河北工業(yè)大學電子線路習題講解第四章

11電子線路（線性部分）河北工業(yè)大學信息工程學院電子科學與技術系授課教師：田漢民Email:tianhanmin@Cellphone編：謝嘉奎2023/1/15河北工業(yè)大學信息工程學院2第4章放大器基礎概述4.1偏置電路和耦合方式4.2放大器的性能指標4.3基本組態(tài)放大器4.4差分放大器4.5電流源電路及其應用4.6集成運算放大器4.7放大器的頻率響應34.1偏置電路和耦合方式4.1.1偏置電路設置靜態(tài)工作點的電路稱放大器的偏置電路。

對偏置電路的要求

提供合適的Q

點，保證器件工作在放大模式。例如：偏置電路須保證三極管E結正偏、C結反偏。

當環(huán)境溫度等因素變化時，能穩(wěn)定電路的Q

點。例如：溫度升高，三極管參數、ICBO、VBE(on)，而這些參數的變化將直接引起Q

點發(fā)生變化。第4章放大器基礎當Q

點過高或過低時，輸出波形有可能產生飽和或截止失真。在某放大電路中，測的三極管三個電極的靜態(tài)電位分別為12V，3.7V，3V，則它是（）。NPN型硅管？NPN型鍺管？PNP型硅管？PNP型鍺管？4QiCtICQtvCEOVCEQibQ

點在中點，動態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q

點波動對輸出波形的影響：Q

點升高，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q

點降低，不失真動態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCEOQO例：由NPN型三極管，Q點偏高時的失真叫做（

飽和）失真，對應的輸出電壓波形將出現(xiàn)（底部）失真。54.2.1輸入電阻、輸出電阻、增益

輸入電阻對輸入信號源而言，放大器相當于它的一個負載，而這個等效負載電阻就是放大器輸入電阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定義上式中，Ri表示本級電路對輸入信號源的影響程度。6

輸出電阻對輸出負載而言(根據戴維寧定理和諾頓定理)，任何放大器均可看作它的信號源，該信號源內阻即放大器輸出電阻Ro

。或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot

：負載開路時vi

或ii

在電路輸出端產生的開路電壓。ion

：負載短路時vi

或ii

在電路輸出端產生的短路電流。7

小信號放大器四種電路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器RSRivS+-+-vi互導放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4章放大器基礎8放大器的增益：

增益(放大倍數)不同類型放大器輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。即放大器輸出信號變化量與輸入信號變化量的比值。A=xo/xi電壓放大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓增益：開路電壓增益：源電壓增益：Ro

越小，RL

對Av

影響越小。Ri

越大，RS

對Avs

影響越小。第4章放大器基礎9電流放大器電流增益：短路電流增益：源電流增益：RoRLionioRSRiiSiiRi

越小，RS

對Ais

影響越小。Ro

越大，RL

對Ai

影響越小?；Х糯笃骰г鲆妫夯プ璺糯笃骰プ柙鲆妫旱?章放大器基礎10多級放大器可拆分成單級電路進行分析：

將后級輸入電阻作為前級的負載電阻。

多級放大器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2

將前級帶負載后的輸出電壓作為后級輸入電壓。Ri2+-+-vo1=vi2第4章放大器基礎

總輸入電阻即為第一級的輸入電阻Ri1。

總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻Ro2。4.2.2放大器的失真放大器的失真是指輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號波形的一種物理現(xiàn)象。失真類型頻率失真瞬變失真線性失真非線性失真12根據三極管(場效應管)在放大器中的不同接法，放大器分為三種基本組態(tài)。4.3基本組態(tài)放大器T+-+-VCCRCvivo(共發(fā))T+-+-VCCREvivo(共集)T+-+-VCCRCvivo(共基)無論何種組態(tài)放大器，分析方法均相同。1)由直流通路確定電路靜態(tài)工作點。注意：2)由交流通路畫出小信號等效電路，并進行分析。13

