模拟电子线路（第2版）

本书是重点高校“模拟电子技术”课程改革的代表性作品！获得“中央高校教育教学改革教材建设专项经费资助”出版的重点教材！配套了完整的教学课件、详尽的教学辅导书（涵盖考研辅导）。非常适合广大普通本科电子信息类专业及电气信息类专业作为授课教材！

 

本书系统地介绍了模拟电子线路的基本内容，主要包括绪论、晶体二极管及其基本应用电路、双极结型晶体管及其基本放大电路、场效应晶体管及其基本放大电路、放大电路的频率响应、低频功率放大电路、集成运算放大器、负反馈及其稳定性、信号的运算和处理电路、信号的产生电路、直流稳压电源、在系统可编程模拟器件及其开发平台。
本书体系结构合理，符合认知规律，内容系统完整，知识过渡平滑，文字简练流畅，叙述深入浅出。书中每章均以讨论的问题开始，以小结结束，章末配备了丰富的习题（包括仿真习题），附录提供了大部分习题的参考答案，并配套出版了《模拟电子线路学习指导与习题详解》教学辅导书，利于读者自学。
本书可作为高等学校电子信息类、电气信息类与自动化类专业本科生的“模拟电子技术基础”“模拟电子线路”“低频电子线路”等课程的教材，也可供从事电子技术工作的工程技术人员作参考。

杨凌 兰州大学信息科学与工程学院副教授、硕士生导师，教育部高等学校电子信息类专业教学指导委员会协作委员，兰州大学信息科学与工程学院教学指导委员会副主任。教育部学位与研究生教育发展中心评议专家，陕西省科技计划评审专家，甘肃省科技评价及奖励评审专家，兰州大学“君政基金”项目指导教师。长期从事通信与信息系统、信号与信息处理、非线性电路等领域的教学和研究工作。开设“电路分析”、“模拟电子线路”、“数字电路与逻辑设计”、“自动控制原理”等多门本科课程。发表学术论文50余篇。主持或参与国家、省部级等科研项目10余项。出版教材2部，获得教学成果奖2项。

