、零漂的效果越好。但RE增大是有限度的。①當(dāng)VCC、VEE選定后，RE增大會(huì)使VCEQ下降，影響動(dòng)態(tài)范圍。②集成電路中不容易制作阻值很大的電阻。因此，希望有這樣一種器件，它的交流等效電阻很大，但直流電阻不太大。

三極管工作在放大區(qū)時(shí)正好具有這種特性。第52頁(yè)/共73頁(yè)第五十二頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.1恒流源差分

放大電路由圖4-5-1可見。當(dāng)三極管的IBQ確定時(shí)，三極管的輸出特性曲線就是一條固定的特性曲線。當(dāng)VCE在Q點(diǎn)附近變化時(shí)，IC的變化很小。所以，從三極管CE之間看入的電阻為：直流電阻：交流電阻：由三極管的特性曲線可見，rce>>RCE。無(wú)論是直流電阻還是交流電阻，它們的值都與工作點(diǎn)有關(guān)，且都是非線性電阻。圖4-5-1三極管輸出特性曲線第53頁(yè)/共73頁(yè)第五十三頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.1恒流源差

分放大電路

圖4-5-4是用恒流源代替RE的差分電路。當(dāng)長(zhǎng)尾電路中的

RE用恒流源替代后，靜態(tài)工作點(diǎn)為：（4-5-1）

（4-5-2）（恒流）（4-5-3）在以上電路中用一個(gè)恒流源（動(dòng)態(tài)內(nèi)阻）代替RE，使電路性能大大改善。缺點(diǎn)：①恒流源中有三個(gè)電阻，但I(xiàn)C中希望電阻越少越好。②作為電流源的管子T3，其VBE還要受溫度影響，因此抑制溫漂不是很理想。圖4-5-4具有恒流源的差分電路第54頁(yè)/共73頁(yè)第五十四頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.2鏡像電

流源電路

圖4-5-5（a）所示是基本電流源電路。T1與T2是兩個(gè)性能嚴(yán)格配對(duì)的晶體管。由于T1、T2的發(fā)射結(jié)并聯(lián)在一起，即vBE1=vBE2，當(dāng)T1、T2工作于放大區(qū)且忽略基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時(shí)（即），則兩管的發(fā)射極電流相等。圖4-5-5基本鏡像電流源第55頁(yè)/共73頁(yè)第五十五頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.2鏡像電

流源電路或（4-5-7）當(dāng)β>>2時(shí)，I0≈IREF例如當(dāng)β=100時(shí)，I0與參考電流IREF間大約有2%的誤差。參考電流IREF的大小由連接到電源上的電阻R1來確定，如圖4-5-5（b）所示。（4-5-4）圖4-5-5中，當(dāng)R1確定后，IREF就確定了，IC2也隨之而定，可以把IC2看作是IREF的鏡像，所以將圖4-5-5的電路稱為鏡像電流源。電流源的輸出電阻：Ro≈rce2

（4-5-8）圖4-5-5基本鏡像電流源第56頁(yè)/共73頁(yè)第五十六頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.3改進(jìn)型鏡

像電流源當(dāng)圖4-5-6中各晶體管完全相同時(shí)，由于T1、T2的發(fā)射結(jié)并聯(lián)，則發(fā)射極流過相同的電流IE。圖4-5-6改進(jìn)型鏡像電流源第57頁(yè)/共73頁(yè)第五十七頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.3改進(jìn)型鏡

像電流源以上兩式相除后得：或（4-5-14）比較式（4-5-14）與（4-5-7）可以看出，改進(jìn)后的鏡像電流源更加鏡像，上式中只要滿足β(β+1)>>2時(shí)I0≈IREF圖中基準(zhǔn)電流IREF為：

