模拟电路 第五章讲解
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模拟电路5.习题解答
A u
第五章 放大电路的频率响应
5.4
已知某放大电路的幅频特性如图P5.4所示。试问：
(1)该电路的耦合方式；
(2)该电路由几级放大电路组成； (3)当f=104Hz时，附加相移为多少？ 当f=105Hz时，附加相移以约为多少？
解： （1）直接耦合； （2）三级； （3）当f＝104Hz时， φ’＝－135o； 当f＝105Hz时， φ ’＝－270o 。
第五章 放大电路的频率响应
第五章 放大电路的频率响应
习题解答
第五章 放大电路的频率响应
5.2已知某放大电路的波特图如图P5.2所示，试写出AU的表达式。 解：设电路为基本共射放大电路， 其频率特性表达式如下：
32 (1
10 f )(1 j 5 ) jf 10 3.2j f 或Au f f (1 j )(1 j 5 ) 10 10
1 16 Hz 2 π Rs C s 1 1 1.1MHz ' ' 2 π(Rs ∥ RG )C GS 2 πRs C GS 12 .4 ( j
' ' C GS C GS (1 g m RL )C GD 72 pF
fH
f ) 16 A us f f (1 j )(1 j ) 6 16 1.1 10
(2)波特图如右图
第五章 放大电路的频率响应
5.14 电路如图P5.14所示，已知Cgs=Cgd=5pF， C1=C2=Cs=10μ F， gm=5mS，试求fH、、fL各约为多少，并写出Aus Ri ' ' ( g m RL ) g m RL 12 .4 Rs Ri
第五章 放大电路的频率响应
模拟电路第五章知识点总结
第五章 放大电路反馈原理与稳定化基础一、反馈放大器的基本概念 1.反馈极性与反馈形式负反馈：与输入叠加后输入幅值降低。
正反馈：与输入叠加后输入幅值升高。
主反馈：从多级电路的末级向输入级的输入回路的反馈。
局部反馈：多级电路中主反馈之外的反馈环路。
直流反馈：电路中直流电压或直流电流的反馈。
交流反馈：交流或动态信号的反馈。
2.理想反馈方块图和基本反馈方程式表征放大电路的输出量X o 、输入量X i （或X s ）和反馈量X f 之间关系的示意图统称方块图。
理想方块图是指：①信号只沿箭头方向传输，即信号从输入端到输出端只通过基本放大电路，而不通过反馈网络；②信号从输出端反馈到输入端只通过反馈网络而不通过基本放大电路。
基本反馈方程式：()()()()1()()o f i X s A s A s X s A s B s ==+3.环路增益和反馈深度开环增益()A s 与反馈系数()B s 的乘积称为环路增益：()()()T s A s B s = 反馈深度：()1()1()()=+=+F s T s A s B s4.负反馈放大器的分类电压并联负反馈：iRF电流串联负反馈：RL 电压串联负反馈：v R LR电流并联负反馈：i LR二、负反馈对放大器性能的影响 1.闭环增益的稳定性闭环增益稳定性比开环增益稳定性提高到（1AB +）倍2.输入电阻串联负反馈能使闭环输入电阻if R 增加到开环输入电阻i R 的1AB +倍； 并联负反馈能使闭环输入电阻R if 减小到开环输入电阻R i 的11AB+。
（或者说减小1AB +倍，注意说法区别）3.输出电阻电压负反馈使闭环输出电阻of R 降低到其开环输出电阻o R 的11so A B+；（或者说减小1AB +倍，注意说法区别）电流负反馈能使闭环（从末级晶体管的输出电极向反馈放大电路看入的等效）输出电阻R of 增大到(1)ss A B +倍。
4.信号源内阻对负反馈放大器性能的影响信号源内阻越小，串联负反馈效果越好；if fs f s ifR A A R R =+信号源内阻越大，并联负反馈效果越好。
模电第5章课件PPT学习教案
VT1
VT2
R2 uI2
第12页/共53页
动态分析：
（1）信号输入方式
共模输入电压 uIc 差模输入电压 uId
第13页/共53页
第14页/共53页
第15页/共53页
共模电压放大倍数：
Ac
Δ uo Δ uIc
Ac 愈小愈好， 而Ad 愈大愈好 +
