集成運算放大電路基礎課件

1、模擬電子技術桂林電子科技大學信息科技學院2010-8-15目 錄 第0章 緒論第1章 半導體二極管及其應用第2章 雙極型晶體三極管及其基本放大電路第3章 場效應管（FET）及其基本放大電路第4章 集成運算放大電路基礎第5章 反饋放大電路第6章 集成運算放大器的基本應用第7章 低頻功率放大電路 第8章 直流穩(wěn)壓電源 目 錄 緒 論0.1 電子系統(tǒng)概述0.2 模擬信號與數(shù)字信號0.3 電路仿真軟件簡介 0.1 電子系統(tǒng)概述 當今世界已進入電子信息化時代，各式各樣的電子系統(tǒng)已經(jīng)被用于電力、通信、控制、計算機、自動化等工業(yè)領域，并廣泛應用于社會的其它各個領域，給人們的工作、學習和生活帶來了巨大的變化。

2、電子系統(tǒng)在我們的日常生活中是很常見的。 凡是可以完成一個特定功能的完整的電子裝置都可以稱為是電子系統(tǒng)。一個復雜的電子系統(tǒng)是由子系統(tǒng)或一些功能塊所組成。它主要由信號的發(fā)射端、信號的傳輸信道和信號的接收端所組成。 信息源是指需要傳送的原始信息，一般是非電物理量。如語言、音樂、圖像、文字、數(shù)據(jù)等。因此，這些原始信息需經(jīng)過輸入換能器轉(zhuǎn)換成攜帶欲傳送信息的電信號（稱為基帶信號）后，方可送入發(fā)送設備，將其變成適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?。若需傳送的信息本身已是電信號時，則可直接送入發(fā)送設備。發(fā)送設備的作用是將基帶信號變換（調(diào)制）成適合信道傳輸特性的頻帶信號（稱為調(diào)制信號）并放大到信號發(fā)射所需要的功率。信道又稱為

3、傳輸媒介，是連接發(fā)、收兩端的信號通道。通信系統(tǒng)中的信道分為兩大類：一類是有線信道，如架空明線、電纜、光纖等；另一類就是無線信道，如自由空間、地球表面等。信號的接收端由接收設備、輸出換能器和受信者組成。接收設備的作用是接收信道傳送過來的已調(diào)波信號并進行處理（解調(diào)），以恢復出與發(fā)射端相一致的基帶信號，然后經(jīng)由輸出換能器變換成原來形式的信息，如聲音、圖像等，供受信者使用。0.2 模擬信號與數(shù)字信號模擬信號，是指“模擬”物理量的變化（如聲音、溫濕度等的變化）所得出的電壓或電流信號。模擬信號的特點是，在時間和幅值上均是連續(xù)的，在一定動態(tài)范圍內(nèi)取任意值。 數(shù)字信號是離散的、不連續(xù)的信號。數(shù)字信號的幅值是有

4、限的，通常用二進制（例如只有兩種可能的幅值）來表示。電腦鍵盤的輸出屬于典型的數(shù)字信號。 根據(jù)電子系統(tǒng)工作時所處理的信號形式的不同，通常將電路分為模擬電路和數(shù)字電路兩大類。處理模擬信號的電路稱為模擬電路，而處理數(shù)字信號的電路則稱為數(shù)字電路。 0.3 電路仿真軟件簡介 隨著計算機技術的飛速發(fā)展，電子電路的分析與設計手段發(fā)生了重大變革，電路設計可以通過計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD）和仿真技術來完成。計算機仿真技術在教學中的應用，可以代替大包大攬的試驗電路，大大減輕驗證階段的工作量；其強大的實時交互性、信息的集成性和生動的直觀性，為電子專業(yè)教學創(chuàng)設了良好的平臺

5、，極大地激發(fā)了學生的學習興趣；能夠突出教學重點、突破教學難點；并能保存仿真中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，為整機檢測提供參考數(shù)據(jù)，還可保存大量的單元電路、元器件的模型參數(shù)。采用仿真軟件能滿足電子電路整個設計及驗證過程的自動化。 常見的電路仿真軟件有EWB，Protel，ORCAD，PSPIC，Multisim等等。目前比較流行的電路仿真軟件是multisim和Pspice。Multisim是一個專門用于電子線路仿真與設計的 EDA 工具軟件。它的前身為加拿大Interactive Image Technologies 公司（簡稱IIT公司）于20世紀80年代推出的EWB（Electronics Workbe

6、nch）軟件。它以其界面形象直觀、操作方便、分析功能強大、易學易用等突出優(yōu)點，早在20世紀90年代就在我國得到迅速推廣，并作為電子類專業(yè)課程教學和實驗的一種輔助手段。作為Windows 下運行的個人桌面電子設計工具，Multisim 是一個完整的集成化設計環(huán)境。而且Multisim計算機仿真與虛擬儀器技術可以很好的解決理論教學與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。學員可以很好地、很方便地把剛剛學到的理論知識用計算機仿真真實的再現(xiàn)出來。并且可以用虛擬儀器技術創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。極大地提高了學員的學習熱情和積極性。真正的做到了變被動學習為主動學習。第1章 半導體二極管及其應用學習目標了解半導

7、體的基礎知識掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦粤私獍雽w二極管的結(jié)構(gòu)及類型，掌握二極管的伏安特性及主要參數(shù)掌握二極管的分析方法和基本應用了解常用特殊二極管及其應用1.1 半導體的基本知識1.2 半導體二極管1.3 半導體二極管電路的分析方法及其應用1.4 特殊二極管*1.5 電路仿真實例1.1 半導體基礎知識1.1.1 半導體的概念及特性 自然界中所有的物質(zhì)根據(jù)其導電性能的不同劃分為：導體、半導體、絕緣體。導體一般為低價元素，如金、銀、銅、鋁等；絕緣體一般為高價元素，如橡膠、塑料、木材等；顧名思義，半導體的導電性能介于導體與絕緣體之間。 半導體材料之所以可制成各種電子器件，是因為其具有以下獨特性質(zhì)：光敏性

