IB>I0饱和
截止
BB
15基本放大电路
15.2放大电路的静态分析
15.2.3
在图1中,若UCC=10V,今要求UCE=5V,IC=2mA,试求RC和RB
的阻值。
设晶体管的β=40。
[解]
图1:
习题15.2.3图
由UCE=UCC?
RCIC可求
RC=
UCC?
UCE
IC
=10?
5?
=2.5k?
2×10?
3
IC2
IB≈
=mA=0.05mA
β40
RB≈
UCC
IB
10
=k?
=200k?
0.05
15.3放大电路的动态分析
15.3.2
在习题1图所示的固定偏置放大电路中,UCC=9V,晶体管的β=20,IC=
1mA。
今要求|Au|≤100,试计算RC,RB及UCE。
[解]
IB
RB
≈
≈
rbe
=
|Au|
=
RC
UCE
=
=
15.3.3
IC1
=mA=0.05mA
β20
UCC
IB
9
=k?
=180k?
0.05
26
[200+(20+1)×1.05]?
=720?
=0.72k?
βRC
rbe
(空载时|Au|最大)
|Au|rbe
β
=100×0.72
20
k?
=3.6k?
UCC?
RCIC=(9?
3.6×1)V=5.4V
有一放大电路如习题1图所示,其晶体管的输出特性以及放大电路的交、直
流负载线如图2所示。
试问:
(1)RB,RC,RL各为多少?
(2)不产生失真的最大输入电压UiM为多少?
(3)若不断加大输入电压的幅值,该电路首先出现何种性质的失真?
调节电路中哪个电阻能消除失真?
将阻值调大还是调小?
(4)将电阻RL调大,对交、直流负载线会产生什么影响?
(5)若电路中其他参数不变,只将晶体管换一个β值小一半的管子,这时IB,IC,UCE及|Au|将如何变化?
[解]
图2:
习题15.3.3图由图2可知,静态值为
电源电压为电流放大系数为
IC=2mA,IB=40μA,UCE=5V
UCC=10V
β=IC
IB
2
=
0.04
=50
(1)
RB≈
UCC
IB
10
=k?
=250k?
0.04
RC=
由交流负载线可得
UCC?
UCE
IC
=10?
5k?
=2.5k?
2
由此得
R
1tanα0=,
0
L
2
=
R
L
8?
5
1
L
R0
0
L
=1.5k?
R0RCRL
L
RL=
RCR0
=2.5×1.5
k?
=3.75k?
R
L=
C
(2)由图2可知
+RL
RC?
R0
2.5?
1.5
8?
UCEQ=(8?
5)V=3VUCEQ?
UCES=(5?
0.3)V=4.7V
不失真的最大输出电压约为UoM=3V,先求出|Au|后,再求不产生失真的最大输入电压UiM
26(mV)26
I
rbe=200(?
)+(1+β)
E
=[200+(1+50)(mA)
]?
=0.86k?
×
2
|Au|=
于是
βR0
L
rbe
=50×1.5
0.86
UiM=
=87
UoM
|Au|
3
=V=34.5mV
87
(3)首先产生截止失真,这时可调节RB,减小其阻值以增大IB,将静态工作点Q上移一点。
(4)将RL阻值增大,不影响直流负载线,通过Q点的交流负载线与横轴的α0角将有所减小。
(5)IB不变,IC约减小一半,UCE增大,|Au|将减小一半。
15.3.4
已知某放大电路的输出电阻为3.3k?
,输出端开路电压的有效值Uo0=2V,试问该放大电路接有负载电阻RL=5.1k?
时,输出电压将下降到多少?
[解]
r
UoL=
o
或
RL
RL
+RL
r
Eo=
o
5.1
RL
+RL
Uo0
r
UoL=
o
+RL
Uo0=3.3+5.1×2V=1.2V
15.3.5
在图3中,UCC=12V,RC=2k?
,RE=2k?
,RB=300k?
,晶体管的β=
50。
电路有两个输出端。
试求:
(1)电压放大倍数Au1=
出电阻ro1和ro2。
[解]
U˙o1
U˙i
和Au2=
U˙o2
U˙i
;
(2)输
图3:
习题15.3.5图
IB=
UCC?
UBE
RB+(1+β)RE
=12?
