模拟电子技术基础第三章例题习题

rbe
若旁路电容同时使 Re/ ＝0、 Re ＝0，则电压放大倍数为
& = A u
Uo Ui
. .
=−
′ β ⋅ RL
rbe
=−
50 × (6 // 6) × 103 1.85 × 103
≈ −81
由此可见 Re 的存在使放大倍数下降很多。 放大电路的输入电阻为 Ri = Rb1 // Rb 2 //[ rbe + (1 + β ) Re ] = 60 // 20 //[1.85 + (1 + 50) × 0.3] ≈ 8 kΩ 若无 Re，放大电路的输入电阻 Ri = Rb1 // Rb 2 // rbe = 1.65 kΩ，故 Re 的存在提 高了放大电路的输入电阻。放大电路的输出电阻为
& & & 0.66 × 103 & = U o = Uo ⋅ Ui = A & ⋅ Ri = −120 × A ≈ −111.5 us u • 3 & • U Rs + Ri ( 0 . 05 + 0 . 66 ) × 10 i Us Us
若 Rs＝500 Ω，RL＝8.2 kΩ，则该放大器源电压增益为
IC =
U CC U CE 12 U CE − = − 3 3 Rc Rc
iC / mA
4 3 2 1 0
2 4 6 8
100 75
当 UCE＝0 时，IC＝4mA；当 IC＝0 时，UCE＝12V，在如例 3-1 图所示的输 出特性上作出这条直线。 再由直流通路得 U − U BE 12 − 0.7 I B = CC = ≈ 51μA Rb 220 × 103 故直流负载线与 IB＝51μA 相对应的输出特性 的交点即为静态工作点 Q，由图得 IC＝2mA， UCE＝6V。 （2） 当 UCE＝3V 时， 则由直流通路可得集电极 电流为 U − U CE 12 − 3 = I C = CC = 3 mA Rc 3 × 103 U CC − U BE I C 3 I = = = = 75 μA 于是，基极电流为 B Rb β 40 U − U BE 12 − 0.7 Rb = CC = = 150.1 kΩ 故 IB 75 × 10 − 6 可采用 150 kΩ 标称电阻。 （3）若使 IC＝1.5mA，则
Q
50
iB = 25μA
0
10
12 u / V CE
例3-1图
IB =
U CC − U BE I C 1.5 = = = 37.5 μA Rb β 40
故
Rb =
U CC − U BE 12 − 0.7 = 301 kΩ ，取标称电阻 Rb = 300 kΩ 。 = IB 37.5 × 10− 6
IB =
集电极电流为
U CC − U BE 12 − 0.6 = ≈ 5 μA Rb 2.291 × 106
I C = β I B = 60 × 5 × 10 −6 = 0.3 mA
U CE = U CC − I C Rc = 12 − 0.3 × 10 −3 × 1.6 × 103 = 11.52 V ≈ U CC
& =U & ＝8.2kΩ，求 A us o Us 。
C1
•
＋Ucc
Rb
T
Rc
+
解：①由直流通路求得静态工作点电压和电流。
IB = 12 − 0.7 U CC − U BE = 56.5μA = Rb 200 × 103
C2
+
Rs +
+
I C = β I B = 50 × 56.5 × 10 −6 = 2.83 mA U CE = U CC − I C Rc = 12 − 2.83 × 10 -3 × 2 × 10 3 = 6.34V
Rc
+ U CC
60 k Ω
Rb1
6 kΩ
C2
&b I
& I c & βI b
C1
Rs
T
Re
Re/
T
Rs
+
Ui
•
ui
300Ω
6kΩ
Ce
RL
uo
Rs
U be
+ rbe • -
+
Uo
•
us
Rb2
20 kΩ
us
ui
Re
Rb1 Rb2
