X012-习题课解答-清华大学-电子电路与系统基础

电子电路与系统基础习题课第十二讲1、第十周作业讲解2、晶体管放大器实验电路说明李国林清华大学电子工程系习题课第十二讲大纲•第十周作业讲解–BJT分段折线法分析•晶体管放大器实验电路说明李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季2作业1NPN和PNP李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季3基极base发射极emitter集电极collectorN+PNPNP+集电极collector发射极emitter基极baseiBvBEvCEiCBCEQBCEEiBvEBvECiCBECBCEEQ列表对比：（1）结构，（2）电路符号，（3）二端口定义（4）有源区元件约束，（5）分段线性电路模型李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季4NPNPNP结构电路符号二端口定义有源区元件约束基极base发射极emitter集电极collectorN+PNPNP+集电极collector发射极emitter基极baseiBvBEvCEiCBCEQBCEEiBvEBvECiCBECBCEEQnACEvvnBSJnCvvnBSJBVveJAieJAiTBETBE,,0,0111pAECvvpBSJpCvvpBSJBVveJAieJAiTEBTEB,,0,0111二端口定义截止区有源区饱和区NPN电路符号端口描述BE结反偏，BC结反偏BE结正偏，BC结反偏BE结正偏，BC结正偏PNP电路符号端口描述EB结反偏，CB结反偏EB结正偏，CB结反偏EB结正偏，CB结正偏李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季5iBvBEvCEiCBCEEiBvEBvECBCEEiB=0vBEvCEiC=0iBvEBvECiCBCEEBEiBIC0=nIB0rce0.7VIB0EBiBIC0=pIB0rce0.7VIB0CCiCiCiBvBE=0.7VvCE=0.2ViCiBvEB=0.7VvEC=0.2ViCEBCEEEEEBC0,00,7.0CCEBBEiviVv0,00,7.0CECBEBiviVvBnCsatCECEBBEiivviVv,0,7.0,BpCsatECECBEBiivviVv,0,7.0,BnCsatCECEBBEiivviVv,0,7.0,BpCsatECECBEBiivviVv,0,7.0,CCEBBEiviv,,CECBEBiviv,,作业2：分立PNP-BJT的直流偏置李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季6VCC=+12VRCRBVCC=+12VRERB2RC0RB1VCC=+12VRCRBPTTT=150-4006.8k3.6M1.8M150k6.8k50k4.7k2.0k分析上述三个电路的BJT的直流工作点：IC=?VEC=?（1）确认工作在恒流区；（2）说明负反馈可以稳定直流工作点一般偏置并联负反馈偏置串联负反馈偏置分压偏置李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季7VCC=+12VRCRBT=150-4006.8k3.6M一般偏置BICIAMRVIBCCB14.36.37.0127.0mAAAIIBC256.1~47114.3400~150VVVkmAAVRIVVCCCCEC2.046.3~80.854.8~20.3128.6256.1~47112假设在恒流区确认在恒流区但工作点不确定对灵敏度过高这种偏置仅做原理性分析使用实际电路大多不采用这种结构李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季8VCC=+12VRCRBPT1.8M6.8k并联负反馈偏置=150-400AAkMRRVVIVIRIRVCBPEBCCBCCBCBBPEB50.2~00.48.6401~1518.17.01211mAAIIBC998.0~600.050.2~00.4400~150VVVkmAVRIVVCBCCEC2.019.5~89.781.6~11.4128.6001.1~604.0121假设在恒流区确认在恒流区工作点确定性提高对灵敏度仍较高BIBCII9VCC=+12VRERB2RC0RB1TVCC=+12VRERBRC0TVBB150k50k4.7k2.0k串联负反馈偏置分压偏置VVRRRVCCBBBBB91250150150211kkkRRRBBB5.3750||150||21BBBBEBEBCCVRIVRIV1AkkRRVVVIBEEBBBCCB74.2~77.65.372401~1517.09121=150-400mAAIIBC10.1~02.174.2~77.6400~150VVRIRIVVCBEBCCEC2.065.4~18.510假设在恒流区确认在恒流区工作点确定性很高对灵敏度低BI1BIBI负反馈导致稳定性提高李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季10VCC=+12VRCRBVCC=+12VRERB2RC0RB1VCC=+12VRCRBPTTTmAIC256.1~471.0VVEC46.3~80.8mAIC998.0~600.0VVEC19.5~89.7mAIC10.1~02.1VVEC65.4~18.5=150-400原因在于负反馈导致灵敏度降低李国林电子电路与系统基础11VCC=+12VRCRBVCC=+12VRERB2RC0RB1VCC=+12