电子技术答案第2章单级交流放大电路.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电子技术答案第2章单级交流放大电路.精品文档.第2章 单级交流放大电路 2.1 学习要求（1）理解共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理。（2）掌握放大电路的静态工作点估算和微变等效电路分析方法。（3）了解放大电路输入电阻和输出电阻的概念。（4）理解射极输出器的电路结构、性能特点及应用。（5）了解场效应管共源极放大电路的结构和性能特点。2.2 学习指导本章重点：（1）共发射极单管放大电路的工作原理。（2）放大电路静态工作点的估算。（3）放大电路的微变等效电路分析方法。（4）射极输出器的性能特点及应用。本章难点：（1）放大电路的微变等效电路分析方法。（2）放大电路静态工作点的稳定。（3）放大电路的非线性失真及其抑制措施。本章考点：（1）共发射极固定偏置放大电路的静态、动态分析计算。（2）共发射极分压式偏置放大电路的静态、动态分析计算。（3）射极输出器的静态、动态分析计算及应用。（4）电路参数（RB、RC及UCC）与静态工作点的关系。（5）静态工作点与非线性失真的关系。2.2.1 放大电路的组成和工作原理不管放大电路的结构形式如何，组成放大电路时只要遵循以下几个原则就能实现放大作用：（1）外加直流电源的极性必须使晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大区。此时，若基极电流iB有一个微小的变化量iB，将控制集电极电流iC产生一个较大的变化量iC，二者之间的关系为：（2）输入回路的接法，应该使输入电压的变化量能够传送到晶体管的基极回路，并使基极电流产生相应的变化量iB。（3）输出回路的接法，应该使集电极电流的变化量iC能够转化为集电极电压的变化量uCE，并传送到放大电路的输出端。（4）为了保证放大电路能够正常工作，在电路没有外加信号时，不仅必须要使晶体管处于放大状态，而且要有一个合适的静态工作电压和静态工作电流，即要合理地设置放大电路的静态工作点。2.2.2 放大电路的主要分析方法放大电路的分析方法主要有以下几种：（1）放大电路的特点是直流和交流共存。静态分析：以直流通路为依据，主要分析放大电路的各直流电流、电压值。动态分析：以交流通路和微变等效电路为依据，主要分析放大电路的电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro等。（2）放大电路的静态分析有估算法和图解法两种。估算法：固定偏置放大电路的求解顺序为：IBICUCE；分压式偏置放大电路的求解顺序为：UBICUCE（IB）。图解法：其步骤为：用估算法求出基极电流IB根据IB在输出特性曲线中找到对应的曲线作直流负载线确定静态工作点Q及其相应的IC和UCE值。（3）放大电路的动态分析有图解法和微变等效电路法两种。图解法：其步骤为：根据静态分析方法求静态工作点Q（IB、IC和UCE）根据ui在输入特性上求uBE和iB作交流负载线由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。微变等效电路法：用于分析小信号情况下放大电路的动态性能，关键在于正确作出放大电路的微变等效电路。晶体管的微变等效电路如图2.1所示。（a）晶体管 （b）微变等效电路图2.1 晶体管的微变等效电路晶体管的输入电阻rbe常用下式估算：（）2.2.3 几种常见基本放大电路的静态与动态分析1共发射极固定偏置放大电路共发射极固定偏置放大电路及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.2所示。 （a）放大电路 （b）直流通路（c）交流通路 （d）微变等效电路图2.2 共发射极固定偏置放大电路（1）静态分析：（2）动态分析：式中。2共发射极分压式偏置放大电路共发射极分压式偏置放大电路及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.3所示。 （a）放大电路 （b）直流通路（c）交流通路 （d）微变等效电路图2.3 共发射极分压式偏置放大电路（1）静态分析：（2）动态分析：式中。3带直流负反馈的共发射极分压式偏置放大电路带直流负反馈的共发射极分压式偏置放大电路及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.4所示。（a）放大电路 （b）直流通路（c）交流通路 （d）微变等效电路图2.4 带直流负反馈的共发射极分压式偏置放大电路（1）静态分析：（2）动态分析：式中。4射极输出器（共集电极放大电路）射极输出器及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.5所示。