目录

第1章绪论

1.1电子科学技术发展概述

1.1.1电子管时代

1.1.2晶体管时代

1.1.3集成电路时代

1.1.4SoC时代

1.2模拟电路与数字电路

1.3“模拟电子线路”课程的特点和学习方法

1.3.1“模拟电子线路”课程的特点

1.3.2“模拟电子线路”课程的学习方法

第2章晶体二极管及其基本应用电路

2.1半导体物理基础知识

2.1.1半导体的共价键结构

2.1.2本征半导体

2.1.3杂质半导体

2.1.4半导体的导电机理

2.2PN结

2.2.1PN结的形成

2.2.2PN结的伏安特性

2.2.3PN结的击穿特性

2.2.4PN结的温度特性

2.2.5PN结的电容特性

2.3晶体二极管

2.3.1二极管的结构、符号

2.3.2二极管的伏安特性

2.3.3二极管的主要参数

2.3.4几种特殊的二极管

2.3.5二极管的模型

2.4二极管的基本应用电路

2.4.1整流电路

2.4.2稳压电路

2.4.3限幅电路

2.4.4开关电路

※2.5PN结的应用实例——太阳能系统

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第3章双极结型晶体管及其基本放大电路

3.1双极结型晶体管

3.1.1BJT的分类、结构及符号

3.1.2BJT的电流分配与放大作用

3.1.3BJT的伏安特性曲线

3.1.4BJT的主要参数

3.1.5BJT的模型

3.2放大电路概述

3.2.1放大电路的基本概念

3.2.2放大电路的主要性能指标

3.3基本放大电路的工作原理

3.3.1基本共发射极放大电路的组成

3.3.2放大电路的直流通路和交流通路

3.3.3基本共发射极放大电路的工作原理

※3.3.4基本共发射极放大电路的功率分析

3.4放大电路的图解分析方法

3.4.1静态分析方法

3.4.2动态分析方法

3.4.3静态工作点与放大电路非线性失真的关系

3.5放大电路的等效电路分析方法

3.5.1静态分析方法

3.5.2动态分析方法

3.6放大电路静态工作点的稳定

3.6.1温度对静态工作点的影响

3.6.2分压式偏置Q点稳定电路

3.7BJT放大电路的三种基本组态

3.7.1共集电极放大电路——射极输出器

3.7.2共基极放大电路

3.7.3三种基本BJT放大电路的比较

3.8多级放大电路

3.8.1多级放大电路的级间耦合方式

3.8.2多级放大电路的分析

3.8.3常用组合放大电路

※3.9BJT放大电路的应用实例

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第4章场效应晶体管及其基本放大电路

4.1场效应晶体管

4.1.1结型场效应管

4.1.2金属氧化物半导体场效应管

4.1.3FET的主要参数

4.1.4各种类型FET的符号及特性比较

4.1.5放大状态下FET的模型

4.1.6FET与BJT的比较

4.2FET放大电路

4.2.1FET的直流偏置电路

4.2.2三种基本的FET放大电路

4.2.3FET放大电路与BJT放大电路的比较

※ 4.2.4FET放大电路的应用实例——前置放大器

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第5章放大电路的频率响应

5.1频率响应概述

5.1.1频率响应的基本概念

5.1.2频率响应的分析

5.2BJT放大电路的高频响应

5.2.1BJT的频率参数

5.2.2共发射极放大电路的高频响应

5.2.3共集电极放大电路的高频响应

5.2.4共基极放大电路的高频响应

※5.3BJT放大电路的低频响应

5.4FET放大电路的频率响应

5.4.1FET的高频小信号等效模型

5.4.2FET放大电路的高频响应

※5.4.3FET放大电路的低频响应

5.5多级放大电路的频率响应

5.5.1多级放大电路的上限截止频率

5.5.2多级放大电路的下限截止频率

5.6宽带放大电路的实现思想

※5.7放大电路的瞬态响应

5.7.1上升时间

5.7.2平顶降落

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第6章低频功率放大电路

6.1功率放大电路概述

6.1.1功率放大电路的特点和主要研究问题

6.1.2功率放大电路的分类

6.2甲类功率放大电路

6.3乙类功率放大电路

6.3.1电路组成及工作原理

6.3.2电路性能分析

6.3.3功率BJT的选择

6.4甲乙类功率放大电路

6.4.1甲乙类双电源功率放大电路

6.4.2甲乙类单电源功率放大电路

6.5桥式功率放大电路

※6.6集成功率放大电路

6.6.1BJT集成功率放大器LM386

6.6.2BiMOS集成功率放大器SHM1150Ⅱ

6.6.3集成功率放大器的应用实例

6.7功率器件

6.7.1功率BJT

※6.7.2功率MOSFET

※6.7.3功率模块

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第7章集成运算放大器

7.1集成运放概述

7.1.1集成运放的组成

7.1.2集成运放的结构特点

7.2电流源电路

7.2.1BJT电流源电路

7.2.2FET电流源电路

7.2.3电流源电路用作有源负载

7.3差分放大电路

