习题课 习题课 、电路(系统)的波形失真及动态范围 1失真的种类,原因与特征 种类产生原因特征备注 非线性器件ⅥA特性的输出产生新·非线性 失 非线性 的频率分量●波形不限 线性失真·频带不够宽输出不产生·频带信号 颜频率 幅度失真新的频率分·线性电抗 失真)|●相频特性非直线量 器件作用 相位失真 1 习题课 2.饱和失真与截止失真的判断方法 (1)负载线法:用AC负载线(题222226) (2)直流传输特性法:NPN管CE放大电路 三个工作区域 动态范围估算 Q点偏高 Q点偏低 截!放饱V 最佳Q点 止i大和 适用DC耦合 区区区 2
1 1 清华大学电子工程系李冬梅 习题课 习题课 一、电路(系统)的波形失真及动态范围 1. 失真的种类，原因与特征 种 类 产 生 原 因 特 征 备 注 非线性 失 真 器件 VA 特性的 非线性 输出产生新 的频率分量 z非线性 z波形不限 线性失真 (频 率 失 真) z频带不够宽 ⎯ 幅度失真 z相频特性非直线 ⎯ 相位失真 输出不产生 新的频率分 量 z频带信号 z线性电抗 器件作用 习题课 2 清华大学电子工程系李冬梅 2. 饱和失真与截止失真的判断方法 (1)负载线法：用AC负载线 (题2.2.2,2.2.6) (2)直流传输特性法：NPN管CE放大电路 VCC 截 止 区 饱 和 区 放 大 区 0 νI Q Vom1 Vom2 νO •三个工作区域 •动态范围估算 •Q点偏高 •Q点偏低 •最佳Q点 •适用DC耦合 •三个工作区域 •动态范围估算 •Q点偏高 •Q点偏低 •最佳Q点 •适用DC耦合 习题课
习题课 (3)多级放大电路的动态范围分析 多级一般不用图解法。 ·除分析输出级以外,还必须分析前面各级情况。 ·确定工作点Q,在正、反向最大幅度中取小者。 与输出电流及R有关,决定是否能达到最大(尽限 应用)。 饱和程度:临界或已饱和,程度不同,本质相同。 题28.4、29.1、2.9.2、*293 习题课 80UA 直流通路 R3 CO Vor -vro 1-0.7 =0.048m1=48u4 Rs lQ取40uA(或50uA)! 作图!—输入负载线 题图22.2 2
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 (3)多级放大电路的动态范围分析 • 多级一般不用图解法。 • 除分析输出级以外，还必须分析前面各级情况。 • 确定工作点Q，在正、反向最大幅度中取小者。 •与输出电流及RL有关, 决定是否能达到最大(尽限 应用)。 •饱和程度：临界或已饱和，程度不同，本质相同。 • 多级一般不用图解法。 • 除分析输出级以外，还必须分析前面各级情况。 • 确定工作点Q，在正、反向最大幅度中取小者。 •与输出电流及RL有关, 决定是否能达到最大(尽限 应用)。 •饱和程度：临界或已饱和，程度不同，本质相同。 题2.8.4、2.9.1、 2.9.2、*2.9.3 习题课 4 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.2（图解法） VO T R3 VCC + _ RS 直流通路 VBB VO T vS R3 VCC + _ + _ RS 题图 2.2.2 VBB 习题课 mA uA R V V I B BB BEQ BQ 0.048 48 6.2 1 0.7 = = − = − = IIBQBQ取取40uA 40uA（或（或50uA 50uA）！）！ 作图！——输入负载线 vBE iB 0 VBEQ 40uA Q 0.5V 1V 80uA
习题课 IB 80UA cmA 60UA 40uA--- 40UA EQ 4\ 12V VCE ce=Cc E=kce Vcc=-2+6 R R Ro 作图!—输出负载线 与40uA(或50uA)特性曲线交点为Q(4V,4mA) 动态范围:min(4-Ⅴcgs,12-4)=36V 5 习题课 IB 80UA 60UA 4mA 0.5v v 12V VCE v =100 sin wtmk Ic 3
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.2(图解法） VO T R3 VCC + _ RS 直流通路 VBB 习题课 6 2 = − + = − + − = CE C CC C CE C CC CE CQ V R V R V R V V I 作图！——输出负载线 与40uA（或50uA）特性曲线交点为Q（4V，4mA） vBE iB 0 VBEQ 40uA Q 0.5V 1V 80uA vCE iC 0 4V 2mA Q 12V 20uA 40uA 60uA 4mA 6mA 动态范围： 动态范围：min(4 min(4－－VVCES，12－4)＝3.6V CES，12－4)＝3.6V 6 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.2(图解法） VO T R3 VCC + _ RS 直流通路 VBB 习题课 vBE iB 0 40uA Q 0.5V 1V 80uA vCE iC 0 4V 2mA Q 12V 20uA 40uA 60uA 4mA 6mA vs = 100sinwtmV iB iC vO
