一、选择题
《模拟电子技术》模拟题9
命题教师：&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&试卷编号：A卷
答题时间：120分钟&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
印题份数：
考试形式：笔试&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
学年学期：& 第& 学期
考试类别：期末&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
课程类别：专业基础课
适用对象：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&&&考试时间：& 年& 月
教研室审核：&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&系主任审核：
4、根据自激振荡的相位条件，判断下图能否产生振荡？如果能振荡，求ःϦ）差分放大电路的分析
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摘要: 1、静态分析 静态时Ui1 =Ui2=0，由于两管对称，设UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，RB1=RB2=RB，RC1=RC2=RC，由基极-发射极回路列方程
(3) 通常情况下，RB阻值很小，IBQ也很小，所以IBQRB可以忽略不计，发射极静态电流
1、静态分析
静态时Ui1 =Ui2=0，由于两管对称，设UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，RB1=RB2=RB，RC1=RC2=RC，由基极-发射极回路列方程
通常情况下，RB阻值很小，IBQ也很小，所以IBQRB可以忽略不计，发射极静态电流
2、动态分析
（1）对共模信号的抑制作用
在差动式放大电路的两个输入端加上一对大小相等极性相同的信号，即Ｕi1=Ｕi2，这种输入方式称为共模输入。共模输入信号用Ｕic表示。共模输入的电路如图1所示。由于电路参数对称，ΔiB1=ΔiB2，ΔiC1=ΔiC2，因此集电极电位变化也相等，共模输入时的输出电压
ＵC1=ＵC2=AuＵic
Ｕoc=ＵC1－ＵC2＝０
这说明差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用，在参数完全对称的情况下，共模输出为零。
由于电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。
图1 输入共模信号
在图1中，RE对共模输入信号起负反馈作用；而且，对于每边晶体管而言，发射极电阻为2RE，阻值越大，负反馈作用越强，集电极电流变化越小，因而集电极电位的变化莫测也就越小，但RE不宜过大，因为由式(5)可知，它受电压UCC的限制。为了描述差分放大电路对共模信号的抵制能力，引入一个新的参数----共模放大倍数AC，定义为
式(8)中，uic为共模输入电压；uoc是uic作用下的输出电压。在电路参数理想对称的情况下，AC=0。
（2）对差模信号的放大作用
当加在两个输入端之间的输入信号Uid被输入端对地的电阻分压，它们各分得Uid的一半，但极性相反。即
这相当于在两个输入端加上一对大小相等极性相反的信号，这样的信号称为差模信号。差模输入信号如图2（a）所示。
图2 输入差模信号
由于ui1=-ui2，又由于电路参数对称，T1、T2所产生的电流变化大小相等而变化方向相反，即ΔiB1=-ΔiB2，ΔiC1=-ΔiC2，因此集电极电位的变化也是大小相等而变化方向相反，ΔuC1=-ΔuC2，这样得到输出电压uo=uC1-uC2=2ΔuC1，从而实现电压放大。同时，T1和T2的发射极电流的变化，同基极电流一样，也是大小相等而变化方向相反，即ΔiE1=-ΔiE2，因此流过电阻RE的电流变化ΔiRE=-ΔiE1+ΔIE2=0，即RE对差模信号的无反馈作用。也就是说，RE对差模信号相当于短路，因此大大提高了对差模信号的放大能力。
