电子教案《模拟电子技术》第3版王连英ppt 第2章.docx
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电子教案《模拟电子技术》第3版王连英ppt第2章
第2章 三极管及其基本放大电路
2.1 放大电路示意框图如图E2.1所示，电流、电压均为正弦波，已知Rs＝600W，Vs＝20mV，Vi＝10mV，RL＝2kW，Vo＝2V，当RL开路时，测得Vo＇＝2.6V，fL＝1000Hz，fH＝500kHz。
试求该放大电路的电压、电流、功率放大倍数及其分贝数；输入电阻Ri；输出电阻Ro；通带宽度BW。
解：
如图E2.1所示，有
Av（dB）＝20lg｜Av｜＝20lg200dB＝46dB
Ai（dB）＝20lg｜Ai｜＝20lg60dB＝35.56dB
Ap（dB）＝10lg｜Ap｜＝20lg12000dB≈40.79dB
BW＝fH－fL＝（500－1）kHz＝499kHz
2.2 在路测量，测得小功率硅三极管各引脚的电位如图E2.2所示，试判断其工作状态，并判断有哪几只已损坏。
解：
如图E2.2所示
（a）VC＞VB＞VE，VBE＝VBE（on）＝0.7V，发射结正偏，集电结反偏，三极管（硅NPN型小功率管）工作在放大状态。
（b）VB＜VE，VC＞VB，发射结，集电结均反偏，三极管工作在截止状态。
（c）VC＞VB＞VE，VBE＞VBE（on）＝0.7V，三极管已损坏（发射结开路）。
（d）VE＞VB＞VC，VBE＝VBE（on）＝－0.7V，发射结正偏，集电结反偏，三极管（硅PNP型小功率管）工作在放大状态。
（e）VB＞VE，VBE＝VBE（on）＝0.7V，VB＞VC，发射结、集电结均正偏，三极管工作在饱和状态。
2.3 在图E2.3所示各电路中，哪些电路能正常放大？
哪些不能正常放大？
为什么？
如何改正，以使其可能正常放大？
解：
图题（a）不能正常放大，因Rb＝0，一是三极管不能正常工作，二是输入信号vi被短路。
应接入适当大小的Rb，才可能正常放大。
图题（b）不能正常放大，因Rc＝0，一是三极管不能正常工作，二是输出信号vo被短路。
应接入适当大小的Rc，才可能正常放大。
图题（c）不能正常放大，一是Rc＝0，三极管不能正常工作、输出信号vo被短路；二是C1接入的位置不对，三极管基极的直流通路被隔断，三极管不能正常工作。
应接入适当大小的Rc和正确接入耦合电容C1，才可能正常放大。
图题（d）不能正常放大，一是VCC的极性接反；二是没有接入输入、输出耦合电容。
应改变VCC的接入极性并接入输入、输出耦合电容，才可能正常放大。
2.4 在路测量，测得放大电路中的四个三极管各引脚的电位如图E2.4所示，试判断这四个三极管的引脚（e、b、c），它们是NPN型还是PNP型，是硅管还是锗管。
解：
放大电路中三极管的各电极在路电位，如图E2.4所示
（a）V3＞V1＞V2，V12＝（3.5－2.8）V＝0.7V，③脚为c，①脚为b，②脚为e；是NPN型小功率硅管。
（b）V3＞V2＞V1，V21＝（3－2.8）V＝0.2V；③脚为c，②脚为b，①脚为e；是NPN型小功率锗管。
（c）V1＜V2＜V3，V23＝（11.3－12）V＝－0.7V；①脚为c，②脚为b，③脚为e；是PNP型小功率硅管。
（d）V1＞V2＞V3，V21＝（11.8－12）V＝－0.2V；①脚为e，②脚为b，③脚为c；是PNP型的小功率锗管。
2.5 测得放大电路中的三极管各引脚的电流如图E2.5所示，试判断三极管的引脚（e、b、c），它们是NPN型还是PNP型，电流放大系数β为多少？
解：
放大电路中的三极管的各电极在路电流，如图E2.5所示