0.6mA=0.028mA
300+(1+50)×2
IE=(1+β)IB=(1+50)×0.028mA=1.43mA
26
rbe=[200+(1+50)×1.43]?
=1127?
≈1.13k?
从集电极输出:
Au1=
U˙o1
U˙i
r
=?
be
βRC
+(1+β)RE
=?
50×2≈?
1
1.13+(1+50)×2
ro1≈RC=2k?
从发射极输出:
Au2=
U˙o2
U˙i
S
=
rbe
(1+β)RE1
+(1+β)RE≈
ro2≈
rbe+R0
β
rbe
≈β
1130
=
50
S
=22.6?
S
式中,R0
=RS//RB,设信号源内阻RS≈0,则R0
≈0。
15.4静态工作点的稳定
15.4.2
在教材图15.4.1所示的分压式偏置放大电路中,已知UCC=24V,RC=
3.3k?
,RE=1.5k?
,RB1=33k?
,RB2=10k?
,RL=5.1k?
,β=66,并
设RS≈0。
(1)试求静态值IB,IC和UCE;
(2)画出微变等效电路;(3)计算晶体管的输入电阻rbe;(4)计算电压放大倍数Au;(5)计算放大电路输出端开路时的电压放大倍数,并说明负载电阻RL对电压放大倍数的影响;(6)估算放大电路的输入电阻和输出电阻。
[解]
(1)
VB=
UCC
RB1+RB2
24
RB2=33+10×10V=5.58V
IC≈IE=
VB?
UBE
RE
=5.58?
0.6mA=3.32mA
1.5
IB≈
IC=
β
3.32
mA=0.05mA
60
UCE=UCC?
(RC+RE)IC=[24?
(3.3+1.5)×3.32]V=8.06V
(2)
I
26(mV)
rbe=200(?
)+(1+β)
E
(mA)
(3)
26
=[200+(1+66)×3.32]?
=0.72k?
Au=?
β
0
R
L
rbe
=?
66×
3.3×5.1?
3.3+5.1×
1
0.72
=?
183.7
(4)
ur
A=?
βRC
be
3.3
=?
66×0.72=?
302.5
(5)
ri=rbe//RB1//RB2≈rbe=0.72k?
ro≈RC=3.3k?
15.4.5
设计一单管晶体管放大电路,已知RL=3k?
。
要求|Au|≥60,ri≥
1k?
,ro<3k?
,工作点稳定。
建议选用高频小功率管3GD100,其技术数据见教材附录C,β值可选在50~100之间。
最后核查静态工作点是否合适。
求得的各电阻值均采用标称值(查教材附录H)。
[解]
图4:
习题15.4.5图
(1)选择放大电路和晶体管要求工作点稳定,可选用分压偏置放大电路(教材图15.4.1),选UCC=
12V;按建议选用晶体管3GD100,设β=50;并设|Au|=60,ri=
1k?
。
(2)参数计算
beI
由式r≈[200+(1+β)26
E
]?
≈ri可求
26(1+β)
26×51
IC≈IE≈
|u|r
L
由式A=βR0可求
be
=mA=1.66mA
ri?
2001000?
200
60×1
L=k?
=1.2k?
50
RCRL
R
R0
R0
L=
C
即
+RL
设VB=4V
RC=
L
R0RL
L
RL?
R0
=1.2×3
3?
1.2
k?
=2k?
RE=
VB?
UBE
IE
=4?
0.6k?
2k?
≈
1.66
基极电流IB≈
IC=
β
1.66
mA=0.033mA
50
设I2=10IB,即
得
RB2=
I2=10×0.033mA=0.33mA≈I1
VB=4k?
=12.12k?
(取12k?
)
I20.33
RB1=
UCC?
VB
I1
=12?
4k?
=24.24k?
(取24k?
)
0.33
(3)核查静态工作点
由UCE=UCC?
(RC+RE)IC做直流负载线(图4)
IC=0UCE=UCC=12V
UCC12
R
UCE=0IC=
C
+RE
=mA=3mA
2+2
UCE=[12?
(2+2)×1.66]V=5.4V
静态工作点合适,在小信号情况下,不会产生失真。
15.6射极输出器
15.6.1
在图5所示的射极输出器中,已知RS=50?
,RB1=100k?
,RB2=30k?
