电子技术基础模拟部分 1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路

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1 电子技术基础模拟部分 1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路
1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路 6 频率响应 7 模拟集成电路 8 反馈放大电路 9 功率放大电路 10 信号处理与信号产生电路 11 直流稳压电源

2 7 模拟集成电路 7.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 7.2 差分式放大电路 7.3 差分式放大电路的传输特性
*7.4 带有源负载的差分放大电路 7.5 集成运算放大器 7.6 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电 路的影响 7.7 变跨导式模拟乘法器 7.8 放大电路中的噪声与干扰

3 7.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 FET电流源电路 BJT电流源电路

4 7.1.2 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 T1、T2的参数全同
1. 镜像电流源 T1、T2的参数全同 Rc的值在一定范围内变化时，IC2的电流值将保持不变，反映出IC2的恒流特性。

5 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 动态电阻 一般ro在几百千欧以上

6 BJT电流源电路 1. 镜像电流源 其他形式

7 7.1.2 BJT电流源电路 2. 微电流源 所以IC2也很小。 ro≈rce2（1＋ ） 由于 很小，
2. 微电流源 由于 很小， 所以IC2也很小。 ro≈rce2（1＋ ） （参考射极偏置共射放大电路的输出电阻 ）

8 BJT电流源电路 3. 高输出阻抗电流源 A1和A3分别是T1和T3的相对结面积 动态输出电阻ro远比微电流源的动态输出电阻高

9 7.1.2 BJT电流源电路 4. 组合电流源 T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF T1和T2、T4和T5构成镜像电流源
4. 组合电流源 T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF T1和T2、T4和T5构成镜像电流源 T1和T3，T4和T6构成了微电流源

10 7.2.1 差分式放大电路的一般结构 7.2.2 FET差分式放大电路 7.2.3 BJT差分式放大电路
7.2 差分式放大电路 差分式放大电路的一般结构 FET差分式放大电路 BJT差分式放大电路

11 7.2.1 差分式放大电路的一般结构 1. 差模信号和共模信号的概念 差放 差模信号 - vi1 vi2 vo1 vo2 vid vo
差分式放大电路的一般结构 1. 差模信号和共模信号的概念 差模信号 + - vi1 vi2 vo1 差放 vo2 vid vo 共模信号 差模电压增益 差分式放大电路输入输出结构示意图 总输出电压 共模电压增益 其中 ——差模信号产生的输出 共模抑制比 ——共模信号产生的输出 反映抑制零漂能力的指标

12 7.2.1 差分式放大电路的一般结构 1. 差模信号和共模信号的概念 根据 有
差分式放大电路的一般结构 1. 差模信号和共模信号的概念 根据 有 用vid、vic表示vi1和vi2 两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。 共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分

13 7.2.1 差分式放大电路的一般结构 差放 差放 差放 vid (a) (b) - vi1 vi2 vo1 vo2 vid vo
差分式放大电路的一般结构 差模等效输入方式 差放 + - vid (a) (b) + - vi1 vi2 vo1 差放 vo2 vid vo 差分式放大电路输入输出结构示意图 两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。 共模等效输入方式 差放 + - vic

14 7.2.1 差分式放大电路的一般结构 2. 零点漂移 输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 （1）温度变化引起，也称温漂
差分式放大电路的一般结构 2. 零点漂移 输入信号为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象。 （1）温度变化引起，也称温漂 （2）电源电压波动 产生零漂的主要原因： 温漂指标： 温度每升高1ºC，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。

15 差分式放大电路的一般结构 3. 三端器件组成的差分式放大电路

16 FET差分式放大电路 1. MOSFET电路组成 T1、T2对称 源极共用电流源支路

17 BJT差分式放大电路 1. 电路组成

18 BJT差分式放大电路 2. 工作原理 静态

19 7.2.3 BJT差分式放大电路 2. 工作原理 差模情况 <A> 双入、双出 <B> 双入、单出
2. 工作原理 差模情况 <A> 双入、双出 <B> 双入、单出 <C> 单端输入等效于双端输入 <D> 输入电阻 （与MOS管最明显的差别）

20 7.2.3 BJT差分式放大电路 2. 工作原理 共模情况 <A> 双出 <B> 单出 <C> 输入电阻
2. 工作原理 共模情况 <A> 双出 <B> 单出 <C> 输入电阻 其它指标与MOS管差分式放大电路类似