7.3.1差分放大电路的组成

7.3.2差分放大电路的工作原理

7.3.3有源负载差分放大电路

7.3.4差分放大电路的传输特性

7.3.5FET差分放大电路

7.3.6差分放大电路的失调及其温漂

7.4集成运算放大器

7.4.1BJT集成运放——μA741

7.4.2FET集成运放——MC14573

7.4.3混合型集成运放——LF356

7.4.4集成运放的主要参数

※7.5电流模运算放大器

7.5.1电流模电路基础

7.5.2电流模运算放大器

※7.6集成运算放大器的应用实例

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第8章负反馈及其稳定性

8.1反馈的基本概念及反馈放大电路的一般框图

8.1.1反馈的基本概念

8.1.2反馈放大电路的一般框图

8.2反馈的分类及判别方法

8.3负反馈放大电路的一般表达式及四种基本组态

8.3.1负反馈放大电路的一般表达式

8.3.2负反馈放大电路的四种组态

8.4负反馈对放大电路性能的影响

8.4.1负反馈对放大电路增益稳定性的影响

8.4.2负反馈对放大电路非线性失真的改善

8.4.3负反馈对放大电路内部噪声与干扰的抑制

8.4.4负反馈对放大电路通频带的影响

8.4.5负反馈对放大电路输入、输出电阻的影响

8.5深度负反馈放大电路的近似估算

8.6负反馈放大电路的稳定性

8.6.1负反馈放大电路稳定工作的条件

8.6.2稳定裕量

8.6.3负反馈放大电路的稳定性分析

8.6.4相位补偿技术

※8.7负反馈放大电路的应用实例——25瓦四通道混频器/放大器

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第9章信号的运算和处理电路

9.1集成运放应用电路的分析方法

9.1.1集成运放的电压传输特性及理想运放的性能指标

9.1.2集成运放应用电路的一般分析方法

9.2基本运算电路

9.2.1比例运算电路

9.2.2加、减运算电路

9.2.3积分和微分运算电路

9.2.4对数和指数运算电路

9.2.5乘法和除法运算电路

※9.2.6模拟乘法器

9.3实际运算放大器运算电路的误差分析

9.3.1Aod和Rid为有限值时对反相比例运算电路运算误差的影响

9.3.2Aod和KCMR为有限值时对同相比例运算电路运算误差的影响

9.3.3失调参数及其温漂对比例运算电路运算误差的影响

9.4精密整流电路

9.4.1精密半波整流电路

9.4.2精密全波整流电路——绝对值电路

9.5有源滤波电路

9.5.1一阶有源滤波电路

9.5.2二阶有源滤波电路

9.5.3带通滤波电路

9.5.4带阻滤波电路

9.5.5全通滤波电路

※9.5.6开关电容滤波电路

9.6电压比较器

9.6.1单限电压比较器

9.6.2滞回电压比较器

9.6.3窗口电压比较器

9.7特殊用途放大器

9.7.1仪表放大器

9.7.2隔离放大器

9.7.3互导运算放大器

※9.8信号运算和处理电路的应用实例

9.8.1比较器的应用： 模/数（A/D）转换器

9.8.2数/模（D/A）转换器

9.8.3射频识别系统中的滤波器

9.8.4特殊放大器的应用——电动机控制系统

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第10章信号的产生电路

10.1正弦波振荡电路概述

10.1.1产生正弦波振荡的条件

10.1.2正弦波振荡电路的组成及分类

10.1.3正弦波振荡电路的分析方法

10.2RC正弦波振荡电路

10.2.1RC文氏桥振荡电路

10.2.2RC移相式振荡电路

※10.2.3文氏桥振荡器的应用实例

10.3LC正弦波振荡电路

10.3.1LC并联谐振回路的频率特性

10.3.2LC选频放大电路

10.3.3变压器反馈式LC振荡电路

10.3.4电感三点式振荡电路

10.3.5电容三点式振荡电路

10.4石英晶体正弦波振荡电路

10.4.1石英晶体的特点和等效电路

10.4.2石英晶体正弦波振荡电路

10.5非正弦波信号产生电路

10.5.1方波产生电路

10.5.2三角波产生电路

10.5.3锯齿波产生电路

※10.6ICL8038函数发生器

10.6.1电路结构

10.6.2工作原理

10.6.3引脚排列及性能特点

10.6.4常用接法

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

第11章直流稳压电源

11.1直流稳压电源的组成

11.2滤波电路

11.2.1电容滤波电路

11.2.2其他形式的滤波电路

11.3线性稳压电路

11.3.1稳压电路的性能指标

11.3.2串联反馈式稳压电路

11.3.3三端集成稳压电路

※11.3.4三端集成稳压器的应用实例

※11.4开关稳压电路

11.4.1开关稳压电路的基本工作原理

11.4.2串联型开关稳压电路

11.4.3并联型开关稳压电路

【小结】

【习题】

【Multisim仿真习题】

※第12章在系统可编程模拟器件及其开发平台

12.1引言

12.2主要ispPAC器件的特性及应用

12.2.1ispPAC10

12.2.2ispPAC20

12.2.3ispPAC30

12.2.4ispPAC80/81

12.3PACDesigner软件及开发实例