8、：在光照條件下，其導電性能將顯著增加。利用光敏性可制成光敏元件。熱敏性：在熱輻射條件下，其導電性能也將顯著增加。利用熱敏性可制成熱敏元件。摻雜性：摻入特定的雜質(zhì)元素時，其導電性能顯著增加，并具有可控性。1. 本征半導體及其特性（1）本征半導體本征半導體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體。本征半導體結(jié)構(gòu)示意圖（2） 本征半導體的特性載流子可移動的電荷?？昭ü矁r鍵吸附引起的載流子。在一定溫度下，本征半導體中載流子的產(chǎn)生和復合兩種運動將達到動態(tài)平衡。 硅和鍺的本征載流子濃度與溫度的關系為：顯然，本征載流子的濃度對溫度十分敏感，隨溫度的上升而迅速增大，這正是半導體的重要特性熱（或光）敏性。但在室溫時，本征半導

9、體的導電能力很弱，且不受控制，故不能直接用于制作半導體器件。2.雜質(zhì)半導體及其特性（1）N型半導體（電子型半導體）制作擴散工藝少量特定雜質(zhì)（2）P型半導體（空穴型半導體）（3） 雜質(zhì)半導體的特性載流子的濃度 多子濃度取決于雜質(zhì)的濃度 雜質(zhì)半導體的電中性 在無外加電場條件下，雜質(zhì)半導體是呈現(xiàn)電中性的。轉(zhuǎn)型 1.1.2 PN結(jié)的形成及其特性1PN結(jié)的形成擴散運動由濃度高向濃度低運動漂移運動電場驅(qū)動的載流子運動擴散運動（多子）與漂移運動（少子）的平衡形成PN結(jié)2PN結(jié)的特性（1）PN結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱螂妷海ɑ蛘蚱秒妷?，簡稱正偏） 擴散運動加劇,漂移運動減弱,多子擴散形成電流，處于正向?qū)顟B(tài)

10、。 外加反向電壓（或反向偏置電壓，簡稱反偏 ) 空間電荷區(qū)變寬，多子擴散電流為零，PN結(jié)呈現(xiàn)很高的電阻，處于反向截止狀態(tài)。 少子的漂移運動增強 ，形成電流。3.PN結(jié)的電容效應（1） 勢壘電容（2） 擴散電容 PN結(jié)正向偏置，擴散電容較大；PN結(jié)反向偏置時，擴散電容很小，可以忽略不計。1.2 半導體二極管1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)、類型及特點 1.二極管的結(jié)構(gòu)2.二極管的類型及特點（1）點接觸型 （2）面接觸型 （3）平面型 1.2.2 二極管的伏安特性及主要參數(shù)1.二極管的伏安特性（1）二極管的伏安特性方程 i為流過PN結(jié)的電流 ，IS為流過PN結(jié)的反向飽和電流 （2）二極管的伏安特性曲線 正

11、向特性在AB段，,電流近似為0，稱為死區(qū)。在BC段 ，電流按平方律上升；在CD段，電流近似線性規(guī)律迅速上升。 反向特性: 這時只有少數(shù)載流子在反向電壓作用下的漂移運動形成微弱的反向電流IS，且?guī)缀醪浑S反向電壓的增大而增大 。但反向電流IS隨溫度的變化。反向擊穿特性: 當反向電壓大于UBR(反向擊穿電壓)時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為二極管的擊穿。（3） 溫度對二極管伏安特性的影響 溫度上升，二極管的正向特性曲線左移（正向壓降減?。?，反向特性曲線下移（反向電流增大）。 2.二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IFM（2）最高反向工作電壓URM（3）反向擊穿電壓UBR（4）反向電流IR（5）最高

12、工作頻率fM1.2.3 半導體分立器件型號命名方法1.3 半導體二極管電路的分析方法及其應用1.3.1 二極管電路的分析方法 二極管是一種非線性器件，含有二極管的電路是非線性電路。分析設計方便，將二極管的伏安特性進行線性化處理，并建立相應的“線性模型” 。1.理想模型2.恒壓源模型3.折線模型4.小信號模型（微變等效電路） 1.3.2 半導體二極管的基本應用電路1.整流與檢波電路 整流與檢波電路的工作原理相同，都是利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將交變的雙向信號轉(zhuǎn)變成單向脈動的信號。2.鉗位電路【例1.1】如圖所示為一鉗位電路，設二極管的正向壓降為0.7V。試分析電路的輸入與輸出之間的關系。3.限幅

13、電路【例1.2】如圖所示為一雙向限幅電路。設直流電壓源 U1=-U2。輸入信號ui為正弦信號，ui =Umsinwt，且Um U1 ，試分析工作原理，并作出輸出電壓uo的波形。 1.4 特殊二極管1.4.1 穩(wěn)壓二極管及其應用1.穩(wěn)壓管的伏安特性和電路符號2.穩(wěn)壓管的工作原理 在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，即能夠起到穩(wěn)壓的作用。 3.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）穩(wěn)定電流IZ（3）動態(tài)電阻rZ： rZ越小，穩(wěn)壓越好。（4）最大允許耗散功率PZM 4.使用穩(wěn)壓管的注意事項（1）穩(wěn)壓管應工作在反向擊穿狀態(tài)。（2）穩(wěn)壓管的工作電流范圍為 IZmin IZmax（3）穩(wěn)壓

14、管工作時必須串聯(lián)限流電阻。（4）穩(wěn)壓管可以串聯(lián)使用，但不可并聯(lián)使用。5.典型應用 （1）并聯(lián)式穩(wěn)壓電路 負載電阻不變，輸入電壓Ui變化時：輸入電壓Ui不變，負載電阻變化時： （2）限幅電路1.4.2 其它常用二極管簡介1.變?nèi)荻O管【例題1.3】分析變?nèi)荻O管典型應用電路。2.發(fā)光二極管 發(fā)光二極管以其功耗低、體積小、色彩艷麗、響應速度快、抗震動、壽命長等優(yōu)點，廣泛用作電子設備的顯示器件（如音響設備中的電平指示器、電源指示器），可單個使用，也可制作成7段式顯示器或矩陣式顯示器?！纠}1.4】分析發(fā)光二極管用作電源指示器的電路。 3. 光電二極管【例題1.5】分析采用光電二極管設計的光控節(jié)能路燈

15、電路。1.4.3二極管的選用原則1.選用二極管的一般原則(1)要求正向壓降小時，應選擇鍺管；要求反向電流 小時，應選擇硅管。(2)要求工作電流大時，應選擇面接觸型二極管；要 求工作頻率高時，應選擇點接觸型二極管。(3)要求反向擊穿電壓高時，應選擇硅管。(4)要求耐高溫時，應選擇硅管。2. 使用二極管的注意事項 （1）在電路中應按注明的極性進行連接。 （2）同一型號的整流二極管方可串聯(lián)、并聯(lián)使用。在串聯(lián)或并聯(lián)使用時，應視實際情況決定是否需要加入均衡（串聯(lián)均壓、并聯(lián)均流）電阻。 （3）引出線的焊接或彎曲處，離管殼距離不得小于10mm。為防止因焊接時過熱而損壞，應使用小功率的電烙鐵，焊接時間不應超過