21 7.5 集成运算放大器 7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器 7.5.2 BJT型LM741集成运算放大器
7.5 集成运算放大器 CMOS MC14573集成运算放大器 BJT型LM741集成运算放大器 BiJFET型集成运算放大器LF356

22 CMOS MC14573集成运算放大器 1. 电路结构和工作原理 引脚排列顶视图

23 7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器 2. 技术指标分析计算 (1)直流分析 已知VTN 和Kp5 ，可求出IREF
2. 技术指标分析计算 (1)直流分析 已知VTN 和Kp5 ，可求出IREF 根据各管子的宽长比 ，可求出其它支路电流。

24 7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器 2. 技术指标分析计算 (2)小信号分析 设 gm1 = gm2 = gm 则
2. 技术指标分析计算 (2)小信号分析 设 gm1 = gm2 = gm 则 输入级电压增益

25 7.5.1 CMOS MC14573集成运算放大器 2. 技术指标分析计算 (2)小信号分析 第二级电压增益 Av2= vo/ v gs7
2. 技术指标分析计算 (2)小信号分析 第二级电压增益 Av2= vo/ v gs7 = - gm7(rds7 || rds8) 总电压增益 Av = Av1·Av2 将参数代入计算得 Av = （ 92.2 dB ）

26 BJT型LM741集成运算放大器 原理电路

27 BJT型LM741集成运算放大器 简化电路

28 7.5.3 BiJFET型集成运算放大器LF356 简化电路 外接调零电阻 共集电极放大电路 共集电极放大电路 互补对称输出级 过流保护电路
BJT差分式放大电路 复合管

29 BiJFET型集成运算放大器LF356 简化电路 很高的输入电阻，很低的输入偏置电流，高速、宽带和低噪声

30 7.6 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响
7.6 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响 实际集成运放的主要参数 集成运放应用中的实际问题

31 7.6.1 实际集成运放的主要参数 输入直流误差特性（输入失调特性） 1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB
实际集成运放的主要参数 输入直流误差特性（输入失调特性） 1. 输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使输出电压为零，在输入端加的补偿电压。一般约为±（1～10）mV。超低失调运放为（1～20）V。高精度运放OP-117 VIO=4V。MOSFET达20mV。 2. 输入偏置电流IIB 集成运放两个输入端静态电流的平均值 IIB＝（IBN＋IBP）/2 BJT为10nA～1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。

32 7.6.1 实际集成运放的主要参数 输入直流误差特性（输入失调特性） 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移
实际集成运放的主要参数 输入直流误差特性（输入失调特性） 3. 输入失调电流IIO 输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO＝|IBP－IBN| 。 一般约为1 nA～0.1A。 4. 温度漂移 （1）输入失调电压温漂VIO / T （2）输入失调电流温漂IIO / T

33 7.6.1 实际集成运放的主要参数 差模特性 1. 开环差模电压增益Avo和带宽BW 开环差模电压增益Avo 开环带宽BW (fH)
实际集成运放的主要参数 差模特性 1. 开环差模电压增益Avo和带宽BW 开环差模电压增益Avo 741型运放Avo的频率响应 开环带宽BW (fH) 单位增益带宽 BWG (fT)

34 7.6.1 实际集成运放的主要参数 差模特性 2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro 3. 最大差模输入电压Vidmax
实际集成运放的主要参数 差模特性 2. 差模输入电阻rid和输出电阻ro BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧 MOSFET为输入级的运放rid＞1012Ω 超高输入电阻运放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA 一般运放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。 3. 最大差模输入电压Vidmax

35 7.6.1 实际集成运放的主要参数 共模特性 1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric 2. 最大共模输入电压Vicmax
实际集成运放的主要参数 共模特性 1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric 一般通用型运放KCMR为（80～120）dB，高精度运放可达140dB，ric≥100MΩ。 2. 最大共模输入电压Vicmax 运放作为电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值。高质量的运放可达± 13V。

36 7.6.1 实际集成运放的主要参数 大信号动态特性 1. 转换速率SR
实际集成运放的主要参数 大信号动态特性 1. 转换速率SR 放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即 若信号为vi＝Vimsin2ft ，则运放的SR必须满足SR≥2πfmaxVom

