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模拟电路答案( 作者：郭东亮、黄元福、李宁)
1 第一章习题及解答1.1 选择题 （1）在本征半导体中，空穴浓度____电子浓度；在 N 型半导体中，空穴浓度____电子浓度；在 P 型半导体中， 空穴浓度____电子浓度。 A．大于 B．小于 C．等于 （2）杂质半导体中的少数载流子浓度_____本征载流子浓度。 A．大于 B．小于 C．等于 （3）随着温度的升高，在杂质半导体中，少数载流子的浓度____，而多数载流子 的浓度____。 A．明显增大 B．明显减小 C．变化较小 （4）空穴 ，N 型半导体 。 A．带正电 B．带负电 C．呈电中性 （5）在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于____，而少数载流子的浓度与____ 关系十分密切。 A．温度 B．掺杂工艺 C．质量 答： （1）C，B，A （2）B （3）A，C （4）A，C （5）B，A 1.2 一锯齿波电流如图 P1.2 所示， ，写出其 Fourier 级数，利用 PSpice 的频谱（FFT）分析， 验证你的结果。 i(A)104? 图 P1.2 解：任一周期为 T 的周期函数可展开为 Fourier 级数：02??tf (t ) ?其中Ta0 ?? ? ? (an cosn?t ? bn sin n?t ) 2 n?1a0 ?2 2 T f (t )dt T ?? 2T2 an ? ? 2T f (t ) cos n?tdt T ?2 2 bn ? ? 2T f (t ) sin n?tdt ， T ?2本题的周期性锯齿波电流的周期 T ?T??2?2? T5? ? 10 ? t, ? ? i (t ) ? ? 5? ? t, ? ?所以，?，在一个周期内的解析表达式为：? ?t?0 ? ? 0?t? ??a0 ?? ? 0 5? ? ? 5? ( 10 ? t ) dt ? tdt ? 10 ? ? ? ? ?? ? ? 0 ?? ? 0 5? ? ? 5? an ? ? ? (10 ? t ) cosn?tdt ? ? t cosn?tdt ? 0 ， n ? 1,2,3? ? 0 ? ? ? ? ? ? ? 0 5? ? ? 5? 10 ， n ? 1,2,3? bn ? ? ? (10 ? t ) sin n?tdt ? ? t sin n?tdt ? ? ? 0 ? ? ? ? ? n?于是i (t ) ? [5 ?101 1 (sin ?t ? sin 2?t ? ?? sin n?t ? ??)] (A) ? 2 n1.3 填空题 （1）放大电路的放大能力大小常用电压放大倍数为多少倍或电压增益为多少分贝（dB）表示。例如，电压放 大倍数 100 倍折合成电压增益为 40 dB；电压增益 100dB 折合成电压放大倍数为 100000 倍。 （2）已知某两级放大电路的第一级电压增益为 20dB，第二级电压增益为 40dB，则总增益为 60 dB，相当于电 压放大倍数为 1000 倍。 （3）已知某两级放大电路的第一级电压放大倍数为 100 倍，第二级电压放大倍数为 10 倍，则总电压放大倍数为 1000 倍，换算为对数电压增益为 60dB。 （4）某放大电路当接入一个内阻等于零的信号源电压时，测得输出电压为 5V，在信号源内阻增大到 1 kΩ ，其 它条件不变时，测得输出电压为 4V，说明该放大电路的输入电阻为 4kΩ 。 （5）已知某放大电路的输出电阻为 3 kΩ ，在接有 4 kΩ 负载电阻时，测得输出电压为 2V。在输入电压不变的条 件，断开负载电阻，输出电压将上升到 3.5V_。 答： （1）放大器电压放大倍数 Av (倍数） 与电压增益 Av (dB） 之间的换算关系为：Av (dB） ? 20 log Av (倍数)Av (倍数) ? 10 20 故 Av (倍数) ? 100折合为： Av (dB） ? 20log Av (倍数) ? 20log100 ? 40dB而 Av (dB） ? 100dB 折合为： Av (倍数) ? 10Av ( dB） 20 Av ( dB）? 10100 20? 100000 (倍)（2）多级级联放大器总电压放大倍数 Av (倍数） 与各级放大器的电压放大倍数 Avi (倍数） 之间的关系为：Av (倍数) ? Av1 (倍数) ? Av 2 (倍数) ? ?? Avn (倍数)故 Av (dB) ? 20log Av (倍数)? 20log[Av1 (倍数) ? Av 2 (倍数) ? ?? Avn (倍数)] ? 20log Av1 (倍数) ? 20log Av 2 (倍数) ? ? ? 20log Avn (倍数) ? Av1 (dB) ? Av 2 (dB) ? ? ? Avn (dB) 在本题中， Av1 (dB） ? 20dB ， Av 2 (dB） ? 40dB ，故总增益： Av (dB） ? Av1 (dB） ? Av1 (dB） ? 20dB ? 40dB ? 60dB总电压放大倍数：Av (倍数) ? 10Av ( dB） 20? 10 ? 1000 (倍)60 20（3）参见本题 2）小题，可得Av (倍数) ? Av1 (倍数) ? Av 2 (倍数) ? 100? 10 ? 1000 (倍) Av (dB） ? 20log Av (倍数) ? 20log1000? 60dB（4）R信号 源放大电路Vs Vi Ri Av Vo如图所示，设信号源的电动势为 Vs ，内阻为 R ，放大电路的输入电压为 V i ，输入电阻为 Ri ，电压放大倍数为Av ，输出电压为 Vo 。当 R ? 0 时， Vo ? 5V ，可得 Vs ? Vi ? 当 R ? 1k? 时， Vi ?5V AvRi Ri 5V ， Vs ? R ? Ri R ? Ri Av 4V 此时 Vo ? 4V ，故有 Vi ? ， Av Ri 5V 4V 由上两式可得 Vi ? ，最后解出 ? Av R ? Ri Av Ri ? 4R ? 4 ?1k? ? 4k?实验上常利用上述方法来测量放大电路（特别是输入电阻很大时）的输入电阻。 （5）?放大器RO??RLVO?VOC如图所示，当放大器输出端接有负载电阻 RL ? 4k? 时，输出电压可解出VOCRL VOC ， RO ? RL R ? RL 3k? ? 4k? ? O VO ? ? 2V ? 3.5V ； RL 4k? VO ?当断开负载电阻时，输出电压VO ? VOC ? 3.5V1.4 一种用于测量放大电路输入电阻的电路框图如图 P1.4 所示。 已知电阻的阻值为 R ， 并已用电子毫伏表测出了 Vs 和 V i 的值，试写出计算输入电阻 R i 的表达式。正弦信号 . 发生器 V sA R B . Vi放大电路Ri电子 毫伏表图 P1.4Ri 解： 由电压分压公式有： Vi ? Vs R ? Ri Vi 可解出 Ri ? R Vs ? Vi实验上常利用上述方法来测量放大电路的输入电阻。 1.5 一个电压放大电路，当接有负载电阻 RL ? 1k? 时，测得其输出电压为 3V （有效值） 。断开负载电阻后，测得 其输出电压为 4.5 V ，求该放大电路的输出电阻 R o 。 解：?放大器RO??RLVO?VOC由图可知，当断开负载电阻 RL 时，输出电压VO ? VOC 当接有负载电阻 RL 时，输出电压 RL VOL ? VOC RO ? RL V 4.5 由此可解出 Ro ? ( O ? 1) RL ? ( ? 1) ? 1k? ? (1.5 ? 1)1k? ? 0.5k? ? 500? VOL 3实验上常利用上述方法来测量放大电路的输出电阻。 1.6 为测定某单管放大电路的通频带，在输入电压 V i ＝10mV 不变的条件下，改变输入电压频率 f，测出相应的输出 电压 Vo ，测试结果如表 P1.6。试问该放大电路的上限截止频率 fH 和下限截止频率 fL 各为多少？ 表 P1.6 f / Hz 10 0.7 100 1 1k 1 10k 1 500k 0.1Vo / V答：由表可知，该单管放大电路的中频电压放大倍数为：1V ? 100 (倍) 10 mV 当频率 f ? 10Hz 时，电压放大倍数为： 0.7V Avl ? ? 70(倍) ? 0.7 Av 0 ，故该放大电路的下限截止频率 f L ? 10Hz ； 10 mV Avm ?放大电路的高频响应为：Avh ?Avm f 1 ? ( )2 fH，可解出 f H ?f (Avm 2 ) ?1 Avh 当频率 f ? 500kHz 时，电压放大倍数与中频电压放大倍数之比为： 0.1V Avh 10m V ? ? 0.1 ?? 1 Avm 100 Avh ? 0.1 ，代入可求得该放大电路的上限截止频率： 用 f ? 500kHz 时， Avm A f H ? vh f ? 0.1? 500kHz ? 50kHz Avm1.7 填空题 （1）放大电路的输入信号频率升高到上限截止频率时，放大倍数幅值下降到中频放大倍数的__0.707__倍，或 者说下降了___3___dB；放大倍数的相位与中频时相比，附加相移约为___-45___度。 （2）当放大电路的输入信号频率下降到下限截止频率时，放大倍数的幅值下降到中频放大倍数的___0.707___?Avh f ， Avm（若Avh ?? 1） Avm倍，或者说下降了___3__dB；放大倍数的相位与中频时相比，附加相移约为___45___度。 答： （1）放大电路高频响应的电压放大倍数表达式为：Avh ?Avm 1? ( f 2 ) fH Avh ? Avm 1 f 1 ? ( )2 fH ? 1 2 ? 0.707，故放大倍数下降为中频放大倍数的 0.707 倍，折合成当 f ? f H 时，分 贝 表 示 为 ：Avh (dB) ? 20log 0.707 ? ?3dB ； 而 此 时 的 附 加 相 移 约 为 ： Avm? H ? ? arctan(f ) ? ? arctan1 ? ?45? 。 fH（2）放大电路低频响应的电压放大倍数表达式为：fL 2 ) f A 当 f ? f L 时， vh ? Avm 1? (Avl ?Avm1 f 1 ? ( L )2 f?1 2? 0.707，故放大倍数下降为中频放大倍数的 0.707 倍，折合成分贝表示为：Avl f (dB) ? 20 log 0.707 ? ?3dB ； 而此时的附加相移约为： ? L ? arctan( L ) ? arctan1 ? 45? 。 f Avm1.8 设计一个上限截止频率为 10kHz 的低通滤波电路，利用 PSpice 的频率响应分析（AC 分析） ，验证你的设计。 解：可采用如图所示的 RC 低通滤波电路，+? V iRC+ ? V -o若取 C ? 0.001 ?F ，则由 f H ?1 ，可得： 2?RC 1 1 R? ? ? 15.9k? 2?f H C 2 ? 3.14 ? 10 ? 103 ? 0.001? 10?61.9 设计一个在 3kHz 频率处具有 3dB 拐点的高通滤波电路，利用 PSpice 的频率响应分析（AC 分析） ，验证你的设 计。 解：在 3kHz 频率处具有 3dB 拐点的高通滤波电路即下限频率 f L ? 3kHz 的高通滤波电路，可采用如图所示的 RC 高 通滤波电路，C+? V iR+ ? V -o若取 C ? 0.002?F ，则由 f L ?1 ，可得： 2?RCR?1 1 ? ? 26.5k? 2?f LC 2 ? 3.14? 3 ?103 ? 0.002?10?61.10 一个两级放大电路的交流等效电路如图 P1.10 所示，试写出其电压增益。 R S1 ? I SRS+ + + +? V S+ -? V i-Ri? V o1-? V i2-Ri 2RL? V o-图 P1.10? ? 解： A vs? A ? ? V ? V ? V ? V ? V Ri Ri 2 A o v1 v 2 ? ? Ri 2 ? A ? ? Ri ? ? o ? i 2 ? o1 ? i ? A v 2 v 1 ? V ? V ? V ? V ? V Rs1 ? Ri 2 Rs ? Ri ( Rs ? Ri )(Rs1 ? Ri 2 ) s i2 o1 i s2 第二章习题及解答2.1 什么叫做载流子的漂移运动、扩散运动？漂移电流，扩散电流的大小主要与什么有关？ 答：载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。载流子从高浓度处移向低浓度处的运动称为扩散运动。漂移电 流的大小主要由少数载流子的浓度决定。扩散电流的大小主要由外加正向偏置电压的大小决定。 2.2 选择题 （1）普通小功率硅二极管的正向导通压降约为_B_，反向电流一般_C_；普通小功率锗二极管的正向导通压降 约为__A_，反向电流一般_D_。 A．0.1～0.3V B．0.6～0.8V C．小于 1μA D．大于 1μ A （2）由二极管的伏安特性曲线可知，其交流电阻总是 C 。 A．大于直流电阻； B．等于直流电阻； C．小于直流电阻 （3）电路如图 P2.2-3 所示，vi ? 0.1sin ? t ?V?，当直流电源电压 E 增大时，二极管 D 的动态电阻 rd 将_ B _。 A．增大 B．减小 C．保持不变RD vi E 1V RI E D VD图 P2.2-3 图 P2.2-4 （4）在图 P2.2-4 所示的电路中，当 E＝3V 时，测得 ID＝1mA， VD ? 0.7V 。 a．当 E 调到 6V，则 ID 将为_ D _。 A．1mA B．大于 1mA，但小于 2mA C．2mA D．大于 2mA b．保持 E＝3V 不变，温度升高 20℃，则 VD 将为_ A_。 A．小于 0.7V B．0.7V 不变 C．大于 0.7V 答： （2）iDQMID?iD vD?vDO NVD如图所示，设二极管的静态工作点为 Q 点，直线 QO 是 Q 点与原点 O 的连线，直线 MN 是二极管的伏安特性曲线过 Q 点的切线，则二极管的直流电阻：R?VD ID ?v D ?i D是直线 QO 的斜率的倒数；而二极管的交流电阻：rd ?