12.3.1PACDesigner的基本用法

12.3.2设计实例

【小结】

【习题】

附录A电路仿真软件

附录B部分习题参考答案

参考文献

前言

本书是在总结第1版使用经验的基础上，密切跟踪电子科学技术的发展态势，并广泛听取多所院校用书师生的反馈意见，总结提高、修改增删而成的。
除继续保持第1版的特点外，在修订时，遵循“突出集成、强调应用、利于教学”的修订原则。特别注重进一步处理好教材内容“经典与现代”“理论与工程”“内容多与学时少”以及“教与学”的关系，力求使第2版更具系统性、先进性、实用性和适用性。具体工作如下：
（1） 考虑到MOS场效应器件在电子产品中已占统治地位，为适应电子技术的最新发展形势，新版教材在内容和习题中均加强了MOS场效应器件及电路的相关内容。
（2） 弱化与现代集成电路系统设计相关性较小的分立元件电路的有关内容，如将5.3节的内容标记为选讲内容。
（3） 进一步突出集成电路的应用，如在第9章中增加9.7节，介绍电子信息系统中常用的特殊放大器。
（4） 进一步突出经典电路的实用性和适用性，在大部分章节增加了应用实例，具体内容如下：
※2.5PN结的应用实例——太阳能系统
※3.9BJT放大电路的应用实例
※4.2.4FET放大电路的应用实例——前置放大器
6.6.3集成功率放大器的应用实例
※7.6集成运算放大器的应用实例
※8.7负反馈放大电路的应用实例——25瓦四通道混频器/放大器
※9.8信号运算和处理电路的应用实例
9.8.1比较器的应用： 模/数（A/D）转换器
9.8.2数/模（D/A）转换器
9.8.3射频识别系统中的滤波器
9.8.4特殊放大器的应用——电动机控制系统
※10.2.3文氏桥振荡器的应用实例
※11.3.4三端集成稳压器的应用实例
（5） 在修订新版教材的同时，重新修订了教学辅导书《模拟电子线路学习指导与习题详解（第2版）》，以利于读者配套自学。

书中标记为“※”的内容可供使用本教材的师生灵活选用。
本书由杨凌主编，杨凌编写第1～11章，阎石编写第12章，高晖编写附录A及附录B。
本书配有多媒体教学课件（PPT），免费提供给使用本书作为教材的院校。
本书的出版获得中央高校教育教学改革教材建设专项经费资助，作者在此深表感谢。
限于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评和指正。
作者

2019年1月

第1版前言
“模拟电子线路”课程是电子信息类、电气类、自动化类等专业的基础平台课程，其内容庞杂、概念性强、分析方法多、重点和难点集中，是一门教与学都有困难的课程。如何编写一本比较符合读者认知规律、体系结构合理、内容取舍恰当、适宜于教学的教材是作者多年来的追求。
本书是作者多年教学经验的总结，在编写时遵循“精选内容、优化体系，体现先进、引导创新，联系实际、突出应用”的编写原则，力图使本书内容更全面，体系更合理，方法更简洁，启发性、创新性和工程性更突出。
本书的主要特点有如下几点。
 内容选取兼顾“经典与现代”，保证基本内容的同时，引导先进技术。
虽然电子技术发展迅速，知识容量急速膨胀，但其核心的基本理论和方法具有相对的经典性。本书在保证基础内容完整性的基础上，较为系统地阐述了电子技术领域的基本知识，如“半导体器件基本知识”“分立元件电路理论”“集成电路理论”“负反馈”和“正反馈”理论等。同时，兼顾技术发展的先进性，如第12章简要介绍了模拟可编程器件及开发平台，使读者能领略现代模拟集成电路技术的发展态势，进一步拓宽读者的视野。
 知识顺序合理，内容过渡平滑。
在构建教材体系结构时，尊重电子技术的发展历史，教材的主线是以半导体器件为基石，从分立走向集成，从经典跃向现代。章节安排上尽量避免内容的倒置，促进知识的正迁移，防止负迁移。
 语言形象精练、叙述深入浅出，具有启发性。
编写时充分利用图、表等形象化的语言，使问题的叙述更为精练。此外，在介绍与电路有关的基本概念、原理和方法时，注重突出电路结构的构思方法，以使读者从中获得启发，有利于培养创新意识。
 注重突出电路设计方法，强调工程应用。
在阐述电路分析方法的同时，注重突出电路设计方法，增加了设计类例题及习题。在处理课程“三要素”——“器件”“电路”和“应用”三者的关系时，遵循“管为路用”“分立为集成服务”“电路因应用而生”的原则，使器件与电路的结合更为紧密，分立和集成的关系更为密切，工程应用性更为突出。
 分散教学的重点和难点。
将重点和难点比较集中的知识点分散处理。例如，将“放大电路的频率响应”单独设章，不仅分散了基本放大电路的分析难点，更为重要的是强调了频率失真和频率响应的概念，扩展了改善放大电路频率响应的思路和方法； 将“反馈理论”分章处理，不仅突出了“负反馈”对电路性能的影响（第8章），同时也强调了“正反馈”在信号产生方面的应用（第10章）。
 引入电路仿真软件，简化复杂电路分析。
附录A介绍了Multisim电路仿真软件，各章习题中均配有Multisim仿真题目，仿真习题的选取或具有研究性质，或在实际实验中难于实现，且尽量涵盖模拟电子线路的基本测试方法和仿真方法，使得复杂电路的分析方法更简洁。
书中标记为“※”的内容可供使用本教材的师生灵活选用。
本书由杨凌主编，杨凌编写第1～11章，阎石编写第12章，高晖编写附录A及附录B。
本书配有多媒体教学课件（PPT），并将免费提供给使用本书作为教材的院校。
本书的出版获得兰州大学教材建设基金资助，作者在此深表感谢。
限于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评和指正。

