第4章南昌大學(xué)低頻(補(bǔ)充)

1、q 共源放大器共源放大器南昌大學(xué)南昌大學(xué)共源、共柵和共漏放大器的性能共源、共柵和共漏放大器的性能GiRR dsDo/rRR 場(chǎng)效應(yīng)管電路性能特點(diǎn)、分析方法與三極管放大器場(chǎng)效應(yīng)管電路性能特點(diǎn)、分析方法與三極管放大器相似。不同之處僅在于，相似。不同之處僅在于，F(xiàn)ET 或場(chǎng)效晶體管的或場(chǎng)效晶體管的 ig = 0。gsLogsmio)/(vRRvgvvAv )/(LomRRg gmvgxRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viq 接接 R S 的共源放大器的共源放大器SgsmgsLDgsmio)/(R

2、vgvRRvgvvAv SmLm1RgRg GiRR 不變不變dsSmSo)1(rRgRR 經(jīng)推導(dǎo)經(jīng)推導(dǎo)Doo/ RRR 則則增大增大減小減小RDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR SgmvgsRDRGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -virdsgsRi iRo oR SR oq 共柵放大器共柵放大器iiiivR 1mgsmgsgvgv vs+ - -RL+ - -voR SRSRDgmvgsiiio+ - -vigsRi i i因?yàn)橐驗(yàn)椋?1/mSigRR 所以所以gsLDgsmio)/(vRRvgvvAv )/(LDmRRg DoRR 而而vs+ - -R

3、L+ - -voR SRSRDvi+ - -q 共漏放大器共漏放大器GiRR mSO1/gRR )/()/(LSgsmgsLSgsmRRvgvRRvgvvAiov 經(jīng)推導(dǎo)經(jīng)推導(dǎo))/(1)/(LSmLSmRRgRRg RGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR SgR SRGvs+ - -RL+ voRS+ - -virds- -gmvgssFET 三種組態(tài)電路性能比較三種組態(tài)電路性能比較GRmS1/gR GRDR 1DRmS1/gR SmLm1RgRg LmRg )/(1)/(LSmLSmRRgRRg 共源共源共柵共柵共漏共漏RiRoAvRDRGvs+ - -RL+ - -voR

4、S+ - -viR Svs+ - -RL+ - -voR SRSRDvi+ - -RGvs+ - -RL+ - -voRS+ - -viR S電流源電路及其應(yīng)用電流源電路及其應(yīng)用直流狀態(tài)工作時(shí)，可提供恒定的輸出電流直流狀態(tài)工作時(shí)，可提供恒定的輸出電流 I0 。交流工作時(shí)，具有很高輸出電阻交流工作時(shí)，具有很高輸出電阻 Ro，可作有源負(fù)載使用。，可作有源負(fù)載使用。+ - -VQ+vRiB恒定恒定iC外電路外電路( (電流源電路電流源電路) )+ - -VQR電流源電流源I0( (直流狀態(tài)直流狀態(tài)) )+ - -R電流源電流源Rov( (交流狀態(tài)交流狀態(tài)) ) 電流源電路特點(diǎn)：電流源電路特點(diǎn)： 對(duì)電

5、流源電路要求：對(duì)電流源電路要求：直流狀態(tài)工作時(shí)，要求直流狀態(tài)工作時(shí)，要求 I0 精度高、熱穩(wěn)定性好。精度高、熱穩(wěn)定性好。交流狀態(tài)工作時(shí)，要求交流狀態(tài)工作時(shí)，要求 Ro 大大( (理想情況理想情況 Ro ) )。利用利用 iB 恒定時(shí)，恒定時(shí)，iC 接近恒流特性而構(gòu)成。接近恒流特性而構(gòu)成。 電流源電路原理：電流源電路原理： 假設(shè)假設(shè) T1、T2 兩管?chē)?yán)格配對(duì)，兩管?chē)?yán)格配對(duì)，q 基本鏡像電流源基本鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRiC2 = I0由于由于vBE1 = vBE2 根據(jù)根據(jù)， eTBESCVvIi C2C1ii 得知得知因此，稱(chēng)因此，稱(chēng) iC2 是是 iC1 的鏡像。的鏡像。參考電流