16、23s。 （4）工作在高頻或脈沖電路中的二極管，引線要盡量短。 （5）切勿超過手冊中規(guī)定的最大允許電流值和電壓值。 （6）二極管的替換：硅管和鍺管不能互相代用；所替換的二極管的主要參數(shù)要高于被替換的二極管；根據(jù)工作特點，還應考慮其他特性，如最高工作頻率及開關速度等。 *1.5電路仿真實例【例題1.6】 分析二極管鉗位電路解：利用Multisim 分析【例1.1】中圖1.14所示的鉗位電路。首先打開Multisim10.0軟件開發(fā)環(huán)境，然后按圖1.14繪出電路，如圖1.25所示，最后進行仿真，得到如圖1.26的分析結(jié)果?！痉抡鎴D】【例題1.7】 分析二極管單向限幅電路 解：利用Multisim

17、分析如圖1.27所示的二極管組成的單向限幅電路。首先打開Multisim10.0軟件開發(fā)環(huán)境，然后按圖1.27繪畫電路，最后進行仿真得到如圖1.28的分析結(jié)果?！痉抡鎴D】圖1.27圖1.28 本章內(nèi)容主線：半導體基本知識PN結(jié)及其特性半導體二極管二極管電路的分析方法及應用常用特殊二極管簡介。1、半導體材料具有熱敏性、光敏性和摻雜性。在本征半導體中摻入不同雜質(zhì)便形成N型半導體和P型半導體，通過控制摻入雜質(zhì)的多少就可以有效地改變其導電性。半導體中有自由電子和空穴兩種載流子，這是不同于金屬導電的重要特點。2、將N型和P型兩種雜質(zhì)半導體制作在同一個硅片（或鍺片）上，在其交接面處會形成PN結(jié)，PN結(jié)是構(gòu)

18、成半導體器件的重要環(huán)節(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴⒎聪驌舸┨匦?、溫度特性和電容效應。小結(jié)3、將一個PN結(jié)封裝并引出電極后便構(gòu)成半導體二極管，主要有點接觸型、面接觸型和平面型。半導體二極管具有跟PN結(jié)一樣的特性。常用伏安特性（ ）來描述半導體二極管的性能，其數(shù)學表達式為 。二極管的主要參數(shù)有最大整流電流 和反向擊穿電壓 等，這些參數(shù)是實際工作中合理選用和正確使用器件的主要依據(jù)。4、二極管電路的分析方法，主要采用模型分析法。在分析電路的靜態(tài)情況時，若精度要求不高時，一般選擇理想模型；若精度要求較高時且外加電壓遠遠大于管壓降（一般為10倍以上）時 ，應選擇恒壓源模型，否則應選擇折線模型。而小信號模型則用

19、在電路中既有直流成分，又有交流小信號的情況。5、利用二極管可實現(xiàn)整流、檢波、限幅、鉗位等電路功能。6、常用的特殊二極管有穩(wěn)壓管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等。特殊二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。利用PN結(jié)擊穿時的特性可制成穩(wěn)壓二極管，利用發(fā)光材料可制成發(fā)光二極管，利用PN結(jié)的光敏性可制成光敏二極管。 第2章 雙極型晶體管及基本放大電路學習目標晶體三極管的結(jié)構(gòu)和傳輸特性放大電路的工作原理和組成原則圖解法與微變等效電路法工作點穩(wěn)定放大電路的原理及分析方法三種基本放大電路的組成、特點及分析方法耦合方式及其的特點，多級放大電路的分析方法復合管的結(jié)構(gòu)及復合管放大電路頻率響應和上、下限截止

20、頻率的概念，放大電路頻率特性的分析方法2.1 雙極型晶體管基本知識 2.2 基本共射放大電路 2.3 分壓偏置式共射放大電路 2.4 放大電路的三種基本組態(tài)2.5 多級放大電路和組合放大電路 2.6 放大電路的頻率特性*2.7 電路仿真實例 2.1 雙極型晶體三極管的基本知識2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)與類型2.1.2 雙極型晶體三極管的放大原理2.1.3 雙極型晶體管的特性曲線2.1.4 雙極型晶體三極管的主要參數(shù)及溫度的影響 2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)與類型 雙極型晶體三極管是通過一定的工藝，將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，由于PN結(jié)之間的相互影響，使三極管表現(xiàn)出不同于單個PN結(jié)的特性而具有電流放

21、大的功能。 1、類型 按頻率分：高頻管；低頻管 按功率分：小功率管；中功率管；大功率管 按材料分：硅管；鍺管 按結(jié)構(gòu)分：NPN；PNP2、結(jié)構(gòu)三極管有三個區(qū)：發(fā)射區(qū)發(fā)射極e；基區(qū)基極b；集電區(qū)集電極c。 發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠高于基區(qū)摻雜濃度，基區(qū)很薄且摻雜的濃度低；而集電結(jié)面積比發(fā)射結(jié)面積大得多，符號中的箭頭方向是三極管的實際電流方向ecbecb3. 特點 三極管的特點為發(fā)射區(qū)很厚，摻雜濃度很高；基區(qū)很薄，摻雜濃度很低；集電區(qū)面積最大，摻雜濃度比較高。正是由于三極管的這種結(jié)構(gòu)特點，當各電極加上合適的電壓時，三極管才具有電流放大的能力。 2.1.2 雙極型晶體三極管的放大原理1.內(nèi)部載流子的傳輸過程

22、（1）發(fā)射極注入電子 發(fā)射區(qū)的電子不斷通過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)，形成發(fā)射極電流。2.電流分配關系（2）電子在基區(qū)中的擴散與復合 發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復合掉，形成基極電流IB。大部分到達了集電區(qū)的邊緣。（3）集電區(qū)收集電子 因為集電結(jié)反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN。另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。 發(fā)射極電流IE在基區(qū)分為基區(qū)內(nèi)的復合電流IB和繼續(xù)向集電極擴散的電流IC兩個部分,即2.1.3 雙極型晶體三極管的特性曲線1、輸入特性曲線（1）uCE=0V時，相當于兩個PN結(jié)并聯(lián)。（2）當uCE=1V時， 集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電

