1、返回,第四章,4 半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ),返回,4.1 半導(dǎo)體放大電路的構(gòu)建準(zhǔn)則,第四章,選擇合適的器件,建立合適的直流偏置,具備良好的交流信號(hào)通道,P103圖4.1-1例題,選取合適的器件參數(shù)，比如ICM、BVCEO、PCM、fT等。,BJT：保證BE結(jié)正偏，BC結(jié)反偏； FET: 不同類型下保證其處于線性放大區(qū)。,采用合適的耦合方式,第四章,返回,4.2 放大電路中器件的偏置技術(shù),幾種常用的偏置技術(shù),1.單電阻法,缺點(diǎn)：工作點(diǎn)穩(wěn)定性差,2.分壓法,缺點(diǎn)：仍存在工作點(diǎn)隨溫度變化的問(wèn)題,3.自給偏壓法,缺點(diǎn)：只適用于耗盡型的FET,4.混合偏置法,第四章,返回,集成電路中的偏置技術(shù),采用恒流源進(jìn)行

2、直流偏置,采用三極管或恒流源作有源負(fù)載,第四章,返回,4.3 放大電路中的信號(hào)耦合技術(shù),單級(jí)放大器中的耦合技術(shù),常常采用電容進(jìn)行信號(hào)的耦合,第四章,返回,多級(jí)放大器中的耦合技術(shù),多級(jí)放大器的概念,將多個(gè)單級(jí)放大器串接在一起，即可組成一個(gè)多級(jí)放大器,第四章,返回,多級(jí)放大器中的耦合技術(shù),1.阻容耦合,優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)互不干擾,缺點(diǎn)：無(wú)法傳遞直流信號(hào),2.直接耦合,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便，易于集成,缺點(diǎn)：各個(gè)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)互相干擾，需在電路上采取措施加以改進(jìn)。,3.變壓器耦合,優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，達(dá)到最佳級(jí)間配合。,缺點(diǎn)：隔直流，且體積笨重，不易于集成。,第四章,返回,多級(jí)放大器中電壓放

3、大倍數(shù)的求解,P111例題4.3.3-1,第四章,返回,4.4 電流源及有源負(fù)載,(1)電流源電路是指電流不隨電壓變化的電路。,(2)電流源電路用于模擬集成放大器中， 以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。,(3)用電流源做有源負(fù)載，可獲得增益高、 動(dòng)態(tài)范圍大的特性。,電流源概述,第四章,返回,(4)用電流源給電容充電，以獲得線性電壓輸出。,(5)電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。,(6)在模擬集成電路中，常用的電流源電路有： 鏡象電流源、比例電流源、 微電流源、多路電流源等。,電流源概述,第四章,返回,基本鏡像電流源,電路要求,電路工作原理,三極管T1、T2為對(duì)稱管，即其器件參數(shù)完全相同。,IC2和IR是鏡像關(guān)系

4、，且,第四章,返回,改進(jìn)型鏡像電流源,電路工作原理,由于有T3存在，IB3將比鏡像電流源中的2IB小13倍。因此IC2和IREF更加接近。,第四章,返回,多路鏡像電流源,通過(guò)一個(gè)基準(zhǔn)電流源帶動(dòng)多個(gè)三極管的輸出電流，即可構(gòu)成多路電流源，即一個(gè)基準(zhǔn)電流IREF可獲得多個(gè)恒定電流。,此時(shí)，Iom與IR之間的誤差將由原來(lái)的（m+1)IB的減小為,第四章,返回,微電流源,在鏡像電流源中接入Re電阻，可以得到一個(gè)比基準(zhǔn)電流小許多倍的微電流源，適用微功耗的集成電路中。,IES1=IES2,第四章,返回,比例電流源,在鏡像電流源電路的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)發(fā)射極電阻，使兩個(gè)發(fā)射極電阻中的電流成一定的比例關(guān)系，即可構(gòu)