（a）I1＝I2＋I3，I2＞I3，I2、I3流入三极管，I1流出三极管，①脚为e，②脚为c，③脚为b；是NPN型小功率管；
（b）I3＝I1＋I2，I2＞I1，I1、I2流出三极管，I3流入三极管；①脚为b，②脚为c，③脚为e；是PNP型小功率管；
2.6 三极管电路如图E2.6所示，设T的VBE（on）＝0.7V，VCES＝0.3V，β＝50，D的VD（on）＝0.7V，试分析、判断T的工作区域。
图E2.6
解：
三极管电路如图E2.6所示
（a）若T工作在放大或饱和区，则：
VB＝［VBE（on）＋VD（on）＋0.3］V＝（0.7＋0.7＋0.3）V＝1.7V≠1V，
VC≥［VCES＋VD（on）＋0.3］V＝（0.3＋0.7＋0.3）V＝1.3V
所以，T不可能工作在放大或饱和区；
若T工作在截止区，则
VB＜［VBE（on）＋VD（on）＋0.3］V＝（0.7＋0.7＋0.3）V＝1.7V
所以，T可能工作在截止区。
但，也不排除T已损坏的可能：
（1）若三极管T的发射结开路，VB由外电路设置为＋1V，VC≈＋5V；
（2）若三极管T的发射结短路、集电结开路（此种情况较少），则
VB＝［VD（on）＋0.3］V＝（0.7＋0.3）V＝＋1V，VC≈＋5V。
（b）三极管T开始工作前，VBE′＝6V＞VBE（on）＝0.7V，VCB′＝（12－6）V＝6V＞0，
即，VC′＞VB′＞VE′，所以T可能工作在放大或饱和区
若工作在放大区，则IB＜IBS＝
；若工作在饱和区，则IB＞IBS＝
。
图示电路中
显然，IB＞IBS，所以，三极管T工作在饱和区。
2.7三极管电路如图E2.7所示，设T的VBE（on）＝0.7V，VCES＝0.3V，β＝100，试求出各电路的IB、IC、VCE，并分析、判断T的工作状态。
解：
如图E2.7所示电路
（a）
因为IB＜IBS，所以T工作于放大状态
IC＝βIB≈100×0.104mA＝10.4mA
VCE＝VCC－ICRc≈（12－10.4×1）V＝1.6V
（b）
因为IB＞IBS，所以T工作于饱和状态
VC＝VCE＝VCES＝0.3V
（c）三极管T开始工作前，VBE′＝0，所以，三极管T工作于截止状态，有
IB＝IC＝0
VC＝VCE≈5V
2.8 某三极管的PCM＝100mW，ICM＝20mA，V（BR）CEO＝15V，试问若设置其在下列几种情况下，哪种设置是正确的，哪种是不正确的，为什么？
（1）VCE＝3V，IC＝100mA；
（2）VCE＝2V，IC＝40mA；（3）VCE＝20V，IC＝4mA。
解：
依三极管极限参数定义，有所谓三极管工作安全区：
PCM＝iCvCE，ICM，V（BR）CEO
（1）PCM′＝iCvCE＝（100×3）mW＝300mW＞PCM＝100mW，在安全区外，故设置不正确；
（2）IC＝40mA＞ICM＝20mA，在安全区外，故设置不正确；
（3）PCM′＝iCvCE＝（4×20）mW＝80mW＜PCM＝100mW，但VCE＞V（BR）CEO＝15V，在安全区外，故设置不正确。
图E2.9
2.9 试画出图E2.9所示各电路的直流通路和交流通路。
设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
解：
图E2.9所示电路的直流通路和交流通路如图E2.9.1所示
图E2.9.1
2.10三极管电路如图E2.10所示，试用Multisim仿真软件按表E2.10的要求，求取当Rb、Rc为不同量值时的VBE、VBC、IB、IC、IE、VCE和β参数，并将测量数据填入表E2.10中。
