第3章 晶體三極管及其基本放大電路B

第3章晶體晶體管及其放大電路PAGEPAGE64第3章晶體管及其放大電路3.1教學(xué)基本要求主要知識(shí)點(diǎn)教學(xué)基本要求熟練掌握正確理解一般了解晶體管放大電路基礎(chǔ)放大電路的組成原則及工作原理

√

放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)、查閱電子器件相關(guān)數(shù)據(jù)資料

√晶體管放大電路的分析方法圖解法

√

靜態(tài)工作點(diǎn)估算法√

微變等效電路法√

三種組態(tài)基本放大電路比較√

靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇與穩(wěn)定、基本電路設(shè)計(jì)√

多級(jí)放大電路耦合方式及直接耦合電路的特殊問題

√分析計(jì)算方法

√

放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)的基本概念√

頻率響應(yīng)的分析計(jì)算方法√

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析

√

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析√

場(chǎng)效應(yīng)管三種基本放大電路√

3.2重點(diǎn)和難點(diǎn)一、重點(diǎn)1．正確理解晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、電流分配、伏安特性和“放大”的實(shí)質(zhì)。2．晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的圖解法、小信號(hào)模型和放大電路的小信號(hào)模型分析方法。3．放大電路中靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題。二、難點(diǎn)1．正確理解NPN、PNP型晶體管和FET的組成及其工作原理。2．BJT、FET放大電路的小信號(hào)模型分析方法和工作點(diǎn)穩(wěn)定問題。3．基本放大電路的設(shè)計(jì)。3.3知識(shí)要點(diǎn)“放大”的概念“放大”的概念及條件晶體管放大的內(nèi)部條件晶體管放大的外部條件放大電路的組成、各元器件的作用1．共發(fā)射極放大電路固定偏置共發(fā)射極放大電路的原理和工作波形共發(fā)射極放大電路的三種工作狀態(tài)與失真分析分析方法與步驟靜態(tài)分析2．共發(fā)射極放大電路的圖解法動(dòng)態(tài)分析失真與最大不失真輸出電壓晶體管的小信號(hào)模型3．小信號(hào)模型分析法H參數(shù)的物理意義共發(fā)射極放大電路的小信號(hào)模型分析方法4．共發(fā)射極放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題5．共發(fā)射極、共基極和共集電極放大電路的特點(diǎn)阻容耦合方式直接耦合方式6．多級(jí)放大器變壓器耦合方式光電耦合方式多級(jí)放大器的分析頻率響應(yīng)的基本概念RC低通電路的特性及波特圖7．放大電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的特性及波特圖BJT的高頻小信號(hào)混合型模型單級(jí)阻容耦合放大電路的頻率特性多級(jí)放大電路的頻率特性靜態(tài)分析8．場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析方法場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型動(dòng)態(tài)分析各參數(shù)的物理意義三種組態(tài)放大電路的分析3.4主要內(nèi)容3.4.1晶體三極管3.4.1.1晶體三極管的分類及結(jié)構(gòu)晶體三極管通常簡(jiǎn)稱為三極管，也稱為晶體管和半導(dǎo)體三極管。晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖及其符號(hào)如圖3-1所示。圖3-1a所示為NPN型晶體管，圖3-1c所示為PNP型晶體管。晶體管有三個(gè)區(qū)：基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)；兩個(gè)PN結(jié)：集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)，基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)；三個(gè)電極：基極b、集電極c和發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，集電區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)低，且集電區(qū)面積比發(fā)射區(qū)大，基區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)且很薄。