6、參考電流RVVIBE(on)CCR 由于由于)21 (2C1B1C1R iiiI)21(C2 i因此因此 /21RC20 IiI IR( ( 2) )q 減小減小 影響的影響的鏡像電流源鏡像電流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)T1 管管 c、b 之間插入一射隨器之間插入一射隨器 T3。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)減小分流減小分流 i ，提高，提高 I0 作為作為 IR 鏡鏡像的精度。像的精度。R2202II 式中式中RVVIBE(on)CCR2 q 比例式鏡像電流源比例式鏡像電流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)兩管射極串接不同阻值的電阻。兩管射

7、極串接不同阻值的電阻。 電路優(yōu)點(diǎn)電路優(yōu)點(diǎn)R 增大，增大，I 恒流特性得到改善。恒流特性得到改善。21R0/RRII 式中式中1BE(on)CCRRRVVI 有源負(fù)載差分放大器有源負(fù)載差分放大器 T1、T2 構(gòu)成的鏡像電流源代替構(gòu)成的鏡像電流源代替 RC4 。T1VCCic3T2vi1T3T4IEEVEEiOic4ic2vi2 電路組成：電路組成：T3、T4 構(gòu)成雙端輸入單端輸出差放。構(gòu)成雙端輸入單端輸出差放。 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)： 由鏡像電流源知由鏡像電流源知c3c2ii當(dāng)差模輸入時(shí)當(dāng)差模輸入時(shí)c3c4ii則差模輸出電流則差模輸出電流c3c4c2o2iiii當(dāng)共模輸入時(shí)當(dāng)共模輸入時(shí)c3c4ii

8、則共模輸出電流則共模輸出電流0c4c2oiiiT1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2 性能分析：性能分析： 結(jié)論：結(jié)論：該電路不僅具有放大差模、抑該電路不僅具有放大差模、抑制共模的能力，在單端輸出時(shí)，還制共模的能力，在單端輸出時(shí)，還獲得雙端輸出的增益。獲得雙端輸出的增益。2/EECQ4CQ3CQ2CQ1IIIII 由于由于則則TCQm4m3m2m1/VIgggg )/(ce4ce2m4Lm4drrgRgAv 差模增益差模增益差模輸入電阻差模輸入電阻beid2rR差模輸出電阻差模輸出電阻ce4ce2o/ rrR 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放是實(shí)現(xiàn)高增益放大功

9、能的一種集成器件。集成運(yùn)放是實(shí)現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。 集成運(yùn)放性能特點(diǎn)集成運(yùn)放性能特點(diǎn)Av 很大：很大：( (104 107 或或 80 140 dB) )Ri 很大：很大：( (幾幾 k 105 M ) )Ro 很?。汉苄。? (幾十幾十 ) )靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。 集成運(yùn)放電路符號(hào)集成運(yùn)放電路符號(hào)反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸出端輸出端v- -v+ +vo o+- - 集成運(yùn)放電路組成集成運(yùn)放電路組成由于實(shí)際電路較復(fù)雜由于實(shí)際電路較復(fù)雜 ，因此讀圖時(shí)，因此讀圖時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路組應(yīng)根據(jù)電路組成，把整個(gè)電路劃分成若干基本單元進(jìn)行分析。成，把整