共發(fā)射極放大器4.3.1三種組態(tài)放大器的實際電路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器基礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C214

共基極放大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器基礎RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC15

共集電極放大器VCCRB1RB2RE直流通路第4章放大器基礎交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2共源共集電極共基共集電極共發(fā)射共發(fā)射共集共基20

共發(fā)電路性能分析4.3.2

共發(fā)、共基和共集放大器的性能

畫微變等效電路

分析電路輸入、輸出電阻故rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib第4章放大器基礎RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-viRiRo21

共發(fā)電路電流增益rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第4章放大器基礎短路電流增益22

共發(fā)電路電壓增益rbegmvbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virce開路電壓增益源電壓增益第4章放大器基礎231)既有電壓放大作用、又有電流放大作用。2)輸出電壓與輸入電壓反相。

共發(fā)電路提供的最大電壓增益若采用有源負載作為RC，可使RC>>rce

因此由于厄爾利電壓|VA|>>VT，因此共發(fā)電路提供的Av很大，且其值與靜態(tài)電流ICQ

無關。

共發(fā)電路特點第4章放大器基礎24三種組態(tài)電路性能比較小大小大大小大大1大中中共發(fā)共基共集RiRoAvAin第4章放大器基礎RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi25三種組態(tài)電路的應用

共發(fā)放大器(CE)

廣泛應用于多級放大器提供增益的增益級中。

共基放大器(CB)

由于頻率特性好，故常與共發(fā)電路配合，組成寬帶放大器。

共集放大器(CC)

利用Ri

高的特點，常作多級放大器輸入級；利用Ro

低的特點，常作多級放大器輸出級，提高帶負載能力。利用Ri

高、Ro

低的特點，常作緩沖級(隔離級)，以提高前級電路的增益。第4章放大器基礎4-15、一共發(fā)放大器如圖所示，試畫出直流通路、交流通路、交流等效電路。已知晶體三極管β=200，VBE(on)=0.7V，｜VA｜=150V,試求Ri、Ro、Ai、Av、Avs及Avtmas。圖中各電容C對信號頻率呈短路。(b)解：直流通路為4-15、一共發(fā)放大器如圖所示，試畫出直流通路、交流通路、交流等效電路。已知晶體三極管β=200，VBE(on)=0.7V，｜VA｜=150V,試求Ri、Ro、Ai、Av、Avs及Avtmas。圖中各電容C對信號頻率呈短路。(b)解：由直流通路得4-15、一共發(fā)放大器如圖所示，試畫出直流通路、交流通路、交流等效電路。已知晶體三極管β=200，VBE(on)=0.7V，｜VA｜=150V,試求Ri、Ro、Ai、Av、Avs及Avtmas。圖中各電容C對信號頻率呈短路。解：交流通路為(d)4-15、一共發(fā)放大器如圖所示，試畫出直流通路、交流通路、交流等效電路。已知晶體三極管β=200，VBE(on)=0.7V，｜VA｜=150V,試求Ri、Ro、Ai、Av、Avs及Avtmas。圖中各電容C對信號頻率呈短路。解：交流通路為(d)則因此，輸入電阻輸出電阻電流增益電壓增益源電壓增益最大電壓增益(d)例如圖所示放大電路中，已知Vbe(on)1=0.7V，Vbe(on)2=-0.25V,

試求T1和T2管的集電極電流

、

vo1RC1RB1REVCCvo2RC2VEERB2T1T2vi1vi24.4.1、差分放大器的電路結構：連接方式：（1）、雙端輸入——雙端輸出雙端輸入：是指輸入信號從兩輸入端口輸入。雙端輸出：是指輸出信號從兩個集電極之間取出。（2）、雙端輸入——單端輸出單端輸出：是指輸出信號從任意一個集電極對地取出。（3）、單端輸入——雙端輸出單端輸入：是指兩輸入端口的任意一端口，接地短路；輸入信號從另一個端口輸入。（4）、單端輸入——單端輸出4.4差分放大器二、性能特點（主要就是交流特性）1、差模信號與共模信號①、差模信號：在差分放大器兩輸入端分別作用著數值相等，極性相反的輸入電壓，即