VRCRBPTTTBCCCRVI7.0CBPCEBCCCRRRVVIBEEEBBBCCCRRRVVVICCIIISC1CIS47.03008.68.18.63008.68.1kMkkMRRRRRSCBPCCBPIC=150-400=300062.030025.37230025.37kkkkkRRRRRSEBEEBIC1316.02k设计准则12VCC=+12VRERB2RC0RB1TVCC=+12VRERBRC0TVBBBEEEBBBCCCRRRVVVIBERR1EEBBBCCCRVVVI直流电流近似和无关负反馈电阻足够大或基极电阻足够小1EBEEBIRRRRRSC作业3：电流镜电流反向李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季13T2T1IOUT=IINIC2IINIOUT=IINIIN设计电路：使得流出电流等于流入电流电流镜是反相电流放大器李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季14T2T1IOUTIC2IIN12101202122112111112JJACEvVBSJACEvVBSJCCBBCCINOUTAAVVeJAVVeJAIIIIIIIITBETBE足够大VA足够大，或者等效输出电阻rce足够大电流增益则几乎完全由物理尺寸决定两个反相放大级联则为同相放大李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季15T2T1IOUTIC2IINT3T4IC3IC4VDDINJJJJCJJJJCJJCJJCOUTIAAAAIAAAAIAAIAAII1234112342343344同相电流放大器假设所有晶体管都工作在恒流区交流小信号等效电路16T2T1IOUTIC2IINT3T4IC3IC4VDDb1c1b2c2e1e2c3b3b4c4e3e41ber1cer11bemvg22bemvg2ber2cer3cer33ebmvg3ber4ber44ebmvg4cerb1c1b2c2e1e2c3b3b4c4e3e41ber1cer11mg22bemvg2ber2cer3cer3ber4ber44ebmvg4cer31mg交流小信号电流增益李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季17b1c1b2c2e1e2c3b3b4c4e3e41ber1cer11mg22bemvg2ber2cer3cer3ber4ber44ebmvg4cer31mgT2T1IOUTIC2IINT3T4IC3IC4VDDSRLRSiLi21112||||1||||bebemceSSberrgrRiv43332224||||1||||bebemcecebemebrrgrrvgvSJJJJSCCCCSmmmmSmmmmSbebemceSbebemcecemmceLLebmceLLLiAAAAiIIIIiggggiggggirrgrRrrgrrgggGGvggGGi1234102030401234132421114333224444411||||1||||||||1||||inr123404JJJJiceoutAAAAArr作业4：NPN反相器李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季18VCCRCRBTvOUTvIN用分段折线模型分析，画出其反相特性曲线图解法示意李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季19VCCRCRBTvOUTvINvOUTiCvINVCCvIN很小时，晶体管饱和导通，输出电压为电源电压减饱和电压vIN较大时，晶体管截止，输出电压为0vIN适中，晶体管恒流导通，输出电压随输入电压增加而下降：反相特性源加晶体管：有源网络负载电阻：无源网络CCOUTRivCiECCCOUTvVvBBEBCCINRivVvvBiBVCCOBCCBEBBBvVfvfiBBINBRivvoutCCBCECBCCvVifvifi,,PNP截止李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季20VCCRCRBTvOUTvIN0,7.0EEBIVVVvVINCC7.07.0CCINVvVCCRCRBTvOUTvIN0OUTvPNP恒流导通李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季21VCCRCRBTvOUTvINVVIIIVVECBCBEB2.0,,0,7.0VvVINCC7.07.0CCINVvVCCRCRBTvOUTvINIC0=pIB00.7VIB0INBCCCBCCBINCCOUTvRRVRRRRvVv7.07.0VvVVOUTCCEC2.02.0CCOUTVv07.00BINCCBRvVIPNP恒流导通与饱和导通分界李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季222.07.07.0,CCsatECCCINBCCCBCCBINCCOUTVVVvRRVRRRRvVv则进入饱和导通区7.0CCINVv则进入导通区恒流导通前提BCCCCCINCCRRVVvV2.07.07.0BCCCCCINRRVVv2.07.0恒流导通输入电压范围PNP饱和导通李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季23VCCRCRBTvOUTvINVCCRCRBTvOUTvIN0.7VIB00.2VVVIIIVVECBCBEB2.0,,0,7.0