1、模電分析課程模電分析課程內容總結內容總結二極管電路二極管電路3二極管二極管電路的簡化模型分析方法電路的簡化模型分析方法1.理想模型（ideal diode)vDiD 當電源電壓遠比二極管的管壓降大時，利用此模型作近似分析。iDvD42.恒壓降模型（offset model) 二極管導通后，認為其壓降是恒定的，典型值為0.7V，只有當二極管的電流大于等于1mA時，才是正確的。vDiDvDiDVth 二極管電路的簡化模型分析方法 3. 限幅電路 vO + VREF vI + R D VD vO + VREF vI + R D 有一限幅電路如圖所示， R=1k， VREF=3V,二極管為硅二極管。分

2、別用理想模型和恒壓降模型求解一下兩問：（）vI=0V、4V、6V時，求相應的輸出電壓vO的值；（）當vI=sinwt(V)時，繪出相應的輸出電壓波形 O + D VREF I + R +5VvI1vI2VCC4.7kvOVo=?（1）vI1=0V、 vI2=0V （2） vI1=0V、 vI2=5V（3） vI1=5V、 vI2=5V（4） vI1=5V、 vI2=0V 晶體管放大電路晶體管放大電路8 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVRVVIBCC 根據直流通路可知：根據直流通路可知：采用該方法，必須已知三極管的采用該方法，必

3、須已知三極管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V。+CTb1CCRbV+vov+ib2CcRa.靜態靜態(直流工作狀態直流工作狀態)9 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理b.動態動態+CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR+TRbL+voR-v+-icR輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態，即輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態，即交流工作狀態交流工作狀態 耦合電容：通交流、隔直流耦合電容：通交流、隔直流 直流電源：內阻為零直流電源：內阻為零 直流電源和耦合電容對交流相當直流電源和耦合電容對交流相當于短路于短路.H參數小信號等效

4、電路參數小信號等效電路.+ebcVo-i-+VcbI+.bI IcLbbeRrRRbeLcbebLcciOVrRRrIRRIVVA)/()/( berR /b ber TTiIVr CTToRIVR 11（2） 放大電路指標分析放大電路指標分析靜態工作點靜態工作點CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII +CTb1CCRb1VL+voR-v+-ib2CcR+eRb2R 射極偏置電路射極偏置電路電壓增益電壓增益)/(LcboRRIV ebbebeebebi)1(RIrIRIrIV ebeLcebebLcbioV)1()/(

5、)1()/(RrRRRrIRRIVVA )mA()mV(26)1(200EQbeIr .Voi-+VcbI.I+ebcRRb1berRc+-LRb2RbI eeI.)1(/ebeb2b1TTiRrRRIVR 輸出電阻輸出電阻oco/ RRR 當當coRR 時，時，一般一般cceoRrR （）coRR輸入電阻輸入電阻場效應管電路場效應管電路 MOS放大電路放大電路DD2g1g2gGSVRRRV 2TGSnDVVKI 根據求得的根據求得的VDS判斷判斷FET工作在飽和區或可變電阻區工作在飽和區或可變電阻區dDDDDSRIVV 1. 直流偏置及靜態工作點的計算直流偏置及靜態工作點的計算VDDvovi

6、BCb2Cb1Rg1RdRg2gdsTid（1）簡單的共源極放大電路）簡單的共源極放大電路1. 直流偏置及靜態工作點的計算直流偏置及靜態工作點的計算（2）帶源極電阻的）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路共源極放大電路+VDDvoviBCb2Cb1Rg1RdRg2gdsTid-VSSRsR GSGSG2DDSSSSDSSG1G2VVVRVVVRIVRR 2TGSnDVVKI RRIVVV dDSSDDDS當當NMOS管工作在飽和區管工作在飽和區voRvigRdRg1| Rg2sd gsmVggsVRgRgVVARVgVRVgVVVmdmiodgsmogsmgsi1 dog2g1i|RRRRR R

7、svs+-小小信號模型分析信號模型分析 gsmgsTGSQnd2vgvVVKi 18 直流直流偏置電路偏置電路.分壓器式自分壓器式自偏壓電路偏壓電路2PGSDSSD)1(VVII 可解出可解出Q點的點的VGS 、 ID 計算計算Q點：點：已知已知VP ，由，由RIVRRRVDDDg2g1g2GS VDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：+gTRdRCb1b2CvoviVDDCdsg1Rg2Rg3R+ JFET放大放大電路電路19 動態動態指標分析指標分析 （1）求電壓放大倍數）求電壓放大倍數（2）求輸入電阻）求輸入電阻（3）求輸出電阻）求輸出電阻)/(g2g1g3iRRRR d

8、oRR RgRgVVARVgVRVgVVmdmioVMdgsmogsmgsi 1iR+-+-gdsRg3g1Rg2RRdROVgsmVgiVgsVJFET放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法時）時）（當（當0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg運放電路運放電路基本基本線性運放電路線性運放電路虛假虛假短路短路ivpvnv ov 1R2R)(npoovvAvv 由由理想理想運放的參數可知：運放的參數可知： ovA為為有有限限值值ov0np vv兩輸入端的電位約相等，稱為兩輸入端的電位約相等，稱為虛短虛短iii/ ivr ir為為有有限限值值iv0ii0np ii兩輸入端的