是直线 MN 的斜率的倒数；由二极管的伏安特性曲线可看出，不管 Q 点位于特性曲线上何处，直线 MN 的 斜率总是大于直线 QO 的斜率，故直线 MN 的斜率的倒数总是小于直线 QO 的斜率的倒数，即二极管的交流 电阻 rd 总是小于直流电阻 R 。 （3）当直流电源电压 E 增大时，二极管 D 的静态电压 VD 也将增大，参见本题 2）小题图可知，静态电压 VD 增 大，直线 MN 的斜率也越大，故二极管 D 的动态电阻（交流电阻） rd 将减小。 （4） （a）由 E＝3V，ID＝1mA， VD ? 0.7V 可算出：E ? VD 3V ? 0.7V ? ? 2.3k? ； 1m A ID 当 E＝6V 时， VD 增加很小，基本不变，仍然可认为 VD ? 0.7V ，于是 E ? VD 6V ? 0.7V ID ? ? ? 2.3m A ? 2m A R 2.3k? R?2.3 利用 PSpice 确定图 P2.2-4 中二极管电流和电压随输入电压变化的特性（传输特性） ，并对它作出某些有用的 结论。设 R＝2k?，二极管为 Pspice 器件库中的 D1N4002。 2.4 如图 P2.4 电路，其输入信号 vi ? 5sin? t ( V) ，二极管采用恒压源模型，设其正向压降为 0.7V，画出各电路中 输出信号 vo1、vo2 的波形，并标明其电压幅值。1k?5v i /VD 1k?viv o10-5??t(a) 1k? D1 3V (b) D2 3Vv o10??tviv o2 v o20??t图 P2.4 解： （a）当输入电压 vi ? 1.4V 时，二极管 D 截止， vo1 ?1k? v vi ? i ； 1k? ? 1k? 2 当输入电压 vi ? 1.4V 时，二极管 D 导通， vo1 ? 0.7V 。故该电路的电压传输特性为：根据输入信号 vi ? 5sin? t ( V) 和电压传输特性可画出输出信号 vo1 的波形如下：vO1 0.7 0 -2.5v ? ? i, vo1 ? f (vi ) ? ? 2 ? ?0.7V ,vi ? 1.4V vi ? 1.4V/V? ?tπ2π由电压传输特性知该电路为单向限幅电路。 （b）当输入电压 vi ? ?3.7V 时，D1 导通，D2 截止， vo 2 ? ?3.7V ； 当 ? 3.7V ? vi ? 3.7V 时，D1 截止，D2 截止， vo 2 ? vi 当输入电压 vi ? 3.7V 时，D1 截止，D2 导通， vo 2 ? 3.7V 。 故该电路的电压传输特性为：?? 3.7V , ? vo 2 ? f (vi ) ? ? vi , ? 3.7V , ?vi ? ?3.7V ? 3.7V ? vi ? 3.7V vi ? 3.7V根据输入信号 vi ? 5sin? t ( V) 和电压传输特性可画出输出信号 vo2 的波形如下：vO2 3.7 0 -3.7/V? ?tπ2π由电压传输特性知该电路为对称双向限幅电路。 2.5 电路如图 P2.5(a)所示， RL=100k?， 输入波形 vi 如图 P2.5(b)所示， 频率为 1kHz， 假定二极管为理想开关模型， 确定输出波形。C0.1?vi /V10viD -5V100kRLvo0t1t2t3t-20(a)图 P2.5 解：该电路的时间常数 RC ? 100K? ? 0.1?F ? 0.1S ， 输入信号的周期 T ?(b)1 1 ? ? 0.001S ， f 1kHz可见 RC ?? T ，故该电路为二极管箝位电路，箝位电压 Von ? ?5V ，电容两端的电压vC ? Vim ? Von ? 10V ? (?5V ) ? 15V其电压传输特性为：vO ? ?vC ? vi ? ?15 V ? vi ,根据输入信号波形和电压传输特性可画出输出信号 vo 的波形如下：vo/V10 0 -5t1t2t3t-20 -352.6 如图 P2.6 所示半波整流电路，设变压器内阻和二极管正向电阻均可忽略不计， RL=200～500?，输出电压平均值 VO?AV ? ? 10V 。试问： （1)变压器次级电压的有效值 V2 ≈？（2)如果考虑电网电压波动范围为?10%，则二极管的最大整流平均电流和反向击穿电压各至少应取多少？~220V 50HzDv2RLvo图 P2.6VO?AV ? 10V ? ? 22.2V 解：（1） V2 ? 0.45 0.45（2）当电网电压上升 10%，且负载电阻最小时，流过二极管的电流为最大，故二极管的最大整流平均电流至少 应取：IF ?(1 ? 10%)VO?AV ? 1.1? 10V ? ? 55mA RLmin 200?当 电 网 电 压 上 升 10% 时 ， 二 极 管 承 受 的 反 向 电 压 为 最 大 ， 故 二 极 管 的 反 向 击 穿 电 压 至 少 应 取 ：VBR ? 2 (1 ? 10%)V2 ? 2 ?1.1? 22.2 ? 35 V。2.7 在图 P2.7 所示全波整流滤波电路中，变压器次级电压有效值如图中所标注，二极管的正向压降和变压器内阻 均可忽略不计。 （1)标出输出电压 VO 对地的极性； （2)估算输出电压的平均值 VO?AV ? ； （3)求出每只二极管的平均整流电流及所承受的最大反向电压。D1 ~220V 50Hz D2 C 470uF D3 RL 400? VOV2 = 25VD4图 P2.7 解： （1）输出电压 VO 对地的极性：上正下负； （2）输出电压的平均值：VO ? 1.2V2 ? 1.2 ? 25V ? 30V（3）每只二极管的平均整流电流：I D ( AV ) ?1 1 VO I O ( AV ) ? ? 37.5m A 2 2 RL每只二极管所承受的最大反向电压：VRM ? 2V2 ? 2 ? 25 ? 36V2.8 设图 P2.8 中的二极管为理想二极管，试分析判断图中二极管是导通还是截止。2k? 10V A 3k? D1 4k? 3k? B 20V 10V 3k? A 2k? D2 1k? 3k? B 15V1k?2k?4k?2k?(a)(b)图 P2.8 解：先将D断开，计算A、B点对地电压 （a）应用叠加定理： 错误！未定义书签。 VA ? (10 ?3 1 ? 20 ? )V ? 10 V 2?3 1? 4VB ? (20 ?2 ) V ? 8V 2?3VA ? VB ，所以 D1 导通； 2 4 ? (?15) ? ]V ? ?8V （b） V A ? [10 ? 2?3 1? 4 2 )V ? ?6V 错误！未定义书签。 VB ? (?15 ? 2?3 VA ? VB ，所以 D2 截止。2.9 在不同的 V1、V2 组态下，分析图 P2.9 所示电路， 判断 D1、D2 是导通还是截止，并求出 Vo 的值（设 D1、D2 的正向 压降为 0.3V） ，把答案填入表 P2.9 中。V1 D1 V2 D2 3k? 5V Vo图 P2.9 表 P2.9V1/V0 0 3 3 解：V2/V0 3 0 3D1D2VO/VV1 / V0 0 3 3V2 / V0 3 0 3D1 导通 导通 截止 导通D2 导通 截止 导通 导通VO/ V0.3 0.3 0.3 3.32.10 图 P2.10 中的二极管采用恒压源模型，正向压降为 0.7V，试求流过二极管的电流 ID。A3k? D 6V ID2k? 3k? 3k? 2V图 P2.10 解：首先判断二极管D是否导通。先将D断开，并将虚线右侧电路用戴维南定理等效，则上述电路变成:A3k? 6V2k? 1.5k? 1V计算A点对地电压，应用叠加定理：VA ? [ 6 ?2 ? 1.5 3 ? (?1) ? ]V ? 2.76V ? 0.7V， (2 ? 1.5) ? 3 3 ? (2 ? 1.5)故二极管 D 导通。 既然二极管 D 导通且采用恒压源模型，则可将其等效为一电压为 VD=0.7V 的电压源，所以，原包含二极管 D 的电路可等效成：A3k? D 6V ID 0.7 V2k? 1.5k? 1V于是， I D ?6V ? 0.7V ? 1V ? 0.7V ? ? 1.28mA 3k? 2k? ? 1.5k?2.11 电路如图 P2.11 所示，D1、D2 为理想二极管，画出该电路的电压传输特性（ vO ? f (vI ) 曲线） ，要标明转折点 的坐标值。1k? D1vI5VD2 3VvO图 P2.11 解： 输入电压 vI ? ?3V 时，D1 截止，D2 导通， vO ? ?3V ； 当 ? 3V ? vI ? 5V 时， D1 截止，D2 截止， vO ? vI 当输入电压 vI ? 5V 时，D1 导通，D2 截止， vO ? 5V 。?? 3V , ? 故该电路的电压传输特性为： vO ? ?v I , ?5V , ?vO / V 5v I ? ?3V ? 3V ? v I ? 5V v I ? 5V根据以上解析表达式可画出电压传输特性如下：-3 0 -3 5v I /V由电压传输特性知该电路为不对称双向限幅电路。 2.12 设图 P2.12 中稳压管 DZ1 和 DZ2 的稳定电压分别为 6V 和 9V，正向压降为 0.7V，求各电路的输出电压 VO。1k? D Z1 20V D Z2 VO 20V1k? D Z1 VO D Z2 (b)(a)1k? D Z2 20V D Z1 VO 20V1k? D Z1D Z2 VO(c)(d)图 P2.12 解：已知 VZ1 ? 6V , VZ 2 ? 9V , VD1 ? VD 2 ? 0.7V （a） DZ1 和 DZ 2 串联， VO ? VZ1 ? VD 2 ? 6V ? 0.7V ? 6.7V （b） DZ1 和 DZ 2 串联， VO ? VZ1 ? DZ 2 ? 6V ? 9V ? 15 V （c） DZ1 和 DZ 2 并联，由于 VZ1 ? VZ 2 ，输出电压由稳压值较低的 DZ1 决定， VO ? VZ1 ? 6V （d） DZ1 和 DZ 2 并联，由于 VD 2 ? VZ1 ，输出电压由 DZ 2 的正向压降 V D 2 决定， VO ? VD 2 ? 0.7V 2.13 如图 P2.13 所示稳压电路， 稳压管的稳压值 VZ ? 6V , 最大工作电流 I Z max ? 50mA， 最小工作电流 I Z min ? 1mA， 设输入电压 VI ? (9 ? 10%)V ， RL max ? ? ， RL min ? 300? ， 试求限流电阻 R 的取值范围。R + DZ RLVI解： D Z 的工作电流 I Z 应满足： I Z min ? I Z ? I Z max 。 当输入电压 VI 取最大值 VIm ax ，输出电流 I O 取最小值 I O min 时， I Z 最大， 此时应满足： V I max ? VO VI max ? VO V IZ ? ? I O min ? ? O ? I Z max R R RL max 即图 P2.13R?V I max ? VO I Z max ? I O min?VI max ? VZ I Z max ? VZ / RL max?(1 ? 10%)9V ? 6V ? 78? ? Rmin 50mA? 0当输入电压 VI 取最小值 VIm in ，输出电流 I O 取最大值 I O max 时， I Z 最小， 此时应满足：IZ ?即VI min ? VO R? I O max ?VI min ? VZR?综合可得限流电阻 R 的取值范围为： 78? ? R ? 100 ?VI min ? VO (1 ? 10%)9V ? 6V ? ? ? 100? ? Rmax I Z min ? I O max I Z min ? VZ / RL min 1mA? 6V / 300?R VI min ? VZ?VZ ? I Z min RL min3 第三章习题及解答3.1 在晶体管放大电路中，测得两个晶体管各个电极的电流如图 P3.1 所示，试分别标出各个晶体管的管脚 e、b 和 c ；判断各晶体管是 NPN 型还是 PNP 型；并分别估算它们的?值。0.1mA4mA0.1mA6.1mA( a)( b)图 P3.1 答： （a）从左至右依次为 b， e， c，NPN，40 （b）从左至右依次为 b， c， e，PNP，60 说明：(a)只有 NPN 管的基极电流和集电极电流是流进管子的，故该晶体管应为 NPN 型；因为晶体管的集电极电流 大于大于基极电流，故由左脚和右脚流进的电流的大小可判定左脚应为基极 b，而右脚应为集电极 c，剩 下的中间脚只能是发射极 e 了； 晶体管的 ? ?iC 4m A ? ? 40 。 i B 0.1m A（b） 由左脚流出电流的大小与右脚流进电流的大小的比较可判定左脚为基极 b， 由基极电流是流出可判定该 晶体管为 PNP 型；由该晶体管为 PNP 型及右脚电流是流入可判定右脚为发射极 e，剩下的中间脚当然就是 集电极 c 了；晶体管的 ? ?iC i E ? i B 6.1m A? 0.1m A ? ? ? 60 iB iB 0.1m A3.2 用直流电压表测得电路中晶体管各电极的对地静态电位如图 P3.2 所示，试判断这些晶体管分别处于什么状态 (放大、饱和、截止、损坏)。+6V －18V －8.5V +12V +6V0V－12.7V－9.2V+3V+5.3V－0.7V (1 )－12V (2 )－3V (3 )0V (4 )+5.7V (5 )图 P3.2 解： （1）NPN 型晶体管，发射结正向偏置电压 0.7V，集电结反向偏置，故该晶体管处于放大状态； （2）PNP 型晶体管，发射结正向偏置电压 0.7V，集电结反向偏置，故该晶体管处于放大状态； （3）NPN 型晶体管，发射结偏置电压-0.7V，为反向偏置，集电结反向偏置，故该晶体管处于截止状态； （4）NPN 型晶体管，发射结正向偏置，正常情况下发射结正向电压应约为 0.7V，现正 向电压为 3V，可推断为发射结断路，故该晶体管已损坏； （5）PNP 型晶体管，发射结正向偏置电压 0.7V，集电结也正向偏置电压 0.4V，故该晶体管处于饱和状态。 3.3 某晶体管的输出特性如图 P3.3 所示，试求该管子的β 、 I CEO 、 V(BR)CEO 和 PCM。i C mA 12 10 8 6 4 2 0 10 20 IC =10?A 30 40 50 I B=120?A 100?A 80?A 60?A 40?A 20?A 0?A 60 v CE V图 P3.3答： ? ≈100， ICEO＝10μA ， V(BR)CEO ≈55V，PCM≈100mW 说明：如图所示，可取 i B ? 