（4-5-15）圖4-5-6改進(jìn)型鏡像電流源第58頁(yè)/共73頁(yè)第五十八頁(yè)，共74頁(yè)。例4-5-1

設(shè)三極管β=200、VCC=4.5V。分別設(shè)計(jì)基本鏡像電流源和改進(jìn)型電流源，使I0=1mA。另外，分別計(jì)算兩種電路中當(dāng)β變?yōu)?0時(shí)，I0的變化。解：（1）對(duì)基本鏡像電流源：得對(duì)于改進(jìn)型電流源：圖4-5-7例4-5-1圖第59頁(yè)/共73頁(yè)第五十九頁(yè)，共74頁(yè)。例4-5-1續(xù)（2）當(dāng)β變?yōu)?0時(shí)：對(duì)于基本鏡像電流源：對(duì)于改進(jìn)型電流源：

由計(jì)算可見，對(duì)于基本鏡像電流源，當(dāng)β=200變化到40時(shí)，

I0從1mA變化到0.96mA；對(duì)于改進(jìn)型電流源，當(dāng)β=200變化到40時(shí)，輸出電流I0=1mA不變，說明改進(jìn)型電流源的性能更好。圖4-5-7例4-5-1圖第60頁(yè)/共73頁(yè)第六十頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.4微電源電路

（微電流源電路）當(dāng)忽略基極電流時(shí)，由于則（4-5-19）（4-5-20）聯(lián)立上二式得：（4-5-21）又根據(jù)圖4-5-8可得：（4-5-22）由上兩式可得：（4-5-23）式（4-5-23）表明了基準(zhǔn)電流與偏置電流之間的關(guān)系。解方程可求得I0值。圖4-5-8微電流源電路第61頁(yè)/共73頁(yè)第六十一頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.5比例電流源電路設(shè)圖中二個(gè)三極管的IS相同,β足夠大時(shí)，（4-5-24）則（4-5-27）將式（4-5-27）代入（4-5-24）得：（4-5-28）圖4-5-10比例電流源電路第62頁(yè)/共73頁(yè)第六十二頁(yè)，共74頁(yè)。4.5.5比例電流源電路上式重寫：

（4-5-28）若IR對(duì)I0的比值不太大[例如]且滿足則上式可簡(jiǎn)化為：（4-5-29）

其中：圖4-5-10比例電流源電路第63頁(yè)/共73頁(yè)第六十三頁(yè)，共74頁(yè)。

4.6集成運(yùn)算放大器及讀圖方法

4.6.1集成運(yùn)算放大器1、集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-6-1所示。它包括四個(gè)組成部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和基準(zhǔn)源。圖4-6-1集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)圖第64頁(yè)/共73頁(yè)第六十四頁(yè)，共74頁(yè)。4.6集成運(yùn)算放大器及讀圖方法

4.6.1集成運(yùn)算放大器2、各個(gè)部分的功能和要求（1）輸入級(jí)：要求輸入電阻高、零漂要小（一般采用差分放大電路）、頻帶要寬。（2）中間級(jí)：主要是進(jìn)行電壓放大，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)合適的電平移動(dòng)。使集成運(yùn)放在靜態(tài)時(shí)滿足“零輸入時(shí)零輸出”。（3）輸出級(jí)：保證在大信號(hào)下進(jìn)行放大，失真要小，輸出電阻小。能輸出足夠大的功率，有足夠高的效率。（4）基準(zhǔn)源電路：能提供不同的基準(zhǔn)電壓，通常還應(yīng)有溫度補(bǔ)償作用的元件。第65頁(yè)/共73頁(yè)第六十五頁(yè)，共74頁(yè)。4.6集成運(yùn)算放大器及讀圖方法

4.6.1集成運(yùn)算放大器3、簡(jiǎn)單的雙極性運(yùn)算放大器如圖4-6-2所示?；鶞?zhǔn)源：由T4和R1組成。

T4與T3、R2又構(gòu)成微電流源。

T4與T10、R3也構(gòu)成微電流源。輸入級(jí)：T1和T2組成的差分放大器。從T2的C極輸出。中間極：由T8、T9組成。