3.4.1.2晶體管的工作原理1.晶體管放大交流信號(hào)的外部條件要使晶體管正常放大交流信號(hào)，除了需要滿足內(nèi)部條件外，還需要滿足外部條件：發(fā)射結(jié)外加正向電壓（正偏壓），集電結(jié)外加反向電壓（反偏壓），對(duì)于NPN管，，；對(duì)于PNP管，，。2.晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)過程①發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)運(yùn)動(dòng)如圖3-2所示。由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，多數(shù)載流子不斷越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射區(qū)電流。同時(shí)基區(qū)的多子—空穴也會(huì)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，形成空穴電流。②發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合當(dāng)發(fā)射區(qū)的電子到達(dá)基區(qū)后，由于濃度的差異，且基區(qū)很薄，電子很快運(yùn)動(dòng)到集電結(jié)。在擴(kuò)散過程中有一部分電子與基區(qū)的空穴相遇而復(fù)合，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN。③集電區(qū)收集發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子由于集電結(jié)加反向電壓，基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的非平衡“少子”電子，在電場(chǎng)作用下，幾乎全部漂移過集電結(jié)，到達(dá)集電區(qū)，形成集電極電流。同時(shí)，集電區(qū)“少子”空穴和基區(qū)本身的“少子”電子，也向?qū)Ψ阶銎七\(yùn)動(dòng)，形成反向飽和電流。是由“少子”形成的電流，稱為集電結(jié)反向飽和電流。3.晶體管的電流分配關(guān)系由圖3-2可得(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)3.4.1.3晶體管的特性曲線及主要參數(shù)1.晶體管的特性曲線1）輸入特性輸入特性曲線是指在集射極電壓為一定值時(shí)，輸入基極電流與輸入基射極電壓之間的關(guān)系曲線，如圖3-3a所示，即(3-5)2）輸出特性晶體管輸出特性是指當(dāng)為定值時(shí)，集電極電流與集射極之間電壓的關(guān)系曲線，即(3-6)3）工作區(qū)域一般將輸出特性分成三個(gè)區(qū)：放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)(1)放大區(qū)晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，其發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。(2)飽和區(qū)晶體管工作在飽和區(qū)時(shí)，此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。(3)截止區(qū)當(dāng)晶體管工作在截止區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏壓或正偏壓小于開啟電壓且集電結(jié)反偏置，，很小。2.晶體管的主要參數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)(1)．電流放大倍數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)共集電極直流電流放大系數(shù)(2)．極間反向電流集電極－基極之間的反向飽和電流集電極－發(fā)射極之間的穿透電流集電極最大允許電流(3)．極限參數(shù)集電極－發(fā)射極之間反向擊穿電壓集電極最大允許功率損耗3.4.2晶體管放大電路的基本分析方法3.4.2.1晶體管放大電路的三種組態(tài)晶體管放大電路有三種組態(tài)：共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路，如圖3-4所示。3.4.2.2共發(fā)射極放大電路的組成1．放大電路組成原則（1）晶體三極管工作在放大區(qū)，要求管子的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置；（2）由于晶體管的各極電壓和電流均有直流分量(時(shí))，也稱為靜態(tài)值或靜態(tài)工作點(diǎn)，而被放大的交流信號(hào)疊加在直流分量上，要使電路能不失真地放大交流信號(hào)，必須選擇合適的靜態(tài)值。