（a）射极输出器 （b）直流通路（c）交流通路 （d）微变等效电路图2.5 射极输出器（1）静态分析：（2）动态分析：式中。式中。5共源极分压式偏置放大电路共源极分压式偏置放大电路及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.6所示。 （a）放大电路 （b）直流通路（c）交流通路 （d）微变等效电路图2.6 共源极分压式偏置放大电路（1）静态分析：（2）动态分析：式中。5几点说明（1）电压放大倍数与RC、RL、及IE等因数有关。RC或RL增大，电压放大倍数也增大。的增大对提高电压放大倍数效果不明显，反而是IE稍微增大一些，就能使电压放大倍数在一定范围内有明显的提高，但IE的增大是有限制的。此外，电压放大倍数式子中的负号表示电路的输出电压uo与输入电压ui反相，正号表示输出电压uo与输入电压ui同相。（2）输入电阻ri是从放大电路输入端求得的等效交流电阻，其中不包括信号源内阻Rs。输出电阻ro是从放大电路输出端求得的等效交流电阻，其中不包括放大电路的负载电阻RL。（3）射极输出器的主要特点是电压放大倍数接近于1，输入电阻高，输出电阻低。由于输入电阻高，常被用作多级放大电路的输入级，以减少信号源的负担；由于输出电阻低，常被用作多级放大电路的输出级，以提高带负载能力；由于它的阻抗变换作用，可作为两个共发射极放大电路之间的中间缓冲级，以改善工作性能。2.2.4 影响放大质量的几个因素（1）静态工作点设置不合理。影响静态工作点的电路参数是RB、RC及UCC。如RB过小，则IB过大，使静态工作点过高，会产生饱和失真；RB过大，则IB过小，使静态工作点过低，会产生截止失真。这些都是晶体管的非线性特性引起的，统称非线性失真。一般是改变RB的阻值来调节静态工作点。（2）静态工作点不稳定。静态工作点不稳定主要是由于受温度变化的影响。温度变化要影响晶体管的参数ICBO、和UBE。这些参数随温度升高的变化，都使集电极电流的静态值IC增大。稳定静态工作点的方法之一是采用分压式偏置放大电路。2.3 习题解答2.1 根据组成放大电路时必须遵循的几个原则，分析如图2.7所示各电路能否正常放大交流信号？为什么？若不能，应如何改正？分析 判断电路能否正常放大交流信号，只要判断是否满足组成放大电路时必须遵循的几个原则。对于定性分析，只要判断晶体管是否满足发射结正偏、集电结反偏的条件，以及有无完善的直流通路和交流通路即可。解 如图2.7所示各电路均不能正常放大交流信号。原因和改进措施如下：图2.7（a）中没有完善的交流通路。这是因为，恒定，所以输入端对交流信号短路，输入信号不能送入。应在电源UBB支路中串联电阻RB。图2.7（b）中没有完善的直流通路。这是因为电容C1的隔直作用，晶体管无法获得偏流，。应将C1改接在交流信号源与RB之间。图2.7 习题2.1的图图2.7（c）中发射结零偏，晶体管无法获得偏流，。应将RB接电源UCC与晶体管基极之间。图2.7（d）中电容C1接在电源UCC与晶体管基极之间带来两个问题：一是由于C1的隔直作用，晶体管无法获得偏流，；二是由于C1对交流信号短路，输入信号不能送入。应将C1改接成电阻。图2.7（e）中电源UCC和电容C1、C2的极性连接错误。应将它们的极性对调。图2.7（f）中电容C2连接错误。应将C2由与负载并联改成与负载串联。2.2 在如图2.8（a）所示的放大电路中，已知V，k，k，三极管的。（1）试用直流通路估算静态值IB、IC、UCE。（2）三极管的输出特性曲线如图2.8（b）所示，用图解法确定电路的静态值。（3）在静态时C1和C2上的电压各为多少？并标出极性。分析 放大电路的静态分析有估算法和图解法两种。估算法可以推出普遍适用于同类电路的公式，缺点是不够直观。图解法可以直观形象地看出静态工作点的位置以及电路参数对静态工作的影响，缺点是作图过程比较麻烦，并且不具备普遍适用的优点。解 （1）用估算法求静态值，得：（mA）（mA）（V）图2.8 习题2.2的图（2）用图解法求静态值。在图2. 8（b）中，根据mA、V作直流负载线，与A的特性曲线相交得静态工作点Q，如图2.9（b）所示，根据点Q查坐标得：mAV（3）静态时，V。C1和C2的极性如图2.9（a）所示。图2.9 习题2.2解答用图2.3 在上题中，若改变RB，使V，则RB应为多大？若改变RB，使mA，则RB又为多大？并分别求出两种情况下电路的静态工作点。分析 设计放大电路的一个重要环节就是RB、RC等元件的选择。选择电阻RB、RC的常用方法是根据晶体管的参数等和希望设置的静态工作点（静态值IC、UCE）计算出RB、RC的阻值。