37 7.6.1 实际集成运放的主要参数 大信号动态特性 2. 全功率带宽BWP 运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即
实际集成运放的主要参数 大信号动态特性 2. 全功率带宽BWP 运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标 一般通用型运放SR在1V/s以下，741的SR=0.5V/s 高速运放要求SR>30V/s以上。 目前超高速的运放如AD9610的SR > 3500V/s。

38 7.6.1 实际集成运放的主要参数 电源特性 1. 电源电压抑制比KSVR 2. 静态功耗PV 极限参数 1. 电源电压范围
实际集成运放的主要参数 电源特性 1. 电源电压抑制比KSVR 衡量电源电压波动对输出电压的影响 2. 静态功耗PV 极限参数 1. 电源电压范围 2. 最大耗散功耗PCO 3. 最大输出电流IOmax

39 集成运放应用中的实际问题 1. 集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。 虽然专用型运放某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等。

40 集成运放应用中的实际问题 2. 失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差 输入为零时的等效电路 解得误差电压

41 7.6.2 集成运放应用中的实际问题 当 时，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时 引起的误差仍存在 当电路为积分运算时，
集成运放应用中的实际问题 当 时，可以 消除偏置电流 引起的 误差，此时 引起的误差仍存在 当电路为积分运算时， 即 换成电容C，则 时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。

42 集成运放应用中的实际问题 3. 调零补偿 （a）调零电路 （b）反相端加入补偿电路

43 集成运放应用中的实际问题 741中的调零电路

44 集成运放应用中的实际问题 3. 调零补偿 356中的调零电路

45 7.8.1 放大电路中的噪声 7.8.2 放大电路中的干扰 7.8.3 低噪声放大电路举例
7.8 放大电路中的噪声与干扰 放大电路中的噪声 放大电路中的干扰 低噪声放大电路举例

46 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （1）电阻的热噪声 由电子无规则热运动而产生随时间而变化的电压称为热噪声电压。
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （1）电阻的热噪声 由电子无规则热运动而产生随时间而变化的电压称为热噪声电压。 一个阻值为R（Ω）的电阻未接入电路时，在频带宽度B内所产生的热噪声电压均方值为 K ——玻耳兹曼常数，T ——热力学温度（K），B ——频带宽度（Hz）。 功率和电压的形式分别为

47 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （1）电阻的热噪声 热噪声的功率频谱密度 具有均匀的功率频谱的噪声称为白噪声
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （1）电阻的热噪声 热噪声的功率频谱密度 具有均匀的功率频谱的噪声称为白噪声 热噪声电压密度 热噪声电压本身是一个非周期变化的时间函数，它的频率范围是很宽广的。因而噪声电压Vn将随放大电路带宽的增加而增加。所以在设计放大电路时要综合考虑增益、带宽等诸多因素。

48 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ① 热噪声
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ① 热噪声 由于载流子不规则的热运动通过BJT内三个区的体电阻及相应的引线电阻时而产生。其中rbb所产生的噪声是主要的。FET主要是沟道电阻的热噪声。

49 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ② 散粒噪声
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ② 散粒噪声 由于通过发射结注入到基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一个无规则的波动，产生散粒噪声。散粒噪声电流为 q ——每个载流子所带电荷量的绝对值，I ——通过PN结电流的平均值，B ——频带宽度。 散粒噪声具有白噪声的性质

50 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ③ 闪砾噪声
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ③ 闪砾噪声 这种噪声与频率成反比，故又称为1/f 噪声或低频噪声。也称为接触噪声。 在有源器件中，主要原因是陷阱。当电流流过时，它会随机地捕获和释放电荷载流子，因此会引起电流本身随机地波动。在BJT中，这些陷阱与发射结里的杂质和晶体缺陷有关。在MOSFET中，它们与硅和二氧化硅边界上的额外电子能态有关。在有源器件中，MOSFET所含的这种噪声最多。这也是在低噪声MOS应用中最关注的一点。

51 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ③ 闪砾噪声 闪烁噪声总与直流电流有关，它的功率密度的形式为
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ③ 闪砾噪声 闪烁噪声总与直流电流有关，它的功率密度的形式为 式中K是器件常数，I是直流电流，a是器件的另一种常数，范围从1/2到2。 一般而言，FET的噪声比BJT小。此外。电阻元件中碳膜电阻的1/f 噪声最大，绕线电阻的1/f 噪声最小。