（3）要使放大電路能不失真地放大交流信號(hào)，放大器必須有合適的交流信號(hào)通路，以保證輸入、輸出信號(hào)能有效、順利地傳輸。（4）放大電路必須滿足一定的性能指標(biāo)要求。2.基本放大電路中電壓和電流的表示方法由于放大電路中既有需要放大的交流信號(hào)，又有放大電路所需的直流偏置，所以晶體管的各極電壓和電流中都是直流分量與交流分量共存，如，，，等。3.4.2.3共發(fā)射極放大電路的分析一、圖解法的步驟當(dāng)放大器在大信號(hào)條件下工作時(shí)，難以用電路分析的方法對(duì)放大器進(jìn)行分析，通常采用圖解法分析。1)畫出放大器的直流通路和交流通路當(dāng)時(shí)，放大電路處于靜態(tài)，直流電流流經(jīng)的通路稱為放大電路的直流通路。畫直流通路時(shí)應(yīng)令交流信號(hào)源為零(交流電壓源短路，交流電流源開路)，保留其內(nèi)阻；相關(guān)電容器開路，電感短路。當(dāng)時(shí)，放大電路處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，交流電流流經(jīng)的通路稱為放大器的交流通路。畫交流通路時(shí)，令直流電源為零(直流電壓源短路，直流電流源開路)，保留其內(nèi)阻；令電抗很小的大容量電容和小電感短路；令電抗很大的小容量電容和大電感開路；保留電抗不可忽略的電容或電感。2)由直流通路進(jìn)行靜態(tài)分析在時(shí)，放大電路只有直流電源作用，放大電路的這種狀態(tài)稱為靜態(tài)，對(duì)直流通路的分析稱為靜態(tài)分析。其步驟為：（1）分析輸入回路給定晶體三極管的輸入特性和輸出特性，由放大電路的直流通路求得IB和UBE的方程，并在輸入特性上作出這條直線，它與晶體管輸入特性相交于Q點(diǎn)，求得對(duì)應(yīng)的IB和UBE，如圖3-5a所示。（2）分析輸出回路由直流通路得到直流負(fù)載線IC＝f(UCE)，并在晶體管的輸出特性上作出這條直線，它與晶體管輸出特性中與IB對(duì)應(yīng)的點(diǎn)就是所求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q(IB,UCE，IC)，如圖3-5b所示，則可求得相應(yīng)的IC和UCE的值。這條直線的斜率為，故稱為直流負(fù)載線。3)由交流通路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析（1）先畫出交流通路(如圖3-6所示)及交、直流負(fù)載線直流負(fù)載線方程由KVL得(3-7)由上兩式在圖3-7中作出輸入回路和輸出回路的直流負(fù)載線。輸出回路直流負(fù)載線方程，由KVL得于是有(3-8)從式(3-8)作出輸出回路的交流負(fù)載線，可以看到，當(dāng)時(shí)，，這表明交流負(fù)載線一定通過靜態(tài)工作點(diǎn)Q；交流負(fù)載線的斜率為－而不是－，如圖3-7b所示。應(yīng)該指出，當(dāng)RL＝∞，即負(fù)載開路情況下，交直流負(fù)載線重合。（2）由輸入電壓求得基極電流（3）由確定和(4)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于輸出電壓相量與輸入電壓相量的比值，即(3-9)二、微變等效電路法晶體管工作于低頻小信號(hào)時(shí)，BJT可視為一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)，并采用線性網(wǎng)絡(luò)的H參數(shù)表示晶體管輸入、輸出電流和電壓的關(guān)系，然后采用線性電路的分析方法分析晶體管放大電路。這種方法稱為H參數(shù)等效電路分析法，又稱為微變等效電路分析法。1)微變等效電路法的分析步驟a.認(rèn)識(shí)電路。包括電路中各元器件的作用、放大器的組態(tài)和直流偏置電路等，這是電子線路讀圖的基礎(chǔ)；b.正確畫出放大器的交流、直流通路圖；c.在直流通路的基礎(chǔ)上求靜態(tài)工作點(diǎn)；d.在交流通路的基礎(chǔ)上畫出小信號(hào)等效（如H參數(shù)）電路圖；e.根據(jù)定義計(jì)算電路的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，其中關(guān)鍵在于用電路中的已知量表示定義式中的待求量。2)估算法計(jì)算靜態(tài)值3)晶體管的H參數(shù)等效模型當(dāng)且為低頻小信號(hào)時(shí)，將晶體管視為一個(gè)線性二端口網(wǎng)絡(luò)，并采用線性網(wǎng)絡(luò)的H參數(shù)表示晶體管輸入、輸出電流和電壓的關(guān)系，晶體管的微變等效電路可簡(jiǎn)化成圖3-8c所示。通常用以下經(jīng)驗(yàn)值公式進(jìn)行估算。(3-10)值得注意的是，是晶體管的交流參數(shù)，但它的值與靜態(tài)工作點(diǎn)和溫度等參數(shù)有關(guān)。