3半导体三极管及放大电路基础 3.1.1测得某放大电路中BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V,VB 6V,Vc=-6.2V,试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c,并说明此BJT是NPN 管还是PNP管。 解由于锗BJT的Vm|≈0.2V,硅BJT的|V|≈0.7V,已知BJT的电极B的VB 6V,电极C的Ve=-6.2V,电极A的VA=-9V,故电极A是集电极。又根据BT工作在 放大区时,必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知,电极B是发射极,电极C是基极,且此 BJT为PNP管。 3.1.2某放大电路中BJT三个电极A、B、C的电流如图题3.1.2所示,用万用表直流电流挡 测得IA=-2mA,IB=-0.04mA,Ie=+2.04mA,试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e 集电极c,并说明此管是NPN管还是PNP管,它的B=? 解由IA=-2mA,IB=-0.04mA可知,图题3.1.2中电流 IA、IB的方向与其实际方向相反,即IA、I3流入管子为正,而Ic流 出管子为正,故此BJT为NPN管。由BJT的电流分配关系知,电极 A是集电极,B是基极,C是发射极。其 B=0.04mA=50 31,3有两个BT,其中一个管子的B=150,lcgo=200pA,C 另一个管子的B=50,IcEo=10pA,其他参数一样,你选择哪个管 图题3.1.2 子?为什么? 解选择=50,lcE0=10pA,即IcE0较小的BT。B大的BT虽然电流放大作用大,但 其Ico大,使放大电路的温度稳定性差,这是因为Ico受温度影响较大。此外,IcEo也是衡量 BJT寿命的一个指标,IcEo小的BJT寿命要长些。 3.14某BJT的极限参数IcM=100mA,PcM=150mW,V(ico=30V,若它的工作电压 Vc=10V,则工作电流Ic不得超过多大?若工作电流Ic=1mA,则工作电压的极限值应为多 少? 解BJT工作时,其电压和电流及功耗不能超过其极限值,否则将损坏。当工作电压Vc确 定时,应根据PcM及IcM确定工作电流Ic,即应满足 ICVcE≤POs及lc≤I。当VcE=10V P 时,1c≤V=15mA,此值小于IcM=100mA,故此时工作电流不超过15mA即可。同理,当 工作电流Ic确定时,应根据IcVc≤P及Vc≤V(m确定工作电压VcE的大小。当Ic= 1mA时,为同时满足上述两个条件,则工作电压的极限值应为30V
32.1试分析图题3.2.1所示各电路对正弦交流信号有无放大作用。并简述理由。(设各 电容的容抗可忽略) R T三v (b) 士 (d) 解图题3.2,1a无放大作用。因R=0,一方面使发射结所加电压太高,易烧坏管子;另 方面使输入信号v1被短路 图题3.2.1b有交流放大作用,电路偏置正常,且交流信号能够传输。 图题3.2.1c无交流放大作用,因电容Ca隔断了基极的直流通路 图题3.2.1d无交流放大作用,因电源Vcc的极性接反。 3.2.2电路如图题3.2.2所示,设BJT的B=80,VBE 12 v 0.6V,e0、V可忽略不计,试分析当开关S分别接通A、0 o kn kn0kn B、C三位置时,BT各工作在其输出特性曲线的哪个区域, 并求出相应的集电极电流Ic 解S与A相连时 l1=120-0.6y≈0.0030=0.3mA 40×10°g ls= Ies veer≈0.038mA 故此时BJT工作在饱和区