40?A和i B ? 80?A 两根曲线对应的 iC ? 4mA和iC ? 8mA来i C mA 12 10 8 6 4 2 IC =10?A A I B=120?A 100?A?iC80?A 60?A 40?A 20?A 0?A0 10 20 30 40 50 60 v CE V ?iC 8m A? 4m A ? ? 100 ?i B 80?A ? 40?A 也可取 i B ? 60?A 曲线对应的 iC ? 6mA来计算 ? 值： i 6m A ?? C ? ? 100； i B 60?A iB ? 0 时，对应的集电极电流就是集射反向穿透电流 ICEO。从图上可看到，当 iB ? 0 时，iC ? 10?A ，故 ICEO计算 ? 值： ? ? ＝10μA； 从图上可看到，对应于 i B ? 0 的 i C 在 vCE ? 55 V 后急剧增大，故 V(BR)CEO ≈55V； 可选取 vCE ? iC ? PCM 曲线上的任一点对应的 vCE 值和 i C 值来计算 PCM 值。 如选取 A 点， 则对应的 vCE ? 20V 和 iC ? 5mA，故 PCM ? vCE ? iC ? 20 V ? 5mA ? 100mW 。 3.4 电 路 如 图 P3.4 所 示 ， 已 知 晶 体 管 的 ? ＝ 50 ， 在 下 列 情 况 下 ， 用 直 流 电 压 表 测 晶 体 管 的 集 电 极 电 位 ， 应 分 别 为 多 少 ？ 设 V C C ＝ 12V ， 晶 体 管 饱 和 压 降 V C E S ＝ 0.5V 。 （ 1） 正 常 情 况 （ 2） Rb1 短 路 （ 3） Rb1 开 路 （ 4） Rb2 开 路 （ 5） RC 短 路+VCC Rb2 51 k ? Rc 5.1k?Rb1vi3.5k?vo图 P3.4 解：设 VBEQ＝0.7V。则 （1）基极静态电流I BQ ?VCC ? VBEQ Rb2?VBEQ Rb1?12V ? 0.7V 0.7V ? ? 0.022mA 51k? 3.5k?VCEQ ? VCC ? I CQ Rc ? VCC ? ?I BQ Rc ? 12V ? 50 ? 0.022m A? 5.1k? ? 6.4V（2）由于 VBEQ＝0V，IBQ＝0，晶体管截止，ICQ＝β IBQ＝0，故 VCEQ＝ VCC ? I CQ Rc ? VCC ＝12V。 （3）此时，基极电流I BQ ?VCC ? VBEQ Rb2?12V ? 0.7V ? 0.22mA 51k?而临界饱和基极电流I BS ?I CS??VCC ? VCES 12V ? 0.5V ? ? 0.045mA ? Rc 50 ? 5.1k?由于 I BQ ? I BS ，故晶体管饱和，VCEQ＝VCES＝0.5V。 （4）IBQ＝0，晶体管截止，与（2）小题相同，VCEQ＝12V。 （5）由于集电极直接接直流电源，故 VCEQ＝VCC＝12V。 3.5 在图 P3.5 所示电路中，T 为硅晶体管，β ＝50。当开关 S 分别接到 A、B、C 端时，判 断晶体管的工作状态（放大、饱和、截止） ，并确定 VO 的近似值。+6V 30k? A S B C 20k? 1V T VO 200k? 2k?图 P3.5 解：开关 S 接 A 时， I BQ ?VCC ? VBEQRb I V ? VCES 而 I BS ? CS ? CC ? ? Rc 可见 I BQ ? I BS ，故晶体管 T 处于放大状态 ，此时 VCC ? VBEQ ?6V ? 0.7V ? 26.5?A 200k? 6V ? 0V ? ? 60?A 50 ? 2k? ?VO ? VCC ? I CQ RC ? VCC ? ?I BQ RC ? 6V ? 50? 26.5?A ? 2k? ? 3.35 V ；开关 S 接 B 时， I BQ ? 可见 I BQ6V ? 0.7V ? 177?A ，而 I BS ? 60?A ， Rb 30k? ? I BS ，故晶体管 T 处于饱和状态 ，此时 VO ? VCES ? 0V ；开关 S 接 C 时，晶体管 T 的发射结为反向偏置， I BQ ? 0 ， I CQ ? ?I BQ ? 0 ，故晶体管 T 处于截止状态，VO ? VCC ? I CQ RC ? VCC ? 6V 。3.6 试 分 析 图 P3.6 所 示 各 电 路 是 否 能 够 放 大 正 弦 交 流 信 号 ， 简 述 理 由 。 设图中所有电容对交流信号均 可视为短路。+VCC Rc +VCC+VCC +VCCRbRcRbRb1RbC vo vo vivi CRevo viCRb2 ReviVBBCe vo(a)(b)(c)(d)图 P3.6 解： （a）不能放大，因交流输入信号 v i 被直流电源 VBB 短路了。 （b）不能放大，因晶体管的发射结处于反向偏置状态。 （c）不能放大，因输出端直接接于电源 VCC ，交流输出信号被直流电源 VCC 短路了。 （d）不能放大，因输出端接于电容 Ce 两端，输出信号被电容 Ce 短路。3.7 放大电路及晶体管输出特性如图 P3.7 所示。设晶体管的 VBEQ＝0.7V，VCES ? 0.5V，电容容量足够大，对交流信号 可视为短路。 （1）估算静态时的 IBQ； （2）用图解法确定静态时的 ICQ 和 VCEQ； （3）用图解法分别求出 RL＝∞和 RL＝1.5kΩ 时的最大不失真输出电压幅值 V O M 。iC mA +V CC (+15V) Rb 240k? Rc 1.5k? C2 12 10 8 vo RL 6 4 2 0 5 10 120?A 100?A 80?A 60?A 40?A iB =20?A 15 v CE VviC1图 P3.7 解： （1） I BQ ?15V ? 0.7V ? 60?A ； Rb 240k? （2）直流负载线方程为： vCE ? VCC ? iC Rc V 15V ? 10m A； 取 vCE ? 0 ，则 iC ? CC ? R C 1.5k? 取 iC ? 0 ，则 vCE ? VCC ? 15 V ?在晶体管的输出特性曲线上过点（0，10mA）和点（15V，0）作一直线，即为直流负载线，如图所示。该 直流负载线与 IBQ=60?A 曲线的交点 Q 即为直流工作点。由图上可读出 Q 点对应的 ICQ≈6mA， VCEQ≈6V。iC mAVCC ? VBEQ10 QICQIBQ =60μA0VCEQ15v CE V（3）当 RL＝∞时，交流负载线与直流负载线相同，由图可读出， ? ? VCEQ ? VCC ? VCEQ ? 15 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCC V ? 6V ? 9V ， 输出电压最大负向幅度 VOM ? ? VCEQ ? VCES ? 6V ? 0.5V ? 5.5V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 5.5V ； 当 RL＝1.5kΩ 时，RC RL 1.5k? ? 1.5k? ? ? 0.75k? RC ? RL 1.5k? ? 1.5k? 1 交流负载线的斜率为 ? ，且与直流负载线在 Q 点相交，故过 Q 点作斜率为 ? RL ? ? RC // RL ? RL?1 1 ?? ? ?1.33? 10?3 的直线即为交流负载线，如图所示； 3 ? RL 0.75 ? 10【还可用另一方法作出交流负载线： 交流负载线的方程可写为： ? ? iC RL ?， ? ? VCEQ ? ICQ RL ? 其中， VCC vCE ? VCC? VCC 静态工作点 Q 点也是交流负载 ) 是交流负载线上的另一个点， ? RL V? ? ,0) 、点 (0, CC ) 和静态工作点 Q 点中任意两点作一直线便是交流负载线。 线上的一个点，所以，只要过点 (VCC ? RL? ,0) 是交流负载线上的一个点， 故点 (VCC 点 (0,在本题中，Q 点对应的 ICQ≈6mA，VCEQ≈6V，则? ? VCEQ ? I CQ RL ? ? 6V ? 6mA? 0.75k? ? 10.5V VCC? VCC 10.5V ? ? 14m A ? RL 0.75k? 过点 (10.5V ,0) 、点 (0,14m A ) 和静态工作点 (6V ,6m A) 中任意两点作直线就可画出本题的交流负载线如图所示，与前面方法画出的完全一样。 】 由本题的交流负载线和静态工作点可读出， ? ? VCEQ ? 10.5V ? 6V ? 4.5V ， 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCC 输出电压最大负向幅度 VOM ? ? VCEQ ? VCES ? 6V ? 0.5V ? 5.5V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 4.5V 。 3.8 共射放大电路及晶体管的输出特性如图 P3.8 所示。取 VBE ? 0.7V ，按下列不同条件估算基极静态电流 IBQ，并 用图解法确定输出特性图上的静态工作点 Q（要求标出 Q 点位置和确定 ICQ、VCEQ 的值） 。分析偏置电阻、集电极 电阻和电源电压变化对静态工作点 Q 的影响。 (1) VCC＝12V， Rb ＝150 k Ω ， Rc ＝2 k Ω ，求 Q1； (2) VCC＝12V， Rb ＝110 k Ω ， Rc ＝2 k Ω ，求 Q2； (3) VCC＝12V， Rb ＝150 k Ω ， Rc ＝3 k Ω ，求 Q3； (4) VCC＝8V， Rb ＝150 k Ω ， Rc ＝2 k Ω ，求 Q4。ic mA +V CC Rb C1 vi Rc C2 8 6 4 vo RL 2 0 4 8 125?A 100?A 75?A 50?A iB =25?A 12 v CE V图 P3.8 解： （1）先确定 Q1I BQ ?VCC ? VBE 12V ? 0.7V ? ? 75?A Rb 150k?参见 3.7 题（2）小题的方法画直流负载线： 直流负载线方程为： vCE ? VCC ? iC Rc 取 vCE ? 0 ，则 iC ? 取 iC ? 0 ，则 vCEVCC 12V ? ? 6m A； RC 2k? ? VCC ? 12V在晶体管的输出特性曲线上过点（0，6mA）和点（12V，0）作一直线，即为直流负载线，如图所示。该直流负载线与 IB=75?A 曲线的交点 Q1 即为直流工作点。由图上可读出 Q1 点对应的 ICQ≈4mA， VCEQ≈4V。综和起来， 就是 Q1：IBQ≈75μA， ICQ≈4mA， VCEQ≈4V 对不同的条件可用相同的方法分别估算 IBQ，作出直流负载线和确定 Q 点，结果如下： （2）Q2：IBQ≈100μA， ICQ≈5.2mA， VCEQ≈1.7V. （3）Q3：IBQ≈75μA， ICQ≈3.5mA， VCEQ≈1.5V （4）Q4：IBQ≈49μA， ICQ≈2.5mA， VCEQ≈3V 各种不同条件下的直流负载线和 Q 点如图所示。i c mA 8 6 4 2 0 Q2 Q3 Q1 Q4 4 8 125?A 100?A 75?A 50?A IB =25?A 12 v CE V由以上结果可总结出偏置电阻、集电极电阻和电源电压变化对静态工作点 Q 的影响如下： 由 Q1 和 Q2 对应的工作条件比较可知： 偏置电阻 Rb 增大， Q 点沿直流负载线向右下方移动， 容易进入截止区； 反之，偏置电阻 Rb 减小，Q 点沿直流负载线向左上方移动，容易进 入饱和区。 由 Q1 和 Q3 对应的工作条件比较可知：集电极电阻 Rc 增大，Q 点向左移动，容易进入饱和区；反之，集电极 电阻 Rc 减小，Q 点向右移动，容易进入过损耗区。 由 Q1 和 Q4 对应的工作条件比较可知：电源电压 VCC 增大，Q 点向右上方移动，可增大最大不失真输出电压； 反之，电源电压 VCC 减小，Q 点向左下方移动，输出动态范围变小， 输出信号容易出现双向切顶失真。 3.9 图 P3.8 所示电路中， 由于电路参数不同， 在输入电压 v i 为正弦波时， 测得输出电压 vo 波形分别如图 P3.9(a)、 (b)、(c)所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除（不许改变负载电阻）?图 P3.9解：该电路属反相电压放大电路，输出信号与输入信号相位相反，输出信号的最小值对应于输入信号的最大值。 （a）输出信号最小值处出现切顶失真，对应于输入信号取最大值时失真，故为饱和失真。增大 Rb 可减小基极 静态电流 IBQ，进而减小集电极静态电流 ICQ，使静态工作点下移，以便消除饱和失真；减小输入信号 v i 的幅度也有助于消除饱和失真。 （b）输出信号最大值处出现切顶失真，对应于输入信号取最小值时失真，故为截止失真。减小 Rb 可增大基极 静态电流 IBQ，进而增大集电极静态电流 ICQ，使静态工作点上移，以便消除截止失真；减小输入信号 v i 的幅度也有助于消除截止失真。 (c) 同时出现饱和失真和截止失真。只能通过减小输入信号 vi 的幅度或提高电源电压 VCC 消除失真。 3.10 放大电路及相应的晶体管输出特性如图 P3.10 所示，直流负载线和 Q 点已标在图上， RL ? 6k? 。 (1) 确定 VCC， Rc 、 Rb 的数值（设 VBEQ＝0.7V） ； (2) 画出交流负载线，标出关键点的数值； (3) 这种情况下，最大不失真输出电压幅值是多少？ (4) 为获得更大的不失真输出电压， Rb 应增大还是减小？i C mA +V CC Rb Rc C2 6 5 4 T vi C1 3 vo RL 2 1 0 2 4 6 8 10 Q 60?A 50?A 40?A 30?A 20?A iB =10?A 12 v CE V图 P3.10 解： （1）直流负载线与 vCE 轴交点的横坐标就是直流电源电压值，从图上可看出：VCC＝12V； 直流负载线的斜率等于 ? 由图上可看出 ICQ12V 1 1 6m A? 0 ? 2k? ； ，即 ? ，故 RC ? ? 6mA RC RC 0 ? 12V ? 3mA， I BQ ? 