《电工学》答案 第15章 基本放大电路

目录 第15章基本放大电路 第15.2节放大电路的静态分析 第152.3题 第15.3节放大电路的动态分析 第153.2题 第153.3题 第15.3.4题 第15.3.5题 第15.4节静态工作点的稳定 第15.4.2题 第15.4.5题 33333456667999 第15.6节射极输出器 第156.1题 第1562题 第157节差分放大电路 11 第15.7.3题 第15.9节场效晶体管及其放大电路 第1592题 第159.3题

目录 第15章 基本放大电路 3 第15.2节 放大电路的静态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.2.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3节 放大电路的动态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第15.3.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第15.3.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4节 静态工作点的稳定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第15.6节 射极输出器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.6.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.6.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.7节 差分放大电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第15.7.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第15.9节 场效晶体管及其放大电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第15.9.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第15.9.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1

List of figures 1习题15.2.3图 2习题15.3.3图 3习题15.3.5图 4习题15.4.5图 34689 5习题15.6.1图 6习题15.6.2图 7习题15.7.3图 8习题15.9.2图 9习题15.9.2图

List of Figures 1 习题15.2.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 习题15.3.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 习题15.3.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 习题15.4.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 习题15.6.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 习题15.6.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 7 习题15.7.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 8 习题15.9.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 9 习题15.9.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2

15基本放大电路 152放大电路的静态分析 15.2.3 在图中,若UCc=10V,今要求UcE=5,Ic=2mA,试求RCc和RB 的阻值。设晶体管的β=40 [解 图1:习题15.2.3图 由UcE=Ucc-Rclc可求 CE g=2.5k9 mA=0.05mA R kg=200k9 153放大电路的动态分析 15.3.2 在习题1图所示的固定偏置放大电路中,Ucc=9V,晶体管的β=20,c= lmA。今要求A|≤100,试计算Ro,RB及UcE

15 基本放大电路 15.2 放大电路的静态分析 15.2.3 在图1中，若UCC = 10V ，今要求UCE = 5V ，IC = 2mA，试求RC和RB 的阻值。设晶体管的β = 40。 [解] 图 1: 习题15.2.3图 由UCE = UCC − RCIC可求 RC = UCC − UCE IC = 10 − 5 2 × 10−3 Ω = 2.5kΩ IB ≈ IC β = 2 40 mA = 0.05mA RB ≈ UCC IB = 10 0.05 kΩ = 200kΩ 15.3 放大电路的动态分析 15.3.2 在习题1图所示的固定偏置放大电路中，UCC = 9V ，晶体管的β = 20，IC = 1mA。今要求|Au| ≤ 100，试计算RC，RB及UCE。 3

解] mA=0.05m A kg=180k9 200+(20+1)x26 1.052=7202=0.72k2 BRo (空载时|A|最大) 1A|rbe100×0.72 k:9=3.6kg Ucc-Rcl=(9-36×1)V=5.4V 15.3.3 有一放大电路如习题1图所示,其晶体管的输出特性以及放大电路的交、直 流负载线如图2所示。试问:(1)RB,RC,R各为多少?(2)不产生失真的最大输入 电压UM为多少?(3)若不断加大输入电压的幅值,该电路首先出现何种性质的 失真?调节电路中哪个电阻能消除失真?将阻值调大还是调小?(4)将电阻Rz调 大,对交、直流负载线会产生什么影响?(5)若电路中其他参数不变,只将晶体 管换一个值小一半的管子,这时IB,le,UcE及|A将如何变化? [解] 直流负载线 交流负载线 o U 图2:习题15.3.3图 由图2可知,静态值为 Ic=2mA. IB=40uA, L 电源电压为 电流放大系数为 Ic 2 B0.04