习题课 R R 题226 将基极偏置电路等Rg:取 R 效成电压源 y 题图2.2.6 Vn =-2Vcc=2V,Ro=R,//R, a 17.3kQ, R1+R2 (B+1)R ≈16.3A,Io≈1.63mA, ro≈15-(334+0,62)×63≈8.6V 7 习题课 R R 题2.2.6 C 将基极偏置电路等Rs书 R 效成电压源 忽略R的条件 巩R 2 R 动态范围 题图226 由于ⅤcE较大,动态 范围由Ⅴn2决定 CE() Vm2=ICoR1≈3.61p
4 7 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.6 将基极偏置电路等 效成电压源 VO T R1 vS R3 RL VCC C1 C2 + _ + _ R2 RS R4 题图 2.2.6 + _ Vi 习题课 = = ≈ Ω， + = CC 2V, B 1 // 2 17.3k 1 2 2 BB V R R R R R R V ( ) ( ) 。 ， 15 3.3 0.62 1.63 8.6V 16.3 A 1.63mA, 1 CEQ CQ B 4 BB BE BQ ≈ − + × ≈ ≈ ≈ + + − = V I R R V V I µ β 8 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.6 将基极偏置电路等 效成电压源 忽略RE的条件 动态范围 VO T R1 vS R3 RL VCC C1 C2 + _ + _ R2 RS R4 题图 2.2.6 + _ Vi 0 VCE(sat) VCEQ vCE Q M N ICQ ic Vom1 Vom2 V I R Vp om CQ L 3.6 ' 2 = ≈ 习题课 由于VCEQ较大，动态 范围由Vom2决定 由于VCEQ较大，动态 范围由Vom2决定
习题课 Ri Rs T R D R士 顾图284 静态V2o=V-le2R=69V, 的正向动态范围为-ao=5lV; w的负向动态范围为v20-V12=69-323≈367V 则动态范围为734V甲(或3677 习题课 RR 2 R+R2+(B+1)R 30.8 RL Io≈3.08mA 3.84v R=R1∥≈091kc2, R≈R2∥R122 R1=R∥R∥R1≈118k,Rsb+ R R1 BR -124 R Ay R、+R A 交流通路 5
5 9 清华大学电子工程系李冬梅 vO R6 R1 R5 VCC 题图 2.8.4 R2 R3 + _ vi D VBB T1 T2 T3 R4 习题课 则动态范围为 或 。 的负向动态范围为 － － 的正向动态范围为 － （）静态 － ， 7.34V ( 3.67 ) 6.9 3.23 3.67V, 5.1V; 3 6.9V pp o C2 B2 o CC C2Q C2Q CC C2 5 p Q V V V V V V V I R = ≈ = = = ν ν 10 清华大学电子工程系李冬梅 题2.2.5 2 vO T R1 R2 v S R3 RL VCC C1 C2 C3 + _ + _ RS ( ) 30.8 A 1 2 1 3 CC BE BQ µ β ≈ + + + − = R R R V V I ， ICQ ≈ 3.08mA , VCEQ =VCC − R3 ICQ3 = 3.84V vO T R1 vi R R3 交流通路 ib ic + _ + _ RL RS vs + _ 2 。 ， 124 // // 1.18k be L L 2 3 L = − ′ = − ′ = ≈ Ω r R A R R R R ν β & 。 ， ≈ ≈ Ω = ≈ Ω // 2k // 0.91k o 2 3 1 be R R R R R r i 102。 S S ≈ − + ν = Aν R R R A i & i & 习题课
最大输出幅度 负向:Ⅴ负=vc- VBEsI-V1=138V 正向:此时1接近截止(题图291) Vo 正-YCC-B4max1 R T2 l E=(8+1)bma RL R b-max Rc+(B+D R k (B+DR(V CCBE4 Rc+(B+1)R1 思考题:如果T是电流源负载, 题图29.1 om、≈?(题292) 提高最大输出幅度的办法自举电路 (题图293) 习题课 DI D R 题图292 ①输出电压的正负向幅度均为 c-her()-m14l,与R无关