4)畫出放大電路的微變等效電路在畫放大電路的微變等效電路時(shí)，首先畫出放大器的交流通路，然后用H參數(shù)等效電路來代替晶體管符號(hào)，即可得到如圖3-9b所示的放大電路的微變等效電路。各電極交流電壓和電流均為同頻率的正弦信號(hào)，且用相量表示。5)放大電路動(dòng)態(tài)性能參數(shù)的計(jì)算（1）求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）(3-11)上式中的負(fù)號(hào)表明共發(fā)射極放大電路的輸出電壓uo與輸入電壓ui相位相反。（2）求放大器的輸入電阻Ri(3-12)(3)求放大器的輸出電阻Ro由于微變等效電路中存在受控電源，輸出電阻的求法應(yīng)采用外加電壓法。令負(fù)載開路（）和信號(hào)源為零（，保留內(nèi)阻）的情況下，在輸出端外加一電壓，產(chǎn)生電流，則可得輸出電阻為(3-13)3.4.3放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定3.4.3.1溫度對(duì)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響固定偏置電路的優(yōu)點(diǎn)是電路組件少，電路簡(jiǎn)單，易于調(diào)整。當(dāng)電源電壓和偏置電阻確定后，基極電流就為某一常數(shù)。因此，當(dāng)環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)或組件參數(shù)變化時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)將不穩(wěn)定，尤其是溫度變化引起Q點(diǎn)漂移。放大電路就可能進(jìn)入非線性區(qū)，產(chǎn)生非線性失真。溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響最終表現(xiàn)為使集電極電流增大。溫度升高時(shí)，使得ICEO增大，放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)漂移進(jìn)入飽和區(qū)，將產(chǎn)生飽和失真。3.4.3.2分壓偏置式共發(fā)射極放大電路圖3-10a所示電路是分壓偏置式共發(fā)射極放大電路。1．認(rèn)識(shí)電路，熟悉電路的組態(tài)、各元件的作用等。該電路為共發(fā)射極放大電路，其中、和組成分壓式射極偏置穩(wěn)定工作點(diǎn)電路；為集電極負(fù)載；、和分別為耦合電容和發(fā)射極旁路電容。2．熟悉該電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理。3．進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)的估算合理選擇電路參數(shù)，使得，則有，可見，該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在靠近飽和區(qū)一側(cè)的放大區(qū)。4．動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算1）畫出如圖3-11所示的交流通路圖和微變等效電路圖。求電壓放大倍數(shù)根據(jù)定義：，關(guān)鍵在于用電路中的已知量表示待求量和。先計(jì)算再計(jì)算3）計(jì)算輸入電阻4）計(jì)算輸出電阻5)計(jì)算源電壓增益6）若圖3-10a所示電路中電容開路，則放大器參數(shù)將隨之變化，其微變等效電路如圖3-12所示，此時(shí)3.4.4共集電極和共基極放大電路3.4.4.1共集電極放大電路共集電極放大電路如圖3-13所示，由于輸出量取自發(fā)射極，故也稱射極輸出器。由其交流通路來看，信號(hào)從基極輸入發(fā)射極輸出，輸入輸出共用集電極，故稱為共集電極放大電路。3.4.4.2共基極放大電路共基極放大電路如圖3-14a所示，其輸入信號(hào)由發(fā)射極輸入，輸出電壓取自集電極。由圖3-14a的交流通路可見，輸入回路和輸出回路共用基極，故稱為共基極放大電路。表3-1放大電路三種組態(tài)的比較共射極電路共集電極電路共基極電路與反相與同相與同相多級(jí)放大電路的中間級(jí)輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)高頻或?qū)掝l帶電路及恒流源電路3.5多級(jí)放大電路在實(shí)際工作中，加到放大電路輸入端的信號(hào)往往都非常微弱，要將其放大到能推動(dòng)負(fù)載工作的程度，僅通過單級(jí)放大電路難以滿足實(shí)際要求，必須通過多個(gè)單級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)，才可滿足實(shí)際要求。3.5.1多級(jí)放大電路的級(jí)間耦合1．多級(jí)放大電路的組成多級(jí)放大電路的組成可用圖3-15所示的框圖來表示。