分析测量数据，验证IB、IC、IE间的关系；验证三极管处于截止、放大、饱和状态时的偏置条件；验证三极管处于截止、放大、饱和状态时的外电路特点。
图E2.10
表E2.10
Rc＝1k
Rc＝5.1k
Rb（=Rb1+Rp）/K
Rb（=Rb1+Rp）/K
110
90
70
50
30
10
110
90
70
50
30
10
VBE/mV
VBC/V
IB/mA
IC/mA
IE/mA
VCE/V
β
研究、分析：
依表E2.10要求，将仿真测量相关数据填入表E2.10中，比较、分析表E2.10的仿真测量数据可知：
（1）不论Rb和RC如何变化，始终有IE＝IB＋IC。
（2）当VBE≤0.5V，VC＞VB、IB≈0，三极管T工作在截止区时，IC≠0，有穿透电流ICEO存在，但数值较小；当VBE＞0.69V，VC＜VB、VCE≤0.17V，三极管T工作在饱和区时，IC不受IB的控制，IC≠βIB；当VC＞VB＞VE、VBE≥0.688V、VCE＞0.39V，三极管T工作在放大区时，IC受IB的控制，IC＝βIB，但β不是常量，只不过在小信号时，数值的变化不大。
（3）三极管T工作在放大状态时，发射结压降VBE不是一个常量，有一个IB，就有一个对应的VBE，或者说，有一个VBE，就有一个对应的IB，只不过VBE数值的变化范围不大；有一个IB就有一个对应的IC、一个对应的VCE，或者说，在放大电路中，IC、VCE受到IB的控制。
（4）当VBE≤0.5V时，不论RC为何值，三极管T都工作在截止状态。
（5）RC取值较大，三极管T更容易进入饱和区。
（6）线性的三极管估算法，仅适用于输入信号较小的小信号放大状态。
2.11 放大电路如图E2.11（a）所示，图E2.11（b）所示是放大电路中三极管的输出特性，静态时VBEQ＝0.7V，VCES＝0.3V，利用图解法分别求出当RL＝∞和当RL＝4kW时的静态工作点和最大不失真输出电压Vom。
图E2.11
解：
如图E2.11（a）所示
mA＝3mA
过（12，0）点和（0，3）点在图E2.10（b）中作直流负载线，如示意图E2.11.1中所示。
因C2的隔直作用，RL大小与静态工作点无关，有静态工作点Q，ICQ≈0.67mA、VCEQ≈9.09V。
当RL＝∞时，交流负载线与直流负载线重合，VOM≈VCC－VCE＝（12－9.09）V≈2.91V。
当RL＝4kW时，RL＇＝Rc//RL＝4/2kW＝2kW，ICQRL＇≈0.67×2V＝1.34V，VOM＝1.34V。
2.12 放大电路如图E2.12所示，已知三极管β＝80，VBE（on）＝0.7V，VCES＝0.3V，在下列情况下，用直流电压表测量三极管的集电极电位VC，应分别为多少？
（1）正常情况；
（2）Rb短路；（3）Rb开路；（4）Rc短路；（5）Rc开路；（6）三极管发射结开路；（7）三极管发射结短路；（8）三极管集电结开路；（9）三极管集电结短路。
图E2.12
解：
如图E2.12所示
（1）正常情况下，IBQ＝
，VC＝VCQ＝VCC－βIBQRc
（2）Rb短路，若三极管发射结因电流过大烧毁（开路），VC≈VCC；Rb短路，若三极管发射结因电流过大烧毁（短路），则将影响VCC的正常工作，难以判断VC的数值。
（3）Rb开路，IB＝0，IC＝ICEO，VC＝VCC。
（4）Rc短路，VC＝VCC。
（5）Rc开路，VC＝0。
（6）三极管发射结开路，VC＝VCC。
（7）三极管发射结短路，VC＝VCC。
（8）三极管集电结开路，VC＝VCC。
（9）三极管集电结短路，V≈VBE（on）＝0.7V。
图E2.13
图E2.13.1
2.13小信号共射放大电路如图E2.13所示，已知三极管的β＝60，VBE（on）＝0.7V，rbb'＝200W，试求：