6 11 清华大学电子工程系李冬梅 习题课 习题课 •最大输出幅度： 负向：V负＝VCC-|VBE5|-VCES1=13.8V 正向：此时T1接近截止（题图2.9.1） V正＝VCC –iB4maxRC – vBE4 思考题：如果T1是电流源负载， vOmax ≈？ (题2.9.2） •提高最大输出幅度的办法—自举电路 （题图2.9.3） •最大输出幅度： 负向：V负＝VCC-|VBE5|-VCES1=13.8V 正向：此时T1接近截止（题图2.9.1） V正＝VCC –iB4maxRC – vBE4 思考题：如果T1是电流源负载， vOmax ≈？ (题2.9.2） •提高最大输出幅度的办法—自举电路 （题图2.9.3） ( ) C L L 4 C L CC BE4 b4max b4max L ( 1) 1 ) , 1 1 , R R R V V V R R V V I V I R CC BE + + = + = = + β β β β （ ＋） （ － （ ＋） － 正 正 vO 题图 2.9.1 + RC vI RL -VCC VCC T4 T5 io T1 T3 T2 12 清华大学电子工程系李冬梅 vO 题图 2.9.2 + D1 vI RL -VCC VCC T4 T5 io T1 T3 T2 D2 IR 习题课 ( ) 与 无关 （）输出电压的正负向幅 度均为 CC CE sat BE L 14.1V, 1 V −V −V ≈ R
习题课 题293 (1)%输出正向幅度受限制问题 正向幅度最大输出幅度 iB2marRo v。m≈Ⅴcc/2-iB2max Rc-vBE vi 解决办法 RI ①激励级T1单独供电 ②自举 (2)自举原理作用 C3静态电压vx=V/2- PaV/2 ●时间常数RCy>T(信号周期, C3相当于电池,恒压源v 自举作用 A=v+Vc3可以大于vc,T2可以达饱和状态 习题课 二、差放电路分析 LRc 电流源输出电阻 T 1+ RB+re3+ T4 R 3≠F 题27.2 正向为Vc-Ra1lo=12-6×0.=9V; 负向为-vE+RB3lo+VB3+VBm1=-12+0.5×1+0.7+0.7=-10.1
7 13 清华大学电子工程系李冬梅 题2.9.3 (1) vo输出正向幅度受限制问题 正向幅度最大输出幅度 vKmax ≈VCC – iB2maxRC – vBE2 Vom ≈ VCC /2- iB2maxRC – vBE2 解决办法： c激励级T1单独供电 d自举 RL +VCC T2 vo T1 R1 R2 T3 C1 C2 vi C3 R3 A K R4 (2) 自举原理作用 C3静态电压VC3=VCC/2 -VR4≈VCC /2 z时间常数R4C3>>T(信号周期)， C3相当于电池，恒压源VC3 z自举作用 vA= vo+ VC3 可以大于VCC，T2可以达饱和状态 Vom = VCC /2-VCE(sat) (2) 自举原理作用 C3静态电压VC3=VCC/2 -VR4≈VCC /2 z时间常数R4C3>>T(信号周期)， C3相当于电池，恒压源VC3 z自举作用 vA= vo+ VC3 可以大于VCC，T2可以达饱和状态 Vom = VCC /2-VCE(sat) 习题课 14 清华大学电子工程系李冬梅 二、差放电路分析 题2.7.2、2.7.4 T4 T1 T2 RE3 -VEE vo + _ vID VCC 题 2.7.2 T3 RC1 RC2 R2 R1 习题课 be 3 be1 r ≠ r ( ) 12 0.5 1 0.7 0.7 10.1V : 12 6 0.5 9V 2 EE E3 EQ3 BE3 BE1 ICM CC C1 CQ1 IDM BE BR EBO − + + + = − + × + + = − − = − × = ≈ + V R I V V V V R I V V V 负向为 正向为 ； （） ； ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + = + B be3 E3 E3 o3 ce 1 R r R R R r β 电流源输出电阻
习题课 R3 IR4 R R R T R, UR 题图2.82 PR re R3∥R+ra+R 习题课 三、频响特性分析 1.低通电路及其频响(高频)特性 2.高通电路及其频响(低频)特性R+ C 3.放大电路的频响特性构成 C 4.上、下限戴止频率的分析 5.主极点(零点)概念 gmVb'e 2RsCI 2TERC 2TRC d囗 f=√2+f12