30?A ，故12V ? 0.7V ? 377k? 。 I BQ 30?A 2k? ? 6k? ? ? Rc //RL ? ? 1.5k? （ 2） R L 2k? ? 6k? ? ? VCEQ ? I CQ RL ? ? 6V ? 3mA?1.5k? ? 10.5V 参见 3.7 题（3）小题， VCC Rb ? ?VCC ? VBEQ? VCC 10.5V ? ? 7m A ? 1.5k? RL 1 V? ? ? 10.5V ，与 iC 轴交点为 CC ? 7m A ，该直线即为 过 Q 点作斜率为 ? 的直线，与 vCE 轴交点为 VCC ? 1 .5 k ? RL交流负载线，如图所示。7 i C mA 6 5 4 3 2 1 0 2 4 6 8 10 Q 60?A 50?A 40?A 30?A 20?A iB =10?A 12 v CE V（3）由交流负载线和静态工作点可看出， ? ? VCEQ ? 10.5V ? 6V ? 4.5V ， 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCC 输出电压最大负向幅度 VOM ? ? VCEQ ? VCES ? 6V ? 0.5V ? 5.5V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 4.5V 。 （4）为获得更大的不失真输出电压，Rb 应减小，使静态工作点 Q 点上移。 3.11 共射放大电路及晶体管输出特性如图 P3.11 所示，设晶体管的 VBEQ＝0.7V，电容的容量足够大，对交流信号可 视为短路。 (1) 在输出特性曲线上画出该放大电路的直流负载线和交流负载线，标明静态工作点 Q； (2) 确定静态时 ICQ 和 VCEQ 的值；(3) 在这种情况下，最大不失真输出电压幅值是多少？ (4) 当逐渐增大正弦输入电压幅度时，首先出现饱和失真还是截止失真？ (5) 为了获得尽量大的不失真输出电压， Rb 应增大还是减小？i C mA +V CC (+6V) Rb 265k? Rc 1.5k? C2 6 5 4 vo RL 1.5k? 3 2 1 0 1 2 3 4 5 60?A 50?A 40?A 30?A 20?A iB =10?A 6 v CE VviC1图 P3.11 解： （1） I BQ ? 下：i C mA6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 60?A 50?A 40?AVCC ? VBEQ 6V ? 0.7V ? ? 20?A ，参见 3.7 题第（2）小题的方法可作出直流负载线并确定 Q 点如 Rb 265k?Q30?A 20?AIB =10?A6vC V E参见 3.7 题第（3）小题的方法作交流负载线：RC RL 1.5k? ? 1.5k? ? ? 0.75k? RC ? RL 1.5k? ? 1.5k? 1 1 过 Q 点作斜率为 ? ?? ? ?1.33? 10?3 的直线即为交流负载线； ? RL 0.75 ? 103 ? ? RC // RL ? RL或者，由图可读出 Q 点对应的 ICQ≈2mA，VCEQ≈3V，则? ? VCEQ ? ICQ RL ? ? 3V ? 2mA? 0.75k? ? 4.5V VCC ? VCC 4.5V ? ? 6m A ? RL 0.75k? 过点 (4.5V ,0) 、点 (0,6m A) 和静态工作点 (3V ,2m A) 中任意两点作直线也可画出交流负载线。（2）由图上的直流负载线可读出 Q 点对应的 ICQ≈2mA，VCEQ≈3V。 （3）由交流负载线和静态工作点可看出， ? ? VCEQ ? 4.5V ? 3V ? 1.5V ， 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCC 输出电压最大负向幅度 VOM ? ? VCEQ ? VCES ? 3V ? 0.3V ? 2.7V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 1.5V 。 （4）随着输入信号幅度的逐渐增大，输出信号的幅度也相应增大，由于本题中的静态工作点 Q 点在交流负载线 上处于偏低的位置，将首先出现截止失真。 （5）因本题的静态工作点 Q 点偏低，为了获得尽量大的不失真输出电压，应减小 Rb（理由可参见 3.8 题中 Rb 变 化对静态工作点的影响的分析） ，使静态工作点 Q 点上移到接近交流负载线的中间位置。 3.12 已知图 P3.12 所示电路中晶体管的 β ＝100， rbb? ? 100? ，VBEQ＝0.7V，电容的容量足够大，对交流信号可视 为短路。 （1）估算电路静态时的 I BQ 、 I CQ 、 VCEQ ；（2）求 rbe ； （3）画出简化 h 参数交流等效电路图； ? 、输入电阻 R 、输出电阻 R 。 （4）求电压放大倍数 A i o v+V CC (+15V) Rb 1M? C1 RL 10k? Rc 6.2k? C2vivoRiRo图 P3.12 解： （1） I BQ ?ICQVCC ? VBEQ 15V ? 0.7V ? ? 14.3?A Rb 1M? ? ?I BQ ? 100?14.3?A ? 1.43mAVT 26mV ? 100? ? 100? ? 1.92k? I EQ 1.43mAIbVCEQ ? VCC ? ICQ RC ? 15 V ? 1.43mA? 6.2k? ? 6.1V（2） rbe ? rbb? ? (1 ? ? )（3）对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出原电路的简化 h 参数交流小信号等效电路图 如下: .. Vo. V i Rbr be??I b.RcRL? ?? （4）电压放大倍数 A v? ( RC // RL )rbe 输入电阻 Ri = rbe ≈1.92k ? 输出电阻 Ro = RC=6.2k ???100?6.2k? ? 10k? 6.2k? ? 10k? ? ?200 1.92k?3.13 在图 P3.12 所示电路中，设某一参数变化时其余参数不变，在表中填入： A. 增 大 B. 减 小 C. 基 本 不 变 参数变化IBQVCEQ? A vRiRoRb 增 大 Rc 增 大 RL 增 大解： 参数变化IBQB C CVCEQA B C? A vB A BRiA C CRoC A CRb 增 大 Rc 增 大 RL 增 大3.14 已知图 P3.14 所示电路中晶体管的 β ＝80， rbb? ? 100? ，VBEQ＝－0.3V，电容的容量足够大，对交流信号可视 为短路。 (1) 计算电路的静态工作点 I BQ 、 I CQ 、 VCEQ ； (2) 求 rbe ； (3) 画出简化 h 参数交流小信号等效电路图； ? 、输入电阻 R 、输出电阻 R ； (4) 求电压放大倍数 A i o v (5) 与 3.12 题比较，你得出什么结论？Rb 470k? C1 vi Rc 3k? iC v CE v BE V CC ( C2 6V)iBvo图 P3.14 解： （1） I BQ ?I CQ? 6V ? (?0.3V ) ? ?12?A Rb 470k? ? ?I BQ ? 80? (?12?A) ? ?0.97mA ? VT 26mV ? 100? ? 80 ? ? 2.2k? I EQ 0.97mAIbVCC ? VBEQVCEQ ? VCC ? I CQ RC ? ?6V ? (?0.97mA ) ? 3k? ? ?3.1V（2） rbe ? rbb? ? (1 ? ? )（3） 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出原电路的简化 h 参数交流小信号等效电路图 如下: .. Vo. V i Rbr be??I b.Rc? ?? （4）电压放大倍数 A v?RCrbe??80 ? 3k? ? ?109 2.2k?输入电阻 Ri = rbe ≈2.2k ? 输出电阻 Ro = RC= 3k ? （5） PNP 型晶体管与 NPN 型晶体管的 h 参数交流小信号等效电路是相同的， 故由它们分别组成的同类型放大电 路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式也相同。 3.15 已知图 P3.15 所示电路中晶体管的β ＝100， rbb? ? 300? ，VBEQ＝0.7V，电容的容量足够大，对交流信号可 视为短路。 （1）估算电路在静态时的 I BQ 、 I CQ 、 VCEQ ； （2）画出简化 h 参数交流等效电路图； ? 、输入电阻 R 、输出电阻 R 。 （3）求电压放大倍数 A i o v+V CC (+12V) Rb 620k? C1 R e2 100? Re1 1k? Ri Ce Ro Rc 3.9k? C2 vo RL 3.9k?viP3.15 解： （1）可列出方程：I BQ ?解得：VCC ? VB VCC ? [VBEQ ? I EQ ( Re1 ? Re 2 )] VCC ? VBEQ ? (1 ? ? ) I BQ ( Re1 ? Re 2 ) ? ? Rb Rb Rb VCC ? VBEQ ?I BQ ?I CQ12V ? 0.7V ? 15?A ， Rb ? ?1 ? β ??Re1 ? Re2 ? 620k? ? (1 ? 100)(1k? ? 0.1k?) ? β I BQ ? 100?15?A ? 1.5mA，VCEQ ? VCC ? I CQ Rc ? I EQ (Re1 ? Re2 ) ? 12V-1.5mA? 3.9k ? -1.5mA(1k ? ? 0.1k?) ? 4.5V（2）对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出原电路的简化 h 参数交流小信号等效电路图 如下:. Ib r be Rb R e2. Vi??I bRc.. VoRL（3） rbe ? rbb? ? ?1 ? β? VTI EQ? 300? ? (1 ? 100)26mV ? 2k? ， 1.5mA? ?? 电压放大倍数 A vrbe ? ?1 ? β ?Re 2? ?Rc //RL ?3.9k? ? 3.9k? 3.9k? ? 3.9k? ? ?16 ， ?? 2k? ? (1 ? 100)0.1k? 100?输入电阻 Ri ＝Rb // [ rbe +(1+β )Re2] ? 620k? //[2k? ? (1 ? 100)0.1k?] ? 11.9k? ， 输出电阻 Ro ＝ Rc ＝3.9 k ? 。4 第四章习题及解答4.1 选择题 （1）在共射、共集、共基组态三种放大电路中，只能放大电压、不能放大电流的是 ____；只能放大电流不能放 大电压的是____；既能放大电压又能放大电流的是____。 A．共射组态 B．共集组态 C．共基组态（2）在共射、共集、共基组态放大电路中输入电阻最大的是_____；输入电阻最小的是 ____，输出电阻最大的是____，输出电阻最小的是____。 A．共射组态 B．共集组态 C．共基组态? 一定小于 1， （3） 在共射、 共集、 共基三种组态的放大电路中____的电压放大倍数 A ____的电流放大倍数 Ai 一 v定小于 1，____的输出电压与输入电压反相。A．共射组态B．共集组态C．共基组态（4）共射放大电路既能放大____，也能放大____；共集放大电路能放大____；但不能放大____；共基放大电路 能放大____，但不能放大____。 A．电压 B．电流（5）在共射、共基、共集三种基本放大电路组态中，希望电压放大倍数绝对值大，可选用_____；希望带负载能 力强，应选用____；希望从信号源索取电流小，应选用____；希望既能放大电压，又能放大电流，应选用 ____；希望高频响应性能好，应选用____。 A．共射组态 B．共集组态 C．共基组态（6）在共射、共集、共基三种基本放大电路组态中，希望功率放大倍数大，应选用 ____；希望输出电压与输入 电压反相，应选用____；希望高频响应性能好，应选用____；希望输入电阻大，应选用____；希望在负载 电阻变化时，输出电压基本不变，应选用____。 A．共射组态 答： （1）C，B，A （2）B，C，A 和 C，B （3）B，C，A （4）A，B，B，A，A，B （5）A，B，B，A，C （6）A，A，C，B，B 4.2 单管放大电路及各元件参数如图 P4.2 所示，设电容足够大，对交流信号可视为短路。 (1) 计算电路的静态工作点 I BQ 、 I CQ 、 VCEQ ； (2) 画出简化 h 参数交流小信号等效电路图； (3) 求电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻； (4) 若将晶体管更换为β ? 150 的晶体管，该电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻会发生 什么变化（定性回答：增大，减小，基本不变）？ (5) 若电容 Ce 开路，将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？+V CC (+12V) R b2 100k? C1 RL 5.1k? Rc 5.1k? C2B．共集组态C．共基组态viR b1 27k? RiRe 2k?vo Ce Ro ? BE 0.7V??????rbb ? 100? V图 P4.2 解：(1) 晶体管基极电压 VB ?Rb1 27k? VCC ? ? 12V ? 2.55V Rb1 ? Rb 2 27k? ? 100k? VB ? VBEQ 2.55V ? 0.7V 发射极静态电流 I EQ ? ? ? 0.925mA Re 2k? I CQ ? I EQ ? 0.925mA I BQ ? I CQ??VCEQ ? VCC0.925m A ? 9.25?A 100 ? I CQ (Rc ? Re ) ? 12V ? 0.925mA (5.1k? ? 2k?) ? 