5、成比例電流源。,第四章,返回,有源負(fù)載電路,恒流源由于其動(dòng)態(tài)輸出電阻很大，故在電路中可用作放大器的有源負(fù)載，從而提高電路的電壓放大倍數(shù)。,T2、T3組成恒流源，作為T1的有源負(fù)載,第四章,返回,4.5 復(fù)合管及復(fù)合結(jié)構(gòu)電路,復(fù) 合 管,當(dāng)兩個(gè)三極管組合在一起時(shí)，可等效為一個(gè)管子，稱為復(fù)合管（達(dá)林頓管）。,兩個(gè)相同類型的管子組成的復(fù)合管，等效后管子的類型與原類型相同。,兩個(gè)不同類型的管子組成的復(fù)合管，等效后管子的類型取決于第一個(gè)管子的類型。,第四章,返回,同類型管子組成的復(fù)合管,第四章,返回,互補(bǔ)型管子組成的復(fù)合管,兩個(gè)不同類型的管子組成的復(fù)合管，等效后管子的類型取決于第一個(gè)管子的類型。,第四章

6、,返回,組成復(fù)合管的原則,管內(nèi)電流方向要一致,能組成復(fù)合管,不能組成復(fù)合管,第四章,返回,復(fù)合結(jié)構(gòu)電路,CECB電路,共射和共基放大電路組合在一起，組成復(fù)合結(jié)構(gòu)電路，常稱為串接放大器。,交流通路,第四章,返回,CECB電路,交流通路,小信號(hào)等效電路,第四章,返回,4.6 差分放大,差分放大電路及其工作原理,電路形式,差分放大電路是由對(duì)稱的兩個(gè)基本共射放大電路，通過(guò)射極公共電阻耦合構(gòu)成的。,對(duì)稱的含義為兩個(gè)三極管的特性一致，電路參數(shù)對(duì)應(yīng)相等。,第四章,返回,差分電路的作用,抑制零點(diǎn)漂移,零點(diǎn)漂移,當(dāng)電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于電源電壓或外界環(huán)境因素的變化，會(huì)使得電路的輸出電壓不為零，而有緩慢而無(wú)規(guī)則

7、的飄動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。,由于外界對(duì)電路的干擾是一致的，而電路又是左右對(duì)稱的，所以當(dāng)電路從C1和C2之間輸出時(shí)，其干擾相互抵消，故起到消除零點(diǎn)漂移的作用。,第四章,返回,差模信號(hào)和共模信號(hào),差模信號(hào),共模信號(hào),純差模輸入,純共模輸入,任意輸入信號(hào)都可以分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)之和。,第四章,返回,輸入輸出方式,雙入雙出,雙入單出,單入雙出,單入單出,第四章,返回,靜態(tài)分析,第四章,返回,動(dòng)態(tài)分析,對(duì)于純差模輸入信號(hào)，公共發(fā)射極E點(diǎn)相當(dāng)于交流短路。,對(duì)于純共模輸入信號(hào)：,雙端輸出時(shí)，差分電路能放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào),第四章,返回,差分放大器的性能表征,差分放大器的性能主要可用以下幾個(gè)參

8、數(shù)表征,差模放大倍數(shù)AVD：,共模放大倍數(shù)AVC：,共模抑制比CMRR：,除此以外，還有輸入輸出電阻、頻響特性等。,第四章,返回,差模放大倍數(shù),當(dāng)電路為純差模輸入時(shí)，其交流通路如下所示：,第四章,返回,單端輸出差模放大倍數(shù),從C1端輸出,從C2端輸出,第四章,返回,差模輸入輸出電阻,差模輸入電阻,差模輸出電阻,單端輸出,雙端輸出,第四章,返回,共模電壓放大倍數(shù),當(dāng)電路為純共模輸入信號(hào)時(shí)，其交流等效電路為：,雙端輸出時(shí),單端輸出時(shí),共模微變等效電路,第四章,返回,帶恒流源的差分放大電路,靜態(tài)時(shí)，恒流源提供電路直流電源；動(dòng)態(tài)時(shí)恒流源等效于阻值很大的電阻。,為降低共模放大倍數(shù)，可采用恒流源替代射極電