解 （1）V时，集电极电流为：（mA）基极电流为：（mA）基极电阻为：（k）（2）mA时，基极电流为：（mA）基极电阻为：（k）（V）2.4 在如图2.8（a）所示电路中，若三极管的，其他参数与2.2题相同，重新计算电路的静态值，并与2.2题的结果进行比较，说明三极管值的变化对该电路静态工作点的影响。分析 影响静态工作点的有电路参数RB、RC和UCC以及晶体管的参数ICBO、和UBE。在其他参数不变的情况下，增大将使晶体管集电极电流的静态值IC增大，静态工作点上移。解 用估算法求静态值，得：（mA）（mA）（V）（V）集电结和发射结都加正向电压，晶体管饱和。实际上这时UCE和IC分别为：（V）（mA）与2.2题的结果比较可知，在其他参数不变的情况下，三极管值由40变为100时，IB不变，但IC和UCE分别由2mA和6V变为4mA和0.3V，静态工作点从放大区进入了饱和区。2.5 在如图2.8（a）所示电路中，已知V，三极管的。若要使V，mA，试确定RC、RB的值。解 由得：（k）由得：（mA）基极电阻为：（k）2.6 在如图2.8（a）所示电路中，若输出电压uo波形的正半周出现了平顶畸变，试用图解法说明产生失真的原因，并指出是截止失真还是饱和失真。分析 如图2.8（a）所示电路的输出电压uo（uCE的交流分量uce）与输入电压ui（uBE的交流分量ube）反相，而ib、ic与ui同相，所以uo与ib反相。解 由于uo与ib反相，所以uo波形的正半周出现平顶畸变时，iB波形的负半周出现平顶畸变，可见这是由于静态工作点设置得太低，致使iB的负半周进入输入特性曲线的死区，使iB波形的负半周不能正常放大而引起失真，属于截止失真。图解过程如图2.10所示。（a）输入回路 （b）输出回路图2.10 题2.6解答用图2.7 画出如图2.11所示各电路的直流通路、交流通路和微变等效电路，图中各电路的容抗均可忽略不计。若已知V，k，k，三极管的，求出各电路的静态工作点。分析 放大电路的直流通路是直流电源单独作用时的电流通路，在直流通路中电容可视为开路。放大电路的交流通路是交流信号源单独作用时的电流通路，在交流通路中电容和直流电源可视作短路。将交流通路中的晶体管用其微变等效电路代替，便可得到放大电路的微变等效电路。图2.11 习题2.7的图解 如图2.11（a）所示电路的直流通路、交流通路和微变等效电路分别如图2.12所示。由直流通路列KVL方程，得：将代入上式，解之得：（mA）（mA）（V） （a） （b） （c）图2.12 习题2.7解答用图如图2.11（b）所示电路的直流通路、交流通路和微变等效电路分别如图2.13所示。由直流通路列KVL方程，得：将代入上式，解之得：(mA)（mA）（V） （a） （b） （c）图2.13 习题2.7解答用图2.8 在如图2.14所示的电路中，三极管是PNP型锗管。请回答下列问题：（1）UCC和C1、C2的极性如何考虑？请在图上标出。（2）设V， k，如果要将静态值IC调到1.5mA，问RB应调到多大？（3）在调整静态工作点时，如不慎将RB调到零，对晶体管有无影响？为什么？通常采取何种措施来防止发生这种情况？分析 PNP型三极管与NPN型三极管工作原理相似，不同之处仅在于使用时工作电源极性相反，相应地，电容的极性也相反。解 （1）UCC和C1、C2的极性如图2.15所示。图2.14 习题2.8的图 图2.15 习题2.8解答用图（2）mA时，基极电流为：（mA）基极电阻为：（k）这时集电极与发射极之间的电压为：（V）（3）如不慎将RB调到零，则12V电压全部加到晶体管的基极与发射极之间，使IB大大增加，会导致PN结发热而损坏。通常与RB串联一个较小的固定电阻来防止发生这种情况。2.9 在如图2.8（a）所示的放大电路中，已知V，k，k，三极管的。试分别计算空载和接上负载（k）两种情况下电路的电压放大倍数。分析 电路的电压放大倍数与RC、RL、及IE等因数有关。RC或RL增大，电压放大倍数也增大。空载时电压放大倍数最大。解 三极管基极电流静态值和集电极电流静态值分别为：（mA）（mA）三极管的输入电阻为：（）空载时电路的电压放大倍数为：接上k负载时电路的电压放大倍数为：其中 k。2.10 在如图2.16所示的放大电路中，已知V，k，k，k，k，k，k，三极管的，。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。分析 分压式偏置放大电路可以保持静态工作点基本稳定。这种电路稳定工作点的实质，是由于输出电流IC的变化通过发射极电阻RE上电压降（）的变化反映出来，而后引回到输入回路，和UB比较，使UBE发生变化来抑制IC的变化。RE越大，静态工作点越稳定。但RE会对变化的交流信号产生影响，使电压放大倍数下降。用电容CE与RE并联可以消除RE对交流信号的影响。解 （1）求静态值IB、IC、UCE。