其中，輸入級(jí)與中間級(jí)的主要作用是實(shí)現(xiàn)電壓放大，輸出級(jí)的主要作用是功率放大，以推動(dòng)負(fù)載工作。2．多級(jí)放大電路的耦合方式多級(jí)放大電路中，將前后級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式，常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等。1）阻容耦合將放大器前后級(jí)之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式。2）直接耦合為了避免在信號(hào)傳輸過程中，耦合電容對(duì)緩慢變化的信號(hào)帶來不良影響，也可以在前后級(jí)之間直接用導(dǎo)線連接起來，這種連接方式稱為直接耦合。直接耦合放大電路的各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，并且還存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，抑制零點(diǎn)漂移常用的方法是采用差分放大電路。3）變壓器耦合放大器的前后級(jí)之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合。變壓器耦合電路多用于低頻放大電路中，變壓器可以通過電磁感應(yīng)進(jìn)行交流信號(hào)的傳輸，并且可以進(jìn)行阻抗匹配，以使負(fù)載得到最大功率。由于變壓器不能傳輸直流，故各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可分別計(jì)算和調(diào)整。4）光電耦合光電耦合器件是把發(fā)光器件(如發(fā)光二極管)和光敏器件(如光敏三極管)組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電一光和光一電的轉(zhuǎn)換器件。3.5.2多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算1.電壓增益多級(jí)放大電路的分析和計(jì)算與單級(jí)放大器的分析方法基本相同。對(duì)一個(gè)n級(jí)級(jí)聯(lián)的放大器，假設(shè)各級(jí)的電壓放大系數(shù)分別為，則總的電壓放大系數(shù)為(3-14)在計(jì)算每級(jí)電壓增益時(shí)，必須考慮前后級(jí)之間的影響，即前級(jí)放大器作為后級(jí)放大器的信號(hào)源，后級(jí)放大器是前級(jí)放大器的負(fù)載，例如，。2.輸入電阻和輸出電阻多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)放大電路的輸入電阻；多級(jí)放大電路的輸出電阻就是末級(jí)放大電路的輸出電阻。3.6放大電路的頻率響應(yīng)3.6.1頻率響應(yīng)基本概念實(shí)際放大電路中，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率很低甚至接近零時(shí)，電容器的容抗不可以忽略。此外，晶體管以及場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部電容都將影響放大器的輸出信號(hào)及其它性能，可見，放大器的電壓增益是信號(hào)頻率的函數(shù)。在低頻段，放大電路可以采用低頻等效電路。耦合電容、旁路電容的容抗不可以忽略，應(yīng)包括在等效電路中；晶體管內(nèi)部電容、寄生電容、負(fù)載分布電容等小容量電容器的容抗較大可以視為開路。所得等效電路的頻率響應(yīng)為放大器的低頻響應(yīng)。在高頻段采用高頻等效電路，容量較大的耦合電容、旁路電容的容抗較小，可將其視為短路，而晶體管內(nèi)部電容、寄生電容、負(fù)載分布電容等小容量電容器的容抗較小，其分流不可以忽略，應(yīng)包括在等效電路中。所得等效電路的頻率響應(yīng)為放大器的高頻響應(yīng)。RC低通電路的頻率特性1.RC低通電路RC低通電路及其頻率特性如圖3-16所示，其電壓傳輸系數(shù)數(shù)(傳遞函數(shù))為(3-15)令，或(3-16)(3-17)3.6.1.2RC高通電路及頻率特性RC高通電路及其頻率特性如圖3-17所示，其電壓傳輸系數(shù)為(3-18)其中，或(3-19)(3-20)3.6.2BJT的高頻小信號(hào)混合型模型1.BJT的高頻小信號(hào)模型根據(jù)晶體管的放大原理及物理過程建立晶體管的混合π型高頻小信號(hào)模型,其電流放大作用主要表現(xiàn)在集電極輸出電流受發(fā)射結(jié)有效輸入電壓的控制作用。在等效模型中，這種作用受控制的電流源表示,即其中式中,表示對(duì)的控制能力,稱為正向傳輸電導(dǎo),常稱為跨導(dǎo)。定義為(3-21)，稱為共發(fā)射極截止頻率。稱為晶體管的特征頻率。2.共發(fā)射極放大電路的高頻響應(yīng)1)求密勒等效電容在π型小信號(hào)模型中，將和,進(jìn)行單向化處理。