9、阻Re。,第四章,返回,共模輸入輸出電阻,共模輸入電阻,共模輸出電阻,單端輸出,雙端輸出,第四章,返回,電路單端輸入時(shí)的情況,假設(shè)：,單端輸入轉(zhuǎn)換成雙端輸入時(shí)，差模信號(hào)為vid，共模信號(hào)為vic，與原來(lái)單端輸入時(shí)相同。,此時(shí)電路總的輸出電壓為：,第四章,返回,共模抑制比,共模抑制比用來(lái)表征電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。CMRR越大，表明電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力越強(qiáng)，抗干擾能力越好。理想時(shí)CMRR=。,雙端輸出時(shí)：,因?yàn)锳VC=0，所以CMRR=,單端輸出時(shí)：,圖中縱坐標(biāo)為,傳輸特性曲線,P134 例4.6.2-1,第四章,返回,BJT有源負(fù)載差分放大器,TI、T2組成差分放大器；T3、T4組成鏡像

10、恒流源，作差分放大器的有源負(fù)載。,靜態(tài)分析,第四章,返回,動(dòng)態(tài)分析,純差模輸入,純共模輸入,雖為單端輸出，但AVD2與雙端輸出相同,幾種輸入輸出方式指標(biāo)比較,幾種輸入輸出方式指標(biāo)比較,4.6.4 FET有源負(fù)載差分式放大器,1. 電路組成,2. 差模增益,3. 差模輸入電阻,第四章,返回,4.7 反饋,反饋的基本概念,將電路輸出量的一部分或全部經(jīng)過(guò)一定的電路送回到電路的輸入端，同輸入信號(hào)混合后，再將混合后的凈輸入信號(hào)去控制輸出，稱為反饋。,Xi為輸入信號(hào) Xf為反饋信號(hào) Xid為凈輸入信號(hào),第四章,返回,反饋的分類,負(fù)反饋,正反饋,瞬時(shí)極性法,第四章,返回,在放大電路的輸入端，假設(shè)一個(gè)輸入信號(hào)

11、對(duì)地的極性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信號(hào)傳輸方向依次判斷相關(guān)點(diǎn)的瞬時(shí)極性，直至判斷出反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。如果反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性使凈輸入減小，則為負(fù)反饋；反之為正反饋。,例1,負(fù)反饋,第四章,返回,瞬時(shí)極性法,例2,負(fù)反饋,例3,負(fù)反饋,例4,正反饋,反饋的分類,第四章,返回,全局反饋/局部反饋,人工反饋/寄生反饋,第四章,返回,并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的同一輸入端,串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)加在放大電路輸入回路的兩個(gè)不同輸入端,反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流的形式進(jìn)行比較,反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓的形式進(jìn)行比較,反饋的基本組態(tài),第四章,返回,例 題,串聯(lián)反饋,

12、并聯(lián)反饋,串聯(lián)反饋,并聯(lián)反饋,第四章,返回,電壓反饋：,反饋信號(hào)的取樣對(duì)象是輸出電壓，稱為電壓反饋。,電流反饋：,反饋信號(hào)的取樣對(duì)象是輸出電流，稱為電流反饋。,判別方法,將輸出端交流短路，若反饋信號(hào)為零，則為電壓反饋；若反饋信號(hào)仍然存在，則為電流反饋。,可以穩(wěn)定輸出電壓,可以穩(wěn)定輸出電流,第四章,返回,例 題,電壓反饋,電流反饋,電流反饋,第四章,返回,反饋的四種基本組態(tài),將輸入端引入反饋的方式和輸出端獲取的反饋的方式組合起來(lái)，可得到以下四種基本反饋組態(tài),電壓串聯(lián),電壓并聯(lián),電流串聯(lián),電流并聯(lián),第四章,返回,例 題,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,第四章,返回,