（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.17所示。图2.16 习题2.10的图 图2.17 习题2.10解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（）（k）（k）（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。2.11 在如图2.18所示的放大电路中，已知V，k，k，k，k，k，三极管的，。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。分析 由于电阻RE1没有与电容并联，所以RE1中既有直流电流通过，又有交流电流通过，对电路的静态性能和动态性能都有影响。解 （1）求静态值IB、IC、UCE。（V）（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.19所示。图2.18 习题2.11的图 图2.19 习题2.11解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（k）（k）（k）（4）求电压放大倍数和源电压放大倍数。2.12 在如图2.20所示的放大电路中，已知V，k，k，k， k，三极管的。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析 与上题一样，由于电阻RE没有与电容并联，所以RE中既有直流电流通过，又有交流电流通过，对电路的静态性能和动态性能都有影响。解 （1）求静态值IB、IC、UCE。根据图2.20可画出该放大电路的直流通路，如图2.21（a）所示。由图2.21（a）可得：而：所以，基极电流的静态值为：（mA）集电极电流的静态值为：（mA）集-射极电压的静态值为：（V）图2.20 习题2.12的图 （2）画出微变等效电路。根据图2.20可画出该放大电路的交流通路和微变等效电路，如图2.21（b）、（c）所示。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。晶体管的输入电阻为：（k）由图2.21（c）可得：所以输入电阻为：（k）计算输出电阻ro的等效电路如图2.21（d）所示。由于，有，所以输出电阻为：（k）（4）求电压放大倍数。由图2.21（c）可得：式中：所以，电压放大倍数为：（a）直流通路 （b）交流通路（c）微变等效电路 （d）计算ro的电路图2.21 习题2.12解答用图2.13 在如图2.22所示的放大电路中，已知V，k，k，k，三极管的。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析 本题电路为射极输出器，射极输出器的主要特点是电压放大倍数接近于1，输入电阻高，输出电阻低。解 （1）求静态值IB、IC和UCE，为：（mA）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.23所示。图2.22 习题2.13的图 图2.23 习题2.13解答用图（2）求电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro，为：（k）式中：（k）（k）（）式中：（）2.14 已知某放大电路的输出电阻为k，输出端的开路电压有效值V，试问该放大电路接有负载电阻k时，输出电压有效值将下降到多少？分析 对于负载而言，放大电路相当于一个具有内阻ro的电源，该电源的电动势就等于放大电路的开路电压Uo。解 根据如图2.24（a）所示放大电路的微变等效电路，应用戴维南定理将其等效变化为如图2.24（b）所示的电路，由此可得接有负载电阻RL时的输出电压有效值下降到：（V）2.15 比较共源极场效应管放大电路和共发射极晶体管放大电路，在电路结构上有何相似之处。为什么前者的输入电阻较高？解 如果共源极场效应管放大电路采用分压式偏置电路，则和分压式偏置电路的共发射极晶体管放大电路在结构上基本相似，惟一不同之处是为了提高输入电阻而在场效应管栅极接了电阻RG。但因场效应管是电压控制型器件，栅极无电流，故其输入电阻很高，而电阻RG也可以选得很大，因此场效应管放大电路的输入电阻较高。 （a）微变等效电路 （b）图（a）的等效电路图2.24 习题2.14解答用图2.16 在如图2.25所示的共源极放大电路中，已知，k，k，k，M，k，k，。（1）求静态值ID、UDS。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析 场效应晶体管放大电路的与晶体管放大电路的分析方法完全一样。