10、個(gè)電路劃分成若干基本單元進(jìn)行分析。輸入級(jí)輸入級(jí)中間增益級(jí)中間增益級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路采用改進(jìn)型采用改進(jìn)型差分放大器差分放大器采用采用 1 2 級(jí)共發(fā)電路級(jí)共發(fā)電路 采用射隨器或采用射隨器或互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器采用電流源采用電流源放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，小信號(hào)放大器為線性時(shí)不變系統(tǒng)。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，小信號(hào)放大器為線性時(shí)不變系統(tǒng)。q 傳遞函數(shù)和極零點(diǎn)傳遞函數(shù)和極零點(diǎn)復(fù)頻域分析法復(fù)頻域分析法輸入激勵(lì)信號(hào)輸入激勵(lì)信號(hào) x(t)輸出激勵(lì)信號(hào)輸出激勵(lì)信號(hào) y(t)若設(shè)若設(shè)拉氏變換拉氏變換X(s)Y(s)011n011)()()(asasabsbsbsXsYsAnn

11、nmmmm 在初始條件為零時(shí)，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：在初始條件為零時(shí)，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：)()()()(21210nmpspspszszszsH (m n)式中：標(biāo)尺因子式中：標(biāo)尺因子 H0 = bm/an ， z 為零點(diǎn)，為零點(diǎn)，p 為極點(diǎn)。為極點(diǎn)。 在可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定有源線性系統(tǒng)中，分母多項(xiàng)式各系數(shù)在可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定有源線性系統(tǒng)中，分母多項(xiàng)式各系數(shù)恒恒 為正實(shí)數(shù)，極點(diǎn)必為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值為正實(shí)數(shù)，極點(diǎn)必為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)。的共軛復(fù)數(shù)。 零點(diǎn)可以是負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)；也零點(diǎn)可以是負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)值的共軛復(fù)數(shù)；也可以是可以是 正實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛檎档墓曹棌?fù)數(shù)。正實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛檎档墓?/p>

12、軛復(fù)數(shù)。 在僅含容性電抗元件的系統(tǒng)中：在僅含容性電抗元件的系統(tǒng)中：只要不出現(xiàn)由電容構(gòu)成的閉合回路，則極點(diǎn)只要不出現(xiàn)由電容構(gòu)成的閉合回路，則極點(diǎn)數(shù)數(shù) = 電容電容數(shù)。數(shù)。若出現(xiàn)閉合回路，則極點(diǎn)若出現(xiàn)閉合回路，則極點(diǎn)數(shù)數(shù) = 獨(dú)立獨(dú)立電容數(shù)電容數(shù)-1-1。C1C2C3圖示閉合回路，極點(diǎn)數(shù)圖示閉合回路，極點(diǎn)數(shù) = 2說(shuō)明說(shuō)明1) )寫(xiě)出電路傳遞函數(shù)表達(dá)式寫(xiě)出電路傳遞函數(shù)表達(dá)式 A(s) q 頻率響應(yīng)分析步驟頻率響應(yīng)分析步驟 復(fù)頻域內(nèi)，無(wú)零多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式：復(fù)頻域內(nèi)，無(wú)零多極系統(tǒng)傳遞函數(shù)一般表達(dá)式： )1()1)(1()(21InpspspsAsA 2) )令令 s = j ，寫(xiě)出頻率特性表

13、達(dá)式，寫(xiě)出頻率特性表達(dá)式 A(j )設(shè)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)設(shè)極點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)( ( p p = = - - p ) )，則，則)j1()j1)(j1()j (p2p1pInAA 4) )確定上、下限角頻率確定上、下限角頻率 3) )繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖q RC 低通電路頻率響應(yīng)低通電路頻率響應(yīng) CR+- -+- -vi(t)vo(t) 由圖，由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：pio/11)(1)/(1)()()( ssCRsCsVsVsAv RC 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)式中式中 /1P ， 令令 s = j ，則頻率特性表達(dá)式：，則頻率特性表達(dá)式：Pj11)j ( vA幅值：幅值：2P)(11)

14、( vA2PdB)(1lg20)( vA或或相角：相角：)arctan()(PA O p0.1 p10 pAv( )/dB - -20- -3O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - - 5.7 繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA 根據(jù)根據(jù)畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖漸近波特圖畫(huà)法：漸近波特圖畫(huà)法：幅頻幅頻 p 時(shí)，時(shí)，PdBlg20)( vA = p 時(shí)，時(shí)，dB 3)(dB vA相頻相頻oA0)( 10 p 時(shí)，時(shí)，oA90)( = p 時(shí)，時(shí)，oA45)( - -20 dB/10 倍