[解] IB ≈ IC β = 1 20 mA = 0.05mA RB ≈ UCC IB = 9 0.05 kΩ = 180kΩ rbe = [200 + (20 + 1) × 26 1.05 ]Ω = 720Ω = 0.72kΩ |Au| = βRC rbe (空载时 |Au|最大) RC = |Au| rbe β = 100 × 0.72 20 kΩ = 3.6kΩ UCE = UCC − RCIC = (9 − 3.6 × 1)V = 5.4V 15.3.3 有一放大电路如习题1图所示，其晶体管的输出特性以及放大电路的交、直 流负载线如图2所示。试问：(1)RB,RC,RL各为多少？(2)不产生失真的最大输入 电压UiM为多少？(3)若不断加大输入电压的幅值，该电路首先出现何种性质的 失真？调节电路中哪个电阻能消除失真？将阻值调大还是调小？(4)将电阻RL调 大，对交、直流负载线会产生什么影响？(5)若电路中其他参数不变，只将晶体 管换一个β值小一半的管子，这时IB，IC，UCE及|Au|将如何变化？ [解] 图 2: 习题15.3.3图 由图2可知，静态值为 IC = 2mA, IB = 40µA, UCE = 5V 电源电压为 UCC = 10V 电流放大系数为 β = IC IB = 2 0.04 = 50 4

R CC 10 kn= 250kQ2 0.04 UCC-UCE 10-5 k9=2.5k 由交流负载线可得 F=15k92 5 RL 由此得 RCRL RcRi L Rc+RL R =R-B2.5-15 kn=3. 75kQ (2)由图2可知 8-UCEQ=(8-5)V=3V UCEQ-UCES=(5-0.3)V=4.7V 不失真的最大输出电压约为UM=3V,先求出A后,再求不产生失真 的最大输入电压UM 20092)+(1+B (mA)=200-1+50)x3 26(mV ]92=0.86k2 BB50×15 0.86 于是 V=34.5mV (3)首先产生截止失真,这时可调节RB,减小其阻值以增大IB,将静态工作 点Q上移一点 (4)将R阻值增大,不影响直流负载线,通过Q点的交流负载线与横轴 的a角将有所减小 (5)IB不变,Ic约减小一半,UcE增大,|A将减小一半。 15.3.4 已知某放大电路的输出电阻为33k32,输出端开路电压的有效值Uo=2V, 试问该放大电路接有负载电阻RL=51k9时,输出电压将下降到多少? [解 E ro+R +R R 5.1 U 2V=1.2V ro+R 5

(1) RB ≈ UCC IB = 10 0.04 kΩ = 250kΩ RC = UCC − UCE IC = 10 − 5 2 kΩ = 2.5kΩ 由交流负载线可得 tan α 0 = 1 R0 L , 2 8 − 5 = 1 R0 L , R0 L = 1.5kΩ 由此得 R 0 L = RCRL RC + RL RL = RCR0 L RC − R0 L = 2.5 × 1.5 2.5 − 1.5 kΩ = 3.75kΩ (2) 由图2可知 8 − UCEQ = (8 − 5)V = 3V UCEQ − UCES = (5 − 0.3)V = 4.7V 不失真的最大输出电压约为UoM = 3V ，先求出|Au|后，再求不产生失真 的最大输入电压UiM rbe = 200(Ω) + (1 + β) 26(mV ) IE(mA) = [200 + (1 + 50) × 26 2 ]Ω = 0.86kΩ |Au| = βR0 L rbe = 50 × 1.5 0.86 = 87 于是 UiM = UoM |Au| = 3 87 V = 34.5mV (3) 首先产生截止失真，这时可调节RB，减小其阻值以增大IB，将静态工作 点Q上移一点。 (4) 将RL阻值增大，不影响直流负载线，通过Q点的交流负载线与横轴 的α 0角将有所减小。 (5) IB不变，IC约减小一半，UCE增大，|Au|将减小一半。 15.3.4 已知某放大电路的输出电阻为3.3kΩ，输出端开路电压的有效值Uo0 = 2V ， 试问该放大电路接有负载电阻RL = 5.1kΩ时，输出电压将下降到多少？ [解] UoL = RL ro + RL Eo = RL ro + RL Uo0 或 UoL = RL ro + RL Uo0 = 5.1 3.3 + 5.1 × 2V = 1.2V 5