52 *7.8.1 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ④ 雪崩噪声
* 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （2）三极管的噪声 ④ 雪崩噪声 雪崩噪声存在于工作在反向击穿模式的PN结中。在空间电荷层中的强电场的作用下，电子获得足够的动能，它们碰撞晶格产生出新的电子空穴对。这些新的电子空穴对以雪崩的形式产生出新的其他的电子空穴对。最终的电流是由流经反向偏置结的随机分布噪声尖峰组成的。与散粒噪声类似，雪崩噪声也要求有电流流动。然而，雪崩噪声一般要比散粒噪声更加剧烈，这也是齐纳二级管（稳压管）的噪声闻名遐尔原因。

53 * 放大电路中的噪声 1. 噪声的种类及性质 （3）集成运放的噪声，是由组成运放内部电路的元器件产生的噪声源以及内部电路连接的噪声源累计的结果。一般是通过实验方法进行测量，也可用仿真技术算出。在放大高内阻信号源的信号时，一般要求放大电路有较小的输入噪声电流，故在集成运放电路中多用FET作输入级。而对于低内阻的信号源，放大电路的输入噪声电压起主要作用。

54 *7.8.1 放大电路中的噪声 2. 放大电路的噪声指标——噪声系数 定义 其中 AP 为功率增益
* 放大电路中的噪声 2. 放大电路的噪声指标——噪声系数 定义 其中 AP 为功率增益 放大电路不仅把输入端的噪声进行放大，而且放大电路本身也存在噪声。所以，其输出端的信噪比必然小于输入端信噪比。 当NF用分贝（dB）表示时

55 *7.8.1 放大电路中的噪声 2. 放大电路的噪声指标——噪声系数 因为 当满足 Ri=Ro 时，NF可表示为另一种形式：
* 放大电路中的噪声 2. 放大电路的噪声指标——噪声系数 因为 当满足 Ri=Ro 时，NF可表示为另一种形式： 一个无噪声放大电路的噪声系数是0dB，一个低噪声放大电路的噪声系数应小于3dB。

56 *7.8.1 放大电路中的噪声 3. 减小噪声的措施 选低噪声集成运放，如OP-27，AD745等； 采用滤波处理或引入负反馈以抑制噪声；
* 放大电路中的噪声 3. 减小噪声的措施 选低噪声集成运放，如OP-27，AD745等； 采用滤波处理或引入负反馈以抑制噪声； 转换为数字信号后，借助软件方法，对数据进行处理以减小噪声的影响。

57 7.8.2 放大电路中的干扰 1. 杂散电磁场干扰和抑制措施
放大电路中的干扰 1. 杂散电磁场干扰和抑制措施 电路工作环境一般有许多电磁干扰源，常见的有工频干扰、无线电台及雷电现象等，它们所产生电磁波或尖峰脉冲，通过接线电容耦合、电感耦合或交流电源线等进入放大电路，从而引入干扰电压。 抑制措施： 合理布局 屏蔽

58 7.8.2 放大电路中的干扰 2. 由直流电源电压波动引起的干扰和抑制
放大电路中的干扰 2. 由直流电源电压波动引起的干扰和抑制 直流电源输出的50Hz或100Hz的纹波电压使电路的电流产生波动而形成干扰电压。第一级的波动将被后续各级放大而使输出端产生较大的干扰电压。 抑制措施： 采用性能好的稳压电源供电，并在稳压电路的输入端和输出端分别加一足够大的电解电容或钽电容的滤波电路。 对于运算放大器，可在电源引脚和地端间加一钽电容（10μF～30μF）防止低频干扰，加一独石电容（0.01μF～0.1μF）防止高频干扰。

59 放大电路中的干扰 3. 由交流电源串入的干扰和抑制 4. 由接地点安排不正确而引起的干扰和正确接地

60 7.8.3 低噪声放大电路举例 低噪声互阻放大电路（电流-电压变换器）的原理电路 低噪声的JFET 作输入级 低噪声电阻 低噪声运放
低噪声放大电路举例 低噪声互阻放大电路（电流-电压变换器）的原理电路 低噪声的JFET 作输入级 低噪声电阻 低噪声运放 可将1pA的输入电流变换为-50mV的输出电压 end