（1）静态工作点Q；
（2）画出对应的简化小信号微变等效电路；（3）放大电路的Av、Ri、Ro、Avs。
解：
如图E2.13所示
（1）IBQ＝
mA≈20A
ICQ＝βIBQ＝60×20μA＝1.2mA
VCEQ＝VCC－ICQRc≈（12－1.2×4）V＝7.2V
（2）对应的简化小信号微变等效电路如图E2.13.1所示。
（3）
≈－80
Ri＝Rb//rbe≈（560//1.5）kW≈1.5kW
Ro＝Rc＝4kW
＝－48
2.14 若将图E2.13所示电路中的三极管由NPN型硅管换成PNP型锗管，设β、rbb'不变，电路的其它参数也不变，为使电路正常放大，工作电源的极性应如何变化？
耦合电容的极性要不要改变？
如何改变？
取PNP型锗管VBE（on）＝－0.2V，VCES＝－0.1V，试求此时电路的静态工作点、Av、Ri、Ro、Avs。
解：
若将图E2.13所示电路中的三极管由NPN型硅管换成PNP型锗管，电路中的工作电源和耦合电容的极性要改变，应反向连接，如图E2.14所示。
图E2.14
（1）静态工作点
ICQ＝βIBQ≈60×（－21）mA＝－1.26mA
VCEQ＝VCC－ICQRc≈－（12－1.26×4）V≈－6.96V
（2）动态分析
Ri＝Rb//rbe≈（560//1.438）kW≈1.438kW
Ro＝Rc＝4kW
2.15 小信号共射放大电路的电路型式如图E2.13所示，输入信号为中频正弦波信号，如果用示波器测得其输出电压vo的波形分别如图E2.15（a）、（b）、（c）所示，试分析这些波形属于何种失真？
应如何调整电路参数，或限定工作条件，以消除失真？
图E2.15
（a）输入波形 （b）、（c）、（d）输出波形
解：
如图E2.13所示，放大电路所用三极管为NPN型，电路组态为共射放大电路。
由此，图E2.15所示vo的波形，分别解读为：
（b）相对vi的负半波产生了失真，为截止失真。
可减小Rb、增大VCC或减小输入信号的幅值，以消除失真。
（c）相对vi的正半波产生了失真，为饱和失真。
可增大Rb、减小Rc、增大VCC或减小输入信号的幅值，以消除失真。
（d）同时产生了饱和、截止失真，又称双向失真。
可增大VCC或减小输入信号的幅值，以消除失真。
2.16 放大电路如图E2.16所示，已知VCC＝＋12V，RL＝2kW，三极管的β＝40，rbb'＝200W，VBE（on）＝0.7V。
若要求｜Av｜≥50，ICQ＝1mA，试确定Rb、Rc的数值，并计算VCEQ。
解：
如图E2.16所示
mA＝0.025mA
取E24系列标称值，Rb＝470kW，有
mA≈0.024mA
由
≥50，RL＇＝Rc//RL
有
RL＇≥
≥1.6kW，Rc≥8kW
取E24系列标称值，Rc＝8.2kW，有
≈50.2＞50
符合要求。
VCEQ＝VCC－ICQRc≈（12－40×0.024×8.2）V≈4.13V
图E2.16
2.17 基极分压式工作点稳定的共射小信号放大电路如图E2.17所示，已知三极管的β＝50，VBE（on）＝0.7V，rbb'＝200W，VCES＝0.3V，试求：
（1）静态工作点；
（2）对应的微变等效电路图；
（3）Av、Ri、Ro；（4）若在输出端接上RL＝2kW的负载电阻后的Av、Ri、Ro。
图E2.17
解：
如图E2.17所示
（1）
V＝2.4V
mA≈2.7mA
mA≈0.053mA
VCEQ≈VCC－ICQ（Rc＋Re）≈［12－2.7×（2＋1）］V＝3.9V
（2）对应的微变等效电路如图E2.17.1所示。
图E2.17.1
（3）
W≈691W
≈－145
Ri＝Rb1//Rb2//rbe≈（82//33//0.691）kW≈0.671kW