根據(jù)密勒定理，可以用輸入側(cè)的和輸出側(cè)的兩個(gè)電容去分別代替，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變。(3-22)(3-23)為從基極到集電極的電壓放大倍數(shù)；稱為密勒電容。2)高頻響應(yīng)上限頻率由圖3-18b(忽略了的影響)可得中頻增益(3-24)考慮到>>于是滿足<<，因此，取放大器的上限截止頻率為，放大器的高頻源電壓增益為3)放大器的帶寬增益積為(3-25)為帶寬－增益積?？梢?，選定電路參數(shù)和晶體管參數(shù)后基本上是個(gè)常數(shù)，因此，放大器的低頻電壓增益與通頻帶存在矛盾。3.6.3單級(jí)阻容耦合放大電路的頻率特性圖3-19所示是單級(jí)阻容耦合共射放大電路的頻率特性，圖a是幅頻特性,圖b是相頻特性。(3-26)考慮到<<，因此滿足>>，因此，可取作為下限截止頻率。由于接在發(fā)射極電路，流過它的電流是基極電流的倍。的大小對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響較大，因此，是影響低頻響應(yīng)的主要因素。3.6.4多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)假設(shè)由兩級(jí)完全相同的單級(jí)共射極RC耦合放大電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成一個(gè)兩級(jí)放大器，其中，單級(jí)放大器的幅頻特性如圖3-20a所示，中頻段電壓增益為，每級(jí)的上限頻率，下限頻率，兩級(jí)放大器的中頻增益為，這時(shí)兩級(jí)放大器的上、下限頻率分別為和，而不是和，因?yàn)樵诤吞?，兩?jí)放大器的電壓增益為，如圖3-20b所示。顯然，，，。也就是說，多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)后，總電壓增益提高了，當(dāng)通頻帶變窄了，這是多級(jí)放大器的一個(gè)重要概念。3.7典型例題分析[例3-1]試判斷下列電路中，哪些可能放大交流信號(hào)，哪些不能放大交流信號(hào)，為什么？答：例3-1圖a所示放大電路中，雖然選擇的值可以使BJT有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但輸入交流通路被電容器短路，使不能正常施加到BJT的BE結(jié)上，因此不能正常放大交流信號(hào)。例3-1圖b所示放大電路中，BJT的BE結(jié)上得不到合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，因此不能正常放大交流信號(hào)。例3-1圖c所示放大電路中，直流電源的極性不符合PNP晶體管直流偏置的要求，因此不能正常放大交流信號(hào)，正確接法應(yīng)該為，同時(shí)C1的極性左端為正，C2的極性右端為正，C3的極性下端為正。例3-1圖d所示放大電路中，雖然選擇的值可以使BJT有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但輸出交流通路被電容器短路，使不能正常施加到負(fù)載上，因此不能正常放大交流信號(hào)。例3-1圖e所示放大電路中，選擇的值可以使BJT有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)又具備了正常的交流輸入、輸出回路，因此具備了放大交流信號(hào)的條件。例3-1圖f所示放大電路中，雖然選擇的值可以使BJT有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但輸入交流通路被電容器短路，使不能正常施加到BJT的BE結(jié)上，因此不能正常放大交流信號(hào)。[例3-2]電路如例3-2圖a所示，若晶體管的β＝100，，UCC＝10V，試求：①靜態(tài)工作點(diǎn)；②電壓放大倍數(shù)和；③輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解：①由估算法②晶體三極管的輸入電阻為例3-2圖所示放大電路中，輸出電壓uo1取自集電極時(shí)為共發(fā)射極電路；輸出電壓uo2取自發(fā)射極時(shí)為共集電極電路。則由例3-2圖b所示微變等效電路可得由上兩式可以看出，，，故此電路是將單路信號(hào)轉(zhuǎn)換成大小近似相等相位相反的兩個(gè)信號(hào)輸出，故稱為分相電路。③輸入、輸出電阻分別為式中由集電極輸出時(shí)，輸出電阻為由發(fā)射極輸出時(shí)，輸出電阻為[例3-3]如例3-3圖所示放大電路，已知電源電壓，，，，，，，，，晶體管的，，β=100，。試計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)；畫出微變等效電路圖；計(jì)算、、和；求放大器的最大不失真輸出電壓幅度；信號(hào)在放大過程中，首先出現(xiàn)何種失真？如何消除？解：1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)、和。由例3-3圖所示電路，2）畫出例3-3圖所示電路的微變等效電路圖。