uIc ~
+VCC
Rb
Rc
+ uo
Rc Rb
R
+VCC Rb2
ICQ1
ICQ2
1 2
ICQ3
R
U U V I R CQ1
CQ2
CC
CQ1
(对地)
C
IBQ1
IBQ2
ICQ1
1
(对地)
UBQ1 UBQ2 IBQ1R
VT1
图
VT3
Re
R
VT2
Rb1
VEE
恒流源式差分放大电路
第24页/共53页
3. 动态分析 由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻 ，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放 大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。
IB1 +
UBE1
IC2
IB2 U+BE2 VT2
IC2
I C1
I REF
2IB
I REF
2
IC2
图
所以
1
IC2
I R EF 1
2
当满足 >> 2 时，则
IC2
I R EF
VCC
UB E1 R
第5页/共53页
二、比例电流源
模拟电子技术第五章场效应管及其放大电路
3而、增转大移(z特ēn性ɡ (dtàè)x。ìng)与漏极特性(tèxìng)间的关系
①在漏极特性(tèxìng)上,对应某一vDS,作一垂直线； ②该垂线与各漏极特性(tèxìng)相交得到一组交点； ③由各交点所对应的vGS 和iD值可画出对应的转移特性(tèxìng)。
第十一页，共54页。
第十二页，共54页。
注意：通过判断VDS是否大 于VGS-VT，来确定 (quèdìng)管子工作在饱和区 还是可变电阻区。 当VGS<VT，管子截止。
例题: 电路如图所示，设Rg1=60kΩ，Rg2=40kΩ，Rd=15kΩ，
VDD=5V，VT=1V，Kn=0.2mA/V2。试计算电路的静态漏极电流 (diànliú)IDQ和漏源电压VDSQ。
例题: 电路如图所示，由电流(diànliú)源提供偏置（可由其
它MOS管构成）。设NMOS管的参数为Kn=160μA/V2， VT=1V， VDD=VSS=5V，IDQ=0.25mA， VDQ=2.5V。试求电路参数。
静态(jìngtài)时，vI＝0，VG ＝0，ID ＝ I
vGS VT
12
vGS VT , vDS vGS VT
第十六页，共54页。
5.1.4 沟道长度调制(tiáozhì)效应
iD Kn
vGS VT
2
KnVT2
vGS VT
2 1
I DO
vGS VT
2 1
iD Kn vGS VT 2 1 vDS
I
DO
vGS VT
12 1 vDS
1. 输出特性
iD f vDS |vGS 常数
vGD= vGS-vDS=VT
可变电阻区(resistive region) —— 饱和区
①在漏极特性(tèxìng)上,对应某一vDS,作一垂直线； ②该垂线与各漏极特性(tèxìng)相交得到一组交点； ③由各交点所对应的vGS 和iD值可画出对应的转移特性(tèxìng)。
第十一页，共54页。
第十二页，共54页。
注意：通过判断VDS是否大 于VGS-VT，来确定 (quèdìng)管子工作在饱和区 还是可变电阻区。 当VGS<VT，管子截止。
例题: 电路如图所示，设Rg1=60kΩ，Rg2=40kΩ，Rd=15kΩ，
VDD=5V，VT=1V，Kn=0.2mA/V2。试计算电路的静态漏极电流 (diànliú)IDQ和漏源电压VDSQ。
例题: 电路如图所示，由电流(diànliú)源提供偏置（可由其
它MOS管构成）。设NMOS管的参数为Kn=160μA/V2， VT=1V， VDD=VSS=5V，IDQ=0.25mA， VDQ=2.5V。试求电路参数。
静态(jìngtài)时，vI＝0，VG ＝0，ID ＝ I
vGS VT
12
vGS VT , vDS vGS VT
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5.1.4 沟道长度调制(tiáozhì)效应
iD Kn
vGS VT
2
KnVT2
vGS VT
2 1
I DO
vGS VT
2 1