Rc
uo
RL
Us
•
+
Rb
- Ri
Re
I&e R c
Ro
RL
2.7kΩ
(a)
【例 3-1】 在图 3-7(a)所示的共发射极放大电路中，已知 UCC＝12V，Rb＝ 220kΩ， Rc＝3kΩ， β＝40， UBE＝0.7V，其三极 管的输出特性如例 3-1 图所示， （1）用图解法确 定静态工作点，并求 IB、IC 和 UCE 的值； （2）若 使 UCE＝3V，试计算 Rb 的大小。 （3）若使 IC＝ 1.5mA，Rb 又应该多大？ 解： （1）由图 3-7(b）所示直流通路的直流负载 线得
rbe ≈ 200 + (1 + β )
U B − U BE 3 − 0.6 = = 0.8 mA 3 ′ Re + Re (0.3 + 2.7) × 10 I 0.8 IB = C = = 16 μA β 50 IC ≈
= 12 − 0.8 × 10 − 3 × (6 + 0.3 + 2.7) × 10 3 = 4.8 V
(b)
(c)
例3-5图
解： ①首先根据式(3-25)、 (3-27)和(3-28)求得静态工作点的相关电流和电压。 20 Rb2 U CC = × 12 = 3 V UB = 60 + 20 Rb1 + Rb2
′ + Re ) U CE ≈ U CC − I C ( Rc + Re
BJT 的输入电阻为
+ U CC
Rb1
IC
Rc
IB
UB
T U CE
U BE
Rb2
Re
例3-6图
IE
UB =
Rb2 U CC Rb1 + Rb2
I C = β I B = 100 × 31.3 × 10 −6 = 3.13 mA
U CE = U CC − I C RC = 12 − 3.13 × 10 −3 × 1.8 × 10 3 = 6.366V
可见，该电路所选择的参数，使 BJT 工作在放大区域。
【例 3-3】 如例 3-3 图所示晶体三极管放大电路中，已知 UCC＝12V，Rc ＝1.6 kΩ，RL＝2kΩ，Rb1＝91kΩ，电位器 RP＝2.2 MΩ， BJT 的 β＝60， UBE＝0.6V。 C1 、 C 2 容量足够大。①当 Rp 调节到最小( Rp ＝0)时，求静态 工作点的值，并判定 BJT 工作在什么区 域？②当 Rp 调到最大时， 静态工作点的值， 并判定 BJT 工作在什么区域？③若要求
I C = β I B = 60 × 0.125 × 10 −3 ≈ 7.5 mA
U CE = U CC − I C Rc = 12 − 7.5 × 10 −3 × 1.6 × 103 = 0.02 V
可见，三极管工作于饱和区。 ②当 RP 调到最大时，Rb＝Rb1＋RP＝(0.091＋2.2)MΩ＝2.291MΩ，则基极 电流为
③若负载开路，则
3 & & = U o = − β Rc = −50 × 2 × 10 = −150 A u & U rbe 0.668 × 103 i
& 表达式中的“—”号表示共发射极放大电路的反相作用。由此可见， 上述 A u
放大电路带负载电阻 RL 后，电压放大倍数要下降。而在实际应用中尽可能 使放大倍数稳定，故应采取一定措施。 ④ 当 Rs＝50 Ω，RL＝8.2 kΩ 时， 该放大器源电压增益为
+
ui
RL
uo
-
us
②为求电压增益，先求晶体管的输入电阻
rbe = rbb ′ + (1 + β ) 26 26 × 10 −3 = 200 + (1 + 50) = 0.668 kΩ IE 2.83 × 10 − 3
-
例3-4图
再根据图 3-15(b)所示的微变等效电路， 同时用电路中的已知量代替参数定义 式中的待求量，可求得，
26 26 = 200 + (1 + 50) × = 1.85 kΩ IE 0.8
②画出原电路的交流通路如例 3-5 图(b)所示，再根据图(c)所示交流(微 变)等效电路求电路的交流参数。 .