Ro＝Rc＝2kW
（4）
≈－72
Ri＝Rb1//Rb2//rbe≈（82//33//0.691）kW≈0.671kW
Ro＝Rc＝2kW
2.18 若将图E2.17所示电路中的Rb1先后调整，更换为：
（1）100kW；
（2）56kW。
电路的其他参数都不变，试问电路的静态工作点将如何变化？
是升高还是降低？
为什么？
动态参数将如何变化？
动态范围是增大还是减小？
为什么？
解：
如图E2.17所示，有
1）静态工作点
IBQ＝
，VBQ＝
VCEQ＝VCC－ICQ（Rc＋Re），ICQ＝
IBQ
若改变Rb1则，Rb1↑→VBQ↓→IBQ↓、ICQ↓→VCEQ↑，工作点降低。
反之亦反之。
所以，
（1）工作点降低；
（2）工作点升高。
2）动态参数
Ri＝Rb1//Rb2//rbe≈rbe
Ro＝Rc
，RL＇＝Rc//RL（此处RL＇＝Rc）
Rb1↑→IBQ↓→rbe↑→Ri↑
｜Av｜↓
若改变Rb1则，
反之亦反之。
所以，
（1）｜Av｜↓、Ri↑、Ro不变；
（2）｜Av｜↑、Ri↓、Ro不变。
3）动态范围
电路输出电压的动态范围的大小，取决于VCEQ和ICQRL＇两者中数值较小的一项。
改变Rb1对输出电压动态范围的影响，应具体情况具体分析。
如图E2.17所示电路
VCEQ－VCES＝（2.9－0.3）V＝2.6V
ICQRL＇＝ICQRc≈2.7×2V＝5.4V
（1）Rb1↑→ICQ↓、VCEQ↑
mA≈2.28mA
VCEQ≈VCC－ICQ（Rc＋Re）≈［12－2.28×（2＋1）］V＝5.16V
VCEQ－VCES＝（5.16－0.3）V＝4.86V
ICQRL＇＝ICQRc≈2.28×2V＝4.56V
动态范围将增大（4.56V＞2.6V）。
（2）Rb1↓→ICQ↑、VCEQ↓
mA≈2.75mA
VCEQ≈VCC－ICQ（Rc＋Re）≈［12－2.75×（2＋1）］V＝0.75V
VCEQ－VCES＝（0.75－0.3）V＝0.45V
ICQRL＇＝ICQRc≈2.75×2V＝7.5V
动态范围将减小（0.45V＜2.6V）。
2.19 小信号共射放大电路如图E2.19所示，三极管的β＝50，VBE（on）＝0.7V，rbb'＝200W。
（1）求电路的静态工作点；
（2）画出微变等效电路图；
（3）求Av、Ri和Ro；
（4）若改用β＝100的三极管，则静态工作点如何变化？
动态参数如何变化？
（5）如旁路电容Ce因日久干涸开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化，如何变化？
图E2.19
解：
如图E2.19所示
（1）
mA≈1.55mA
mA≈0.03mA
VCEQ＝VCC－ICQ（Rc＋Re1＋Re2）≈［12－1.55×（2.2＋0.27+1.2）］V＝6.31V
（2）微变等效电路如图E2.19.1所示。
（3）
≈－3.7
Ri=Rb1//Rb2//［rbe+（1+β）Re1］≈82//27//［1.067+（1+50）×0.27］kW≈8.57kW
Ro＝Rc＝2.2kW
（4）ICQ≈IEQ≈1.55mA
mA≈0.015mA
VCEQ＝VCC－ICQ（Rc＋Re1＋Re2）≈［12－1.55×（2.2＋0.27+1.2）］V≈6.31V
≈－3.77
Ri=Rb1//Rb2//［rbe+（1+β）Re1］≈82//27//［1.933+（1+100）×0.27］kΩ≈11.98kW
Ro＝Rc＝2.2kW
（5）
≈－0.72
Ri=Rb1//Rb2//［rbe+（1+β）（Re1+Re1）］≈82//27//［1.067+51×（0.27+1.2）］kW≈16.03kW
