河北工業(yè)大學(xué)電子線路習(xí)題講解第四章

11電子線路（線性部分）河北工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)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(xué)信息工程學(xué)院2第4章放大器基礎(chǔ)概述4.1偏置電路和耦合方式4.2放大器的性能指標(biāo)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(yīng)用4.6集成運(yùn)算放大器4.7放大器的頻率響應(yīng)34.1偏置電路和耦合方式4.1.1偏置電路設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路稱放大器的偏置電路。

對(duì)偏置電路的要求

提供合適的Q

點(diǎn)，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(jié)正偏、C結(jié)反偏。

當(dāng)環(huán)境溫度等因素變化時(shí)，能穩(wěn)定電路的Q

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

點(diǎn)發(fā)生變化。第4章放大器基礎(chǔ)當(dāng)Q

點(diǎn)過高或過低時(shí)，輸出波形有可能產(chǎn)生飽和或截止失真。在某放大電路中，測(cè)的三極管三個(gè)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(diǎn)在中點(diǎn)，動(dòng)態(tài)范圍最大，輸出波形不易失真。Q

點(diǎn)波動(dòng)對(duì)輸出波形的影響：Q

點(diǎn)升高，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易飽和失真。Q

點(diǎn)降低，不失真動(dòng)態(tài)范圍減小，輸出易截止失真。QibibiCvCEOQO例：由NPN型三極管，Q點(diǎn)偏高時(shí)的失真叫做（

飽和）失真，對(duì)應(yīng)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(duì)輸入信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的一個(gè)負(fù)載，而這個(gè)等效負(fù)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(jí)電路對(duì)輸入信號(hào)源的影響程度。6

輸出電阻對(duì)輸出負(fù)載而言(根據(jù)戴維寧定理和諾頓定理)，任何放大器均可看作它的信號(hào)源，該信號(hào)源內(nèi)阻即放大器輸出電阻Ro

?；騌oRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot

：負(fù)載開路時(shí)vi

或ii

在電路輸出端產(chǎn)生的開路電壓。ion

：負(fù)載短路時(shí)vi

或ii

在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。7

小信號(hào)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(dǎo)放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4章放大器基礎(chǔ)8放大器的增益：

增益(放大倍數(shù))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(hào)變化量與輸入信號(hào)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(duì)Av

影響越小。Ri

越大，RS

對(duì)Avs

影響越小。第4章放大器基礎(chǔ)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(duì)Ais

影響越小。Ro

越大，RL

對(duì)Ai

影響越小?；?dǎo)放大器互導(dǎo)增益：互阻放大器互阻增益：第4章放大器基礎(chǔ)10多級(jí)放大器可拆分成單級(jí)電路進(jìn)行分析：

將后級(jí)輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載電阻。

多級(jí)放大器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2

將前級(jí)帶負(fù)載后的輸出電壓作為后級(jí)輸入電壓。Ri2+-+-vo1=vi2第4章放大器基礎(chǔ)

總輸入電阻即為第一級(jí)的輸入電阻Ri1。

總輸出電阻即為最后一級(jí)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(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)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(jù)三極管(場(chǎng)效應(yīng)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(wú)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(diǎn)。注意：2)由交流通路畫出小信號(hào)等效電路，并進(jìn)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(shí)際電路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4章放大器基礎(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(fù)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(wú)關(guān)。

共發(fā)電路特點(diǎn)第4章放大器基礎(chǔ)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(chǔ)RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi25三種組態(tài)電路的應(yīng)用

共發(fā)放大器(CE)

廣泛應(yīng)用于多級(jí)放大器提供增益的增益級(jí)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(diǎn)，常作多級(jí)放大器輸入級(jí)；利用Ro

低的特點(diǎn)，常作多級(jí)放大器輸出級(jí)，提高帶負(fù)載能力。利用Ri

高、Ro

低的特點(diǎn)，常作緩沖級(jí)(隔離級(jí))，以提高前級(jí)電路的增益。第4章放大器基礎(chǔ)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(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)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(duì)信號(hào)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(jié)構(gòu)：連接方式：（1）、雙端輸入——雙端輸出雙端輸入：是指輸入信號(hào)從兩輸入端口輸入。雙端輸出：是指輸出信號(hào)從兩個(gè)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(hào)從任意一個(gè)集電極對(duì)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(hào)從另一個(gè)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(diǎn)（主要就是交流特性）1、差模信號(hào)與共模信號(hào)①、差模信號(hào)：在差分放大器兩輸入端分別作用著數(shù)值相等，極性相反的輸入電壓，即

vi1=-vi2稱它們?yōu)橐粚?duì)差模輸入信號(hào)，用vid

表示。②、共模信號(hào)：在差分放大器兩輸入端分別作用著數(shù)值相等，極性相同的輸入信號(hào)，即vi1=vi2稱它們?yōu)橐粚?duì)共模信號(hào)，用

vic

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

vi1

與vi2

為任意電壓信號(hào)。根據(jù)這種情況進(jìn)行分析：定義：共模輸入信號(hào)為定義：差模輸入信號(hào)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(hào)作用下的性能，這時(shí)由于電路完全對(duì)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(hào)作用下的性能，這時(shí)由于電路完全對(duì)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(duì)稱，因此差放分析的關(guān)鍵，就是如何在差模輸入與共模輸入時(shí)，分別畫出半電路交流通路。在此基礎(chǔ)上分析電路各項(xiàng)性能指標(biāo)。分析步驟：

差模分析畫半電路差模交流通路

計(jì)算Avd、Rid、Rod

。

共模分析畫半電路共模交流通路

計(jì)算Avc、KCMR、Ric

。

根據(jù)需要計(jì)算輸出電壓雙端輸出：

計(jì)算vo

。單端輸出：

計(jì)算vo1、

vo2

。4、共模抑制比根據(jù)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(yuǎn)小于差模電壓增益或者說相對(duì)于差模信號(hào)，差分放大器具有放大作用；對(duì)于共模信號(hào)，差分放大器具有抑制作用。差分放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力可引入一個(gè)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。即單端輸出的共模抑制比，用KCMR來(lái)表示定義為：差模電壓增益與共模電壓增益之比的絕對(duì)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(yīng)用直流狀態(tài)工作時(shí)，可提供恒定的輸出電流

I0。交流工作時(shí)，具有很高輸出電阻

Ro，可作有源負(fù)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(diǎn)：

對(duì)電流源電路要求：