15.3.5 在图3中,UCC=12V,Rc=2k9,RE=2k9,RB=300k9,晶体管的β= 50。电路有两个输出端。试求:(1)电压放大倍数A1=和A2 (2)输 出电阻ral和 斗 U U 图3:习题15.3.5图 Ucc-l 12-0.6 mA=0.028mA RB+(1+B)RE300+(1+50)×2 (1+)IB=(1+50)×0.028mA=143mA 200+(1+50) 127g≈1.13kg 从集电极输出: 50×2 +(1+B)RE1.13+(1+50) Rc=2ko2 从发射极输出 (1+)R +(1+B)R Q=22.6g 6 50 式中,F=Rs//RB,设信号源内阻Rs≈0,则F≈0 154静态工作点的稳定 15.4.2 在教材图15.4.1所示的分压式偏置放大电路中,已知Ucc=24V,Rd 33k9,RE=1.592,RB1=33k92,RB2=10k92,RL=5.1k92,β=66,并

15.3.5 在图3中，UCC = 12V ，RC = 2kΩ，RE = 2kΩ，RB = 300kΩ，晶体管的β = 50。电路有两个输出端。试求：(1)电压放大倍数Au1 = U˙ o1 U˙ i 和Au2 = U˙ o2 U˙ i ；(2)输 出电阻ro1和ro2。 [解] 图 3: 习题15.3.5图 IB = UCC − UBE RB + (1 + β)RE = 12 − 0.6 300 + (1 + 50) × 2 mA = 0.028mA IE = (1 + β)IB = (1 + 50) × 0.028mA = 1.43mA rbe = [200 + (1 + 50) × 26 1.43 ]Ω = 1127Ω ≈ 1.13kΩ 从集电极输出： Au1 = U˙ o1 U˙ i = − βRC rbe + (1 + β)RE = − 50 × 2 1.13 + (1 + 50) × 2 ≈ −1 ro1 ≈ RC = 2kΩ 从发射极输出： Au2 = U˙ o2 U˙ i = (1 + β)RE rbe + (1 + β)RE ≈ 1 ro2 ≈ rbe + R0 S β ≈ rbe β = 1130 50 Ω = 22.6Ω 式中，R0 S = RS//RB，设信号源内阻RS ≈ 0，则R0 S ≈ 0。 15.4 静态工作点的稳定 15.4.2 在教材图15.4.1所示的分压式偏置放大电路中，已知UCC = 24V ，RC = 3.3kΩ，RE = 1.5kΩ，RB1 = 33kΩ，RB2 = 10kΩ，RL = 5.1kΩ，β = 66，并 6

设Rs≈0。(1)试求静态值IB,L和UCE;(2)画出微变等效电路;(3)计算晶体管 的输入电阻rε;(4)计算电压放大倍数A;(5)计算放大电路输出端开路时的电 压放大倍数,并说明负载电阻R对电压放大倍数的影响;(6)估算放大电路的输 入电阻和输出电阻。 解] R 10V=5.58V RBi+R 33+10 5.58-0.6 RE 15m4=3.32mA Ic 3.32 B UCE=UC-(Rc+RE)I=[24-(3.3+1.5)×332JV=8.06V 200(2)+(1+) IE(mA) 200+(1+66)× 9=0.72k9 3.32 RL 3.3×5.1 Rc 3.3 ri=Tbe//RBI//RB2 arbe=0.72kQ2 ≈RC=3.3k9 15.4.5 设计一单管晶体管放大电路,已知RL=3k9。要求A≥60,n;≥ 1kΩ,r。<3kΩ,工作点稳定。建议选用高频小功率管3GD100,其技术数 据见教材附录C,β值可选在50~100之间。最后核查静态工作点是否合适。求 得的各电阻值均采用标称值(查教材附录H)