由于图2 (a)中晶体管的发射极E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”，由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下也不变，也相当于接“地”，因而RL被分成相等的两部分，分别接在T1管和T2管的c和e极之间，差模信号作用下的等效电路如图2 (b)所示。
差模电压放大倍数
可见，差模电压放大倍数等于单管共射极放大电路的电压放大倍数。 由图2 (b)可得
联立(10) 、(11) 和(12)三式，可求得Aud
由此可见，虽然差动放大电路用了两只晶体管，但它的放大能力只相当于单管共射放大电路。因而差动放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取抑制温度漂移的效果。
根据输入电阻的定义，根据图2 (b)所示的微变等效电路可知
根据输出电阻的定义，根据图2 (b)所示的微变等效电路可知
在理想状态下，即电路完全对称时差动式放大电路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Ｕoc≠0，Auc≠0，即共模输出电压不等于零，共模电压放大倍数不等于零。为了衡量差动式电路对共模信号的抑制能力，将Aud与Auc之比称为共模抑制比，用KCMR表示，即
由上式可以看出，KCMR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力越强，即KCMR越大越好。理想差动式电路的共模抑制比KCMR→∞。后面我们将讨论如何提高共模抑制比。由式(16)可见,在保证Aud不变的情况下，降低Ac，可以提高KCMR。
射极电阻RE越大，对于零点漂移和共模信号的抑制作用越显著。但RE越大，产生的直流压降就越大。为了补偿RE上的直流压降，使射极基本保持零电位，故增加负电源ＵEE，此时，基极电流ＩB可由ＵEE提供。当RE选得较大时，维持正常工作电流所需的负电源将很高，例如，若选RE=100kΩ，则维持1mA射极电流所需的负电源ＵEE竞高达200V，显然是不可取的。为了解决这个问题，可以采用恒流源电路代替射极电阻RE，其电路如图3（ａ）所示。图中T3管采用分压式偏置电路，无论T1、T2管有无信号输入，IB3恒定，IC3恒定，所以T3管称为恒流管。其简化电路如图3（b）所示。
恒流源的静态电阻Ｕ/I很小，所以不需要太大的ＵEE就可以得到合适的工作电流。
(a)具有恒流源的差分放大电路
(b)简化电路
图3 恒流源差分放大电路
在图3（ａ）中，ＩC3＝IE3，由于ＩC3恒定 ，故IE3恒定，则ΔIE=0,这时动态电阻rd为
恒流源对动态信号呈现高达几兆欧的电阻，rd相当于RE，所以，对差模电压放大倍数Aud无影响。对共模信号有很强的抑制能力，使Auc → 0，这时KCMR→∞。实现了在不增加负电源UEE的同时，提高了共模抑制比的目的。
（3）任意信号的分解
任意信号指：两个输入信号ui1、ui2既非差模信号又非共模信号，如图4(a)所示，可以将这对任意信号替换成一对共模信号和一对差模信号，如图4 (b)所示。
(a)任意输入信号
(b)任意输入信号的等效替换
图4 任意信号分解
差模分量：
共模分量：
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差分是基本放大电路之一，由于它具有抑制零点漂移的优异性能，因此得到广泛的应用，并成为集成电路中重要的基本单元电路，常作为集成运算的输入级。
典型的差分电路如图1所示。即使在不对称的情况下，它也能较好地放大差模信号，而对共模信号的放大能力则很差，从而抑制了零点漂移。这一电路的特点，是在发射极串联了一个电阻Re。通常Re取值较大，由于分占了较大的电压，使两管的静态工作点处于不合理的位置，因此引进辅助电源EE（一般取EE = －EC），以抵消Re上的直流压降，并为基极提供适当的偏置。
如图1所示，当输入差模信号时，T1管的ic1增加，T2管的ic2减小，增减的量相等，因此两管的电流通过Re的信号分量相等但方向相反，他们相互抵消，所以Re可视为短路，这时图1中的差分放大器就变成了没有Re的基本差分放大器电路，它对差模信号具有一定的放大能力。
对于共模信号，两管的共模电流在Re上的方向是相同的，在取值较大的Re上产生较大的反馈电压，深度的负反馈把放大倍数压得很低，因此抑制了零点漂移。
从上述可知，对差分放大器来说，其放大的信号分为两种：一种是差模信号，这是需要放大的有用的信号，这种信号在放大器的双端输入时呈现大小相等，极性相反的特性；另一种是共模信号，这是要尽量抑制其放大作用的信号。