,RE=
1k?
,晶体管的β=50,rbe=1k?
,试求Au,ri和ro。
[解]
图5:
习题15.6.1图
Au=
rbe
(1+β)RE
+(1+β)RE
=(1+50)×1=0.98
1+(1+50)×1
ri=RB1//RB2//[rbe+(1+β)RE]=16k?
ro≈
式中
S
rbe+R0
β
1000+50
=
50
=21?
R0
S=RS//RB1//RB2≈50?
15.6.2
两级放大电路如图6所示,晶体管的β1=β2=40,rbe1=1.37k?
,rbe2
=0.89k?
。
(1)画出直流通路,并估算各级电路的静态值(计算UCE1时忽略IB2);
(2)画出微变等效电路,并计算Au1,Au2和Au;(3)计算ri和ro。
[解]
图6:
习题15.6.2图
(1)前极静态值
VB1=
20
33+8.2×8.2V=4V
4?
0.6
IC1≈IE1=3+0.39mA=1mA
1
IB1≈
mA=25μA
40
后极静态值
UCE1≈20?
(10+3+0.39)×1=6.6V
IC2≈IE2=
1.8
UC1?
UBE2
RE2
=(20?
10×1)?
0.6mA=1.8mA
5.1
IB2=
mA=45μA
40
UCE2=(20?
5.1×1.8)V=10.8V
(2)前级电压放大倍数
u1?
1L?
×
R01
A=β=40
E1
rbe+(1+β1)R00
9.1
1.37+(1+40)×0.39
=?
21
式中
RE2RL?
R0
L1=RC1//
后级电压放大倍数
rbe2+(1+β2)·
R
E2
+RL
Au2=
(1+β2)R0
L
L
rbe2+(1+β2)R0
=(1+40)×2.5
0.89+(1+40)×2.5
=0.99
两级电压放大倍数
Au=Au1·Au2=?
21×0.99=?
20.8
(3)
E1
ri=ri1=RB1//RB2//[rbe1+(1+β1)R00
]=4.77k?
ro=ro2≈
rbe2+RC1
β2
0.89+10
=k?
=272?
40
前级的集电极电阻RC1即为后级的基极电阻。
从本例的两级放大电路看,提高了输入电阻,降低了输出电阻。
15.7差分放大电路
15.7.3
在图7所示的差分放大电路中,β=50,UBE=0.7V,输入电压ui1=
7mV,ui2=3mV。
(1)计算放大电路的静态值IB,IC及各电极的电位VE,VC和VB;
(2)把输入电压Ui1,ui2分解为共模分量uic1,uic2和差模分量uid1,uid2;(3)求单端共模输出uoc1和uoc2;
(4)求单端差模输出uod1和uod2;(5)求单端总输出uo1和uo2;(6)求双端共模输出uoc,双端差模输出uod和双端总输出uo。
[解]
图7:
习题15.7.3图
(1)静态时,ui1=ui2=0,由教材图15.7.5的单管直流通路可得
RBIB+UBE+2REIE=UEE
UEE?
UBE
R
IB=
B
+2(1+β)RE
于是
IB=
6?
0.7A
10×103+2×(1+50)×5.1×103
(2)
=0.01×10?
3A=0.01mA
IC=βIB=50×0.01mA=0.5mA
IE=(1+β)IB=51×0.01mA=0.51mA
VC=UCC?
RCIC=[6?
5.1×103×0.5×10?
3]V=3.45V
VE=?
6+2REIE=[?
6+2×5.1×103×0.51×10?
3]V=?
0.798VVB=?
RBIB=?
10×103×0.01×10?
3V=?
0.1V
uic1=uic2=
ui1+ui2=
2
ui1?
ui2
7+3
mV=5mV
2
7?
3
uid1=?
uid2=
(3)由习题15.7.2所证明的公式得出
=mV=2mV
22
RC
R
uoc1=uoc2=?
β
B
式中
+rbe
+2(1+β)RE
26
uic1
于是
(4)
rbe=[200+(1+50)×0.51]?
=2.8k?
5.1
uoc1=uoc2=?
50×10+2.8+2(1+50)×5.1×5mV
=?
2.39mV
(5)
uod1=?
R
uod2=?
R
βRC
B+rbe
βRC
B+rbe
u=?
50×5.1×