设RS ≈ 0。(1)试求静态值IB，IC和UCE；(2)画出微变等效电路；(3)计算晶体管 的输入电阻rbe；(4)计算电压放大倍数Au；(5)计算放大电路输出端开路时的电 压放大倍数，并说明负载电阻RL对电压放大倍数的影响；(6)估算放大电路的输 入电阻和输出电阻。 [解] (1) VB = UCC RB1 + RB2 RB2 = 24 33 + 10 × 10V = 5.58V IC ≈ IE = VB − UBE RE = 5.58 − 0.6 1.5 mA = 3.32mA IB ≈ IC β = 3.32 60 mA = 0.05mA UCE = UCC − (RC + RE)IC = [24 − (3.3 + 1.5) × 3.32]V = 8.06V (2) rbe = 200(Ω) + (1 + β) 26(mV ) IE(mA) = [200 + (1 + 66) × 26 3.32 ]Ω = 0.72kΩ (3) Au = −β R0 L rbe = −66 × µ 3.3 × 5.1 3.3 + 5.1 ¶ × 1 0.72 = −183.7 (4) Au = −β RC rbe = −66 × 3.3 0.72 = −302.5 (5) ri = rbe//RB1//RB2 ≈ rbe = 0.72kΩ ro ≈ RC = 3.3kΩ 15.4.5 设计一单管晶体管放大电路，已知RL = 3kΩ。要求|Au| ≥ 60，ri ≥ 1kΩ，ro < 3kΩ，工作点稳定。建议选用高频小功率管3GD100，其技术数 据见教材附录C，β值可选在50 ∼ 100之间。最后核查静态工作点是否合适。求 得的各电阻值均采用标称值（查教材附录H）。 [解] 7

图4:习题154.5图 (1)选择放大电路和晶体管 要求工作点稳定,可选用分压偏置放大电路(教材图15.4.1),选UCc= 12V;按建议选用晶体管3GD100,设β=50;并设|A|=60,r 1k9 (2)参数计算 由式me≈200+(1+)元9≈r可求 ≈201+ mA=1.66m4 2001000-200 由式A|=B 可求 k9=1.2k9 RCRL Rc+R R12×3 k9=2k9 RL-R13-1.2 设VB=4V U 4-0.6 k9≈2k 1.66 Ic 1.66 基极电流B≈B=50 mA=0.033mA 设I2=10lB,即 I2=10×0.033mA=0.33mA≈I1 VB 4 R 120.33 k=1212k92(取12k92) rBl kO=24.24k92(取24k92)

图 4: 习题15.4.5图 (1) 选择放大电路和晶体管 要求工作点稳定，可选用分压偏置放大电路（教材图15.4.1），选UCC = 12V ；按建议选用晶体管3GD100，设β = 50；并设|Au| = 60，ri = 1kΩ。 (2) 参数计算 由式rbe ≈ [200 + (1 + β) 26 IE ]Ω ≈ ri可求 IC ≈ IE ≈ 26(1 + β) ri − 200 = 26 × 51 1000 − 200 mA = 1.66mA 由式|Au| = βR0 L rbe 可求 R 0 L = 60 × 1 50 kΩ = 1.2kΩ R 0 L = RCRL RC + RL 即 RC = R0 LRL RL − R0 L = 1.2 × 3 3 − 1.2 kΩ = 2kΩ 设VB = 4V RE = VB − UBE IE = 4 − 0.6 1.66 kΩ ≈ 2kΩ 基极电流IB ≈ IC β = 1.66 50 mA = 0.033mA 设I2 = 10IB，即 I2 = 10 × 0.033mA = 0.33mA ≈ I1 得 RB2 = VB I2 = 4 0.33 kΩ = 12.12kΩ(取12kΩ) RB1 = UCC − VB I1 = 12 − 4 0.33 kΩ = 24.24kΩ(取24kΩ) 8