5.43 V(2) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出原电路的简化 h 参数交流小信号等效电路图 如下:. Ib . V i R b1R b2r be??I b.Rc. VoRL(3) rbe ? rbb? ? ?1 ? β? VTI EQ? 100? ? (1 ? 100)26mV ? 2.94k? 0.925mA100? 5.1k? ? 5.1k? 5.1k? ? 5.1k? ? ?87 2.94k?电压放大倍数：? ?? A v? ( RC // RL )rbe??输入电阻： Ri ＝ rbe // Rb1// Rb2≈2.6k ? 输出电阻：Ro≈Rc＝5.1 k ? (4) 当晶体管的 β 值增大时，由于该电路具有稳定静态工作点的功能，其集电极静态电流 ICQ、发射极静态电 流 IEQ、集--射极间静态电压 VCEQ 均基本保持不变，但基极静态电流 IBQ 会减小（因 I BQ ?I CQ?） ；? ?? 电压放大倍数的计算公式为： A v其 实 不 然 ， 在? ( RC // RL )rbe，从表面上看， β 值增大似乎可提高电压放大倍数， 的 情 况 下 ，rbb? ?? ?1 ? β? ? ? ? ( RC // RL ) ? ? ? ( RC // RL ) ? ? A v V rbe ? T I CQ ? 也基本不变； 倍数 AvI EQ ( RC // RL ) I CQ? VTrbe ? ?VT I CQ，故VT与 β 值无关，而 ICQ 又基本不变，所以电压放大而输入电阻 Ri 则会增大（因 Ri ? rbe ? ? 故也基本不变。VT ） ，由于输出电阻 Ro 只决定于集电极电阻 RC，与 β 值无关， I CQ? ?? ? 将由 A (5) 若电容 Ce 开路，电压放大倍数 A v v? ( RC // RL )rbe? ?87 变为100? 2.55k? ? ? ? ? ( RC // RL ) ? ? A ? ?1.2 ，绝对值大为减小， v rbe ? (1 ? ? ) Re 2.94k? ? (1 ? 100)2k? 而输入电阻 Ri 将由 Ri ? rbe // Rb1 // Rb 2 ? 2.6k? 增大到 Ri ? [rbe ? (1 ? ? ) Re ] // Rb1 // Rb 2 ? [2.94k? ? (1 ? 100)2k?] // 27k? // 100k? ? 19.3k? ，输出电阻 Ro 基本保持不变，略有增大。 4.3 共集电极放大电路及晶体管输出特性如图 P4.3 所示，设 VBEQ ＝0.7V， rbb? ＝200 ? ，电容对交流信号可视为短 路。 (1) 确定晶体管的β 值，估算静态工作点 I BQ ， I CQ 、 VCEQ ； (2) 画出直流负载线和交流负载线； (3) 确定上述条件下的最大不失真正弦波输出幅度； (4) 当逐渐增大正弦输入电压幅度时，首先出现饱和失真还是截止失真？为了获得尽量大的不失真输出电 压， Rb 应增大还是减小？? 、输入电阻 R 、输出电阻 R 。 (5) 试求电路的电压放大倍数 A i o vi C mA Rb 110k? C1 +V CC (+6V) 6 5 4 C2 vi Re 1.5k? vo RL 1.5k? 3 2 1 0 1 2 3 4 5 60?A 50?A 40?A 30?A 20?A i B =10?A 6 v CE V图 P4.3 解：(1) 由晶体管输出特性曲线可算出（参见 3.3 题） ：?iC 4m A? 2m A ? ? 100 ?i B 40?A ? 20?A VCC ? VBEQ 6V ? 0.7V 估算静态工作点 I BQ ? ? ? 20?A Rb ? ?1 ? β ?Re 110k? ? (1 ? 100)1.5k? I CQ ? ?I BQ ? 100? 20?A ? 2mA??VCEQ ? VCC ? I CQ Re ? 6V ? 2mA?1.5k? ? 3V(2) 可参见 3.7 题（2） （3）小题的方法作直流负载线和交流负载线。 直流负载线方程为：过点（6V，0）和点（0，4mA）作直线即为直流负载线，如图所示。直流负载线与 I BQ ? 20?A 曲线的交点vCE ? VCC ? iE Re ? VCC ? iC Re ? 6V ? iC 1.5k? 令 iC ? 0 ，可得 vCE ? 6V ； 6V ? 4mA ； 令 vCE ? 0 ，可得 iC ? 1.5k?Q 即为静态工作点。i C mA2QI BQ =20?A03v CE V? ? iC RL ? 交流负载线方程为： vCE ? VCC其中Re ? RL 1.5k? ? 1.5k? ? ? 0.75k? Re ? RL 1.5k? ? 1.5k? ? ? VCEQ ? I CQ RL ? ? 3V ? 2mA? 0.75k? ? 4.5V VCC ? ? Re // RL ? RL过点（4.5V，0）和 Q 点（3V，2mA）作直线即为交流负载线，如上图所示。 (3) 由交流负载线和静态工作点可看出， ? ? VCEQ ? 4.5V ? 3V ? 1.5V ， 输出电压最大反向幅度 VOM ? ? VCC 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCEQ ? VCES ? 3V ? 0.3V ? 2.7V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 1.5V 。 (4) 因静态工作点 Q 点偏低，当逐渐增大正弦输入电压幅度时，将首先出现截止失真；为了获得尽量大的不 失真输出电压，应减小 Rb，使静态工作点 Q 点上移。 (5) rbe ? rbb? ? ?1 ? β? VTI EQ? 200? ? (1 ? 100)26mV ? 1.5k? ， 2mA电压放大倍数：? A v(1 ? 100) ?1 ? β ??Re // RL ? 1.5k? ? 1.5k? ? ? 1.5k? ? 1.5k? rbe ? ?1 ? β ??Re // RL ? 1.5k? ? (1 ? 100)1.5k? ? 1.5k?? 0.981.5k? ? 1.5k?输入电阻 Ri＝ Rb // [ rbe + (1+ β ) (Re// RL)]输出电阻? 110k? //[1.5k? ? (1 ? 100)0.75k?] ? 45.4k? r 1.5k? RO ? Re // be ? 1.5k? // ? 14.7? 。 1? ? 1 ? 1004.4 已知图 P4.4 所示电路中晶体管β ＝100， VBEQ ? 0.7 V ， rbb? ＝200 ? ，电容对交流信号可视为短路。 1）判断该电路是共射、共集、还是共基接法？ 2）估算该电路的静态电流 I CQ ，发射极对地静态电压 VEQ ；? 、输入电阻 R 和输出电阻 R 。 3）求该电路的电压放大倍数 A i o v+V EE (+12V) Re 4.7k? C1 C2 vo iC Ro RL 1k?vsviRb 470k?Ri图 P4.4 解：(1) 该电路的输入回路和输出回路的公共连接点（地）与晶体管的集电极相连，故该电路为共集电极接法。(2) 对该电路可列出，I EQ ?I EQ ?VEE ? VBEQ ? I BQ Rb ReVEE ? VBEQ，VEE ? VBEQ ? ? ReI EQ 1? ?Rb，解得 集电极静态电流：Re ? Rb ?1 ? β ? ?I CQ ? I EQ ?Re ? Rb ?1 ? ? ?VEE ? VBEQ12V ? 0.7V ? 1.2mA ， 4.7 k? ? 470 k? /(1 ? 100 )发射极对地静态电压：VEQ ? VEE ? I EQ Re ? 12V ? 1.2mA? 4.7k? ? 6.3V 。(3) rbe ? rbb? ? ?1 ? β 电压放大倍数：? VTI EQ? 200? ? (1 ? 100)26mV ? 2.38k? ， 1.2mA4.7k? ? 1k? 4.7k? ? 1k? ? ? ?1 ? β ??Re // RL ? ? A ? 0.97 ， v 4.7k? ? 1k? rbe ? ?1 ? β ??Re // RL ? 2.38k? ? (1 ? 100) 4.7k? ? 1k? (1 ? 100)输入电阻 Ri＝ Rb // [ rbe + (1+ β ) (Re// RL)]4.7k? ? 1k? ] ? 72.5k? ， 4.7k? ? 1k? r 2.38k? 输出电阻 RO ? Re // be ? 4.7k? // ? 23? 。 1? ? 1 ? 100 ? 470 k? //[2.38k? ? (1 ? 100 )4.5 如图 P4.5 所示的共基极放大电路中，已知晶体管的β ＝100，VBEQ ＝0.6V，rbb’＝100 ? ，电容对交流信号可 视为短路。 (1) 估算静态工作点 I BQ 、 I CQ 、 VCEQ ； (2) 画出简化 h 参数交流小信号等效电路图；? 、输入电阻 R 、输出电阻 R 。 (3) 试求电路的电压放大倍数 A i o v+V CC (+12V) R b2 30k? C1 RL 3k? Rc 3k? C2viRe 1.2k?R b1 10k?vo Cb RoRi图 P4.5 解：(1)基极电压VB ?Rb1 10k? VCC ? ? 12V ? 3V ， Rb1 ? Rb2 10k? ? 30k?? 3V ? 0.6V ? 2mA， 1.2k?I CQ ?VB ? VBEQ ReI BQ ?VCEQ2m A ? 20?A ， ? 100 ? VCC ? I CQ (Rc ? Re ) ? 12V? 2mA? (3k? ? 1.2k ?) ? 3.6V 。 ?I CQ(2)对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出原电路的简化 h 参数交流小信号等效电路图如 下:. ViRer be. Ib??I bRc.. VoRL(3) rbe ? rbb? ? ?1 ? β? VTI EQ? 100? ? (1 ? 100)26mV ? 1.4k? ， 2mA3k? ? 3k? 3k? ? 3k? ? 107 ， 1.4k?，电压放大倍数 输入电阻 输出电阻? ? β ?Rc // RL ? ? A v rbe100?rbe 1.4k? ? 1.2k? // ? 14? 1? β 1 ? 100 Ro＝Rc＝3 k ? 。 Ri ? Re //4.6 共基放大电路及晶体管共基输出特性如图 P4.6 所示。设晶体管的 VBEQ＝0.6V，电容对交流信号可视为短路。1) 估算静态电流 I EQ ； 2) 在输出特性曲线上画直流负载线，并图解确定 VCBQ 。 3) 画出交流负载线，并确定最大不失真正弦输出电压幅值。i C mA +V CC (+12V) 6 5 4 C2 R b1 10k? vo 3 RL 1.5k? 2 1 0 2 4 6 8 10 6m 5m 4m 3m 2m iE =1m 12 v CB VR b2 30k? C1 CbRc 3k?viRe 1.2k?图 P4.6 解：(1) 基极静态电压Rb1 10k? ? 12V ? ? 3V ， Rb1 ? Rb2 10k? ? 30k? VBQ ? VBEQ 3V ? 0.6V I EQ ? ? ? 2mA 。 Re 1.2k? (2) 直流负载线方程为： vCB ? VCC ? VBQ ? iC ( RC ? Re ) ，VBQ≈ VCC取 vCB ? 0 ，得 iC ? 取 iC ? 0 ，得 vCB12V ? 0.6V ? 2.7mA， RC ? Re 3k? ? 1.2k? ? VCC ? VBQ ? 12V ? 0.6V ? 11.4V ， ?VCC ? VBQ过点（0，2.7mA）和点（11.4V，0）画直线即为直流负载线，直流负载线与 I EQ ? 2mA曲线的交点Q 点即为静态工作点，由图上可读出 Q 点对应的 VCBQ≈3V 。i C mA53 Q IEQ =2mA03511.4v CB V? ? RC // RL ? (3) RLRC RL 3k? ? 1.5k? ? ? 1k? ， RC ? RL 3k? ? 1.5k? 1 1 1 交流负载线的斜率为 ? ，且与直流负载线在 Q 点相交，故过 Q 点作斜率为 ? ?? ? ?1 ? 10?3 ? ? RL RL 1 ? 103的直线即为交流负载线，如图所示。 由交流负载线和静态工作点可看出， 输出电压最大反向幅度 VOM ? ? 5V ? VCEQ ? 5V ? 3V ? 2V ， 输出电压最大正向幅度 VOM ? ? VCEQ ? 0V ? 3V ? 0V ? 3V ， 故最大不失真输出电压幅值 VOM ? min( VOM ? ,VOM ? ) ? VOM ? ? 2V 。 4.7 选择题 （1）放大电路在放大高频信号时放大倍数数值下降的原因是，而在放大低频信号时放大倍数数值下降的原因是 。 A．放大电路的静态工作点不合适 B．晶体管极间电容和分布电容的存在 C．晶体管的非线性特性 D．耦合电容和旁路电容的存在 （2）在 测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应。 A．输入电压幅值不变的条件下，改变频率 B．输入电压频率不变的条件下，改变幅值 C．输入电压的幅值与频率同时变化的条件下 （3）阻容耦合放大电路的上限截止频率主要取决于____，下限截止频率取决于____。 A．耦合电容 B．晶体管的极间电容 C．晶体管的非线性特性 （4）当信号频率等于放大电路的 f L 或 f H 时，放大倍数的值约下降到中频时的____； A．0.5 倍 即增益下降 。 A．3dB A．＋45? A．－45? B．0.7 倍 B．4dB B．－90? 。 C．－225? B．－135? C．0.9 倍 C．5dB 。 C．－135?? 相位关系是 ? 与V （5）对于单管共射阻容耦合放大电路，当 f ? f L 时， V i o ? 的相位关系是 ? 与V 当 f ? f H 时， V i o? vm ____，上限截止频率 f ____， （6）在图 P4.7.7 所示放大电路中，当减小电阻 Rc ，则中频电压放大倍数 A H? vm ____， f ____， f ____；当换用 fT 低， ? 