差模电压放大倍数
对于差模信号，由于Uid1 = －Uid2，故射极电阻Re上的电流相互抵消，其压降保持不变，即 ?UE = 0，可得到差模输入时的交流等效电路，如图2所示，由于电路对称，每个半边与单管共射极放大器完全一样。
双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：
可见Aud与单管共射极放大器的电压放大倍数Au相同。
考虑负载RL后，双端输入——双端输出差分放大器的差模电压放大倍数为：
共模电压放大倍数
当输入共模信号时，Re上的压降为?UE=2?IERe，在画等效电路时把两管拆开，流过射极电路的电流为IE，为了保持电压?UE不变，应把每管的发射极电阻Re增加一倍，因此共模输入时的交流通路如图3所示。当从两管的集电极输出时，如果电路完全对称，则输出电压Uoc= Uoc1－Uoc2=0，因此双端输出时的共模电压放大倍数Auc为：
从上述讨论可知，共模电压放大倍数越小，对共模信号的抑制作用就越强，放大器的性能就越好。在电路完全对称的条件下，双端输出的差分放大器对共模信号没有放大能力，完全抑制了零点漂移。实际上，电路不可能完全对称，Auc并不为零，但由于Re的负反馈作用，对共模信号的抑制能力还是很强的。在Re取值足够大的情况下，即使是单端输出，也能把Auc1压得很低。如果电路不对称，则（4）式不为零，所以双端输入——双端输出时的Auc应写成：
Auc = Auc1 －Auc2 （7）
共模抑制比
共模抑制比指差分放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即：
上式表明，提高共模抑制比的主要途径是增加Re的阻值。但当工作电流给定后，加大Re势必要提高 |EC|。
为了在不用提高|EC|的情况下 ，能够显著地增大Re，可用晶体管构成的来代替Re，如图4中所示的T3，只要保证T3的UCEQ （1 ~ 2）V，则T3管“集—射”之间的交流阻抗可达几十k欧姆~几M欧姆。
图4电路中的元件值分别为：
= 欧姆， Rb21 = Rb22 = 22 k欧姆， Rc1 = Rc2 = 10k欧姆， R = 510欧姆，R2 = 270 k欧姆，Re3 = 1.2 k欧姆，RL = 100 k欧姆，RW为150欧姆，T3为，T1、T2为对管，2CW1S为稳压管。
相关信息：
IC快速检索：ch3&多级放大电路
（一）多级放大电路的耦合方式
组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。多级放大电路有四种常见的藕合方式:直接耦合、阻容藕合、变压器藕合和光电藕合。
1、直接耦合
为使第一级有合适的静态工作点，就要抬高T2管的基极电位。为此，可以在T2管的发射极加电阻Re2得到图(b)所示；而，增加R,2后，虽然在参数取值得当时，两级均可有合适的静态工作点，但是，毫无疑问，R
e2会使第二级的电压放大倍数大大下降，从而影响整个电路的放大能力。因此，需要选择一种器件取代Re2，它应对直流量和交流呈现出不同的特性；对直流量，它相当于一个电压源；而对交流量，它等效成一个小电阻；这样，既可以设置合适的静态工作点，又对放大电路的放大能力影响不大。二极管和稳压管都具有上述特性。
为使各级晶体管都工作在放大区，必然要求T2管的集电极电位高于其基极电位。可以设想，如果级数增多，且仍为NPN管构成的共射电路，则由于集电极电位逐级升高，以至于接近电源电压，势必使后级的静态工作点不合适。因此，直接祸合多级放大电路常采用NPN型和PNP型管混合使用的方法解决上述问题，如图(d)所示。在图(d)所示电路中，虽然T1管的集电极电位高于其基极电位；但是为使T2工作在放大区，T2管的集电极电位应低于其基极电位(即T1，管的集电极电位)。
直接藕合方式的优缺点
从以上分析可知，采用直接藕合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响，这样就给电路的分析、设计和调试带来一定的困难。在求解静态工作点时，应写出直流通路中各个回路的方程，然后求解多元一次方程。实际应用时，则应采用各种计算机软件辅助分析。