23、子，所以基區(qū)復合減少， 在同一uBE 電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一些。（3）uCE 1V再增加時，曲線右移很不明顯。（4）死區(qū)電壓硅管0.5V，鍺管0.1V2、輸出特性曲線（1）當uCE=0 V時，集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。（3） 當uCE 1V后，這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不變。輸出特性曲線分為以下三個工作區(qū)： （1）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏 此時管子電流全為0。（2）放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 （3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 失去放大能力 晶體管T1T2T3T4工作狀態(tài)放大飽和放大截止晶體管T

24、1T2T3T4基極直流電位UB(V)0.71-10發(fā)射極直流電位UE(V)00.3-1.70集電極直流電位UC(V)50.7015工作狀態(tài)各晶體管電極直流電位【例2.1】現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管的直流電位如表所示，各晶體管b-e間的開啟電壓 均為0.5V。試分別說明各管子的工作狀態(tài)。 解：以NPN管為例2.1.4 雙極型晶體三極管的主要參數(shù)及溫度的影響1晶體三級管的電流放大系數(shù)（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù) 近似分析中，對兩者不加區(qū)分，即 （2）共基極電流放大系數(shù) 近似分析中，對兩者不加區(qū)分， 共基電流放大系數(shù)和共發(fā)射極電流放大系數(shù)的關系： 2. 極間反向電流（1）集電極基極反向飽和電流ICBO

25、 ICBO是集電結(jié)反偏時，由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。（2）集電極-發(fā)射極反向飽和電流（穿透電流） 3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM ic增加時， 要下降。當值下降到線性放大區(qū)值的70時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（2）集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗 PC= ICUCE 0時），柵源電壓UGS對導電溝道有控制作用： 當UGS0V時縱向電場將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。 再增加UGS縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導電溝道，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。 定義： 開啟電壓（ UGS(

26、th)）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道增強型MOS管的基本特性： UGS UGS(th) ，管子截止， UGS UGS(th) ，管子導通。 UGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓UDS作用下，漏極電流iD越大。漏源電壓UDS對溝道導電能力的影響當UGS UGS（th）且固定為某值的情況下（1） UDS iD ； 同時溝道靠漏區(qū)變窄,溝道呈錐形分布.（2）當UDS增加到使UGD= UGS(th)時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預夾斷。（3） UDS再增加，預夾斷區(qū)加長， UDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上， iD基本不變。（3）特性曲線輸出特性曲線（a）夾斷區(qū)（截止區(qū)）（b）

27、可變電阻區(qū)（預夾斷前） （c）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預夾 斷后）（d）擊穿區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線 轉(zhuǎn)移特性能更好的體現(xiàn)柵極電壓對漏極電流的控制作用。 研究表明， iD與UGS的近似關系為： 【例3.1】電路和場效應管的傳輸特性如圖3.1.6所示，試分析uI為0V、8V和10V時，uO分別為多少？解(1)uGSuI0V，管子處于夾斷狀態(tài)，iD0，uOuDSVDDiDRD=15V。(2)uGSuI8V,管子處于恒流區(qū)狀態(tài)， iD1mA， uOuDSVDDiDRD=10V；可以看到（ uGS ， uDS ）（8，10）仍在恒流區(qū) 。（需要反向復核，即恒流和可變電阻區(qū)是由uGS和 uDS共同確定，需先假設一種狀態(tài)

28、，再驗證）(3)uGSuI10V,假設工作在恒流區(qū)， iD2.2mA 。則uOuDSVDDiDRD=4V .而 uGS10V時的預夾斷電壓uDS uGSUGS(off)=10-4=6V， （ uGS ， uDS ）（10，6）說明應在可變電阻區(qū)。則RdsuDS/iD=3/(110-3)=3000（1）結(jié)構(gòu)和符號 耗盡型MOS場效應管與增強型MOS場效應管的結(jié)構(gòu)基本相同。區(qū)別在于，耗盡型MOS管在SiO2絕緣層中摻有大量正離子。因此，在uGS0時，這些正離子已經(jīng)感應出反型層，有了導電溝道。這種無外加電壓時已有導電溝道的場效應管稱為耗盡型場效應管。2.N溝道耗盡型MOS場效管（2）工作原理 當uG

29、S為負值，抵消掉部分正離子的影響，溝道變窄，在相同的uDS作用下，iD減小。之所以稱為耗盡型,是因為當uGS為負,將使溝道中感應電荷減少(即耗盡的意思)。隨著uGS的減小， iD逐漸減小，直至iD =0。此時的uGS值稱為夾斷電壓 UGS（off）。 當uGS為正值，溝道變寬，在相同的uDS作用下，iD增加。所以耗盡型MOS管可以在負柵壓、零柵壓和正柵壓下工作。 結(jié)論：柵極電壓對導電溝道有控制作用。同樣，電壓uGS固定時，電壓uDS對導電溝道的影響類似增強型MOS管。 （3）特性曲線研究表明，uGS與iD的近似關系為：3.P溝道MOS場效應管 左圖為P溝道增強型MOS場效應管的符號。 由于和N

30、溝道增強型MOS場效應管是對偶結(jié)構(gòu)，所以使用時所加柵源電壓的極性與N溝道增強型MOS管相反，同時漏極電流的參考方向仍選取流入漏極，所以漏極電流為負。除此之外，這兩者特性均相同。P溝道增強型MOS場效應管的特性曲線 P溝道耗盡型MOS場效管的符號及特性曲線 3.1.2 結(jié)型場效應管（JFET）1結(jié)構(gòu)和符號 N型導電溝道 2工作原理uGS= 0V時，溝道最寬，溝道電阻最小 。 uGSuGS uGS(off)且為某個固定值時，在源極與漏極之間存在導電溝道。當有uDS電壓，就會有溝道電流。當uDS電壓為某個固定值時，改變uGS的大小，可以控制iD的大小。 uGS反壓增加，耗盡層變寬，溝道變窄，則iD減