相同的晶体管， 下限截止频率 f L ____；当减小电容 C1，则 A H L? vm _____， f ____， f ____。 则 A H LA．增大 B．减小Rb C1 vi voC．不变+V CC Rc C2图 P4.7.7 答： （1）B，D （2）A （3）B，A （4）B，A （5）C，C （6）B，A，C，C，C，A，C，B，C 说明：(5)单管共射阻容耦合放大电路低频段的相频响应为： ? ? ?90? ? arctanf ， fL f ， fH1 ? ?90? ? 45? ? ?135? ； 当 f ? f L 时， ? ? ?90? ? arctan单管共射阻容耦合放大电路高频段的相频响应为： ? ? ?180? ? arctan 当 f ? f H 时， ? ? ?180? ? arctan 1 ? ?180? ? 45? ? ?225? 。 (6) 该电路为单管共射阻容耦合放大电路。 当减小电阻 Rc 时，? vm ?| ? ?RC | 将减小； 中频电压放大倍数 Arbe上限截止频率 f H ? 增大；1 中的 C? ? Cb?e ? (1 ? g m RC )Cb?c 将随 Rc 减小而减小，故 f H 将 2? [rbb ' // rb 'e ] ? C?1 将增大，但是，若只考虑输入电容的下限 2? ( Rc ? RL )C 2虽然只考虑输出电容的下限截止频率 f L 2 ? 截止频率 f L1 ? 当减小电容 C1 时，1 比 f L 2 还高， 则总的下限截止频率 f L 由 f L1 决定， 将基本保持不变。 2? ( RS ? Ri )C1? vm ?| ? ?RC | 将基本保持不变； 中频电压放大倍数 Arbe上限截止频率 f H ?1 也将基本保持不变； 2? [rbb ' // rb 'e ] ? C?1 比 f L 2 还高，则总的下限截止频率 f L 由 f L1 决 2? ( RS ? Ri )C1若只考虑输入电容的下限截止频率 f L1 ? 定，将随电容 C1 的减小而增大。 当换用 f T 低， ? 相同的晶体管时，? vm ?| ? 中频电压放大倍数 A上限截止频率 f H ??RCrbe| 将基本保持不变；gm 1 中的 C? ? Cb?e ? (1 ? g m RC )Cb?c 将随 f T ? 2? (Cb?e ? Cb?c ) 2? [rbb ' // rb 'e ] ? C? 的降低而增大，故 f H 将减小。1 和只考虑输出电容的 2? ( RS ? Ri )C1只考虑输入电容的下限截止频率 f L1 ? 下限截止频率 f L 2 ?1 都与 f T 无关，故 f L 将基本保持不变。 2? ( Rc ? RL )C 24.8 图 P4.8 所示为某放大电路幅频特性的波特图，问： （1）该放大电路的中频电压增益为多少分贝？对应的电压放大倍数为多少倍？ （2）上限截止频率和下限截止频率各为多少？ （3）在信号频率正好为上限截止频率或下限截止频率时，该电路的电压增益 为多少分贝？对应的电压放大倍数为多少倍？ （4）当信号频率为 1MHz 时，该电路的电压增益为多少分贝？对应的电压放大倍 数为多少倍？. 20lg A v / dB 4020 0 1 10 f / Hz10 210 310 410 510 6图 P4.8 答：（1）40dB，100 倍 （2） f H ? 100kHz ， f L ? 100Hz （3）37dB，70.7 倍 （4）20dB，10 倍 说明： (1) 由幅频特性波特图可看出， 该放大电路的中频电压增益为 40dB， 折合为电压放大倍数为 10 ? 10 ? 100 倍。 5 (2) 由 幅 频 特 性 波 特 图 可 看 出 ， 高 频 段 的 拐 点 对 应 的 频 率 为 10 Hz ? 100kHz ， 故 上 限 截 止 频 率2 40 20f H ? 100kHz ；而低频段的拐点对应的频率为 102 Hz ? 100Hz ，故下限截止频率 f L ? 100Hz 。(3) 在信号频率正好为上限截止频率或下限截止频率时， 该电路的电压增益比中频电压增益 40dB 低 3dB， 为 40dB-3dB=37dB；对应的电压放大倍数为中频电压放大倍数（100 倍）的 0.707 倍，即 100×0.707=70.737倍，或者将电压增益 37dB 直接折合为电压放大倍数 10 40 ? 1018.5 ? 70.7 倍。 (4) 由幅频特性波特图可看出，该放大电路高频段的电压增益以每十倍频程 20dB 的速率下降，频率 1MHz 是 上限截止频率 f H ? 100kHz 的 10 倍，故当信号频率为 1MHz 时，该电路的电压增益比中频电压增益 40dB20降低 20dB，为 40dB-20dB=20dB，对应的电压放大倍数为 10 20 ? 101 ? 10 倍。? ? 4.9 已知某电路电压放大倍数 A v? 10 jf ， f f (1 ? j )(1 ? j 5 ) 10 10 ? （1）试求中频电压放大倍数 Avm 、下限截止频率 f L 和上限截止频率 f H ；（2）画出波特图。 ? ? ?100， f ? 10Hz ， f ? 100kHz 解： （1） A L H vm （2）画出幅频特性波特图如下：. 20lg A v / dB 4020 0 1 10 f / Hz10 210 310 410 510 6? ? 说明： （1）将题给的电压放大倍数 A v? 10 jf 改写为： f f (1 ? j )(1 ? j 5 ) 10 10，然后与单管共射阻容耦合放大电路放大倍数公式? ? ?100? A vj (1 ? jf 10f f )(1 ? j 5 ) 10 10f fLj ? ?A ? A v vmf f (1 ? j )(1 ? j ) fL fH比较，可知? ? ?100，下限截止频率 f ? 10Hz 和上限截止频率 f ? 105 Hz ? 100kHz 。 中频电压放大倍数 A L H vm? |? 20log | ?100|? 40dB，拐点应是下限截止频 （2）在幅频特性波特图中，中频段的电压增益应为 20log | A vm率 f L ? 10Hz 和上限截止频率 f H ? 10 Hz ，频率高于上限截止频率的高频段电压增益随频率升高以每十倍 频程 20dB 的速率下降， 频率低于下限截止频率的低频段电压增益随频率降低以每十倍频程 20dB 的速率下降， 据此可画出电路的幅频特性波特图如上。54.10 已知某放大电路的电压放大倍数表达式为：? f ? 100? j ? 100? ? ? Av ? ? （式中 f 的单位为 Hz） f ?? f ? ? ?1 ? j ??1 ? j 6 ? 100?? 10 ? ? ? 的相位角 ? 约为_____；当 f = 100Hz 时， ? 约为_____；当 f = 10MHz 时， ? 当信号频率 f = 10kHz 时， A v约为_______。? 的相位角 ? 约为__－180 ___；当 f = 100Hz 时， ? 约为 答：当信号频率 f = 10kHz 时， A vo__－135 ___；当 f = 10MHz 时， ? 约为____－270 ___。 说明：将题给的电压放大倍数表达式o o? f ? 100? j ? 100? ? ? Av ? ? 与单管共射阻容耦合放大电路放大倍数公式 f ?? f ? ? ?1 ? j ??1 ? j 6 ? 100?? 10 ? ?j ? ?A ? A v vm f fL比较，可知f f (1 ? j )(1 ? j ) fL fH? ? ?100，下限截止频率 f ? 100Hz 和上限截止频率 f ? 106 Hz ? 1MHz 。 该放大电路的中频电压放大倍数 A L H vm频率 f = 10kHz 处于该放大电路的中频段，没有附加相移，但该放大电路为电压反相放大电路，输出信号与 ? 的相位角 ? 约为 ? 180 ? ； 输入信号本来就有 ? 180 ? 的相位差，故 A v 频率 f = 100Hz 刚好等于下限截止频率 f L ，附加相移 ? L ? 45? ，加上输出信号与输入信号原有的 ? 180 ? 相? 的相位角 ? 约为 ? 180 ? ? 45? ? ?135 ? ； 位差，故 A v频率 f = 10MHz 大于大于上限截止频率 f H ? 1MHz ，附加相移 ? H ? ?90? ，加上输出信号与输入信号原有? 的相位角 ? 约为 ? 180 ? ? 90? ? ?270 ? ； 的 ? 180 ? 相位差，故 A v ? 的相位角 ? ，如： 当然，也可直接把具体的频率值代入电压放大倍数表达式计算出 A v当 f = 10kHz 时，? 10 ? 103 ? ? f ? 100? 100? j ? ? j 100 ? ? 100 ? ? ? ? ? ?? A ? ? ? ?100 ? 100? ? 180? ,当 f = 100Hz 时， v 3 f f ? ?? ? ? 10 ? 10 ?? 10 ? 103 ? ?1 ? j ??1 ? j 6 ? ? ?1 ? j 100 ? ?? ?1 ? j 106 ? ? 100?? 10 ? ? ? ?? ?? 100? 100? j ? j100 100? ? ? Av ? ? ?? ? 70.7? ? 135? ， 100?? 100? ? 1 ? j1? ? ?1 ? j ??1 ? j 6 ? 100?? 10 ? ?当 f = 10MHz 时，? 10 ? 106 ? 100? ? j 100 ? ? ? ? ? ?? A v 6 ? 10 ? 10 ?? 10 ? 106 ? ? ? ?1 ? j 100 ??1 ? j 106 ? ??? ? ? ???100 100 ?? ? 10? ? 270? ?1 ? j10? j10还可用下列公式计算（参见 4.7 题（5）小题） ： 当 f = 100Hz 时，? ? ?90? ? arctan当 f = 10MHz 时，f 100 ? ?90? ? arctan ? ?90? ? arctan1 ? ?90? ? 45? ? ?135? ， fL 100f 10 ? 106 ? ? ?180? ? arctan ? ?180? ? arctan ? ?180? ? arctan 10 ? ?180? ? 90? ? ?270? 4.11 图 P4.11 所 fH 106 示电路中晶体管的 rbb? ＝300 ? ， rb?e =2.7k ? ， g m ＝40mS， C? ＝1000pF。 （1）用简化的混合π 模型画出该放大电路在高频段的交流等效电路图； ? ； （2）估算中频电压放大倍数 A vm （3）估算上限截止频率 f H 。Rb 560k? C1 10?F viRc 2k?+V CC (+6V) C2 10?F vo图 P4.11 解：(1) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，由此可画出该放大电路在高频段的简化混合π 模型交 流等效电路图如下:r bb . V i Rb . Ib . V ber beC beg mV b e.Rc. Vo(2) 中频电压放大倍数? ? ? ? Vo ? ? g m ?I b rb?e ?Rc ? ? g m rb?e Rc ? ? 40mS ? 2.7k? ? 2k? ? ?72 A vm ? ? ? ? ? ? rbb? ? rb?e 0.3k? ? 2.7k? V I i b ? rbb? ? rb?e ?fH ? 1 ? 2 π?rbb? //rb?e ?C? 1 ? 589 kHz 0.3k? ? 2.7 k? 2 ? 3.14 ? ? 1000 pF 0.3k? ? 2.7 k?(3) 上限截止频率4.12 电路如图 P4.12 所示。 (1) 若? ＝100，rbe＝1kΩ ，C1＝C2＝Ce＝100μ F，则下限频率 fL≈? ? 、fH 和 fL 各产生什么变化（是增大、减小、还是基本不变）？ (2) 若 Ce 突然开路，则中频电压放大倍数 Avsm为什么？ (3) 若 C1＞Ce，C2＞Ce，? ＝100，rbe＝1kΩ ，欲使 fL ＝60Hz，则 Ce 应选多少微法？vo vs vi图 P4.12 解：(1)由 于 输 入 电 容 C1、输 出 电 容 C2 和 射 极 旁 路 电 容 C e 的 容 量 均 相 同 ，而 C e 所 在 回 路 等 效 电 阻 最 小 ， 所 以 下 限 频 率 fL 由 C e 所 在 回 路 的 时 间 常 数 决 定 。rbe ? Rs ∥ Rb rbe ? Rs 1k? ? 1k? ? ? ? 20? 1? ? 1? ? 1 ? 100 1 1 故下限截止频率 fL ? ? ? 80Hz 2 πRCe 2 ? 3.14 ? 20? ? 100?F ? ? 将 在 射 极 电 阻 Re 上 产 生 分 压 ， 使 实 际 (2) A ，因为此时 V vsm 将 减 小 （ 参 见 4.2 题 （ 5 ） 小 题 ） iC e 所 在 回 路 等 效 电 阻 R ? Re ∥? 必然减小。 ? 减 小 ， I?b 将 减 小 ， I?c 随 之 减 小 ， V 加于发射结的电压 V o be下 限 截 止 频 率 fL 将 减 小 ， 因 为 少 了 一 个 影 响 低 频 特 性 的 电 容 。 上 限 截 止 频 率 fH 将 增 大 。 这 是 因 为? |)C ? 会 因 电 压 放 大 倍 数 数 值 的 减 小 而 大 大 减 小 ，故 ? )Cb?c ? Cb?e ? (1? | A C? ? Cb?e ? (1 ? g m RL vsm bc 1 fH ? 将增 大 。 2? [rbb ' // rb 'e ] ? C? 1 (3) 由 于 C1＞Ce，C2＞Ce，下 限 截 止 频 率 f L 将 由 C e 所 在 回 路 的 时 间 常 数 决 定 ， f L ? ，R 为 2π RCeCe 所 在 回 路 的 等 效 电 阻 。rbe ? Rs ∥ Rb rbe ? Rs 1k? ? 1k? ? ? ? 20? 1? ? 1? ? 1 ? 100 1 1 射极旁路电容应取 μ F Ce ? ? ?1 3 3 2πRf L 2 ? 3.14 ? 