模拟电子技术题目解答第二部分共17题

    【题目15】：集成运放电路中的恒流偏置电源是如何工作的？    

【相关知识】：基本放大电路静态工作点Q的设置、利用直流负反馈稳定Q点的方法、恒流源等。

【解题方法】：集成运放内部电路可以看作是直接耦合的高增益多级放大电路，通过在每一级放大电路中引入恒流源，使静态工作点Q稳定。

【解答过程】：集成运放中为了使各级电路均有稳定的静态工作点，不是采用给晶体管b－e间或场效应管g-s间加偏置电压来决定输出回路电流，而是为每级放大管输出回路注入恒定电流（、或、）的方法来设置Q点，这种方法在具有恒流源的差分放大电路中曾采用过。

图E4a2042_04401Z 01集成运放中常见的电流源电路

        在基本放大电路的分析中我们知道，稳定静态工作点的基本措施是引入直流负反馈和温度补偿，Q点稳定就是静态集电极电流稳定。实际上，在图E4a2042_04401Z 01（a）所示的晶体管电流源电路中，电阻R起了直流电压负反馈的作用。可以设想，若温度升高，则管的集电极电流增大，由于电阻R上的压降增大，导致管集电极电位降低，从而使、管的基极电位降低，基极电流随之减小，集电极电流也就减小；当温度降低时上述各电量均向相反方向变化，从而使集电极电流和得到稳定。

图E4a2042_04401Z 02有源负载共射放大电路

        在图E4a2042_04401Z 01（b）～（c）所示电路中，发射极电阻也起直流负反馈作用。若温度升高，集电极电流增大，则一方面R的负反馈作用使基极电位降低，另一方面的电流负反馈作用使发射极电位升高，结果b-e间电压减小，基极电流随之减小，集电极电流也就减小，两方面的负反馈作用将使Q点更加稳定。

        在图E4a2042_04401Z 02所示电路中，和应为特性完全相同的一对晶体管，它们组成镜像电流源，在的情况下：

        为使电路正常工作，中应加上一定的直流电压，以使的基极回路形成基极电流。由图可知，，因此为了保证一定的，应对中的直流分量的大小提出要求。当温度变化使变化时，由于基本不变，中直流分量的大小需自动调整以维持。可见，这种设置静态工作点的方法也可使得Q点稳定。

    【题目16】：如何从晶体管的物理模型得到简化的高频小信号模型？    

【相关知识】：晶体管的物理模型、低频和高频小信号模型等。

【解题方法】：通过对晶体管物理模型的分析，结合低频小信号模型推出简化的高频小信号模型。

【解答过程】：晶体管有两个PN结：发射结和集电结，当工作频率很高时，结电容不能忽略，每个PN结都可以用一个结电阻和结电容并联来等效。按照晶体管的实际结构，考虑发射结和集电结电容后，可得如图E4a2052-02201Z 01 (a)所示的模型，常称为晶体管的物理模型。

        物理模型中，、分别为集电区和发射区的体电阻，它们的数值很小，实际上可忽略不计。为集电结的反偏电阻，为三极管动态输出电阻，它们通常数值较大，可当作开路。于是可得到如图E4a2052-02201Z 01 (b)所示的简化混合π模型。

        简化混合π模型中，集电结电容横跨在输入和输出两个回路之间，使电路分析很不方便。为此，可通过密勒定理将折合到输入回路的等效电容和输出回路中的等效电容，如图E4a2052-02201Z 01 (c)所示。设（近似为中频时的电压放大倍数），可知，为负值，且。由密勒定理可得

        由于输出回路中的等效电容容量很小，它与后面的负载所形成的时间常数也很小，工程计算时常常可忽略。因此简化后的高频小信号模型如E4a2052-02201Z 01 (d)所示，图中。

图E4a2052-02201Z 01 三极管的高频小信号模型

(a) 物理模型 (b) 简化混合π模型 (c) 单向化处理 (d) 简化模型

    【题目17】：为什么在有源负载电路中必须考虑的影响？    

【相关知识】：基本放大电路和有源负载电路的动态分析模型。

【解题方法】：通常，c-e间动态等效电阻可以认为趋于无穷大，但对有源负载电路进行动态分析时可知，如忽略将有很大的误差。

【解答过程】：在放大电路中，因为集电极电阻和发射极电阻通常只有几千欧或十几千欧，而c-e间动态等效电阻常为几百千欧，它对或的并联作用不大，可视作开路。

图E4a2022_032_04401Z 01有源负载放大电路

（a）共射放大电路 （b）差分放大电路

        图E4a2022_032_04401Z 01（a）所示的共射放大电路的交流等效电路如图E4a2022_032_04401Z 02（a）所示。管c-e间的动态等效电阻是管的等效集电极电阻，与管c-e间动态等效电阻等数量级。利用诺顿定理将晶体管输出回路的受控电流源与变换为有内阻的电压源，如E4a2022_032_04401Z 02（b）所示。若，则输出电压仅为开路电压的1/2，可见在实际电路中，凡遇到两个电阻数量级相当时时，决不可忽略其中的任何一个。由图E4a2022_032_04401Z 01（a）可知，空载时电压放大倍数

        其数值很大，这说明有源负载大大提高了电路的电压放大能力。该电路带上负载电阻时的电压放大倍数为：

        当时，有：

        说明有源负载下使放大电路输出电阻很大，以至于集电极动态电流几乎全部流向负载。

图E4a2022_032_04401Z 02 有源负载共射放大电路的交流等效电路

（a）带负载时的交流等效电路 （b）输出回路的等效变换