31、少，反之則耗盡層變窄，溝道變寬，則iD增加。因此，柵極電壓uGS對溝道電流iD的控制作用類似MOS管。當柵源之間的電壓為滿足0 uGS uGS（off）的某個固定值時，有uDS電壓就產(chǎn)生溝道電流iD 。此時在uDS電壓的作用下，耗盡層是上寬下窄，導電溝道呈現(xiàn)為倒楔形 。 當uDS增加到使uDS = uGS - uDS = uGS（off）時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷點。 當uDS繼續(xù)增加時，預夾斷點向源極方向伸長為預夾斷區(qū)。此時溝道電流iD基本維持不變。即漏源電壓uDS對iD的影響和MOSFET類似。JFET也有四個工作區(qū) 夾斷區(qū)（截止區(qū)） 可變電阻區(qū)（預夾斷前） 恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預夾斷后）

32、擊穿區(qū) 3特性曲線（1）輸出特性曲線 N溝道JFET輸出特性曲線（2）轉(zhuǎn)移特性在恒流區(qū)，JFET的轉(zhuǎn)移特性方程與耗盡型MOSFET相似，仍可近似表示為： 上式必須滿足條件0 uGS uGS（off） 。IDSS為uGS = 0時的飽和漏極電流。4. P溝道結(jié)型場效應管P溝道結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)和N溝道結(jié)型場效應管對稱。由于和N溝道結(jié)型場效應管是對偶結(jié)構(gòu)，所以輸出特性曲線除了電壓和電流極性不同，其它均相同。相同的道理，轉(zhuǎn)移特性曲線也類似，只是相對縱軸對稱。 P溝道結(jié)型場效應管的特性曲線 【例3.2】場效應管的夾斷電壓UGS(off)=-4V，飽和漏極電流IDSS4mA。試問：為保證負載電阻RL上的

33、電流為恒流， RL的取值范圍應為多少？解：UGS0，因而iDIDSS4mA，則預夾斷點（即恒流區(qū)最小的uDS ）uDSuGSUGS(off) =0(4)4VuDS VDDuo =VDDiDR L，UomaxVDD48V，輸出電壓范圍為08V，則RLuo/IDSS=02 K3.1.3各種場效應管特性比較1、MOS管與JFET的電流控制原理不同。JFET利用耗盡層的寬度改變導電溝道的寬度來控制溝道電流，MOSFET則是利用半導體表面的電場效應， 由感應電荷改變溝道來控制電流。2、對結(jié)型FET而言，其輸入電阻是是PN結(jié)的反向電阻，結(jié)型FET的輸入電阻遠比MOSFET低。3、由于場效應管的類型較多，現(xiàn)

34、將各種FET管工作時的偏置電壓的極性總結(jié)如下：4、各種場效應管的符號和對應的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性見下表3.2 場效應管的主要參數(shù)3.2.1 直流參數(shù)開啟電壓UGS(th):是uDS當一定時（如uDS =10V）, 漏極電流ID達到某一數(shù)值(如10A)時，所需加的柵源電壓uGS值。 夾斷電壓 UGS(off):當uDS一定時（如uDS =10V）,使漏極電流ID減小到某一個微小電流(如1A)時,所需的柵源電壓uGS值。飽和漏極電流 IDSS: 柵源之間的電壓uGS等于零, 而漏、源之間的電壓大于夾斷電壓UGS(off)時對應的漏極電流。 直流輸入電阻 RGS: 在漏極和源極短路時，柵源之間的電阻就

35、是RGS 。由于柵極幾乎不索取電流, 因此輸入電阻很高。結(jié)型為107 左右，MOS管可達1015以上。3.2.2 交流參數(shù)低頻跨導gm:gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。在輸出特性曲線上也可求出gm。輸出電阻rd 反映漏源電壓uDS對漏極電流iD的控制能力。場效應管的輸出電阻很大，一般為幾十到幾百千歐。 極間電容 場效應管三個電極之間也有電容效應，極間電容包括CGS、CGD和CDS等。極間電容的大小一般為幾個pF，在低頻小信號時可以忽略其影響。3.2.3 極限參數(shù)漏極最大允許耗散功率PDM 該功率轉(zhuǎn)化為熱能, 使管子的溫度升高，PDM決定于

36、場效應管允許的最高溫度限制。該參數(shù)相當于晶體管的PCM 。漏源擊穿電壓 U(BR)DS 當uDS過大使漏極產(chǎn)生雪崩擊穿，從而使電流iD急劇上升時的uDS ，稱為漏源擊穿電壓。 柵源擊穿電壓 U(BR)GS 當柵源極間的反向電壓過高時，將使PN結(jié)反向擊穿，使柵極電流急劇上升，此時的uGS值稱為柵源擊穿電壓。 3.2.4 場效應管使用時的注意事項1.不要使柵極懸空2.結(jié)型場效應管柵壓不能接反3.絕緣柵管不能用萬用表直接去測三個電極,應該用接地良好的專門儀器才能測試管子的好壞。4.場效應管S和D極可以互換使用，但有些產(chǎn)品出廠時，已把S極和襯底連在一起，這時D、S就不能互換。3.3 場效應管放大電路組

37、成原理 場效應管也能夠?qū)崿F(xiàn)對信號的控制，因此能夠組成放大電路。場效應管放大電路也有三種組態(tài)：共源極放大電路 (CS)，共漏極放大電路 (CD)，共柵極放大電路 (CG)。共源放大電路共漏放大電路共柵放大電路3.3.1 場效應管的小信號等效模型輸入回路:開路 輸出回路:電流源gmuGS3.3.2 場效應管放大電路的組成原理及分析1 、靜態(tài)工作點與偏置電路(1)自給偏壓電路靜態(tài)分析 聯(lián)立解出UGSQ，IDQ。注意只有滿足(0 UGSQ UGS(off)的根才是方程的解。(2)分壓式偏置電路聯(lián)立解出UGSQ，IDQ。靜態(tài)分析2、共源放大電路的交流分析 畫出自給偏壓放大電路的微變等效電路如圖，并求出交

38、流參數(shù)： 畫出分壓偏置共源放大電路的微變等效電路如圖，并求出交流參數(shù)： 可見，這兩個共源放大電路除輸入電阻不同，其余交流參數(shù)均相同。 與共射放大電路類似，共源放大電路有電壓放大能力（較?。?；輸出電壓與輸入電壓反相；輸入電阻較大。3、共漏放大電路（源極輸出器） 上式表明共漏極放大電路的電壓放大倍數(shù)小于1，無電壓放大能力。若 ，則共漏極放大電路放大倍數(shù)約為1。（1）電壓放大倍數(shù) （2）輸入電阻（3）輸出電阻 可見共漏極放大電路輸出電阻較小。結(jié)論：共漏極放大電路的特點與共集放大電路相同，即電壓放大倍數(shù)近似等于1、輸入電阻高、輸出電阻低。式中 3.3.3 場效應管的其它應用舉例1、阻抗變換電路 利用場

