模拟电子线路.doc

《 模拟电子线路 》 课 程 教 案
标题：习题三
内容：第三章习题解答
3－1 放大器功率放大倍数为100，问功率增益是多少分贝？
答：由GP＝10lgAP，得GP＝10lg100＝10×2＝20dB。
3－2 如果输入电压为20mV，输出电压为2V，问放大器的电压增益是多少分贝？
答：因为AV＝VO/Vi ＝2V÷20mV＝2000÷20＝100，
而GV＝20lgAV
所以GV＝20lg100＝40 dB。
3－3 如果输入信号电压为Vi＝0.02V，电流Ii＝1.0mA；输出电压VO＝2V，电流IO＝0.1A。问放大器的电压、电流增益和功率增益各为多少分贝？
答：因为AV＝2V÷0.02V＝100，Ai＝0.1A÷1mA＝100÷1＝100，Ap＝AV×Ai＝104
所以GV＝20lgAV＝20lg100＝40 dB
Gi＝20lgAi＝20lg100＝40 dB
GP＝10lgAP＝10lg104＝40 dB
3－4 电压增益是－60dB，试问它的电压放大倍数是多少？该电路是放大器吗？
答：由GV＝20lgAV 得AV＝10（GV/20）＝10（－60/20）＝10－3＝0.001。
该电路不是放大器而是衰减器。
3－5 画出由PNP型管接成的共发射极交流放大电路，并标出静态电流方向和静态管压降（VCEQ）的极性。
答：PNP型管接成的共发射极交流放大电路如右图所示。静态管压降（VCEQ）的极性为上负下正。

3－6 什么是“非线性失真”？放大电路为什么要设置合适的静态工作点？
答：由于放大电路本身的非线性所造成的输出信号波形失真称为非线性失真。放大电路如果不设置合适的静态工作点，信号放大时就可能使晶体三极管进入饱和区或截止区，产生非线性失真。因此放大电路必须设置合适的静态工作点。
3－7 用图3.0.1所示方法调整静态工作点有什么错误？应如何改正？画出正确的电路图。
答：错误在基极偏置电阻Rb未串联固定电阻，当Rb的中心滑动臂不慎调至最下端时，三极管V的发射结会因为过电流而烧毁。一般在Rb支路中串联一只数十至上百千欧的电阻就能保证三极管的安全，如右图所示。
3－8 图3.0.2所示放大器中已知VG＝15V，Rc＝3KΩ，Ｒb＝500 KΩ，β＝60，试估算放大器的静态工作点（忽略ICBO）？
答：对固定偏置的放大电路有
IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb＝（15－0.7）÷500≈0.029mA＝29μA
ICQ＝βIBQ＝60×29＝1740μA＝1.74mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝15－1.74×3＝9.78V
（注：当VG较大时可以忽略VBEQ，这时有IBQ≈VG/Ｒb＝30μA，ICQ＝60×30＝1.8mA，VCEQ＝15－1.8×3＝9.6V。误差很小）
3－9 图3.0.3中，Ｒb＝510 KΩ，Rc＝5.1KΩ，β＝50，求VCEQ；若要求VCEQ＝3V，ICQ＝0.5mA，求Ｒb、Rc 。
答：这时固定偏置放大电路的直流通路。由
IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb＝（6－0.7）÷510≈0.0104mA＝10.4μA
ICQ＝βIBQ＝50×10.4＝520μA＝0.52mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝6－0.52×5.1≈3.45V
若要求ICQ＝0.5mA，则
IBQ＝ICQ/β＝0.5÷50＝10μA
Ｒb＝（VG－VBEQ）/ IBQ＝0.53÷10μA＝530 KΩ
在ICQ＝0.5mA的情况下将VCEQ降到3V，可以增大Ｒc，即
Ｒc＝（VG－VCEQ）/ ICQ＝（6－3）÷0.5＝6 KΩ
3－10 求下列三种条件下，图3.0.4电路中的VCEQ。
（1）Ｒb＝200 KΩ，β＝20（2）Ｒb＝300 KΩ，β＝20（3）Ｒb＝200 KΩ，β＝100
答：（1）IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb≈24÷200＝0.12mA
ICQ＝βIBQ＝20×0.12＝2.4mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝24－2.4×1＝21.6V
（2）IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb≈24÷300＝0.08mA
ICQ＝βIBQ＝20×0.08＝1.6mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝24－1.6×1＝22.4V
