第2章-单级交流放大电路

第2章单级交流放大电路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，kΩ，kΩ，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μA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β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：（kΩ）（2）mA时，基极电流为：（mA）基极电阻为：（kΩ）（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β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、β和UBE。在其他参数不变的情况下，β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β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：（kΩ）由得：（mA）基极电阻为：（kΩ）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，kΩ，kΩ，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，kΩ，，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：（kΩ）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，kΩ，kΩ，三极管的。试分别计算空载和接上负载（kΩ）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、β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：（Ω）空载时电路的电压放大倍数为：接上kΩ负载时电路的电压放大倍数为：其中kΩ。2.10在如图2.16所示的放大电路中，已知V，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，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。（Ω）（kΩ）（kΩ）（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，kΩ，kΩ，kΩ，Ω，kΩ，Ω，kΩ，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。（kΩ）（kΩ）（kΩ）（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，kΩ，kΩ，kΩ，kΩ，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：（kΩ）由图2.21（c）可得：所以输入电阻为：（kΩ）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：（kΩ）（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，kΩ，kΩ，kΩ，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：（kΩ）式中：（kΩ）（kΩ）（Ω）式中：（Ω）2.14已知某放大电路的输出电阻为kΩ，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kΩ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，kΩ，kΩ，kΩ，MΩ，kΩ，kΩ，。（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：