3）由例3-3圖所示電路的微變等效電路得4）為求放大器的最大不失真輸出電壓幅度，先畫出放大器的交流、直流負(fù)載線。由圖可見，放大器的最大不失真輸出電壓幅度由交流負(fù)載線確定，根據(jù)，取，，即。5）信號(hào)在放大過程中，由于，若輸入信號(hào)幅度足夠大且不失真，首先出現(xiàn)信號(hào)頂部失真，即截止失真。為了消除截止失真應(yīng)適當(dāng)加大，從而增大，可以通過減小，或增大，或減小等方法，消除上述截止失真。[例3-4]共射-共集兩級(jí)阻容耦合放大電路如例3-4a圖所示。已知晶體管、的b1=b2=50，=0.7V。(1)求電路的輸入電阻和輸出電阻；(2)若只有組成的單級(jí)放大器，接在第一級(jí)輸出端A、O點(diǎn)之間，求第一級(jí)電壓增益。(3)當(dāng)按圖所示連接在第二級(jí)輸出端時(shí)，試計(jì)算電路總的電壓增益。解：這是一個(gè)兩級(jí)放大器，第一級(jí)為共射極放大器，第二級(jí)為共集電極放大器。1)先求該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和，再求輸入電阻和輸出電阻。2)由組成單級(jí)放大器，接到AO端時(shí)的電壓放大系數(shù)3)接在第二級(jí)輸出端時(shí)由此可見，接入組成的共集電極放大器，使前級(jí)放大器負(fù)載增大，從而使電壓放大系數(shù)增大，盡管組成的共集電極放大器的電壓放大系數(shù)<1，但在相同負(fù)載的條件下，兩級(jí)放大器的總電壓放大系數(shù)比單級(jí)共射極放大器的電壓放大系數(shù)大。[例3-5]試設(shè)計(jì)一阻容耦合單級(jí)晶體晶體管放大器。已知，，，性能要求：，，，，，且電路的穩(wěn)定性好。解：(1)選擇電路方案?？紤]到要求電路的穩(wěn)定性好，采用分壓式射極偏置共射極放大電路。由于要求，因此選用高頻小功率管S9013，其參數(shù)為，，。通常要求，故選。(2)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)由于是小信號(hào)電壓放大器，按照分壓偏置式共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法，電路如例3-5圖所示。取，且要求，由，得到，取，則，取標(biāo)稱值電阻：，為了調(diào)整工作點(diǎn)得方便，取電位器與固定電阻串連組成。，取標(biāo)稱值電阻由于，取標(biāo)稱值電容，取標(biāo)稱值電容。工程應(yīng)用中，耦合電容和旁路電容可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或參考其它電路酌情選用合適的值。在低頻范圍內(nèi)，可選擇，。3.8習(xí)題及其解答(供參考)一、自測(cè)題3-1思考題(1)晶體管具有放大作用的內(nèi)部條件和外部條件分別是什么？答：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)厚度做得很薄，摻雜濃度很低，集電區(qū)面積大，有利于收集載流子；外部條件：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏；(2)晶體管基本放大電路由哪些主要部分組成？各元件有什么作用？答：晶體管基本放大電路由直流電源及偏置電路、耦合電容、晶體管等主要部分組成；其中，直流電源及偏置電阻用于為晶體管建立放大狀態(tài)所需的正確的結(jié)偏壓，耦合電容用于交流信號(hào)的接入與輸出，晶體管用于交流信號(hào)的放大、直流信號(hào)的分配。(3)晶體管放大電路的失真有哪幾種？各自有什么特點(diǎn)？答：晶體管放大電路的失真主要有：截止失真和飽和失真，截止失真，是由于動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入了晶體管的截止區(qū)而引起的，飽和失真，是由于動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入了晶體管的飽和區(qū)而引起的；(4)為什么放大電路能把小能量的電信號(hào)放大到所要求的程度？試說明組成放大電路的基本原則？答：①BJT放大電路的放大作用，是在輸入端加一個(gè)幅度較小、能量較小的信號(hào)，疊加在基極偏置電流上，通過BJT的基極小電流去控制集電極大電流，從而將直流電源能量的一部分轉(zhuǎn)化成為幅度較大的交流信號(hào)，供給負(fù)載。②組成放大電路的基本原則是：(a).要為放大器提供合適的直流偏置，以保證晶體三極管工作在放大區(qū)，要求使BJT的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置；(b).時(shí)，由于晶體管的各極電壓和電流均為直流量，時(shí)，被放大的交流信號(hào)疊加在直流分量上，要使電路能不失真地放大交流信號(hào)，必須選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以通過選用合適的基極偏置電阻和集電極偏置電阻及晶體管參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。