9、電流約為零，稱為兩輸入端的電流約為零，稱為虛斷虛斷21Rnv1ov 1R1iv2R22R 2R2ov22R1A2A21Rnv 1R1iv2R22R 2R2ov22R2iv1A2A21Rnv1ov 1R1iv2R22R 2R2ov22R2iv1A2A高輸入電阻高輸入電阻差分電路如圖，求輸出電壓表達式。差分電路如圖，求輸出電壓表達式。11211)1(iovRRv 由由疊加定理疊加定理：12222oovRRv 11212222)1(iovRRRRv 2222222222)(1(iovRRRRRv 222ooovvv當當R1=R21時時)(122222iiovvRRv 與與單級差放電路單級差放電路相比

10、，由于第一級是相比，由于第一級是同相輸入放大電同相輸入放大電路路，輸入電阻為，輸入電阻為無窮大無窮大反饋電路反饋電路24 反饋1. 反饋(feedback)輸出信號反饋放大電路的輸入信號反饋信號基本放大電路的輸入信號（凈輸入信號）+xIxFxO基本放大電路AxID反饋網絡F25 Fv io Av + vi + vid vf + vo RL + + + Fr io Ag + vi vid vf vo RL + + Fg Ar ii iid if io vo RL + Fi Ai ii iid if io vo RL 電壓串聯 電壓并聯 電流串聯 電流并聯電壓并聯負反饋iiiidiffRLR+Vs

11、iRsvoVoltage-shunt negative feedback電流串聯負反饋VV+idvfRfvRLviRssvoiCurrent-series negative feedback電流并聯負反饋iiiidifiofRRLR+VsiRsCurrent-shunt negative feedback電流并聯負反饋T1CCV1Rfi2RsiT23RRb1ioiCurrent-shunt negative feedback Rsvo+I12RbcTRcTRVCCVEEvobR+fRRLsiRs例電壓并聯負反饋311.鏡像電流源鏡像電流源(mirror current sources ) BJ

12、T電流源電路電流源電路+VCCT1T2RIREFIC1iC22IB-VEEvCEIO與與IREF相等，構成鏡像關系，改變相等，構成鏡像關系，改變R值，可值，可以獲得不同的以獲得不同的IO，不受不受T2負載變動的影響負載變動的影響 較小時，較小時，IB對對IREF的分流作用影響鏡像對稱度。若需減小輸出的分流作用影響鏡像對稱度。若需減小輸出電流，必要求電流，必要求R的值很大的值很大B21CE2C2oIvir 動態輸出動態輸出電阻電阻集成運放集成運放332.微電流源微電流源(widlar current source)BJT電流源電路電流源電路 利用發射結電壓對集電極電流的影響作用。利用發射結電壓對

13、集電極電流的影響作用。 T2的射極電阻使其發射結電壓減小，的射極電阻使其發射結電壓減小，從而減小其集電極電流從而減小其集電極電流IC2 +VCCT1T2RRe2IREFIC1IC22IB-VEEe2BEE2C2ORVIII e2be2e2ce2o1RrRrr RVVIEECCREF 342.微電流源微電流源(widlar current source)BJT電流源電路電流源電路+VCCT1T2RRe2IREFIC1IC22IB例題：例題：VCC=30V，現要求，現要求IC2 10A。若采用鏡像電流源：若采用鏡像電流源： MRRVVIIBECCREFC9322.352.微電流源微電流源(widl

14、ar current source)BJT電流源電路電流源電路+VCCT1T2RRe2IREFIC1IC22IB選選Re2 11.97k，利用公式：，利用公式：2222212121lnECEEBEBECCTBEBERIRIVVIIVVV AIICREF 7 .9981 kIVVRREFBECC3 .29若采用微電流源：若采用微電流源：代入數據代入數據，363.高輸出阻抗電流源高輸出阻抗電流源BJT電流源電路電流源電路+VCCT1T2RIREFIC1IC22IB-VEET3IC3威爾遜電流源電路利用電流負反饋原理來進一步威爾遜電流源電路利用電流負反饋原理來進一步提高鏡像輸出電流的溫度穩定性和增大

15、動態輸出提高鏡像輸出電流的溫度穩定性和增大動態輸出電阻電阻RVVVVIEE3BE2BECCREF REF13C2OIAAII A1、A3為為T1、T3得相對結面積得相對結面積當溫度或負載變化使當溫度或負載變化使IO(IC2)增大時，增大時，IE2隨之增大，隨之增大，IC3及其鏡像電流及其鏡像電流IC1亦隨之增大，促使亦隨之增大，促使VC1(VB2)減小、減小、IB2減小，減小，IO減小，穩定了減小，穩定了IO37電流源電流源作有源負載作有源負載BJT電流源電路電流源電路IREFT2T3T1RvOvi+VCC可使電路在不提高電源電壓的條件下，可使電路在不提高電源電壓的條件下，獲得較高的電壓增益與