2.20 图E2.20所示电路是利用二极管的正向特性进行温度补偿，试分析其稳定静态工作点的工作原理。
解：
如图E2.20所示电路，其稳定静态工作点的大致过程如下：
当温度升高时
当温度降低时，各电量向相反的方向变化。
电路的静态工作点基本稳定。
2.21 共集放大电路如图E2.21所示，已知
mV，三极管的β＝50，rbb'＝200W，VBE（on）＝0.7V。
（1）求静态工作点；
（2）画出对应的微变等效电路；
（3）求解Av、Ri、Ro、Vo。
图E2.21
解：
如图E2.21所示
（1）
mA≈28mA
ICQ≈IEQ＝（1＋β）IBQ≈51×0.028mA≈1.43mA
VCEQ＝VCC－IEQRe≈（12－1.43×4）V＝6.28V
（2）对应的微变等效电路如图E2.21.1所示。
（3）
≈0.99
Ri＝Rb//［rbe＋（1＋β）（Re//RL）］≈｛200//［1.13＋51×（4//4）］｝kW≈68kW
Vo＝Vs·Avs≈20×0.98mV≈19.6mV
图E2.21.1
2.22如图E2.22（a）所示，一负载RL与一信号源相连接，Vs＝2V，试求Vo。
若该负载RL通过一射极输出器与信号源相连接，如图E2.22（b）所示，已知三极管的β＝100，rbb'＝200W，VBE（on）＝0.7V。
试求此时的Vo＇，并由计算结果说明射极输出器的作用。
图E2.22
解：
如图E2.22所示
V＝0.2V
mA≈23mA
Ri＝Rb//［rbe+（1＋β）（Re//RL）］≈｛390//［1.33＋101×（1//1）］｝kW≈45.75kW
Vo＇＝Vs·Avs≈2.2×0.80V≈1.76V
Vo＇＞Vo
由以上分析可知，尽管插入的共集放大电路（射极输出管）的电压放大倍数Av≈0.97＜1，但由于它的输入电阻较大，输出电阻较小，与信号源连接后，由于其阻抗转换的作用，将使负载RL上获得的输出电压增大。
2.23 共基放大电路如图E2.23所示，已知三极管的β＝60，rbb'＝200W，VBE（on）＝0.7V。
（1）求静态工作点；
（2）画出对应的微变等效电路；
（3）求Av、Ri、Ro。
图E2.23
解：
如图E2.23所示
（1）
mA≈18mA
ICQ≈IEQ＝（1＋β）IBQ≈（1＋60）×0.018mA≈1.10mA
VCEQ＝VCC－ICQ（Rc＋Re）≈［12－1.1×（4＋2）］V＝5.4V
（2）对应的微变等效电路如图E2.23.1所示。
图E2.23.1
（3）
Ro＝Rc＝4kW
2.24 共射、共集、共基三种组态的放大电路，根据下列要求，应选用哪一种组态较为合适？
（1）要求对信号电压和信号电流都有放大作用；
（2）信号源是电流源，要求进行电流放大；
（3）要求输入电阻要高一些；
（4）要求输出电阻要低一些；
（5）负载电阻较小、放大器的负荷较重；
（6）要求能放大频率很高的信号。
解答：
（1）由于共射组态放大电路既有电压放大作用，又有电流放大作用，所以应选用共射组态放大电路。
（2）由于信号源是电流源，所以放大电路的输入电阻应该小一些；由于要进行电流放大，所以放大电路应具有电流放大能力。
综合考虑应选用共射组态放大电路。
（3）共集组态放大电路的输入电阻最大，所以应选用共集组态放大电路。
（4）共集组态放大电路的输出电阻最小，所以应选用共集组态放大电路。
（5）共集组态放大电路的带负载的能力较强，所以应选用共集组态放大电路。
（6）共基组态放大电路的高频特性较好，通带较宽
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