作者

2015年6月

第5章
CHAPTER 5

放大电路的频率响应

第5章放大电路的频率响应
本章主要介绍频率响应、振幅频率失真、相位频率失真以及瞬态响应等重要概念，讨论放大电路的频率响应与放大器件以及电路结构的关系，进而引入宽带放大电路的设计思路以及展宽频带的思想。

5.1频率响应概述
待放大的信号，如语音信号、电视信号、生物信号等，都不是简单的单频信号，它们都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号，即占有一定的频谱。由于实际的放大电路中存在电抗元件(如耦合电容、旁路电容、晶体管的极间电容、电路的负载电容、分布电容、引线电感等)，所以当输入信号的频率过高或过低时，不仅放大电路增益的大小会变化，而且还将产生超前或滞后的相移。这说明放大电路的增益是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应(Frequency Response)。
在第3章中所介绍的“通频带”，就是用来描述电路对不同频率信号适应能力的动态参数。任何一个具体的放大电路都有一个确定的通频带。因此在设计电路时，必须首先了解信号的频率范围，以便使所设计的电路具有适应于该信号频率范围的通频带。而在使用电路前，应首先查阅手册、资料，或实测其通频带，以便确定电路的适用范围。

5.1.1频率响应的基本概念
1. 放大电路的频率响应
如前所述，放大电路的增益是频率的函数，可以表示为

A·=A(jω)=A(ω)ejφ(ω)(51)

式(51)中，ω=2πf为信号的角频率； A(ω)和φ(ω)分别为放大电路增益(电压增益、电流增益、互导增益、互阻增益)的幅值和相角，它们都是频率的函数。图5.1所示是某放大电路某增益的频响特性曲线。

图5.1放大电路的频率响应

图5.1(a)称为幅频响应(Magnitude Response)特性，图5.1(b)称为相频响应(Phase Response)特性,分别简称为幅频特性和相频特性。

由图5.1可见，在中频区，增益的大小和相角基本不随频率的变化而变化； 而在低频区和高频区，增益和相角都将随频率的变化而变化。若要使放大电路不失真地放大信号，应保证被放大信号的频率范围处在中频区，否则，将会产生频率失真(Frequency Distortion)。
2. 频率失真
下面用图5.2说明频率失真的概念。

图5.2频率失真

设某待放大的信号由基波(ω1)和三次谐波(3ω1)所组成，如图5.2(a)所示。由于电抗元件的存在，如果放大电路对三次谐波的放大倍数小于对基波的放大倍数，那么，放大后的信号各频率分量的大小比例将不同于待放大的信号，如图5.2(b)所示。这种由于放大倍数随频率变化而引起的失真称为振幅频率失真。如果放大电路对待放大信号各频率分量信号的放大倍数虽然相同,但延迟时间不同(分别为td1和td2),那么,放大后的合成信号也将产生失真,如图5.2(c)所示。由于相位φ(ω)=ωtd,延迟时间不同,意味着相角与ω不成正比，由此产生的失真称为相位频率失真。
3. 不失真条件——理想频率响应
由上述讨论可知，若放大电路对待放大信号所有频率分量信号的放大倍数相同，延迟时间也相同，那么就不可能产生频率失真，所以不产生频率失真的条件为

A(ω)=K

φ(ω)=ωtd(52a)

(52b)

其中，K、td为常数。
图5.3示出了不产生频率失真的振幅频率响应和相位频率响应，称为理想频率响应。

图5.3理想频率响应