8 15 清华大学电子工程系李冬梅 T1 T2 R3 R4 VCC -VEE vo vI1 vI2 T4 T3 R5 R6 R2 R1 R9 R8 R7 R11 R10 D 题图 2.8.2 习题课 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + + ≈ + 8 9 be4 7 7 o4 ce4 // 1 R R r R R R r β 16 清华大学电子工程系李冬梅 三、频响特性分析 1. 低通电路及其频响（高频）特性 2. 高通电路及其频响（低频）特性 3. 放大电路的频响特性构成 4. 上、下限截止频率的分析 5. 主极点（零点）概念 习题课 VS’ RS’ Vb’e Ci b′ Cb’c e - - - + gmVb’e rce + Vo + c RL′ VS C1 ’ C2 ’ , 2 1 ' 1 1 RC fL π = ' 2 2 2 1 RC fL π = 2 2 2 L L1 L f = f + f ' ' 2 1 S i H R C f π =
习题课 题23.5、23.6 R C R vb'e mlb R 于+c=c+cn=Ccm+(+8 R R2几v R=R∥R.=2k Is B+1 C=378pF, suet 题图23.5 R=+Rn∥R]=111+20/R 题2.3.5、23.6 R 坏 Rs RB f 2mr(R+Rn∥)y12m(R+104)×2.2 22R2+R1C2 =9.0Hz
9 17 清华大学电子工程系李冬梅 题2.3.5、2.3.6 ib vb’e RB rb’e Cb’e rbb’ ′′ b e - - gmvb’e + vo + c ic vS RS R’L CM C’ M Ci RS′ vO T RB vS RC RL VCC 题图 2.3.5 C1 C2 + _ + _ Rs ( ) [ ] ( ) S b e bb B S S b c T m b c b e T b e L C L b e M b e m L bc // // 1// 0.1 20// 37.8pF 2 2 1 // 2k 1 R r r R R R C f g C r f C R R R Ci C C C g R C ′ = + = + − ≈ − = + = ′ = = Ω = + = + + ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ ， ， ， π π β 习题课 18 清华大学电子工程系李冬梅 vO T RB vS RC RL VCC 题图 2.3.5 C1 C2 + _ + _ Rs VS C1 C2 ’ RS rbb’ RB rb’e RC RL ( ) ( ) ( ) 9.0Hz 22 1 2 1.04 2.2 1 2 // 1 C L 2 L2 S B be 1 S L1 = + = + × = + = R R C f R R r C R f ， π π 题2.3.5、2.3.6 习题课
习题课 四、电流源 电流源的输出电阻 R R≈r21 PRez Te+ra+rez =R∥R2+) 题26.3(略) 题264 R'作用:为T发射极提供电流通路, 保证β,从而提高镜像精度 第三章3.2 MOSIC的单级放大电路 322MOS管三种组态基本放大电路(续) 3共栅(CG) v=I(8m+gmb)v+(v-v)/rp A (gm +8ms +1/r&)RD 当>时,(8n+gm)R R==,+R i1+(8m+8m)gm+8(8m+8m) 10
10 19 清华大学电子工程系李冬梅 四、电流源 电流源的输出电阻 题2.6.3 (略） 题 2.6.4 R’作用：为T’发射极提供电流通路， 保证β，从而提高镜像精度 T1 T2 IR Rr IO VCC RE1 RE2 ( ) R R //(R r ) r R R R R r 1 B r E1 D be B E2 E2 O ce2 = + ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + ≈ + β 习题课 20 清华大学电子工程系李冬梅 G i v m gs g v rds S o v D RD mb bs g v vI RD VDD vO VG M ii o m mb i i o ds RD v = [( g + g )v + (v − v )/r ] D ds m mb ds D v R r g g r R A 1 / ( 1/ ) + + + = 当rds >> RD时， Av gm gmb RD ≈ ( + ) o v i i i m mb i o ds v A v i v g g v v r = = ( + ) + ( − )/ { m mb ds D m mb ds m mb ds D i i i g g r R g g r g g r R i v R ( ) 1 1 ( ) + + + ≈ + + + = = o D ds R = R //r 第三章-3.2 MOSIC的单级放大电路 3.共栅（CG） 3.2.2 MOS管三种组态基本放大电路（续）