16、較大的動態范圍獲得較高的電壓增益與較大的動態范圍有源負載有源負載是模擬集成電路的重要特征。采用有源負載的運放，有時中間只需兩級放大，是模擬集成電路的重要特征。采用有源負載的運放，有時中間只需兩級放大，就可以滿足高增益的要求。這樣，放大器級數減少，有利于提高多級放大器的穩定性就可以滿足高增益的要求。這樣，放大器級數減少，有利于提高多級放大器的穩定性鏡像電流源作為鏡像電流源作為T1的集電極負載的集電極負載38射射極耦合差分式放大電路極耦合差分式放大電路1.1.基本電路基本電路+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo1射極耦合（射極耦合（Em

17、itter-coupled)方式方式39射射極耦合差分式放大電路極耦合差分式放大電路2.2.工作原理工作原理靜態分析：靜態分析：BECCCCCEOCCVRIVVIII 2121+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo1動態分析：動態分析：40流過恒流源的電流不變，故流過恒流源的電流不變，故BJT的射極的射極電位不變；負載中點電位不變，以上電位不變；負載中點電位不變，以上各點對差模信號視為短路。各點對差模信號視為短路。（1）差模電壓放大倍數）差模電壓放大倍數+2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRvvEv+o1ovo2射

18、射極耦合差分式電路極耦合差分式電路+_rRT+RbTCC1REEvOb2VRccV+i2vvi1oidv2idv2I0Eo2v+vo13.主要技術指標計算主要技術指標計算41beCidOVDrRVVA 有負載時：有負載時：2LCLbeLVDRRRrRA 無負載時：無負載時：CobeiRRrR22 bIbIRL/2rbeRC1odVrbeRC2odVRL/22idV2idVidVbI oVbI 射射極耦合差分式電路極耦合差分式電路+2+REidb2TvTi1idb1RRvcc+i22vRvvEv+o1ovo2功率放大電路功率放大電路乙類功放工作乙類功放工作原理原理（設（設u ui i為正弦波）為

19、正弦波）ic1ic2 靜態時：靜態時：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙類工作狀態）類工作狀態） uo = 0V動態時：動態時：ui 0VT1截止，截止，T2導通導通ui 0VT1導通，導通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR 當輸入信號處于正半周時，且當輸入信號處于正半周時，且幅度遠大于三極管的開啟電壓，此幅度遠大于三極管的開啟電壓，此時時NPNNPN型三極管導電，有電流通過型三極管導電，有電流通過負載負載R RL L，按圖中方向由上到下，與，按圖中方

20、向由上到下，與假設正方向相同。假設正方向相同。 當輸入信號為負半周時，且幅度遠當輸入信號為負半周時，且幅度遠大于三極管的開啟電壓，此時大于三極管的開啟電壓，此時PNPPNP型三型三極管導電，有電流通過負極管導電，有電流通過負 載載R RL L，按圖中，按圖中方向由下到上，與假設正方向相反。于方向由下到上，與假設正方向相反。于是兩個三極管一個正半周，一個負半周是兩個三極管一個正半周，一個負半周輪流導電，輪流導電，在負載上將正半周和負半周在負載上將正半周和負半周合成在一起，得到一個完整的不失真波合成在一起，得到一個完整的不失真波形。形。ui+-+VCC-VCCuo三、分析計算三、分析計算(P488

21、)Icm2ic的最大變化范圍為：的最大變化范圍為：uCE的最大變化范圍為：的最大變化范圍為：cmI2LcmCESccRIUV2)(21、輸出功率、輸出功率oooIUP LomomRUU22LomRU221LomomRUP221LCESCCRUV2)(21LCCRV221 ui+-+VCC-VCCuo電源電源功率功率PV 直流電源提供的功率為半個正弦波的平均功直流電源提供的功率為半個正弦波的平均功率，信號越大，電流越大，電源功率也越大。率，信號越大，電流越大，電源功率也越大。LomCC0LomCC0omCCCCCCV2)d(sin22)d(sin22=RUVttRUVttIVIVP 即即PV U

22、om 。當。當Uom趨近趨近VCC時，顯然時，顯然PV 近似與電源電壓的平方成比例。近似與電源電壓的平方成比例。 乙類互補功放電路的管耗乙類互補功放電路的管耗L2omLomCCoVT22=RURUVPPP三極管三極管的管耗的管耗P PT T 電源輸入的直流功率，有一部分通過三極電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管轉換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然管上，形成三極管的管耗。顯然 將將PT畫成曲線，畫成曲線，如圖所示。如圖所示。一個管子的管耗一個管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV)4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVRuuVCCVCCoiLR三極管的最大管耗三極管的最大管耗)4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC0omL2CC22T1max2 . 022 . 0CESU