静态分析采用估算法，可认为，从而求出ID和UDS；动态分析则根据放大电路的微变等效电路来求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解 （1）求静态值ID和UDS，为：（V）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.26所示。图2.25 习题2.16的图 图2.26 习题2.16解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro，为：（k）（k）（4）求电压放大倍数，为：（k）2.17 在如图2.27所示的放大电路中，已知V，M，M，k，k，场效应管的mA/V。（1）求静态值ID、UDS。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求电压放大倍数。分析 本题电路与上题相比仅少了电阻RG，因RG可以选得很大，故本题电路的输入电阻与上题相比要小得多。解 （1）求静态值ID和UDS，为：（V）（mA）（V）（2）微变等效电路如图2.28所示。图2.27 习题2.17的图 图2.28 习题2.17解答用图（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（k）（k）（4）电压放大倍数为：（k）2.18 如图2.29所示电路为源极输出器，已知V，M，k，k，mA/V。求输入电阻ri、输出电阻ro和电压放大倍数。图2.29 习题2.18的图分析 本题电路为共漏极放大电路，其特点与射极输出器相似，即电压放大倍数接近于1，输入电阻高，输出电阻低。求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等动态性能指标同样可用微变等效电路法。解 微变等效电路如图2.30（a）所示，有：式中所以，电压放大倍数为：输入电阻为：（M）求输出电阻的电路如图2.30（b）所示，由图可得：（a）微变等效电路 （b）求ro的电路图2.30 题1.18解答用图而：所以：输出电阻为：（k）2.4 习题与考研试题精选2-1 在如图2.31所示的放大电路中，已知V，k，k，k，电位器总阻值M，晶体管的，V。试求：（1）当RP调到零时的静态值IB、IC、UCE，并判断晶体管的工作状态。（2）当RP调到最大值时的静态值IB、IC、UCE，并判断晶体管的工作状态。（3）若使静态时V，则RP应调到多大？2-2 在如图2.32所示的放大电路中，已知V，k，k，三极管的，UBE可忽略不计。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）画出微变等效电路。（3）求输入电阻ri和输出电阻ro。（4）求、时的电压放大倍数。（5）求k、k时的源电压放大倍数。图2.31 习题2-1的图 图2.32 习题2-2解答用图2-3 在如图2.33所示的放大电路中，已知V，k，k，k，k，晶体管的，。（1）求静态值IB、IC、UCE。（2）如果换上一个的同类晶体管，放大电路能否正常工作？（3）如果换上PNP型的晶体管，电路应作那些改动才能正常工作？2-4 在如图2.34所示的放大电路中，已知V，k，k，k，k，k，三极管的，。试求：（1）静态值IB、IC、UCE。（2）电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。（3）电容CE开路时的电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。图2.33 习题2-3的图 图2.34 习题2-4的图2-5 在如图2.35所示的放大电路中，已知V，k，k，k，k，k，三极管的，V。试求：（1）静态值IC、UCE，电压放大倍数，输入电阻ri和输出电阻ro。（2）换用的同类三极管后的静态值IC、UCE，电压放大倍数，输入电阻ri和输出电阻ro。2-6 在如图2.36所示的放大电路中，已知V，k，k， k，三极管的，V。试求：（1）电压放大倍数和。（2）输出电阻ro1和ro2。（3）输出电压uo1和uo2的相位关系。2-7 在如图2.37所示的场效应管放大电路中，已知V，M，M，k，k，场效应管的mA/V。（1）场效应管V属于什么类型，元件RS1、RS2、RG、CS分别起什么作用？（2）求电路的电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。2-8 场效应管源极输出放大电路如图2.38所示，已知V，M， k，k，k，k，mA/V。试求：（1）静态值ID、UDS。（2）电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro。图2.35 习题2-5的图 图2.36 习题2-6的图图2.37 习题2-7的图 图2.38 习题2-8的图