39、效應管組成的源極輸出器的輸入阻抗為1M，而其輸出阻抗僅有十幾千歐，它完全起到了阻抗變換電路的隔離作用。2、感應試電筆 用這種感應試電筆可準確測出絕緣導線內(nèi)部的斷線位置。3.4 場效應管與晶體管的比較*3.5 電路仿真實例【例3.4】分析共源極放大電路解：利用Multisim軟件仿真如圖3.30所示電路。 首先進入Multisim10.0軟件開發(fā)界面，然后按圖3.30畫出電路，接著調(diào)整函數(shù)信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1KHz，幅度為15mV的正弦信號，最后進行仿真得到如圖3.31的分析結(jié)果?！痉抡鎴D】 圖3.30圖 3.31小結(jié) 本章內(nèi)容主線：MOS管的結(jié)構(gòu)、原理及特性曲線結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)、原理

40、及特性曲線場效應管的小信號模型場效應管放大電路的分析方法及應用。1、場效應管按結(jié)構(gòu)可分為絕緣柵型場效應管和結(jié)型場效應管。按照導電溝道又分為N溝道和和P溝道兩種。而同一種溝道的MOSFET又分別有增強型和耗盡型兩種。場效應管具有輸入阻抗高的特點，同時受溫度和輻射影響較小，體積小、便與集成化，廣泛應用于各種電子電路。2、場效應管和三極管都是放大電路的核心器件，其結(jié)構(gòu)也類似。場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），分別對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。 當場效應管工作在恒流區(qū)時，柵源電壓 產(chǎn)生的電場控制導電溝道的

41、寬窄，從而控制溝道電阻，進而控制溝道電流?？梢詫系离娏?看成柵源電壓 控制的電流源，轉(zhuǎn)移特性曲線描述了這種控制關系。輸出特性曲線則描述了 、 和 之間的關系。 3、場效應管的主要參數(shù)為IDSS、UGS(0ff) 、U GS(th) 和gm。需要注意的是場效應管類型不同，其電流方程不同，故靜態(tài)工作點的計算以及gm的計算方法也略有不同。4、與晶體管類似，場效應管放大電路也有三種組態(tài)：共源極放大電路、共漏極放大電路 、共柵極放大電路，常用的是共源極放大電路和共漏極放大電路。 場效應管放大電路的分析方法仍需遵循先直流、后交流的原則；根據(jù)選用的場效應管不同，其直流偏置電路有自給偏壓式（適用于耗盡型FE

42、T）和分壓式偏置電路（適用于增強型和耗盡型FET）兩種；根據(jù)場效應管的微變等效電路模型，作出場效應管放大電路的交流等效電路，則可方便的計算出動態(tài)性能指標 、 和 。 共源和共漏放大電路分別對應于晶體管共射和共集放大電路，但與晶體管相比，具有輸入電阻高、噪聲系數(shù)低、電壓放大倍數(shù)低的特點，適合用于做電壓放大電路的輸入級。第4章 集成運算放大電路基礎學習目標了解集成運算放大器的基本組成結(jié)構(gòu)了解集成運放中的電流源的工作原理理解并掌握差分放大電路的組成原理 及分析方法了解集成運放的主要參數(shù)4.1 集成運算放大器概述4.2 集成電路中的電流源4.3 差動放大電路4.4 集成運算放大器*4.5 電路仿真實例

43、4.1 集成運算放大器概述 在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的三極管，二極管，電阻和電容及它們之間的連線制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，被稱為集成電路（Integrated Circuit，IC）。 集成電路的種類很多，通常是根據(jù)其功能結(jié)構(gòu)、制作工藝、集成度、導電類型、用途等進行分類（可參閱其他文獻）。如按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類：模擬集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號；而數(shù)字集成電路用來產(chǎn)生、放大和處理各種數(shù)字信號。 集成運算放大器屬于模擬集成電路，由于最初主要用于模擬信號的運算（比如求和，求差，微分，積分，比例）中，故而得名。但實

44、際上，目前集成運算放大器的應用早已遠遠超出了模擬運算的范圍，但仍沿用了運算放大器的名稱。4.1.1 集成運放電路的組成特點與分立元件電路相比，模擬集成電路具有如下特點：1.電路結(jié)構(gòu)與元器件參數(shù)具有對稱性2.采用有源器件3.采用直接耦合作為級間耦合方式4.采用多管復合或組合電路5.二極管用BJT制成4.1.2 集成運放電路的組成結(jié)構(gòu)及作用1.輸入級 輸入級又稱前置級，主要由雙端輸入的差分放大電路構(gòu)成，輸入級應該具有高輸入電阻，較大的差模電壓放大倍數(shù)，很強的共模信號抑制能力，很小的靜態(tài)電流和失調(diào)偏差。輸入級性能的優(yōu)劣直接影響著運放的很多性能參數(shù)。因此，在運放的更新?lián)Q代中，輸入級的變化最大。2、中間

45、級 中間級的主要作用是獲得高的電壓增益，多采用共射（或共源）放大電路，并且經(jīng)常采用復合管作為放大管，以恒流源作為集電極負載，以獲得高增益。3、輸出級 輸出級應具有輸出功率高，非線性失真小，輸出電阻低（即帶負載能力強）等特點，多采用互補對稱輸出電路。4、偏置電路 偏置電路的作用是為各級提供合適的靜態(tài)工作點。與分立元件不同，集成電路由于工藝上的特殊性，一般采用電流源電路為各級提供合適的靜態(tài)電流，同時電流源電路也常作為放大電路的有源負載。4.2 集成電路中的電流源 在模擬集成電路中，廣泛使用了一種單元電路電流源，它不僅可以為放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流，還可以作為有源負載取代高阻值的電阻，從而大大提高

46、電路的增益。本章介紹的基本電流源電路有鏡像電流源、比例電流源和微電流源。4.2.1 鏡像電流源 VT0和VT1是兩只特性完全相同的管子。由于VT0和VT1的 間電壓相等，所以保證了VT1管處于放大狀態(tài)，它們的基極電流 ,集電極電流 可見，由于電路的特殊結(jié)構(gòu)，使 和 呈鏡像關系，故取名鏡像電流源。 當時，輸出電流 鏡像電流源不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，而且具有一定的溫度補償作用，簡述如下：4.2.2 比例電流源當BJT的較大時，有：其中 4.2.3 微電流源由于的數(shù)值很小，所以用就可以獲得微小的阻值不大的工作電流。4.2.4 多路電流源 圖中VT1與VT2，VT2與VT3分別構(gòu)成微電流源，VT2與VT4構(gòu)