13、反饋的基本表達(dá)式,開(kāi)環(huán)放大倍數(shù),反饋系數(shù),不同反饋類型時(shí)，A和F的不同含義,第四章,返回,閉環(huán)電壓放大倍數(shù),負(fù)反饋,第四章,返回,反饋深度,當(dāng) 1+AF1時(shí)，AFA，相當(dāng)于負(fù)反饋,當(dāng) 1+AF 1時(shí)，AFA，相當(dāng)于正反饋,當(dāng) 1+AF 1時(shí)，稱為深度負(fù)反饋,第四章,返回,在深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)可表示為:,由此可以得到：,對(duì)于串聯(lián)反饋：,入手,虛短,對(duì)于并聯(lián)反饋：,入手,虛斷,第四章,返回,例題1,虛短：,同相放大器,第四章,返回,例題2,虛短 ：,反相放大器,虛斷 ：,第四章,返回,例題3,虛短 ：,虛斷 ：,第四章,返回,例題4,虛短 ：,虛斷 ：,引入負(fù)反饋的好處和問(wèn)題,第四章,

14、返回,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),1.增加放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,定性,外界影響,第四章,返回,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),定量,加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)的變化只有原來(lái)的1/(1+AF),第四章,返回,2.通頻帶展寬，頻率失真減小,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),頻率變化,將信號(hào)頻率的變化看成是一外界變動(dòng)因素，則：,放大倍數(shù)隨頻率變化的速度減慢,開(kāi)環(huán)幅頻響應(yīng),閉環(huán)幅頻響應(yīng),第四章,返回,3.非線性失真減小，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍展寬,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),動(dòng)畫(huà)（93）,失真的反饋信號(hào)，使凈輸入產(chǎn)生相反的失真，從而彌補(bǔ)了放大電路本身的非線性失真。,第四章,返回,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),4.提高電路的信噪比,由于負(fù)反饋的引入可使放大倍數(shù)減小，故使有用信號(hào)和噪聲、干擾電平一

15、同減小。如果可以人為的增加輸入的有用信號(hào)，使其輸出保持與無(wú)反饋時(shí)一樣，則電路的信噪比就可以提高了。,第四章,返回,負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn),5.改變輸入電阻和輸出電阻,負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響與反饋加入的方式有關(guān)，即與串聯(lián)或并聯(lián)反饋有關(guān)，而與電壓或電流反饋無(wú)關(guān)。,負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響與獲取反饋信號(hào)的方式有關(guān)，即與電壓或電流反饋有關(guān)，而與串聯(lián)或并聯(lián)反饋無(wú)關(guān)。,第四章,返回,串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加,加入負(fù)反饋后的輸入電阻是沒(méi)有反饋時(shí)的1AF倍,第四章,返回,并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減少,加入負(fù)反饋后的輸入電阻是沒(méi)有反饋時(shí)的1/(1AF),第四章,返回,電壓負(fù)反饋使輸出電阻減少,加入負(fù)反饋后的輸出電阻是沒(méi)有反饋時(shí)的1/(1AF)倍,第四章,返回,電流負(fù)反饋使輸出電阻增加,加入負(fù)反饋后的輸出電阻是沒(méi)有反饋時(shí)的1AF倍,輸出電流與測(cè)試電流方向相反,第四章,返回,負(fù)反饋帶來(lái)的問(wèn)題,自激振蕩的概念,電路輸入端不加信號(hào)，輸出端仍有信號(hào)輸出，這種現(xiàn)象稱為自激。,產(chǎn)生自激振蕩的條件,放大器的閉環(huán)增益,所以，當(dāng)1+AF=0時(shí)，AF=，電路產(chǎn)生自激振蕩，由此可得產(chǎn)生自激振蕩的條件為：,幅度條件,相位條件,第四章,返回,負(fù)反饋帶來(lái)的問(wèn)題,產(chǎn)生自激振蕩的原因,由于放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)引入附加相移，使電路由原來(lái)的負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答仭?消除自激