iD Kn vGS VT 2 1 vDS
I
DO
vGS VT
12 1 vDS
1. 输出特性
iD f vDS |vGS 常数
vGD= vGS-vDS=VT
可变电阻区(resistive region) —— 饱和区
模拟电路第五章
RS 0 R/W 0 D7 0 D6 1 D5 D4 D3 D2 D1 D0
CGRAM的地址
功能：设置用户自定义CGRAM的地址，对用户自定义CGRAM访问 时，要先设定CGRAM的地址，地址范畴0~63。
（8）显示缓冲区DDRAM地址设置命令 格式：
RS 0 R/W 0 D7 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
MOV A，#11000101B ；写入显示缓冲区起始地址为第2行第6列。 ACALL WC51R MOV A，“B” ；第2行第6列显示字母“B”。 ACALL WC51DDR MOV A，“Y” ；第2行第7列显示字母“Y”。 ACALL WC51DDR MOV A，“E” ；第2行第8列显示字母“E”。 ACALL WC51DDR LOOP：AJMP LOOP ；初始化子程序 INIT：MOV A，#00000001H ；清屏 ACALL WC51R MOV A，#00111000B ；使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型。 LCALL WC51R MOV A，#00001110B ；显示器开，光标开，字符不闪烁。 LCALL WC51R MOV A，#00000110B ；字符不动，光标自动右移一格。 LCALL WC51R RET
2. 字符型液晶显示模块RT-1602C的内部结构
液晶显示模块RT-C1602C的内部结构可以分成三部分：LCD 控制器、LCD驱动器、LCD显示器。 控制器采用HD44780，驱动器采用HD44100。 HD44780是集控制器，驱动器于一体，专用于字符显示控制驱动 集成电路，是字符型液晶显示控制器的代表电路。 HD44100是作扩展显示字符位的。
汇编语言程序： RS BIT P2.0 RW BIT P2.1 E BIT P2.7 ORG 00H AJMP START ORG 50H ；主程序 START：MOV SP，#50H ACALL INIT MOV A，#10000000B ；写入显示缓冲区起始地址为第1行第1列。 ACALL WC51R MOV A，“G” ；第1行第1列显示字母“G”。 ACALL WC51DDR MOV A，“O” ；第1行第2列显示字母“O”。 ACALL WC51DDR MOV A，“O” ；第1行第3列显示字母“O”。 ACALL WC51DDR MOV A，“D” ；第1行第4列显示字母“D”。 ACALL WC51DDR
CGRAM的地址
功能：设置用户自定义CGRAM的地址，对用户自定义CGRAM访问 时，要先设定CGRAM的地址，地址范畴0~63。
（8）显示缓冲区DDRAM地址设置命令 格式：
RS 0 R/W 0 D7 1 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
MOV A，#11000101B ；写入显示缓冲区起始地址为第2行第6列。 ACALL WC51R MOV A，“B” ；第2行第6列显示字母“B”。 ACALL WC51DDR MOV A，“Y” ；第2行第7列显示字母“Y”。 ACALL WC51DDR MOV A，“E” ；第2行第8列显示字母“E”。 ACALL WC51DDR LOOP：AJMP LOOP ；初始化子程序 INIT：MOV A，#00000001H ；清屏 ACALL WC51R MOV A，#00111000B ；使用8位数据，显示两行，使用5*7的字型。 LCALL WC51R MOV A，#00001110B ；显示器开，光标开，字符不闪烁。 LCALL WC51R MOV A，#00000110B ；字符不动，光标自动右移一格。 LCALL WC51R RET
2. 字符型液晶显示模块RT-1602C的内部结构