20? ? 60Hz ? 随频率变化的表达式为 4.13 已知晶体管共射电流放大倍数 βC e 所 在 回 路 等 效 电 阻 R ? Re ∥故?? β?0f 1? j f?，? 的截止频率，反映了管子对不同频率信号的放大能力。 式中 ? 0 为低频电流放大倍数， f ? 是 β? | 下降到 0dB 时的频率，称为特征频率。通常 f ?? f ，(1) 试 ? 的波特图如图 P4.13 所示。图中 fT 是使 | ? ? T ? 证明特征频率 f T ? ? 0 f ? 。(2) 已知某晶体管的特征频率 fT=150MHz，低频时?0＝50，估算该管的截止频率 f? 。? |/ dB 20lg| ?20lg| ?0 |0f?图 P4.13fTf / Hz? 放大倍数下降到 1 时的频率（0dB ? | 下降到 0dB 时的频率，也就是 ? 解：(1)证明：因为 f T 定义为波特图上使 | ?对应放大倍数为 1） ，所以? ?f ? fT??0f 1+ j T f?2?1即?02? f ? 1+ ? T ? ?f ? ? ??2?1就是 于是 即fT 2 2 ? ?0 ?1 ? ?0 2 f?f T ? ?0 f ?2 22f T ? β0 f ?证毕(2) 由 f T ? β0 f ? 得 该管的截止频率 f ? ??0fT?150MHz ? 3MHz 505 第五章习题及解答5.1 填空： (1)结型场效应管的栅源之间通常加___反向___偏置电压，因此栅极电流很小；绝缘栅型场效应管的栅源之间 有一层_ _ SiO2 绝缘层____，因此栅极静态电流几乎等于零。 (2) 场效应管属于 _ 电压 ___ 控制型元件，栅极的 __ 电流 ___ 几乎等于零，所以栅源之间的等效电阻很 大 。 (3)场效应管栅极的静态输入电流比双极型晶体管基极的静态输入电流__小很多___；绝缘栅型场效应管栅极的 静态输入电流比结型场效应管的__更小__。 (4)场效应管的优点是有 很大 的输入电阻。 (5)共源放大电路的输入电阻通常比共射放大电路的输入电阻 大 ，因此共源放大电路从信号源索取的电 流比较__小__。 (6)在共源组态和共漏组态两种放大电路中，__共源组态__的电压放大倍数比较大__共漏组态__的输出电阻比 较小，__共漏组态__的输出电压与输入电压是同相的。 答：(1)反向，SiO2 绝缘层 (2)电压，电流，大 (3)小很多，更小 (4)很大 (5)大，小 (6)共源组态，共漏组态，共漏组态? v GS 5.2 结型场效应管的漏极电流可表示为 i D ? I DSS ? ?1 ? V P ? 求当 vGS ? ?2V 时的跨导 g m 。解： g m ?? ? ? ，已知某结型场效应管的 I DSS ? 5mA， VP ? ?4V ， ?2diD dvGS??vGS ? ?2V2 I DSS VP? vGS ? ?1 ? V P ?? 2 ? 5m A ? 2V ? ?? (1 ? ) ? 1.25m S ? ? 4V ? 4V ? vGS ??2V5.3 某场效应管的输出特性如图 P5.3 所示。试求管子的下列参数： (1)夹断电压 VP ； (2)饱和漏极电流 I DSS ； (3) VGS ? ?2V 时的漏源击穿电压 V(BR)DS ； (4) VDS ? 20V 、 I D ? 1.5mA 附近的跨导 g m 。i D / mA 3 2 1 0 V GS =0V -0.5V -1V -1.5V -2V -3V 30v DS / V 401020解：(1) 由输出特性看到，当 vGS图 P5.3 ? ?3V 时， iD ? 0mA，故夹断电压 VP ? ?3V 。(2) 由输出特性看到，当 vGS ? 0V 时， iD ? 2.7mA，故饱和漏极电流IDSS≈2.7mA 。(3) 对应于 vGS ? ?2V 的输出特性曲线在 v DS ? 35 V 处开始翘起，故 vGS ? ?2V 时的漏源击穿电压 V?BR ?DS ≈ 35V。 (4) 在输出特性曲线上 I D ? 1.5mA 附近，作 VDS ? 20V 的直线，该直线与 vGS ? ?0.5V 曲线的交点 M 对应的 与 vGS ? ?1 故跨导 g m ＝ I D ? 1.9mA ， V 曲线的交点 N 对应的 I D ? 1.2mA ， ＝1.4mS。?i D 1.9m A ? 1.2m A ≈ mS ?v GS ? 0.5V ? ?? 1?Vi D / mA 3 2 1 0 V GS =0V?iDM-0.5V -1V -1.5V -2V -3V 30N10 20v DS / V 405.4 已知场效应管的输出特性曲线如图 P5.4 所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。vivovDS图 P5.4 图 P5.5解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及 VGS 值，建立 iD＝f（vGS）坐标系， 描点，连线，即可得到转移特性曲线，如图所示：vDS5.5 电路如图 P5.5 所示，场效应管的输出特性如图 P5.4 所示，分析当 vi＝4V、8V、12V 三种情况下场效应管分别 工作在什么区域。 解： 根据图 P5.4 所示场效应管的输出特性 （或 5.4 题场效应管的恒流区转移特性曲线） 可知， 其开启电压 VTh ? 5V ， 漏源击穿电压 V?BR ?DS ≈27V。根据图 P5.5 所示电路可知：电源电压 VDD ? 12V ，vGS＝vI。 由于 VDD ? V( BR) DS ，所以，在任何输入的情况下都不可能工作在击穿区。 当 vI＝4V 时， vGS ? VTh ? 5V ，故场效应管截止，工作在截止区。 当 vI＝8V 时，先假设场效应管工作在恒流区，根据输出特性可知 iD≈0.6mA，则管压降 vDS=VDD－iDRd ? 12V ? 0.6mA ? 3.3k? ≈10V，而 vGS ? VTh ? 8V ? 5V ? 3V ，可见满足场效应管工作在恒 流区的条件： vDS ? vGS ? VTh ，说明假设成立，即场效应管工作在恒流区。 当 vI＝ 12V 时，仍先假设场效应管工作在恒流区，根据输出特性可知此时 iD≈ 4mA，则管压降 vDS=VDD－ iDRd 不满足场效应管工作在恒流区的条件：vDS ? vGS ? VTh ? 12 V ? 5V ? 7V ， ? 12V ? 4mA ? 3.3k? ? ?1.2V ， 说明该假设不成立，即场效应管不可能工作在恒流区，另外由于 vGS ? 12 V ? VTh ? 5V ，场效应管也不会 工作在截止区，故场效应管应工作在可变电阻区。 5.6 图 P5.6 所示恒流源电路中场效应管的跨导为 g m 、输出电阻 rDS 视为已知，试证明从 A、B 两端看交流等效电阻rAB 为： rAB ? R ? (1 ? g m R)rDS 。A rAB R B图 P5.6 证明：根据场效应管的压控电流源模型可画出恒流源电路的低频交流小信号等效电路如下图. IdVgs gm Vgs..rDS? V ABR根据等效电路推导如下：? ? ?I ?R V gs d ? ? ?I ? ?g V ? ? V AB d m gs ? rDS ? I d R ? ?I ? g R? r ? I ?R ? ?I d d m DS d?? ?I R ? ?1 ? g m R? rDS ? ? d? ? ? ? V rAB ? AB ? R ? ?1 ? g m R ? rDS ? Id证毕5.7 放大电路和场效应管恒流区内的转移特性如图 P5.7 所示，场效应管的 rDS 可视为开路。电容的容抗对交流信号 可视为短路。 (1)图解确定静态工作点 I DQ 、 VGSQ ； (2)图解确定工作点处的跨导 g m ；? 。 (3)求电压放大倍数 A v+VDD (+30V) Rd 8.2k? C1 vo Cs 4 3 2 1 RL 10k? i D mA 5 4 3 Rs 330? 2 1 0 v GS VC2viRg 1M?图 P5.7解：(1)i D mA 1 RS Q 310 v GS V该电路是自偏压 N 沟道结型场效应管共源放大电路， 对栅源回路， 考虑到 iRg ? ?iG ? 0 ， vRg ? iRg Rg ? 0 ， 可 写 出 负 载 线 方 程 为 vGS ? ?iD RS 。 该 负 载 线 的 斜 率 为 ?1 1 ?? ? ?3m S 。 取 vGS ? 0 ， 得 RS 330?iD ? ?vGS ? 0 。在恒流区的转移特性图上过点（0，0）作斜率为 ? 3mS 的直线即为直流负载线。该直流负载 RS线与转移特性曲线的交点 Q 就是静态工作点 Q 点，由 Q 点可读出： I DQ ? 3mA ， VGSQ ? ?1V (2) 过静态工作点 Q 点作切线，切线在横轴上的截距 vGS ? ?2.7V ，在纵轴上的截距 i D ? 4.7mA。静态工作 点的跨导为该切线的斜率，即：4.7mA? 0mA 4.7m A ? ? 1.7mS 0V ? (?2.7V) 2.7V ? ? ? g ?R // R ? ? ?1.7mS ? 8.2k? ? 10 k? ? ?7.7 (3) 电压放大倍数 A v m d L 8.2k? ? 10 k? gm ?5.8 源极输出电路和场效应管的输出特性曲线及恒流区的转移特性曲线如图 P5.8 所示。 (1) 图解确定静态工作点 I DQ 、 VDSQ ； (2) 输出电压正、负向最大跟踪范围各为多少伏？ (3) 为了使输出电压正、负向最大跟踪范围相等，电路应作什么改进？（不需要具体计算，但不能改变 Rs 的 阻值或改变场效应管的类型）i D mA +VDD (+12V) C1 C2 Rs 3k? RL 6k? 4 3 2 1 5 4 3 2 1 0 v GS V 5 4 3 2 1 0 2 4 6 8 10 1V 2V 3V 12 v DS V i D mA v GS ???VviRg 1M?vo图 P5.8解：(1)i D mA i D mAPv GSQ?Q Q0.85 0 v GS V0.85 0? 2 .6? VDS6.3? 9.4 VDDv DS V参见 5.7 题 （1） 小题， 栅源回路负载线方程为 vGS ? ?iD RS 。 该负载线的斜率为 ?1 1 ?? ? ?0.33m S 。 RS 3k?在恒流区的转移特性图上过点（0，0）作斜率为 ? 0.33mS 的直线即为直流负载线。该直流负载线与转移特性 曲线的交点 Q 就是静态工作点 Q 点，由 Q 点可读出： I DQ ? 0.85mA ， VGSQ ? ?2.6V 于是VDSQ ? VDD ? I DQ RS ? 12V ? 0.85mA? 3k? ? 9.4VVDD 12V ? ? 4m A； RS 3k? ? VDD ? 12V ；(2) 输出回路的直流负载线方程为： vDS ? VDD ? iD RS ， 取 vDS ? 0 ，得 i D ? 取 i D ? 0 ，得 vDS在输出特性曲线图上， 过点 （0， 4mA） 和点 （12V， 0） 作直线即为直流负载线。 该直流负载线与 vGS ? ?2.6V 的输出特性曲线的交点 Q 就是静态工作点 Q 点，由 Q 点可读出： VDSQ ? 9.4V ， I DQ ? 0.85mA? ，其中 输出回路的交流负载线方程为： vDS ? VDD ? iD RL? ? RS // RL ? RLRS ? R L 3k? ? 6k? ? ? 2k? RS ? RL 3k? ? 6k?交流负载线的斜率为?在输出特性曲线图上，过 Q 点（9.4V，0.85mA）作斜率为 ? 0.5mS 的直线即为交流负载线，该交流负载线 ? ? 11 ? ? 1.6V ，故输出电压的 V ，与 vGS ? 0V 输出特性曲线的交点 P 点对应的 VDS 在横轴上的截距为 VDD 正向跟踪范围约为1 1 ?? ? ?0.5m S 。 ? RL 2k?? ? 9.4V ? 1.6V ? 7.8V ， VOM ? ? VDSQ ? VDS而输出电压的负向跟踪范围约为? ? VDSQ ? 11 VOM ? ? VDD V ? 9.4V ? 1.6V 。(3) 如 果 能 使 静 态 工 作 点Q点 沿 交 流 负 载 线 上 移 至 对 应 于? ? VDSQ ? VDS? ? VDS ? VDD 11 V ? 1.6V ? 1.6V ? ? 6.3V 的 Q ? 点， 则输出电压正、 负向最大跟踪范围将相等， 2 2这可通过在栅极与 VDD 之间加一电阻来实现。 在栅极与 VDD 之间加一电阻并不改变交流负载线的斜率， 却可以 提高栅极的静态电压，使 Q 点上移。改变该电阻的阻值可使 Q 点上移到 Q ? 点。 5.9 设图 P5.9 中各电路的场效应管跨导 g m 均等于 1mS。试问哪几个电路能正常放大，并且电压放大倍数绝对值大 于 1？+12V 5.1k? 0.1?F 10?F 10k? vi 1M? 1k? 100?F vo v i 1M? 0.1?F 5.1k?+12V10?F 10k? vo(a) +12V 1k? 2M? 0.1?F 10?F 10k? 2M? 0.1?F(b) +12V 5.1k? 10?F 10k? vo v i 1M? 1k? vovi1M?5.1k?图 P5.9 答： （a）电路是自偏压 N 沟道结型场效应管共源放大电路，场效应管工作于恒流区，能正常放大，且电压放大倍数 的绝对值(c)(d)? |?| ? g R ? |? 1mS ? 5.1k? ? 10 k? ? 3.4 ? 1 。 |A v m L 5.1k? ? 10 k? （b）电路由于 N 沟道结型场效应管源极没有接电阻， VGSQ ? 0 ，场效应管栅源极间没有负偏压，故该电路不能正常放大。 （c）电路是分压式自偏压 N 沟道增强型 MOSFET 源极输出放大电路，该电路能正常放大，但由于是源极输出放 大电路，其电压放大倍数的绝对值始终小于 1。 （d）电路是分压式自偏压 N 沟道增强型 MOSFET 共源放大电路，该电路能正常放大，? |?| ? 电压放大倍数的绝对值 | A v? g m RL 1 ? g m RS|?1m S ?5.1k? ? 10k? 5.1k? ? 10k? ? 1.7 ? 1 1 ? 1m S ? 