& =Uo = − A u . Ui ′ β ⋅ RL 50 × (6 // 6) × 103 =− = −8.75 + (1 + β ) Re 1.85 × 103 + (1 + 50) × 0.3 × 10 3
因此，输出电压不失真的最大幅度为 2.67V。可见，选择合适的静态工作 点，可使最大不失真输出电压达到最佳值。
【例 3-4】 在例 3-4 图所示放大电路中，已知 Rb＝200kΩ，Rc＝2kΩ，RL ＝8.2kΩ， U BE = 0.7 V UCC＝12V，β＝50， C1 、 C2 的容量足够大。①试近似估 算静态工作点；②求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻；③若负载开路， 求电压放大倍数；④若 Rs＝50Ω 和 Rs＝500Ω，RL
可见，BJT 的静态工作点已接近截止区。 ③若要求 U CE ＝8V，则集电极电流为
IC =
基极电流为 偏置电阻为 Rb =
U CC − U CE 12 − 8 = = 2.5 mA 3 Rc 1.6 × 10
I C 2.5 ×0
U CC − U BE 12 − 0.6 = = 274 kΩ ，此时 BJT 工作在放大 −6 IB 41.6 × 10
Rb
C1
{
RP
1.6 kΩ
Rc
+ U CC + 12V
Rb1
91 kΩ
C2 RL
2 kΩ
U CE ＝ 8V，问 Rp 应调到多大？ ④若要求
U CE ＝6V，IC＝3mA，求输出不失真最大电
T
Rs
压幅度。 解： ①当 RP 调到 Rp ＝0 时， Rb＝Rb1＝91kΩ，
us
ui
例3-3 图
uo
则基极电流为 U − U BE 12 − 0.6 I B = CC = = 0.125 mA Rb 91 × 103
Ro ≈ Rc = 6 kΩ
【例 3-6】 试采用 S9013 设计一个分压式发射极稳定静态工 作 点的 共发 射极放 大电 路偏 置电路 。已 知 U CC = 15 V ， β = 100 ， U CE ≈ 7.5 V 。 Rc = 3 kΩ ， U BE = 0.7 V ， 要求 I C = 2 mA ， 试选择 Rb1 、 Rb2 和 Re 。 解：采用 S9013 的共发射极放大电路偏置电路如例 3-6 图所 示。由图可得
& & & 0.66 ×103 & = Uo = U o ⋅ Ui = A & ⋅ Ri = −120 × A ≈ −68.3 us u • & • U Rs + Ri (0.5 + 0.66) × 103 i U Us s
上述计算表明，信号源 us 内阻的存在将使源电压放大倍数下降，而且 Rs 越大 (或输入电阻 Ri 越小)，源电压放大倍数下降的越多。因此，当信号源为电压 源时，要求电压源内阻尽量小。
【例 3-5】 在例 3-5 图所示是一个典型的分压式射极偏置放大电路。已知 UCC＝12V，Rc＝6kΩ，Re＝300Ω，
Re/ ＝2.7kΩ，Rb1＝60
kΩ，Rb2＝20 kΩ,
RL＝6 kΩ, β＝50，UBE＝0.6V， C1 、 C2 和 Ce 的容量足够大。试求：①静态工
& 、输入电阻 Ri 和输出电阻 Ro。 作点 IB、IC 和 UCE ；②电压放大倍数 A u
区， Rp 应调到 183 kΩ 。 ④ 若要求 U CE ＝6V， IC＝3mA， 为使输出电压不产生截止失真， 由图 3-11(b) 可知
′ = 3 × 10−3 × ( 2 // 1.6) × 103 = 2.67 V U om1 = I C RL
若使输出电压不产生饱和失真，则
U om2 ≈ U CE = 6 V ，显然U om1 < U om2 ，
& ′ (2 // 8.2) × 103 & = U o = − β RL 50 ≈ −120 A = − u 3 & U r 0 . 668 10 × i be & U Ri = & i = Rb // rbe = (120 // 0.668) × 10 3 ≈ 0.66 kΩ I
i
Ro ≈ Rc = 2 kΩ
【例 3-2】 在图 3-14(a)所示的共发射极放大 电路中，已知 UCC＝12V，Rb＝360kΩ，RC＝ 1.8kΩ，β＝100，UBE＝0.7V ，试由直流通路 求出电路的静态工作点。 解：由图 3-13(b)的直流通路得
IB =
U CC − U BE 12 − 0.7 = ≈ 31.3μA Rb 360 × 103