液晶显示模块RT-C1602C的内部结构可以分成三部分：LCD 控制器、LCD驱动器、LCD显示器。 控制器采用HD44780，驱动器采用HD44100。 HD44780是集控制器，驱动器于一体，专用于字符显示控制驱动 集成电路，是字符型液晶显示控制器的代表电路。 HD44100是作扩展显示字符位的。
汇编语言程序： RS BIT P2.0 RW BIT P2.1 E BIT P2.7 ORG 00H AJMP START ORG 50H ；主程序 START：MOV SP，#50H ACALL INIT MOV A，#10000000B ；写入显示缓冲区起始地址为第1行第1列。 ACALL WC51R MOV A，“G” ；第1行第1列显示字母“G”。 ACALL WC51DDR MOV A，“O” ；第1行第2列显示字母“O”。 ACALL WC51DDR MOV A，“O” ；第1行第3列显示字母“O”。 ACALL WC51DDR MOV A，“D” ；第1行第4列显示字母“D”。 ACALL WC51DDR
模拟电路场效应管及其基本放大电路
UGS(off)
信息技术学院
3. 特性
（1）转移特性
在恒流区
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
漏极饱 和电流
(U GS (off ) uGS 0)
夹断 电压
信息技术学院
（2）输出特性
iD f (uDS ) U GS 常量
IDSS g-s电压 控制d-s的 等效电阻
信息技术学院
P 沟道场效应管 D
P 沟道场效应管是在 P 型 硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+)，导电沟道为 P 型， 多数载流子为空穴。 d
P G
N+ 型 沟 道 N+
g
S
s 符号
信息技术学院
2. 工作原理
（1）栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
uDS=0
UGS（off）
沟道最宽 (a)uGS = 0
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
信息技术学院
各类场效应管的符号和特性曲线
种类 结型 N 沟 道 符号 D 转移特性 ID /mA IDSS 漏极特性 UGS= 0V
ID
-
G
S D
UGS(off) O
UGS
O + + + ID O
o
UDS
ID
结型
P 沟 道
O UGS(off) UGS
G
IDSS
S D B
iD f (uGS ) U DS 常量
当场效应管工作在恒流区时，由于输出特性曲线可近似为横轴的一组平行 线，所以可用一条转移特性曲线代替恒流区的所有曲线。输出特性曲线的 恒流区中做横轴的垂线，读出垂线与各曲线交点的坐标值，建立uGS，iD坐 标系，连接各点所得的曲线就是转移特性曲线。
模电第五章
关键是根据输入信号求出各极电流、 关键是根据输入信号求出各极电流、电压波形瞬时值
解：静态工作点如下
U BEQ = 0.7V
I CQ = 5mA
I BQ = 100µA
U CEQ = 10V
瞬时值是交流量叠加在直流量之上 1、晶体管发射结上的瞬时电压 、
uBE = UBEQ + ui = 0.7 + 0.025sin ωt(V )
+ uce
−
——输出交流负载线 输出交流负载线
′ uCE −UCEQ = −RL (iC − ICQ )
交流负载线过Q点 ①令iC = ICQ，则uCE = UCEQ，交流负载线过 点 ②斜率为
′ −1 RL 交流负载线比直流负载线陡
图解
′ ③令iC = 0，则 uCE = UCEQ + ICQ RL ，这是与横坐标的交点 ，
第五章 基本放大电路
1 − ′ RL
−
1 RC
Q
Q
UCEQ + ICQ (RC // RL )
第五章 基本放大电路
【结论】： ① 当ui=0时，即为静态。 时 即为静态。 此时u 此时 BE=UBEQ=0.7V， iB=IBQ=100µA，uCE=UCEQ=10V，iC=ICQ=5 mA ， ， ， ② 当ui从零向正方向增大时→iB↑→ iC↑→uCE↓ 当ui从零向负方向减小时→iB↓→ iC↓→uCE↑ 图解法不仅形象地说明了放大器的工作过程， ③ 图解法不仅形象地说明了放大器的工作过程，而且可以求出各极电 流、电压幅值和相位关系。 电压幅值和相位关系。