47、成基本鏡像電流源。多路電流源通常用于集成電路中作偏置電路，同時給多個放大器提供偏置電流。 4.2.5 作為有源負載的電流源電路在第2章我們求各種放大電路的電壓放大倍數(shù)時，得出電壓放大倍數(shù)正比于負載電阻提高負載有利于放大倍數(shù)的提高。而，可通過提高來實現(xiàn)，但是 增大，影響靜態(tài)工作點，使放大電路的動態(tài)范圍減小。而電流源具有交流電阻大，直流電阻小的特點，故用電流源代替，將有效地提高該級的電壓放大倍數(shù)。4.3 差分放大電路 由于制造工藝的限制，很難在集成電路中制造大電容和電感，因此集成運放內(nèi)部必須采用直接耦合放大電路。直接耦合放大電路具有良好的頻率特性，可以放大緩慢變化的信號，但容易產(chǎn)生零漂現(xiàn)象。所謂零

48、漂是指當電路輸入信號為零時，輸出信號不為零的現(xiàn)象。電路參數(shù)例如電源電壓的波動，元件的老化及半導體器件參數(shù)隨溫度的變化等都將使電路工作點隨之變化，即產(chǎn)生零漂。由于溫度變化所引起的半導體元件參數(shù)變化是產(chǎn)生零點漂移現(xiàn)象的最主要的原因，所以零漂又稱溫漂。 在直接耦合放大電路中，前級的零漂隨有用信號一起送入后面各級放大電路進行放大，嚴重影響有用信號的放大和傳輸，甚至完全將有用信號淹沒，導致放大電路不能正確區(qū)分什么是有用信號，什么是漂移電壓，進而不能正常工作，所以必須對零漂加以解決。 抑制溫漂有以下幾種方法：1）在電路中引入直流負反饋以穩(wěn)定靜態(tài)工作點；2）利用熱敏元件進行溫度補償；3)采用差分放大電路，使

49、溫漂通過特性相同的管子進行抵消。下面介紹差分放大電路的基本原理及分析方法。4.3.1差分放大電路的組成原理及分析1、輸入共模信號時的分析由于電路的對稱性，輸出電壓 也就是說零漂被抑制了，這就是差分放大電路抑制零漂的原理。因此在電路參數(shù)完全對稱的情況下，差分放大電路對共模信號有很強的抑制作用，共模輸出為零。2、輸入差模信號時的分析當輸入差模信號變化時，由于 又因為電路參數(shù)的對稱性，所以 所以因此在電路參數(shù)完全對稱的情況下，差分放大電路能夠?qū)Σ钅］斎胄盘栠M行放大。 實際上，由于外界引入的噪聲信號、電源電壓產(chǎn)生的波動及溫度變化引起的三極管參數(shù)的變化等帶來的影響主要表現(xiàn)為共模信號，所以共模信號是有害的

50、，應該盡可能的對其抑制，因此共模電壓放大倍數(shù) 應越小越好，理想時應為0。 差分放大電路放大的是有用的差模信號，抑制了有害的共模信號，這就是差分放大電路抑制共模信號的特性，可用共模抑制比 越大，電路抑制共模干擾（零漂）的能力越強。 4.3.2 長尾式差分放大電路的分析 為共模反饋電阻，以引入負反饋來抑制零漂。 1. 靜態(tài)分析由于電路完全對稱，所以只需分析其中的一半電路即可。2. 動態(tài)分析 差分放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端，根據(jù)其輸入、輸出端的連接方式分為雙端輸入-雙端輸出、雙端輸入-單端輸出、單端輸入-雙端輸出和單端輸入-單端輸出四種形式。下面分別從差模和共模特性的角度來對長尾式差分放大電路

51、進行動態(tài)分析，動態(tài)指標的分析主要包括電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（1）雙端輸入-雙端輸出差模特性分析長尾電阻上流過的電流為在差模信號的作用下，和大小相等，的差模交流電流相當于交流短路。負載電阻的中點電位在差模信號的作用下相當于極性相反，導致流過為0，所以接地，即相當于每管各帶適合于某些輸入信號和負載不需要接地的場合。 共模特性分析由于雙端輸出時電路對稱，共模輸出信號相當于交流開路。上的電流為且，相當于每個管子的發(fā)射極的電阻 始終為0，負載電阻流過長尾電阻接了一個（2）雙端輸入-單端輸出差模特性分析雙端輸入-單端輸出差分放大電路常用于將差模信號轉(zhuǎn)換為單端信號，以便于與后面的電路實現(xiàn)“共地”

52、。共模特性分析由于不再是雙端輸出，共模放大倍數(shù)不再為0。長尾電阻 仍等效為每個管子的發(fā)射極接了一個的電阻。 （3）單端輸入-雙端輸出單端輸入可以轉(zhuǎn)化為雙端輸入。 可以看出單端輸入電路相當于在兩個輸入端引入了 的差模信號和 的共模信號。因此，差模信號的分析和雙端輸入-雙端輸出電路相同。 此時 這種電路適用于輸入信號需要接地而負載不接地的場合。 （4）單端輸入-單端輸出 同樣，單端輸入可以轉(zhuǎn)化為雙端輸入，因此單端輸入-單端輸出電路的分析方法和雙端輸入-單端輸出電路基本一致。綜上所述，由于差模輸入與共模輸入的特點不同，以及差分放大電路的對稱性，使得它具有較高的差模電壓放大倍數(shù)和極小的共模電壓放大倍數(shù)

53、，具有很高的共模抑制比，抑制零漂的能力較強。這種電路適用于輸入信號和負載均需接地的場合。4.3.3 恒流源式差分放大電路靜態(tài)分析 VT3集電極對地交流電阻 同樣可視輸入、輸出的四種組合方式來分析恒流源式差分放大電路，方法與長尾式差分放大電路的分析方法一致。只要在分析共模特性時，將恒流源的交流電阻 代替 即可。顯然，恒流源式差分放大電路的共模抑制比很高。動態(tài)分析*4.3.4 差分放大電路BJT組成的差分放大電路具有很強的抑制共模干擾的能力，但是它的差模輸入阻抗很低。所以在集成運放的輸入級中，常采用FET-BJT混合型的差分放大電路，其優(yōu)點是輸入電阻高，輸入偏置電流小。FET差分放大電路的工作原理