直接藕合放大电路的突出优点是具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；并且由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成放大电路。由于电子工业的飞速发展，集成放大电路的性能越来越好，种类越来越多，价格也越来越便宜，所以凡能用集成放大电路的场合，均不再使用分立元件放大电路。
关于直接藕合放大电路的零点漂移现象以及为克服这种现象而采用的差分放大电路，将在本章第三节中讲述。
2、阻容耦合
&& 各级静态工作点独立，便于分析、设计和调试。
阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。这是因为电容对这类信号呈现出很大的容抗，信号的一部分甚至全部都衰减在藕合电容上，而根本不向后级传递。此外，在集成电路中制造大容量电容很困难，甚至不可能，所以这种藕合方式不便于集成化。
应当指出，通常，只有在信号频率很高、输出功率很大等特殊情况下，才采用阻容祸合方式的分立元件放大电路。
3、变压器耦合
由于变压器藕合电路的前后级靠磁路藕合，所以与阻容藕合电路一样，它的各级放大电路的静态工作点相互独立，便于分析、设计和调试。而它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且笨重，更不能集成化。与前两种藕合方式相比，其最大特点是可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。
只有在集成功率放大电路无法满足需要的情况下，如需要输出特大功率，或实现高频功率放大时，才考虑用分立元件构成变压器祸合放大电路。（功放）
4、光电耦合
光电藕合是以光信号为媒介来实现电信号的藕合和传递的，因其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
（二）多级放大电路的动态分析
多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的各级放大电路电压放大倍数之积。当共集放大电路作为第一级时其输入电阻与第二级有关，作为最后一级时输出电阻与倒数第二级有关。如果输出模型失真，就要找出是在哪一级产生的。
（三）直接耦合放大电路
&&&&工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面、长度等等，它们通过各种不同传感器转化成的电量后也均为变化缓慢的非周期性信号，而且比较微弱，因而这类信号一般均需通过直接祸合放大电路放大后才能驱动负载。
1、零点漂移：输入电压为0，而输出电压不为零的现象。在阻容耦合漂移电压降到电容上，而直接耦合时漂移电压会一级一级的逐级放大；这些可以通过高质量的稳压电源和防老化器件来减小，所以温度漂移变为主要的影响，简称温漂。
&& 抑制温漂（0点的漂移就是Q点的漂移）的方法：
引入直流负反馈，Re；
温度补偿，热敏元件；
差分放大电路。
2、差分放大电路基本电路：
其中V为受温度控制的直流电压源；
大小相等极性相同的输人信号称为共模信号，大小相等极性相反的信号为差模信号。
对于差分放大电路的分析，多是在电路参数理想对称情况下进行的。所谓电路参数理想对称，是指在对称位置的电阻值绝对相等，两只晶体管在任何温度下输入特性曲线与输出特性曲线都完全重合。
3、长尾式差分放大电路
&& 1）共模信号输入时：
由于Re对共模信号起负反馈作用，故称之为共模负反馈电阻。为了描述差分放大电路对共模信号的抑制能力，引入“共模放大倍数Ac”这一参数定义为：Ac=△Uoc/△Uic，理想情况下Ac=0。
& 2）输入差模信号：
由于E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”；又由于负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，也相当于接“地”端，因而RL,被分成相等的两部分，分别接在T1管和T2管的c-e之间，所以图3.3.5
(a)所示电路在差模信号作用下的交流等效电路如图(b)所示。输人差模信号时的电压放大倍数称为差模放大倍数，记作Ad，定义为Ad=△Uod/△Uid。
由此可见，虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于单管共射放大电路。因而差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂的效果。