1k?5.10 场效应管放大电路如图 P5.10 所示，各电容对交流信号可视为短路。已知场效应管的参数为：I DSS ＝5mA，VP? vGS ? ＝－3V，其转移特性可用 iD ? I DSS ? ?1 ? V ? ? 表示。 P ? ? (1) 确定静态工作点 I DQ 、 VDSQ ；(2) 画出该放大电路的交流小信号等效电路； ? 、输入电阻 R 和输出电阻 R 。 (3) 求该电路的电压放大倍数 A i o v+VDD (+10V) Rd 10k? C1 Rg 1M? V GG 2V Ri Ro vo RL 15k?2C2vi图 P5.10 解： (1) 由于 N 沟道结型场效应管在栅源极处于负偏压的情况下栅极电流 iG ? 0 ，由放大电路的栅源回路可知VGSQ ? VGG ? ?2V ，所以? VGSQ ? ? ? 2V ? I DQ ? I DSS ? ?1 ? V ? ? ? 5m A?1 ? ? 3V ? ? 0.56mA ? ? P ? ? VDSQ ? VDD ? I DQ Rd ? 10V ? 0.56mA?10k? ? 4.4V2 2而(2) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，根据场效应管的压控电流源模型可画出上述电路的低频交 流小信号等效电路如下图. ViRgVgs.g m Vgs.Rd. VoRL(3) 静态工作点附近的跨导gm ?diD dvGS??vGS ? ?2V2 I DSS VP? vGS ? ?1 ? V P ?? 2 ? 5m A ? 2V ? ?? (1 ? ) ? 1.11m S ， ? ? 3V ? 3V ? vGS ??2V由电路的低频交流小信号等效电路图可得： 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻? ? ? g ?R // R ? ? ?1.11mS ? 10 k? ? 15k? ? ?6.67 A v m d L 10 k? ? 15k? Ri ? Rg ? 1M?Ro ? Rd ? 10k?5.11 在图 P5.11 所示场效应管放大电路中，已知场效应管的跨导 g m ＝2mS，rDS 可视为无穷大，电容对交流信号可 视为短路。 (1)画出该放大电路的交流小信号等效电路； ? 、输入电阻 R 和输出电阻 R ； (2)求该放大电路的电压放大倍数 A i o v? 、 R 将有何变化（定性回答：增大、减小或不变）？ (3)如果用一个容量足够大的电容与 RS2 并联，则 A v i+VDD (+15V) Rd 10k? C1 Rg 1M? R s1 2k? R s2 3k? Ri Ro RL 18k? C2vivo图 P5.11 解：(1) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，根据场效应管的压控电流源模型可画出上述电路的低频交 流小信号等效电路如下图Vgs gmV gs. Vi Rg R s1 R s2 Rd . Vo RL..(2) 根据电路的低频交流小信号等效电路进行动态分析： 因为 Rg 很大，流过 Rg 的电流很小，可忽略不计， 所以 而? ? ?V ? ?g V ? ? ? ? ? V i gs m gs ? Rs1 ? Rs2 ? ? Vgs [1 ? g m ( Rs1 ? Rs 2 )] ? ? ? ?g V ? ? ? ? V o m gs ? Rd // RL ?两式相除可得电压放大倍数：10k? ? 18k? 2m S ? ? V g ( R // R ) 10k? ? 18k? ? ?1.17 m d L ? ? o ?? A ?? v ? 1 ? g ( R ? R ) 1 ? 2 m S(2k? ? 3k?) V m s1 s2 i ? ?V ? ? ?g V ? V V gs s1 gs m gs R s1 ? ? 1 ? g m Rs1 Ii ? ? ?V 输入电流 gs Rg Rg Rg ? 1 ? g (R ? R ) V 1 ? 2mS ? 5k? m s1 s2 故输入电阻 Ri ? i ? Rg ? ? 1M? ? 2.2M? ? 1? g R 1 ? 2mS ? 2k? Iim s1而输出电阻Ro ? Rd ? 10k?(3) 如果用一个容量足够大的电容与 RS2 并联，则原流经 RS2 的交流电流将被电容旁路，对交流信号而言，RS2? |? 相当于短路，即 RS2 ? 0 ，此时电压放大倍数的绝对值 | A v而输入电阻g m ( Rd //RL ) 将因 RS2 减为 0 而增大， 1 ? g m ( Rs1 ? Rs2 )Ri ?1 ? g m ( Rs1 ? Rs2 ) Rg 将因 RS2 减为 0 而减小。 1 ? g m Rs15.12 图 P5.12 所示放大电路的静态工作点正常，已知场效应管的跨导 g m ＝3mS，rDS 可视为无穷大，电容对交流信 号可视为短路。 (1)画出该放大电路的交流小信号等效电路； ? 、输入电阻 R 和输出电阻 R 。 (2)求该放大电路的电压放大倍数 A i o v+VDD (+15V) R g2 1M? C1C2 Rs 6.2k? Ro RL 12k?viR g1 2M? Rivo图 P5.12 解：(1) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，根据场效应管的压控电流源模型可画出上述电路的低频交 流小信号等效电路如下图：Vgs. Vi R g1 R g2.gm Vgs.Rs. VoRL(2) 该电路为共漏放大电路（源极输出器） ，其电压放大倍数? ? g m ?Rs // RL ? A v 1 ? g m ?Rs // RL ?输入电阻输出电阻6.2k? ? 12k? 6.2k? ? 12k? ? 0.92 6.2k? ? 12k? 1 ? 3m S ? 6.2k? ? 12k? 1M? ? 2 M? Ri ? Rg1 // Rg2 ? ? 667 k? 1k? ? 2 M? 1 ? 6.2k? 1 3 m S Ro ? // Rs ? ? 316? 1 gm ? 6.2k? 3m S 3m S ?5.13 场效应管放大电路如图 P5.13 所示， 各电容对交流信号可视为短路。 已知场效应管的参数为：I DO ＝5mA，VTh? vGS ? ? ? 1 ＝2V，其转移特性可用 iD ? I DO ? ?V ? 表示。 ? Th ? (1) 估算静态工作点 I DQ 、 VDSQ ；(2) 画出该放大电路的交流小信号等效电路； ? 、输入电阻 R 和输出电阻 R 。 (3) 求该放大电路的电压放大倍数 A i o vR g2 200k? Rg C1 1M? R g1 Rs 100k? 3k? Ri vo RL 20k? Rd 10k? +VDD (+15V) C22viCsRo图 P5.13 解：(1)对该电路的直流工作状态，可列出如下方程：VG ? VDDRg1 Rg1 ? Rg2? 15V100k? ? 5V 100k? ? 200k?2VGSQ ? VG ? I DQ RS ? 5V ? I DQ 3k?? VGSQ ? ? 5V ? I DQ 3k? ? ? ? ? 1 I ? 5 m A ? 1? 代入 I DQ ? I DO ? 得： DQ ? ? ? V ? 2V ? ? ? th ? 2 整理得： 11.25I DQ ? 23.5I DQ ?11.25 ? 0 （ I DQ 单位为 mA）解一元二次方程可得： I DQ1 ? 0.74mA ， I DQ2 ? 1.35mA 若取 I DQ ? I DQ2 ? 1.35mA ，则2VGSQ ? VG ? I DQ RS ? 5V ? 1.35? 3k? ? 0.95 V ? VTh ? 2V ，场效应管将处于截止区，不能正常放大，可见， I DQ2 ? 1.35mA 不符合实际情况，应舍去。因此，I DQ ? I DQ1 ? 0.74mA ，VDSQ ? VDD ? I DQ (Rd ? Rs ) ? 15 V ? 0.74mA? (10k? ? 3k?) ? 5.4V 。(2) 对交流信号而言，电容和直流电源可视为短路，根据场效应管的压控电流源模型可画出电路的低频交流小 信号等效电路如下图：. Vi R g1RgVgsR g2.g m Vgs.Rd. VoRL(3) 场效应管栅源极间静态电压VGSQ ? VG ? I DQ RS ? 5V ? 0.74mA? 3k? ? 2.78 V静态工作点附近的跨导gm ?diD dvGS?vGS ? 2.78V? 电压放大倍数 A v输入电阻 输出电阻RiRo? vGS ? 2 ? 5m A 2.78V ? ? ? 1 ? ( ? 1) ? 1.95m S ?V ? 2 V 2 V Th ? ? vGS ?2.78V 10 k? ? 20 k? ? ? g m ( Rd //RL ) ? ?1.95mS ? ? ?13 10 k? ? 20 k? 100 k? ? 200 k? ? Rg ? ( Rg1 // Rg2 ) ? 1M? ? ? 1.07 M? 100 k? ? 200 k? ? Rd ? 10k? 2 I DO VTh2? vGS ? ? ? 1 5.14 图 P5.14 所示电路中场效应管的转移特性可表达为： iD ? I DO ? ?V ? ， ? Th ? 其中 I DO ＝5mA， VTh ＝2V，并已知电路静态时 I DQ ＝1.5mA， VDSQ ＝6.5V。(1) Rg2 和 Rd 应取多大？ (2) 求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻（电容的容抗忽略不计） 。Rd R g2 C1+VDD (+15V) C2viR g1 2 M? Ri图 P5.14vORL 20k?Ro解：(1) 由 I DQ? VGSQ ? ? I DO ? ? V ? 1? ? 解得 ? Th ?2VGSQ ? (I DQ I DO? 1)VTh ? (1.5m A ? 1) ? 2V ? 3.1V 5m A又由 VGSQ ? VDDRg1 Rg1 ? Rg2解出上偏置电阻Rg 2 ?VDD Rg1 VGSQ? Rg1 ?15V ? 2M? ? 2M? ? 7.68M? 3.1V由 VDSQ ? VDD ? I DQ Rd 解得 漏极电阻Rd ?VDD ? VDSQ I CQ?15V ? 6.5V ? 5.7k? 1.5m A(2) 静态工作点附近的跨导gm ?? vGS ? 2 ? 5m A 3.1V ? ? ( ? 1) ? 2.75m S ? V ? 1? ? 2 V 2 V Th ? ? vGS ?3.1V vGS ?3.1V ? ? ? g ( R //R ) ? ?2.75mS ? 5.7k? ? 20 k? ? ?12 电压放大倍数 A v m d L 5.7k? ? 20 k? 7.68 M? ? 2M? Ri ? Rg1 // Rg2 ? ? 1.6M? 输入电阻 7.68 M? ? 2M? 输出电阻 Ro ? Rd ? 5.7k? diD dvGS ? 2 I DO VTh6 第六章习题及解答6.1 选择题 (1) 直接耦合与阻容耦合多级放大电路之间主要不同点是????。 A．所放大的信号不同 B．交流通路不同 C．直流通路不同 (2) 直接耦合与变压器耦合多级放大电路之间主要不同点是????。 A．所放大的信号不同 B．交流通路不同 C．直流通路不同 (3) 直接耦合放大电路能放大????，阻容耦合放大电路能放大????，变压器耦合放大电路能放大????。 A．直流信号 B．交流信号 C．交直流信号 (4) 因为阻容耦合放大电路????， A．各级静态工作点 Q 相互独立 B．Q 点相互影响 C．各级 Av 相互影响 D．各级 Av 相互不影响 所以这类电路????， A．温漂小 B．能放大直流信号 C．放大倍数稳定 但是????。 A．温漂大 B．不能放大直流信号 C．放大倍数不稳定 (5) 因为直接耦合放大电路????， A．各级静态工作点 Q 相互独立 B．Q 点相互影响 C．各级 Av 相互影响 D．各级 Av 相互不影响 所以这类电路????， A．温漂小 B．能放大直流信号 C．放大倍数稳定 但是????。 A．低频特性不好 B．放大倍数不稳定 C．必须进行电平配合 (6) 因为变压器耦合放大电路????, A．各级静态工作点 Q 相互独立 B．Q 点相互影响 C．各级 Av 相互影响 D．各级 Av 相互不影响 所以这类电路????, A．温漂小 B．能放大直流信号 C．放大倍数稳定 但是????. A．温漂大 B．不能放大直流信号 C．放大倍数不稳定 答： （1）C （2）C （3）C，B，B （4）A，A，B （5）B，B，C （6）A，A，B6.2 在多级放大电路常见的三种耦合方式： A．阻容耦合 B．直接耦合 C．变压器耦合 中选择合适的一种或几种填空。 （1）要求各级静态工作点互不影响，可选用????； （2）要求能放大变化缓慢的信号，可选用????； （3）要求能放大直流信号，可选用????； （4）要求电路输出端的温漂小，可选用????； （5）要求能实现阻抗变换，使负载与输出级阻抗相匹配，可选用????。 答： （1）A 或 C （2）B （3）B （4）A 或 C （5）C 6.3 根据以下要求在基本放大电路： A.共射电路 B.共集电路 C.共基电路 D.共源电路 E.共漏电路 中选择合适电路组成两级放大电路。 （1）要求输入电阻为 1kΩ 至 2kΩ ，电压放大倍数大于 3000，第一级应采用 ，第二级应采用 。 （2）要求输入电阻大于 10MΩ ，电压放大倍数大于 300，第一级应采用 ，第二级应采用 。 （3） 要求输入电阻为 100kΩ ～200kΩ ， 电压放大倍数数值大于 100， 第一级应采用 ， 第二级应采用 。 （4）要求电压放大倍数的数值大于 10，输入电阻大于 10MΩ ，输出电阻小于 100Ω ，第一级应采用 ，第 二级应采用 。 ? ?V ? I ? ＞ （5） 设信号源为内阻很大的电压源， 要求将输入电流转换成输出电压， 且A 输出电阻 RO＜100， 1000，vi o i第一级应采用 答： （1）A，A （2）D，A （3）B，A （4