(3)核查静态工作点 由UE=Ucc-(Bc+RE)lc做直流负载线(图4) IC =0 UCE=UCC=12V U CE Rc+Re 2+2 UcE=[12-(2+2)×16V=5.4V 静态工作点合适,在小信号情况下,不会产生失真。 15.6射极输出器 15.6.1 在图5所示的射极输出器中,已知Rs=509,RB1=100k92,RB2=30k92,RE= 1kΩ,晶体管的β=50,Tbe=1k,试求Aa,r;和ra [解 Re 图5:习题15.6.1图 +B)RE +50)× rbe+(1+B)RE-1+(1+50)×1=098 RB1//FB2//be+(1+B)fR]=16k2 +Rs1000+50 g=219 50 式中 Rs=Rs/fR1//RB≈509 15.6.2 两级放大电路如图6所示,晶体管的61=A2=40,rbel=1.37k92,rbe 0.89k3。(1)画出直流通路,并估算各级电路的静态值(计算UcE1时忽略IB)

(3) 核查静态工作点 由UCE = UCC − (RC + RE)IC做直流负载线(图4) IC = 0 UCE = UCC = 12V UCE = 0 IC = UCC RC + RE = 12 2 + 2 mA = 3mA UCE = [12 − (2 + 2) × 1.66]V = 5.4V 静态工作点合适，在小信号情况下，不会产生失真。 15.6 射极输出器 15.6.1 在图5所示的射极输出器中，已知RS = 50Ω，RB1 = 100kΩ，RB2 = 30kΩ，RE = 1kΩ，晶体管的β = 50，rbe = 1kΩ，试求Au，ri和ro。 [解] 图 5: 习题15.6.1图 Au = (1 + β)RE rbe + (1 + β)RE = (1 + 50) × 1 1 + (1 + 50) × 1 = 0.98 ri = RB1//RB2//[rbe + (1 + β)RE] = 16kΩ ro ≈ rbe + R0 S β = 1000 + 50 50 Ω = 21Ω 式中 R 0 S = RS//RB1//RB2 ≈ 50Ω 15.6.2 两级放大电路如图6所示，晶体管的β1 = β2 = 40，rbe1 = 1.37kΩ，rbe2 = 0.89kΩ。(1)画出直流通路，并估算各级电路的静态值(计算UCE1时忽略IB2)； 9

(2)画出微变等效电路,并计算Au,A42和A;(3)计算r和ros [解] 33 非十k Ui 图6:习题 (1)前极静态值 20 33+8.2 4-0.6 mA=1ma 3+0.39 (10+3+0.39)×1=6.6 后极静态值 lCc2≈Ip Uc1-UBE2(20-10×1)-0.6 A=1.8mA 1.8 mA= 45uA 51×1.8)V=10.8V (2)前级电压放大倍数 9.1 Aul=-Bi rbe+(1+阳40 1.37+(1+40)×0.39 R1=R1//2+(1+A)·RB2RL Re2+Rl 后级电压放大倍数 A12 (1+A2)B1(1+40)×25 B2RL 两级电压放大倍数 A=Aa1·A12=-21×0.99=-20.8

(2)画出微变等效电路，并计算Au1，Au2和Au；(3)计算ri和ro。 [解] 图 6: 习题15.6.2图 (1) 前极静态值 VB1 = 20 33 + 8.2 × 8.2V = 4V IC1 ≈ IE1 = 4 − 0.6 3 + 0.39 mA = 1mA IB1 ≈ 1 40 mA = 25µA UCE1 ≈ 20 − (10 + 3 + 0.39) × 1 = 6.6V 后极静态值 IC2 ≈ IE2 = UC1 − UBE2 RE2 = (20 − 10 × 1) − 0.6 5.1 mA = 1.8mA IB2 = 1.8 40 mA = 45µA UCE2 = (20 − 5.1 × 1.8)V = 10.8V (2) 前级电压放大倍数 Au1 = −β1 R0 L1 rbe + (1 + β1)R00 E1 = −40 × 9.1 1.37 + (1 + 40) × 0.39 = −21 式中 R 0 L1 = RC1// · rbe2 + (1 + β2) · RE2RL RE2 + RL ¸ 后级电压放大倍数 Au2 = (1 + β2)R0 L rbe2 + (1 + β2)R0 L = (1 + 40) × 2.5 0.89 + (1 + 40) × 2.5 = 0.99 两级电压放大倍数 Au = Au1 · Au2 = −21 × 0.99 = −20.8 10