[工学]第4、5章 集成运放及放大电路的频率响应1

. 多级放大电路的分析：1、静态分析（静态工作点的计算）2、动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）,. 差分放大电路： 1、差分放大电路的主要作用 2、差分放大电路的分析 1）静态分析（静态工作点的计算） 2）动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）,第三章 复习,例：电路如图所示，晶体管的=50， rbb =100（1）计算静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位；,（2）求电路的Ad 、 Ri、RO。,解:（1）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电阻为：,静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位分别为：,（2）电路的Ad 、 Ri、RO。,. 集成运算放大器的组成. 集成运算放大器的特点,第四章 集成运算放大器（简介）,一、 集成运放的组成,第四章 集成运算放大器,从外部看，集成运算放大器是一个双端输入，单端输出，具有高差模放大倍数Ad，高Ri，低Ro, 能较好地抑制温漂的差动放大电路。,集成运算放大器特点: 1）高增益的多级放大电路大的电压放大倍数 2）集成电路 3）直接耦合放大电路。,集成运放由四部分组成,输入级：是双端输入的高性能差分电路。 Ad 大，Ri 高，抑制 uIC能力强。,中间级：一般为共射放大电路，具有较大的 Au。,输出级：互补对称输出级，Ro 小，带负载能力强。,偏置电路：保证电路正常工作及提供能量来源。电子电路中必不可少的一部分。,集成运放的电压放大倍数称为差模开环放大倍数,记作Aod。通常Aod非常高，可达几十万倍。,集成放大器的符号： （具体电路见：P197200）,up 与uO 相位相同， up为同相输入端；uN 与uO相位相反， uN 为反相输入端。,输入与输出信号的关系： uo = Aod ( up uN ),集成运放的性能指标,（1）开环差模增益Aod：常用分贝（dB）表示，其分贝数为20lg|Aod|。,（2）共模抑制比KCMR。,（3）差模输入电阻rid。,（4）输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT。,（5）输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT。,（6）输入偏置电流IIB。,（7）最大共模输入电压UIcmax。,（8）最大差模输入电压UIdmax。,（9）-3dB带宽fH。,（10）单位增益带宽fc。,（11）转换速率SR。,1、同相输入端电位近似等于反相输入端电位。 即:,称两个输入端为“虚短”。,“虚短”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路。,*二、 理想运放在线性工作区的特点,由于输入与输出的关系： uo =Aod(up uN )，uo为有限值，开环Aod很大，一般为105107 ，理想时为无穷大，因而净输入电压,于是有：,因为差模输入电阻 Rid 很大，理想时为无穷大；净输入电压 up uN 近似为零。,2、两个输入端的输入电流均为零。 即：,所以两个输入端的输入电流也均为零.,iI = (up uN ) / Rid,也就是从集成运放输入端看进去相当于断路，称两个输入端“虚断”。,“虚断”是指集成运放两个输入端的电流趋于零，但又不是真正断路。,对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。,称两个输入端“虚断”,当集成运放工作在线性区，即满足“虚短”和“虚短”的条件。 对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。,. 频率响应概述. 晶体管的高频等效模型. 放大电路的频率响应,第五章 放大电路的频率响应,在第二章中2.1介绍电路性能时，简单说明了通频带的概念。指出放大电路对某一频率范围的信号能正常放大，这个频率范围称为通频带。 了解电路对不同频率信号的放大能力，在使用电路前应查阅资料，了解通频带，确定电路的适用范围。,5.1 频率响应概述,在放大电路中，放大倍数与信号频率的函数关系，称为频率响应或频率特性。,放大电路中由于C，L及晶体管极间电容的存在，电路对不同频率的信号具有不同的放大能力。,一、 频率响应的概念：,在放大电路中,1）由于耦合电容的存在,对信号构成高通电路。即对于频率足够高的信号,电容相当于短路,信号毫无损失通过。（如果频率下降,容抗增大产生压降,使Au下降）,2）由于晶体管结电容的存在,对信号又构成低通电路。即对于信号频率足够低时,相当于开路,对电路不产生影响。而当频率升高时,极间电容将分流,从而导致Au下降,产生相移。,由此可见，信号频率过高或过低都将影响放大电路对信号的放大能力，导致Au下降。只有信号的频率在一定范围内，信号才能被正常放大。,二、高通电路,如果令：, 时间常数,下限截止频率,当：,时：,时：,时：,（ 忽略）,相移45,表明f 降低10倍,Au降低10倍。,当：,时：,时：,时：,（ 忽略）,相移45,频率特性如图：,表明f 降低10倍,Au降低10倍。,三、低通电路,上限截止频率,当：,时：,时：,时：,相移 - 45,表明f 增大10倍，Au降低10倍。,当：,时：,时：,时：,相移 - 45,表明f 增大10倍，Au降低10倍。,频率特性如图：,对于放大电路，它的 与 之差， 称为通频带。,四、波特图,对于放大电路，往往 ui 的频率范围广，放大倍数大，为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时，常采用对数坐标。称为波特图。,高通电路与低通电路的波特图 (P225),(a)高通电路波特图,(b)低通电路波特图,结论：,1、电路的截止频率决定于电容所在的回路的时间常数,2、当电路的频率等于下限频率或上限频率时，放大电路的增益下 降3dB,且产生+45度或-45度的相移。,3、近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。,5.2 晶体管的高频等效模型,根据晶体管的结构，考虑晶体管的结电容影响，得到晶体管的高频信号等效模型。（P226),晶体管的结构模型,混合 模型,一、晶体管的高频等效模型,通常rbc 、 rce开路， 折合到电路中以后忽略，得到简化的等效模型。,rbb可以从手册中查出。,混合模型的主要参数：,得到：,二、晶体管简化等效模型：,电流关系：,低频段晶体管电流放大倍数,UT温度的电压当量,常温时为26mv。,得到：,电流关系：,低频段晶体管电流放大倍数,一、高通电路,当：,时：,时：,时：,（ 忽略）,相移45,表明f 降低10倍,Au降低10倍。,内容总结,二、低通电路,当：,时：,时：,时：,相移 - 45,表明 f 增大10倍，Au降低10倍。,三、晶体管简化等效模型：,高通、低通电路中的频率大小与回路中R、C的大小有关。,3.9 电路如图所示，晶体管的=50， rbb =100（1）计算静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位；,（2）用直流表测得uO=2V，uI=？ 若uI=10mv，则uO=？,解：（1）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电阻为：,静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位分别为：,（2）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：,uOuOUCQ11.23V,3.9 电路如图所示，晶体管的=50， rbb =100（1）计算静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位；,（2）用直流表测得uO=2V，uI=？ 若uI=10mv，则uO=？,解：（1）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电阻为：,静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位分别为：,（2）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：,uOuOUCQ11.23V,若uI=10mv，则:,3.9 电路如图所示，晶体管的=50， rbb =100（1）计算静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位；,（2）用直流表测得uO=2V，uI=？ 若uI=10mv，则uO=？,解：（1）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等效电阻为：,静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位分别为：,（2）用直流表测得uO=2V,先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：,uOuOUCQ11.23V,若uI=10mv，则:,若uI=10mv，则:,3.2 设图P3.2所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出