电子电路 数字模拟 外文翻译 外文文献 英文文献 电子电路 数字与模拟 下册

1外文译文

节选自（美）C.A.霍尔特《电子电路数字与模拟下册》

1 .1基本放大器

研究放大器，我们首先分析图 1.1的电路，它包含一个偏置于放大区的NPN晶体管。虽然基区宽度W是集电极电压的函数，但为了使讨论尽可能简化，将忽略这个次要的效应。因此，I ES和a F看作常数。符号在这里以及整个这本书中，采用标准符号表示电流和电压。电流为i B 为i B=I B+i b 图 1.1

当V i为零时，图1.1 的电路叫做静态，即处于休止状态，静态基极电流为I B；当V i不为零时，总电流i B与静态值之差为i b。符号i b表示增量电流，也称为i b的信号分量。注意：i B ，I B ，i b的习惯参考方向均以流入器件的B端为正。

V BE表示从基极B到发射极E的电压降，同样把它写成静态电压V BE和增量电压V be之和。图12—1电路中V be就是V i。总之，小写字母带大写下标表示各总电流和总电压；大写字母带大写下标表示各静态量；小写字母带小写下标用于各增量变量。不特别声明，电流参考方向均以流入器件为正。电压参考方向用双下标，或象图2.1中Vo那样用正负符号表示时，则Q点的电压和电流均指静态量。

图1.1

2 运算放大器

除前一章讨论过的共射、共集和共基电路以外，还有另一种特别重要的基本组态，这就是差分放大器。它有两个信号电压输入瑞和一个正比于输入信号差值的输出端。常常，从提供负反馈的分压网络上提取输出的一部分作为一个输入电压；而有时，一个输入端甘脆接地。在这两种情况下，差分放大器都变成只有一个输入和一个输出的单端放大器。

我们将看到，差分放大器可以处理较大的信号而没有过大的非线性失真，而且这个较大的动态范围是它的众多特性之一。由于偏流不大时输入阻抗为中到高阻抗，所以信号源负载不会过重。在低频工作(包括直流)是可能的。其电路结构特别适合子集成电路制造，因而多数线性集成电路包含一级或多级差分放大器。这类电路的实例有：模拟计算机网络、单片稳压器、视频放大器、模拟比较器和运算放大器。在本章和后续几聋中把运算放大2E的多功能性和通用性作重点是正确的。

运算放大器是具有差分输入级的多级结构，其特征为电压增益大、输入阻抗高和输出阻抗低。它广泛用于许多不同类型的线性和非线性电路中。应用涉及到仪表电路、特殊用途的线性放大器、振荡器、有服滤波器及其他电路。事实上，凡是要求廉价电压放大的场合，都应考虑采用运算放大器。

本章研究运算放大器的一些基本特性，若干应用也包括在内。其他问题则将在后续几章中提出。在15章和17章中示出并扼要讨论三种不同的运算放大器的电路，让我们从差分放大器开始学起。

2.1 差分放大器

射极耦合放大器

有各种类型的差分放大器。常见的电路结构是把两个BJT的发射极安排成增量串联。实例示于图 2.1.1。在该电路中理想电流源提供恒定的直流电流Idc。

因此，对发射极电流的增量成分理想电流源为开路。其增量电路具有图14—1b的形式。图中，理想的直流电压源及电流源已分别用短路和开路代换。显然i e1＝-i e2。就增量电流而言放大器的两个发射极相串联(如图2.1.2的两个发射极那样)，称为射极耦合放大器。

重要的是晶体管Q1和Q2要尽可能配对，使它们的特性近于一致。当晶体

管配对和输入电压为零时，两个晶体管的集电极电流就相同。从电路对称性来看这是明显的。即使省略Q l的集电级电阻，两个电流也差不多相等，因为工作于放大区的BJT的集电极电流与V CE几乎无关。于是，该电阻有时被省略。保留它的目的在于改善直流平衡。在增量模型中，与高阻抗集电极(其作用宛如电流源)相串联的电阻没有什么影响。

输入端A和B是Q1和Q2的基极端。增量模型对于小信号是线性的，可应用迭加原理。因此，对两个输入我们可以分别处理。令V S2＝0，对这种情况,增量电路可画成两极放大器的形式，

图2.1.1 完整电路

图2.1.2 增量模型

图2.1.3 增量模型

如图2.1.2所示。正如前面指出过的，第一级Rc 的影响可以忽略。可见这—级近似为共集组态，而第二级则为共基。该级联的输入阻抗是具有相同r s 和r x 值的共射放大器输入阻抗的两倍。

只要负载电阻小于r o ，在共集和共基两种放大器中在正向传输时可忽赂电阻r μ和r o 。以共基级低输入阻抗作负载的共集级显然满足这个要求。因为负载电阻R c 通常比实际电路中的r o 小得多，所以共基极也满足这个要求。当V s1＝0，加入V s2时，情况是相似的。输出电压则可从任一集电极取得。事实上，我们将看到，两个集电极电阻上的增量电压幅度相等而符号相反。因此，以下分析将忽略与基区宽度调制有关的参数。

当信号源电阻R s 加到电路时，中间频段的增量模型如图 2.1.3所示。假定两只晶体管是配对的，并有同样的静态点和增量参数。每个集电极电阻R c 与集电极增量电流源相串联。因此，这些电阻不影响电路的电流。进一步说，如果去掉一个电阻，不改变另—电阻上的电压。在发射极节点的节点方程表明i l ＝i 2。显然，两个输出电压幅度相等而符号相反。

差模电压增益与共模电压增益

由图2.1.4外电路的回路方程求得

)(2221s x a a R r r i V V ++=-π （2.1.1）

输出电压V o ＝βo R c i 2，差模电压增益A d 定义为输出电压与两个输入电压之差的比，即

)

(2210s s c a s s d R r r R v v V A ++=-=πβ （2.1.2）

图 2.1.4 模型之间的频带

输出V′o是V o的负值。据16—5节中的讨论，这种放大器可用作分相器。每个输出都正比于两个输入之差V s1——V s2。该差值叫做差模输入电压V d，即两个输入电压的平均值是1/2(V s1+V s2)，代表共模输入电压V c,因此

当两个输入电压被此相等时输出电压与共模输入电压之比是共模增益A c 对于图 2.1.3的电路，当两个输入电压相等时输出电压为零，因而共模增益为零。

只要应用图 2.1.3的简化模型，即使两只晶体管不配对，共模增益也为零。对这种情况，由节点方程可证明电流：i1和i2彼此成正比，因而当两个输入电压相等时两个电流必然为零。然而，如果计入基区宽度调制电阻r o和rμ，容易证明对未配对的晶体管，通常A c不为零。因此，尽管这些电阻对差模增益的影响可忽略，在计算A c时，模型中应当包括r o和rμ。图2.1.3的模型并没有包括提供静态发射极电流的实际电源的增量电阻。这个电阻通常很大，在确定差模增益时可把它忽略。但在确定A c时，它可能是重要的。甚至对于配对的晶体管，这个电阻在模型中出现时，都会使A c不为零。在低频时，A c值可正可负。

因为要求输出正比于两个输入之差，所以当两个输入相等时输出应当极小。理想时A c应为零。一个重要的品质因数是共模抑制比(CMRR)。

使用完全对称的电路，采用配对的晶体管和具有很高增量电阻的直流电流源，可以获得较大的CMRR值。通常，CMRR由实验求得，其值可能大于105