54、和分析方法與BJT差分放大電路基本相同。 4.4 集成運算放大器4.4.1 集成運放典型產(chǎn)品簡介F007為第二代通用型集成運放，它由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路等構(gòu)成。 4.4.2 集成運放的主要技術指標開環(huán)差模電壓增益最大差模輸入電壓最大共模輸入電壓最大輸出電壓 輸入失調(diào)電壓 輸入失調(diào)電壓溫漂 輸入失調(diào)電流 輸入失調(diào)電流溫漂 輸入偏置電流 -3 dB帶寬 單位增益帶寬 轉(zhuǎn)換速率 4.4.3 理想集成運算放大器理想集成運放的指標開環(huán)差模電壓增益差模輸入電阻輸出電阻共模抑制比開環(huán)-3 dB帶寬輸入失調(diào)電壓，輸入失調(diào)電壓溫漂，輸入失調(diào)電流，輸入失調(diào)電流溫漂，輸入偏置電流都為0。理想集成運放符號

55、 集成運放的電壓傳輸特性 2. 理想集成運放的工作區(qū)1）線性區(qū)為了使不超出線性范圍，需引入深度負反饋。 所以可以通過判斷運放是否引入了負反饋判斷其是否工作在線性區(qū)。“虛短”= 此式表明集成運放的同相輸入端和反相輸入端接近于短路，但又不是真正的短路，這一狀態(tài)稱為“虛短”。“虛斷” 此式表明運放的同相輸入端和反相輸入端的電流為0，但又沒有真正斷路，這種狀態(tài)稱為“虛斷”。 “虛短”和“虛斷”是理想運放的兩個重要概念，是分析工作在線性區(qū)的運放的重要依據(jù)。2）非線性區(qū)一般集成運放工作在非線性區(qū)時，差模電壓 會很大，因此“虛短”不再成立。而理想運放工作在非線性區(qū)時，因為 所以電路仍有 “虛斷”的概念。 *

56、4.5 電路仿真實例【例4.1】 分析差分放大電路解：利用Multisim軟件仿真如圖4.25所示電路，分析該電路的共模特性和差模特性。圖4.25 測量共模特性：將輸入端b1、b2 短接，接到信號源，如圖4.26（a）所示。然后調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使其產(chǎn)生峰峰值為1000mV，頻率為1KHz 的正弦信號。用示波器觀察輸出(UC1pp)波形，如圖4.26（b）所示?！痉抡鎴D】 電路調(diào)零： 首先進入Multisim10.0軟件開發(fā)界面，然后按圖4.25畫出電路，接著進行仿真，并調(diào)節(jié)電位器R1值，使萬用表讀數(shù)為零?！痉抡鎴D】 4.26（a）圖4.26（b） 測量差模特性：將兩個大小相等（100mV），方向

57、相反的信號分別輸入到b1、b2 端， 如圖4.27（a）所示。然后調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器使其產(chǎn)生頻率為1KHz 的正弦信號。用示 波器觀察輸出(UC1pp)波形，如圖4.27（b）所示?！痉抡鎴D】圖4.27（a）圖4.27（b）小結(jié) 本章內(nèi)容主線：集成運放基本知識集成運放中的電流源電路集成運放輸入級差分放大電路集成運放的技術指標。1、近幾十年來，集成電路（Integrated Circuit，IC）得到了驚人的發(fā)展。它一般由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四部分組成。由于制造工藝的限制，集成運放內(nèi)部都采用直接耦合方式。2、電流源電路，作為模擬集成電路中廣泛使用的一種單元電路，不僅可以為放大電路提供

58、穩(wěn)定的偏置電流，還可以作為有源負載。基本的電流源電路有鏡像電流源、比例電流源和微電流源。3、為了抑制溫漂，同時提高共模抑制比，常采用差分放大電路作為集成運放的輸入級。差分放大電路對差模信號具有很強的放大能力，對共模信號卻具有很強的抑制能力。差分放大電路的分析主要以長尾式差分放大電路為主，包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。根據(jù)輸入、輸出端的連接方式又分為雙端輸入-雙端輸出、雙端輸入-單端輸出、單端輸入-雙端輸出和單端輸入-單端輸出四種形式。4、通過集成運放手冊查閱技術指標，根據(jù)系統(tǒng)要求合理選擇集成運放。 第5章 反饋放大電路學習目標理解并掌握反饋的類型與判別方法掌握深度負反饋條件下放大電路的估算了解負反饋

59、對放大電路性能的影響了解正弦波振蕩電路的組成原理5.1 反饋的類型與判別方法5.2 負反饋放大電路的四種組態(tài)5.3 深度負反饋放大電路的估算5.4 負反饋對放大電路性能的改善5.5 負反饋放大電路的穩(wěn)定性問題*5.6 正反饋電路正弦信號產(chǎn)生電路*5.7 電路仿真實例5.1 反饋的類型與判別方法其中 為放大電路的環(huán)路增益， 為放大電路的反饋深度。5.1.1 反饋的基本概念反饋將一個系統(tǒng)的輸出量（電壓或電流）的全部或一部分，通過反饋網(wǎng)絡引回到系統(tǒng)的輸入端，與原輸入信號共同控制該系統(tǒng)的過程。工廠用戶銷售員信息員實際問題舉例 反饋深度反映了反饋對放大電路影響的程度。分為下列三種情況：當 時， ，為負反

60、饋；當 時， ，為正反饋；當 時， ，此時，會出現(xiàn)即使沒有輸入信號，也會有輸出的情形，這種情況稱之為“自激”。5.1.2 反饋的組態(tài)及判別方法1.判斷有無反饋 首先要看電路的輸出端和輸入端之間有無起連接作用的元件。若有反饋元件則有反饋，若無反饋元件則無反饋。2. 反饋組態(tài)及判別方法 反饋放大電路按反饋信號是交流信號還是直流信號分為直流反饋和交流反饋；按反饋的效果分為正反饋和負反饋。負反饋中按反饋信號和輸入信號的連接關系分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋；按反饋信號取自輸出電壓還是輸出電流分為電壓反饋和電流反饋。1）直流反饋和交流反饋 若反饋信號只有直流成分時為直流反饋；若反饋信號只有交流成分時為交流反饋；