（3）IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb≈24÷200＝0.12mA
ICQ＝βIBQ＝100×0.12＝12mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝24－12×1＝12V
此题说明，对固定偏置放大电路来说，VCEQ随Ｒb的增大而升高，随β的增大而下降。
3－11 在图3.0.5中，求对应下列β值的VCEQ。
（1）β＝40 （2）β＝80
答：（1）由于Ｒb接在三极管的集电极，流过Ｒc的电流为ICQ＋IBQ＝（1+β）IBQ，根据回路电压定律可列出以下方程
　VG＝（ICQ＋IBQ）Rc＋IBQＲb＋VBEQ
＝IBQ [ (1+β)Rc＋Ｒb ] ＋VBEQ
将具体数值代入，得
IBQ＝(VG－VBEQ)／[ (1+β)Rc＋Ｒb ]
＝（6－0.7）÷（41×3＋120）
≈22μA＝0.022mA
VCEQ＝IBQＲb＋VBEQ＝0.022×120＋0.7
＝2.64＋0.7＝3.34V
（2）IBQ＝(VG－VBEQ)／[ (1+β)Rc＋Ｒb ] ＝（6－0.7）÷（81×3＋120）
≈14.6μA＝0.0146mA
VCEQ＝IBQＲb＋VBEQ＝0.0146×120＋0.7＝2.45V
此题说明，Ｒb接到三极管集电极后会引入负反馈，即使三极管的β成倍增加，对放大器静态工作电压VCEQ的影响却很小。
3－12 图3.0.6电路中hFE＝50。
（1）当S处于位置“1”时，ICQ＝？VCQ＝？
（2）当S处于位置“2”时，若Rb＝0，ICQ＝？VCQ＝？
（3）当S处于位置“2”时，若要求ICQ＝5mA，VCQ＝5V，求Rb＝？
答：（1）当S处于位置“1”时，三极管发射结没有偏置电压，
ICQ＝0，VCQ＝VCEQ＝VG＝10V
（2）当S处于位置“2”时，若Rb＝0，三极管的基极偏置电阻仅为100 KΩ
IBQ＝（10－VBEQ）/100＝9.3÷100＝0.093mA
ICQ＝ hFE IBQ＝50×0.093mA＝4.65 mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝10－4.65×1＝5.35V
（3）由ICQ＝5mA知IBQ＝ICQ/ hFE＝0.1mA
Rb＋100＝（10－VBEQ）/IBQ＝9.3÷0.1＝93 KΩ
考虑到原电路中Rb已不可能调整到0以下，可采取串联51KΩ固定电阻，然后将Rb调整到42KΩ。
3－13 图3.0.7所列电路中各有何错误？能否起放大作用？应如何改正？
答：图（a）电路缺集电极负载电阻Rc，输出电流直接流入直流电源，不能产生输出电压，因此不能放大。改正办法是增加集电极负载电阻Rc。
图（b）电路基极直接接电源VG，发射结将会被烧毁，不能放大。改正办法是增加基极偏置电阻Rb。
图（c）电路中经由Rb送来的基极偏置电流被输入耦合电容C1隔离，三极管基极无偏置，放大信号会产生严重失真。同时，电源电压极性与三极管的类型不相符合。因此不能放大。改正办法是将电源负极性端接地，正极端接Rc；Rb下端改接到C1的右边，并且将C1的极性颠倒。
图（d）电路主要是放大管的类型与电源极性不符，因此不能放大。考虑到电容的极性，最简单的办法是将放大管改成NPN型管。
3－14 在图3.0.6的电路中，用直流电压表测集电极电位和负载RL两端电压，两者是否一样？用直流电压表测静态工作点时，若量得VCE≈VG，管子工作在什么状态？若测得VB＞VE且VB＞VC，管子工作在什么状态？
答：不一样。因为耦合电容C2的隔直作用，在集电极测得的是静态工作电压VCEQ，而在负载两端测得的直流电压为零。
若测得VCE≈VG，说明三极管的IC≈0，管子处在截止状态。
若测得VB＞VE且VB＞VC，说明三极管的两个结都已经正偏，管子处于饱和状态。
3－15 画出图3.0.8中各放大电路的直流通路和交流通路图。
答：第一列为直流通路图，第二列为交流通路图。

M
N
C
Q
3－16 图3.0.2中，若晶体管的输出特性曲线如图3.0.9所示。设VG＝12V，Rc＝2KΩ，Rb＝160 KΩ，试画出直流负载线，描出静态工作点Q，并写出放大器的静态参数IBQ、ICQ、VCEQ的值。
答：按VCE＝VG＝12V在横轴上确定点M，按IC＝VG/Rc＝6mA确定点N。连接MN得到直流负载线。
确定IBQ：IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb
≈ 12 ÷160
＝75μA
找到IBQ＝75μA的输出特性曲线C，C与直流负载线MN的交点就是静态工作点Q。