为了综合考察差分放大电路对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，特引人了一个指标参数—共模抑制比，记作KCMR，定义为KCMR=|Ad/Ac|,理想情况下，Ac趋于0，KCMR趋于无穷。
&& 3）电压传输特性：
斜率为差模放大倍数。
4、差分放大电路的四种接法
& 1）双端输入、单端输出：
它的输出回路已不对称，因此影响了它的静态工作点和动态参数。因为在差模信号作用时，负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，差模放大倍数的数值减小。
分析的等效电路入下图：
& 2）单端输入、双端输出：
因为电路对于差模信号是通过发射极相连的方式将T1管的发射极电流传递到T2管的发射极的，故称这种电路为射极藕合电路。可见，单端输人电路与双端输人电路的区别在于：在差模信号输人的同时，伴随着共模信号输人。因此，在共模放大倍数Ac不为零时，输出端不仅有差模信号作用而得到的差模输出电压，而且还有共模信号作用而得到的共模输出电压。
&& 3）单端输入、单端输出：
由以上分析可知，将四种接法的动态参数特点归纳如下:
&&& (1) 输入电阻均为2(
Rb + rbe,)&。
&&& (2) Ad, Ac,
Ro与输出方式有关，双端输出时，Ad见式(3.3.7), Ac=0, Ro=2
Rc；单端输出时，Ad与Ac分别见式(3.3.16)、(3.3.17)，而Ro=Rc。
单端输人时，在差模信号输人的同时总伴随着共模输人。若输人信号为△uI，则△uId=△Ui,&
△uIc=+△Ui/2 ，输出电压表达式是(3.3.19)。
&& 4）改进型差分放大电路：
在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，能够有效地抑制每一边电路的温漂，提高共模抑制比，这一点对于单端输出电路尤为重要。利用工作点稳定电路来取代Re，就得到如图3.3.13所示具有恒流源的差分放大电路。
恒流源的具体电路是多种多样的，若用恒流源符号取代具体电路，则可得到图3.3.14所示差分放大电路。在实际电路中，由于难以做到参数理想对称，常用一个阻值很小的电位器加在两只管子发射极之间。如下图：
为了获得高输人电阻的差分放大电路，可以将前面所讲电路中的差放管用场效应管取代晶体管，如图3.3.15所示。这种电路特别适于做直接藕合多级放大电路的输人级。通常情况下，可以认为其输入电阻为无穷大。和晶体管差分放大电路相同，场效应管差分放大电路也有四种接法，可以采用前面叙述的方法对四种接法进行分析，这里不再赘述。如下图：
5、直接藕合互补输出级
对于电压放大电路的输出级，一般有两个基本要求：一是输出电阻低，二是最大不失真输出电压尽可能大。分析所学过的各种基本放大电路，共集放大电路满足前一要求，但它带上负载后静态工作点会产生变化，且输出不失真电压也将减小。为了满足上述要求，并且做到输人电压为零时输出电压为零，便产生了双向跟随的互补输出级。基本电路如下：
T1管与T2管以互补的方式交替工作，正、负电源交替供电，电路实现了双向跟随。
&& 交越失真：只有当|ui|
& Uon 时，输出电压才跟随ui变化。
&&&解决方法如下：
为了增大T,管和几管的电流放大系数，以减小前级驱动电流，常采用复合管结构。而要寻找特性完全对称的NPN型和PNP型管是比较困难的，所以，多采用如下图：
本节所介绍的互补输出级(简称互补电路)常作为功率放大电路，也称为OCL电路。
6、直接藕合多级放大电路
实用直接藕合多级放大电路常用差分放大电路作为输人级，这样可以减小整个电路的温漂，增大共模抑制比。如果输入信号是一个微弱的电压信号时，则应考虑采用场效应管差分放大电路。而对于输出级，一般多采用OCL电路，这样可以使输出电阻较小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值可接近电源电压。为了进一步增强放大能力，常用共射放大电路作为中间级，这样就可以得到高电压放大倍数。
在直接藕合多级放大电路中，为了避免各级放大电路输出端静态电位逐级升高或逐级降低现象的产生，都会采用图3.1.1所示NPN和PNP型混合使用的方法，以保证输人电压为零时输出电压为零。
&&& 例子如下：
&& 等效电路图：
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