15、頻倍頻- -45 /10 倍頻倍頻 確定上限角頻率：確定上限角頻率：O p0.1 p10 pAv( )/dB - -20O p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - -20 dB/10 倍頻倍頻- -45 /10 倍頻倍頻歸納一階因子歸納一階因子漸近波特圖畫(huà)法：漸近波特圖畫(huà)法：幅頻漸近波特圖：幅頻漸近波特圖：Pj11)j ( vA已知已知自自 0 dB水平線出發(fā)，經(jīng)水平線出發(fā)，經(jīng) p 轉(zhuǎn)折成斜率為轉(zhuǎn)折成斜率為( (20 dB/10 倍倍頻頻) )的直線。的直線。相頻漸近波特圖：相頻漸近波特圖：自自 0 水平線出發(fā)，經(jīng)水平線出發(fā)，經(jīng) 0.1 p 處轉(zhuǎn)折，斜率為處轉(zhuǎn)折，斜率為

16、( (45 / 10 倍頻倍頻) )，再經(jīng)，再經(jīng) 10 p 處轉(zhuǎn)折處轉(zhuǎn)折為為 - -90 的水平線。的水平線。dB3)(1lg20)(2pdB vA因因 = p 時(shí)，時(shí)， H = pq RC 高通電路頻率響應(yīng)高通電路頻率響應(yīng) 由圖，由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：ssCRRsVsVsAv/11)(1)()()(pio RC 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)式中式中 /1P ， 令令 s = j ，則頻率特性表達(dá)式：，則頻率特性表達(dá)式： Pj11)j ( vA幅值：幅值：2PdB)(1lg20)( vA相角：相角：)arctan()(PACR+- -+- -vi(t)vo(t)下限角頻率：下限角頻率：dB

17、 3)(1lg20)(2PdB vA因因 = p 時(shí)，時(shí)， L = pO p0.1 p10 p A( ) 45 90 繪制漸近波特圖繪制漸近波特圖：2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA根據(jù)根據(jù)畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出幅頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖畫(huà)出相頻波特圖O p0.1 p10 pAv( )/dB - -2020 dB/十倍頻十倍頻- -45 /十倍頻十倍頻幅頻漸近波特圖：幅頻漸近波特圖： p：0 dB 水平線；水平線； p：斜率為斜率為( (20 dB/十倍十倍 頻頻) )的直線。的直線。相頻漸近波特圖：相頻漸近波特圖： 0.1 p： 90 的水平線。的水平線。 0.1 p 10

18、p ：0 水平線。水平線。q 多極點(diǎn)系統(tǒng)多極點(diǎn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 利用利用 RC 低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達(dá)式低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：)/1)(/1)(/1()(p3p2p1I sssAsAvv 式中式中11P11CR C1R1+- -+- -vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3如圖所示的三級(jí)理想電壓放大器，如圖所示的三級(jí)理想電壓放大器，Ri ，Ro 0。試畫(huà)漸近波特圖，并求試畫(huà)漸近波特圖，并求 H 。已知已知 R1 C1 R2 C2 R3 C3 。22P21CR 33P31CR 321IvvvvAAAA 頻率特性表達(dá)式：頻率特性表達(dá)式：2P32P22P1IdB)(1lg20)(1lg20)(1lg20lg20)( vvAAP3P2P1A/arctan/arctan/arctan)( )/j1)(/j1)(/j1()(p3p2p1I vvAsA幅頻及相頻表達(dá)式：幅頻及相頻表達(dá)式： 均為單階因子波特圖的疊加。均為單階因子波特圖的疊加。假設(shè)假設(shè)dB 60I vAP1P2P310010 O p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 O p2 p1 p3Av( )/dB 204060- -20 p3- -20