R S与B相连时 V-0.6 1=50×10a≈0.00004=0.024mA 有IB<Is,故此时BJT工作在放大区,Ic=BlB=80×0.024mA=1.92mA S与C相连时,BJT的发射结反偏,工作在截止区,lc≈0。 3.3.1BJT的输出特性如图题3.3.1所示。求该器件的B值;当ic=10mA和ic=20mA 时,管子的饱和压降Vcs为多少? 图题3.3 解由图题3.1可知,当△1=10A时,△C=2mA,故 △ic=200 当ic=10mA时,Vcs≈0.3V;e=20mA时,VcEs≈0.8V 3.3.2测量某硅BT各电极对地的电压值如下,试判别管子工作在什么区域 (a)Vc=6V VB=0.7V VE=0 V (b)Ve=6V VB=2V VE-1.3 V (e)Ve-6vn vB=6v VE=5.4V (d)Vc=6V VB=4 V VE=3.6 V (e) Vc=3.6V VB=4 V V:=3.4 V 解(a)放大区,因发射结正偏,集电结反偏。 (b)放大区,Vm=(2-1.3)V=0.7V,VcB=(6-2)V=4V,发射结正偏,集电结反 (c)饱和区。 (d)截止区。 (e)饱和区
3.33设输出特性如图题3.3.1所示的BJT接入图题33.3所示的电路图中Vc=15V R=1.5k,iB=20A,求该器件的Q点。 量身的由 解由题3.3.1已求得B=200,故图题3.3.3所示电路中的 Ie=BIB=200×20A=4000pA=4mA 3.34若将图题3.3.1所示输出特性的BJT接成图题3.3.3所示 电路并设vc=12V,R=1k,在基极电路中用Vm=2.2V和Rb 50k0联以代电流源。求该电路中的、和的值,设 VmN更=0.03mA R 由题3.31已求得p=200故 Ic= plB= 200 X0. 03 mA=6 mA 图题3.3.3 Vcc-Icr=6 3.3.5设输出特性如图题3.3.1所示的BT接成图题33.3所示的电路,其基极端上接 V==32V与电阻R=20k相串联,而vce=6V,R=200,求电路中的l1、e和V的 值,设V=0.7V V- v 些=0.125mA 由题3.3.1已求得B=200,故 Ic=BIn=200×0.125mA=25mA VCE=Vcc-IcR=1 v 33.6图题3.3.6画出了某固定偏流放大电路中BJT的输出特性及交、直流负载线,试求 (1)电源电压Vc,静态电流IB、Ic和管压降Vc的值;(2)电阻R1、R。的值;(3)输出电压的 最大不失真幅度;(4)要使该电路能不失真地放大,基极正弦电流的最大幅值是多少? 图题3.3.6 31
解(1)由图题3.3:.6可知,直流负载线与横坐标轴的交点即Vcc值的大小,故Vce 由Q点的位置可知,IB=20HA,Ic=1mA,Vc=3V。的器 (2)由基极回路得R≈=300 由集一射极回路得R =3k (3)求输出电压的最大不失真幅度 由交流负载线与输出特性的交点可知,在输入信号的正半周,输出电压vcr从3V到0.8V, 变化范围为22V;在输入信号的负半周,输出电压vc从3V到4.6V,变化范围为1.6V。综 合起来考虑,输出电压的最大不失真幅度为1.6V。 (4)基极正弦电流的最大幅值是20pA。 3.3.7设PNP型硅BJT的电路如图题3.3.7所示。问vB在什么变化范围内,使T工作在 放大区?令B=100。 解从不进入饱和区角度考虑,应有vg≥1V,即应满足 (-Vee)-ic(r+reel v vr=10V+10V-ic(10+5)×100≥1V 则应有ic≤1.27mA 又vE=Vm-icR,将ic≤1.27mA代入此式,则vE≥10V 1.27×10-3×10×103V,即应有vg≥-2.7V。 从不进入截止区的角度考虑,应满足vm=0.7V,即v8=vm工 k 0.7V,故vB≥-3.4V时,T工作在放大区。 3.3.8在图题3.3.7中,试重新选取R。和R的值,以便当zB 图题3.3.7 =1V时,集电极对地电压vc=0。中 解因vB=1V时,vc=0V,vE=vB+v3=1.7V,则 =VE=vE=10V-1.7V=8.3V,vg=10V 又因B=100≥1,则iE≈ic,即 vR。R。8.3V R,R。R。10V 故取R≈0.83R,当取R=5.1kD时,R≈4.3k。 3.4.1画出图题3.4.1所示电路的小信号等效电路,设电路中各电容容抗均可忽略,并注意 标出电压、电流的正方向。 解图题3.4.1所示各电路的小信号等效电路如图解3.4.1所示。 3.4.2单管放大电路如图题3.4.2所示,已知BJT的电流放大系数B=50。(1)估算Q点 (2)画出简化H参数小信号等效电路;(3)估算BJT的输入电阻r=;(4)如输出端接入4k的 电阻负载,计算Ay=V。/V及Avs=v/V,。 解(1)估算Q点