确定ICQ与VCEQ：
查Q点的纵坐标，ICQ＝3mA
查Q点的横坐标，VCEQ＝6V
3－17 图3.0.10（a）中，若VG＝16V，Rc＝4KΩ，Rb＝400 KΩ，试用作图法在图3.0.10（b）上求出静态工作点IBQ、ICQ及VCEQ。
Q
M
N
Q1
M1
N1
答：按VG＝16V，Rc＝4KΩ画出直流负载线MN，其中，M的坐标为（16，0），N的坐标为（0，4）。
求IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb
≈ 16 ÷400
＝ 40μA
IBQ＝40μA的输出特性曲线和直流负载线的交点Q即为静态工作点。
查Q点的横标：ICQ＝2mA
查Q点的纵标：VCEQ＝8V
3－18 图3.0.10（a）中，若VG＝12V，静态时VCEQ＝6V、ICQ＝1mA，试作直流负载线，并求出这时单管放大器的Rc 及Rb。
答：按VCEQ＝6V、ICQ＝1mA在图中确定静态工作点Q1；按VG＝12V在横轴上确定点M1，连接Q1M1并延长与纵轴相交，其交点为N1。
查N1的纵坐标为2mA，即VG/Rc＝2mA，故Rc＝12V÷2mA＝6 KΩ。
查静态工作点Q1对应的输出特性曲线，知IBQ＝20μA。
由IBQ＝（VG－VBEQ）/Ｒb得
Ｒb＝（VG－VBEQ）/IBQ＝（12－0.7）÷20×10－6＝585 KΩ
Q2
M
N
N1
3－19 图3.0.10（a）中，若VG＝8V，Rc＝4KΩ，Rb＝400 KΩ，负载RL＝4KΩ，试计算交流等效负载R′L，作交流负载线。
答：（1）先确定静态工作点：
按VCE＝VG＝8V和Ic＝VG/Rc＝8 V÷4 KΩ＝2mA作直流负载线。
由IBQ≈ VG/Ｒb＝8V÷400 KΩ＝20μA确定输出特性曲线。
两线交点为静态工作点Q2。
（2）其次求R′L作辅助线：
R′L＝Rc∥RL＝2 KΩ
按Ic＝VG/ R′L＝8 V÷2KΩ＝4mA在纵轴上找到N1点
连接M和N1点得交流负载线的辅助线MN1
（3）作交流负载线
过静态工作点Q2作辅助线MN1的平行线，就是交流负载线。
3－20 图3.0.10（a）中，若VG＝20V，Rc＝6KΩ，Rb＝500 KΩ，β＝50。试计算：（1）VCEQ；（2）输入电阻r be；（3）放大器输入电阻r i ；（4）输出电阻ro 。
答：（1）求VCEQ： IBQ≈ VG/Ｒb＝20V÷500 KΩ＝40μA＝0.04 mA
ICQ＝βIBQ＝50×0.04＝2mA
VCEQ＝VG－ICQＲc＝20－2×6＝8V
（2）求输入电阻r be：r be≈300＋(1＋β) 26 / ICQ（mA）
＝300＋(1＋50) ×26÷2＝963Ω
（3）求放大器输入电阻r i：r i＝Rb∥r be （因Rb>> r be）
≈r be＝963Ω
（4）求放大器输出电阻r o：r o≈Ｒc＝6KΩ
3－21 图3.0.10（a）中，VG＝12V，Rb＝300 KΩ，Rc＝3KΩ，β＝50。试估算，输出端接负载RL＝3KΩ时的电压放大倍数AV。
答：由于简单偏置放大电路的AV＝－βR′L/ r be。先计算r be
IBQ≈ VG/Ｒb＝12V÷300 KΩ＝40μA＝0.04 mA
ICQ＝βIBQ＝50×0.04＝2mA
r be≈300＋(1＋β) 26 / ICQ（mA）＝300＋(1＋50) ×26÷2＝963Ω
再计算R′L：R′L＝Rc∥RL＝3 KΩ∥3 KΩ＝1.5 KΩ
接负载后的电压放大倍数为
AV＝－βR′L/ r be＝(－50)×1.5 KΩ÷963Ω≈－78
3－22 简述分压式偏置电路稳定工作点的原理。
答：分压式偏置电路稳定工作点的关键一是基极电位VBQ被两个基极偏置电阻串联分压而稳定，二是增加发射极电阻后产生了直流负反馈电压VEQ。
当温度上升引起放大管集电极电流ICQ增大时，会产生如下的自动稳定过程：
T（温度）↑→ICQ↑→IEQ↑→VEQ↑（因VBQ被稳定）→VBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓
3－23 在图3.4.2具有分压式稳定工作点的偏置电路放大器中，若Rb1＝20KΩ，Rb2＝10 KΩ，Rc＝2KΩ，Re＝1KΩ，VG＝12V，估算VCEQ是多少？
答：分压式偏置电路的静态工作点计算顺序是：VBQ→VEQ→ICQ→IBQ→VCEQ
VBQ＝Rb2×VG /(Rb1+Rb2) ＝10×12/（10+20）＝4V
VEQ＝VBQ－VBEQ＝4－0.7＝3.3V
ICQ≈IEQ＝VEQ/Re＝3.3V÷1＝3.3mA
VCEQ＝VG－ICQ（Rc＋Re）＝12－3.3×（2＋1）＝2.1V