图解
第五章 基本放大电路
2、画输出回路的交流负载线 、 在动态运用时， 都是在静态电流、 在动态运用时，iC和uCE都是在静态电流、电压的基础上随交流信号 作相应的变化。 作相应的变化。
第五章 电流镜
CMOS模拟集成电路设计 第五章 电流镜
19
5.4 与差动对结合的电流镜
电流镜与差动对的结合可以将差动输入信号转换为单端输出信号。
M1的小信号电流经过M3镜像到M4中，M4和M2的小信 号电流的矢量和流过输出端的负载使Vout发生变化。这 也是差分运放的一种形式。
大信号分析
当Vin1<<Vin2时，M1,3,4关断，各支路无电流Vout=0。随 着Vin1逐渐增大，I4逐渐变大，I2逐渐变小，Vout处的寄生 电容被充电，电位升高。Vin1=Vin2时，Vout=VF=VDD-VSG3 。Vin1>>Vin2时，M2关断，Vout变为VDD。(Vin=Vin2时， 为什么Vout=VF?) 若Vout<VF，M1流过的电流将大于M2，M3流过的电流将 小于M4，这是互相矛盾的。
CMOS模拟集成电路设计 第五章 电流镜
16
5.3 低压共源共栅电流镜
低压共源共栅电流镜，或者叫“低电压余度消耗”的共源共 栅电流镜。 (b)图比(a)图多消耗了相当于一个 阈值的电压余度。主要是因为M1 的二极管形式连接。因此将拓扑 改造成左下方所示的结构。只要 合理的设置Vb就可以减小电压余 度消耗。 VGS1 ≥ Vb − VTH 2 , Vb − VGS 2 ≥ VGS1 − VTH 1 ⇒ VGS 2 + VGS1 − VTH 1 ≤ Vb ≤ VGS1 + VTH 2
共源共栅电流镜
体效应在两个管子上表现出相同的阈值变化。
CMOS模拟集成电路设计
第五章 电流镜
14
5.2 共源共栅电流镜
例：画出VX和VY与IREF的关系草图。如果IREF作为电流源工作， 其两端的电压不能小于0.5V，则IREF能提供的最大电流值是多少？ （不考虑体效应，管子尺寸及工艺参数已知）
19
5.4 与差动对结合的电流镜
电流镜与差动对的结合可以将差动输入信号转换为单端输出信号。
M1的小信号电流经过M3镜像到M4中，M4和M2的小信 号电流的矢量和流过输出端的负载使Vout发生变化。这 也是差分运放的一种形式。
大信号分析
当Vin1<<Vin2时，M1,3,4关断，各支路无电流Vout=0。随 着Vin1逐渐增大，I4逐渐变大，I2逐渐变小，Vout处的寄生 电容被充电，电位升高。Vin1=Vin2时，Vout=VF=VDD-VSG3 。Vin1>>Vin2时，M2关断，Vout变为VDD。(Vin=Vin2时， 为什么Vout=VF?) 若Vout<VF，M1流过的电流将大于M2，M3流过的电流将 小于M4，这是互相矛盾的。
CMOS模拟集成电路设计 第五章 电流镜
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5.3 低压共源共栅电流镜
低压共源共栅电流镜，或者叫“低电压余度消耗”的共源共 栅电流镜。 (b)图比(a)图多消耗了相当于一个 阈值的电压余度。主要是因为M1 的二极管形式连接。因此将拓扑 改造成左下方所示的结构。只要 合理的设置Vb就可以减小电压余 度消耗。 VGS1 ≥ Vb − VTH 2 , Vb − VGS 2 ≥ VGS1 − VTH 1 ⇒ VGS 2 + VGS1 − VTH 1 ≤ Vb ≤ VGS1 + VTH 2
共源共栅电流镜
体效应在两个管子上表现出相同的阈值变化。
CMOS模拟集成电路设计
第五章 电流镜
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5.2 共源共栅电流镜
例：画出VX和VY与IREF的关系草图。如果IREF作为电流源工作， 其两端的电压不能小于0.5V，则IREF能提供的最大电流值是多少？ （不考虑体效应，管子尺寸及工艺参数已知）