o-H C R 图题3.4.1 R - re .0k0 Rbt V。 图解3.4.1
=BI IcR。=4V 0令k0 (2)简化的H参数小信号等效电路如图解3.4.2所示。 n=200+(1+12m2=200(1+)2mx=8630 (4)求Ay v=-BR=-B(R.‖R)2≈-116 (5)求A A v。v R R1‖ VvvvR, +R,vR,+(R,rbe) 3.43一固定偏流放大电路,要求Av|≥100,c=1mA,Vcc=12V,BT的P=20,确定 R、R2,并计算Vc。设R1=∞。 解由Ic=1mA,求得IB=Ic/B=50gA,则 r=200+(1+)26my≈750a 240kg 由 A 100
R=3.75kQ VcE=VcC-IcR:=8.25 V 344电路如图题3.4.4所示,已知BJT的B=100,Vm=-0.7V。(1)试估算该电路的 Q点;(2)画出简化的H参数小信号等效电路;(3)求该电路的电压增益Av,输入电阻R、输出 电阻R;(4)若v。中的交流成分出现图题3.4.4b所示的失真现象,问是截止失真还是饱和失 真?为消除此失真,应调整电路中的哪个元件?如何调整? 12V 4 kQ 解(1)估算Q点 R Ic=BIB=4 mA -VcE=Vc-Icr (2)简化的H参数小信号等效电路如图解3.4.4所示 ① 是 图解3.4,4 (3)求Ay、R1、R。 BJT的输入电阻 r=200+(1+10026my≈8570
B(R。‖R1) ≈-155.6 R1=Rr≈8579E4 的RR2k (4)因图题3.4.4a中的BT是PNP管故图题344b中出现的vo失真是截止失真;应调 整Rb,使之减小,可消除此失真 3.4.5在图题3.4.5所示电路中,设电容C1、C2、C3对交流 信号可视为短路。(1)写出静态电流Ic及电压Vc的表达式 (2)写出电压增益A…输入电阻R和输出电阻R。的表达式;0 (3)若将电容C3开路,对电路将会产生什么影响? 解(1)Ic、Vc的表达式 Ic=BIB VcE=Vec-Ic(R,+R,) (2)Ay、R1、R。的表达式 A,=B(R,RL) 图题3.4.5 R=R1‖rR。≈R2 (3)C3开路后,将使电压增益的大小增加 B(R2+R3)1R1 同时R。也将增加,R。≈R2+R3。 3.5.1对固定偏流电路,如Vc=12V,R=750 kQ,R=6.8k,采用3DG6型BJT。(1)当T=25℃时 B=60,VE=0.7V,求Q点;(2)如B随温度的变化为 0.5%/℃,而V随温度的变化为-2mV℃,当温度升高 至75℃时,估算Q点的变化情况;(3)如温度维持在 25℃不变,只是换用一个=15的管子,Q点如何变化?A 此时放大电路的工作状态是否正常? 解(1)T=25℃时 R Ic=BlB=0.9 mA 图题3.5.1 IcR=5 (2)T=75℃时
B3t)=B3t[1+(75℃-25℃)×0.5%/℃]=60(1+50×0.5%)=75 BE(75℃) EE(25℃ (75℃-25℃)×0.002V/℃=0.7V-0.1V=0.6V Vc-Vm=15.2 A Ic=Bose,IB=1. 14 mA vx=Va-leR。=12V-1.14×10A×0.810≈4.25V (3)T=25℃,B=115时,IB仍为15μA Ic=Bla≈1.73mA Vc=Vc-IcR。=0.24V BJT进入饱和区,放大电路的工作状态不正常。 3.5.2如图题3.5.2所示的偏置电路中,热敏电阻R具有负温度系数,问能否起到稳定工 作点的作用? 1 图题3.5.2 解图题3.5.2a所示电路能稳定Q点,过程如下 RY n+→1 图题3.5.2b所示电路不能稳定Q点,因为 出,联 T↑L,R.↓ 35.3射极偏置电路和BJT的输出特性曲线如图题3.53所示,已知B=60 (1)分别用估算公式和图解法求Q点;(2)求输入电阻r=;(3)用小信号模型分析法求电 压增益Av;(4)求输出电压最大不失真幅度;(5)若电路其他参数不变,如果要使Vax=4V,间 上偏流电阻为多大? 围原 解(1)估算法求Q点: 20×103 (0+60)×103 ×16V=4V