vi1=-vi2稱它們?yōu)橐粚Σ钅］斎胄盘?，用vid

表示。②、共模信號：在差分放大器兩輸入端分別作用著數值相等，極性相同的輸入信號，即vi1=vi2稱它們?yōu)橐粚材Ｐ盘?，?/p>

vic

表示。在實際應用中，加到差分放大器兩輸入端的信號電壓，往往為任意信號，它們既不是差模信號，也不是共模信號。即

vi1

與vi2

為任意電壓信號。根據這種情況進行分析：定義：共模輸入信號為定義：差模輸入信號為定義：共模輸出電壓為差模輸出電壓為通過上面的分析可知：①、差分放大器的差模性能是指，在差模輸入信號作用下的性能，這時由于電路完全對稱在輸出端只有差模電壓而沒有共模電壓，即vo1=-vo2=vod/2②、差分放大器的共模性能是指，在共模輸入信號作用下的性能，這時由于電路完全對稱在輸出端只有共模電壓而沒有差模電壓，即voc1=voc2=voc③、差分放大器的性能就是差模和共模兩種性能的合成。36差放半電路分析法

因電路兩邊完全對稱，因此差放分析的關鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時，分別畫出半電路交流通路。在此基礎上分析電路各項性能指標。分析步驟：

差模分析畫半電路差模交流通路

計算Avd、Rid、Rod

。

共模分析畫半電路共模交流通路

計算Avc、KCMR、Ric

。

根據需要計算輸出電壓雙端輸出：

計算vo

。單端輸出：

計算vo1、

vo2

。4、共模抑制比根據上面的分析可知：差分放大器的差模性能和共模性能有很大的不同，最主要的是共模電壓增益遠小于差模電壓增益或者說相對于差模信號，差分放大器具有放大作用；對于共模信號，差分放大器具有抑制作用。差分放大器對共模信號的抑制能力可引入一個參數來評價。即單端輸出的共模抑制比，用KCMR來表示定義為：差模電壓增益與共模電壓增益之比的絕對值。即差分放大器單端輸出差分放大器雙端輸出4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(1)T1和T2管的集電極靜態(tài)電流ICQ，共模輸入電壓vic和差模輸入電壓vid。(2)畫差模交流通路和共模交流通路。(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。解：（1）靜態(tài)電流：由于IEE=(-VBE(on)-VEE)/REE=1.04mA,

則ICQ1=ICQ2≈IEE/2=0.52mA共模輸入電壓：vic=(vi1+vi2)/2=4.995V

差模輸入電壓：

vid=vi1-vi2=30mV4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(1)T1和T2管的集電極靜態(tài)電流ICQ，共模輸入電壓vic和差模輸入電壓vid。(2)畫差模交流通路和共模交流通路。(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。差模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(1)T1和T2管的集電極靜態(tài)電流ICQ，共模輸入電壓vic和差模輸入電壓vid。(2)畫差模交流通路和共模交流通路。(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。共模交流通路差模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。差模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。由于rce較大，在電路中忽略差模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。共模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。共模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。共模交流通路4-35在圖下所示差分放大器中，已知vi1=5.01V,vi2=4.98V,β=100,VBE(on)=0.7V,RL＝5kΩ，Rc1=Rc2=REE=5.1KΩ，（rce較大，在電路中忽略），試求：(3)求單端輸出的差模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

，共模輸入電阻

、輸出電阻

、電壓增益

,及共模抑制比。4.5電流源電路及其應用直流狀態(tài)工作時，可提供恒定的輸出電流

I0。交流工作時，具有很高輸出電阻

Ro，可作有源負載使用。+-VQ+vRiB恒定iC外電路(電流源電路)+-VQR電流源I0(直流狀態(tài))+-R電流源Rov(交流狀態(tài))

電流源電路特點：

對電流源電路要求：