(c).要使放大電路能不失真地放大交流信號(hào)，放大器還必須同時(shí)具有合適的交流信號(hào)通路，以保證輸入、輸出信號(hào)能有效、順利地傳輸。(d).放大電路必須滿足一定的性能指標(biāo)要求。(5)什么是放大電路的靜態(tài)分析？靜態(tài)分析時(shí)依據(jù)什么電路？什么是放大電路的動(dòng)態(tài)分析？進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)依據(jù)什么電路？答：放大電路的靜態(tài)分析指的是放大電路的直流工作狀態(tài)的分析，靜態(tài)分析時(shí)依據(jù)的是放大器的直流通路。放大電路的動(dòng)態(tài)分析指的是放大電路的交流工作狀態(tài)的分析，動(dòng)態(tài)分析時(shí)依據(jù)的是放大器的交流通路。(6)在阻容耦合放大電路中，耦合電容有何作用？若耦合電容采用電解電容，其極性應(yīng)如何安排？答：阻容耦合放大電路中的耦合電容具有“隔直”作用，所以各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，但同時(shí)也會(huì)衰減一些緩慢變化的信號(hào)。若耦合電容采用電解電容，應(yīng)該將電容的正極接在直流電位較高的一端。(7)FET的工作原理與BJT不同，其中場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的偏置電路有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的偏置電路分為固定偏置電路、自給偏置電路和分壓式偏置電路三種。其中固定偏置電路組件少，電路簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，但是存在靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定等缺陷；自給偏置電路雖然可以自行調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，但只適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路；分壓式偏置放大電路可自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，可根據(jù)用戶需求適用于所有放大電路。(8)為提高電壓放大倍數(shù)和改善電路性能指標(biāo)，放大電路中常采用多級(jí)放大器，各單級(jí)放大器之間的信號(hào)耦合方式有哪幾種？各有什么特點(diǎn)和問題？答：多級(jí)放大器有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等主要的級(jí)間耦合方式。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)是：靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，不會(huì)互相影響；缺點(diǎn)是：會(huì)影響放大器的通頻帶；直接耦合的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)放大器的通頻帶影響較?。蝗秉c(diǎn)是：靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)互相影響；變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)是：便于實(shí)現(xiàn)阻抗變換和阻抗匹配；缺點(diǎn)是：體積龐大，對(duì)放大器的通頻帶也有影響；光電耦合的優(yōu)點(diǎn)是：光電耦合器具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、輸入與輸出在電氣上完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：由于傳輸比的影響，輸出電壓小，需進(jìn)一步放大。(9)為什么說頻率響應(yīng)是放大器的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)？答：這是因?yàn)榉糯笃魉幚淼膶?shí)際電信號(hào)往往是一些非正弦信號(hào)，如語(yǔ)音信號(hào)、電視圖象信號(hào)等。這些信號(hào)包含有許多不同頻率得諧波分量。放大器放大時(shí)，為了不產(chǎn)生失真，必須對(duì)所有的頻率分量“等同”的進(jìn)行放大。所謂“等同”，就是不僅放大的增益相同而且所產(chǎn)生的相移也相同，如果不能等同的放大各頻率分量，那么就會(huì)產(chǎn)生幅度失真和相位失真，即頻率失真。另外，在放大電路中存在電抗元件（如耦合電容、晶體管極間電容和電路分布電容等），這些元件的電抗值隨信號(hào)頻率的不同而不同，從而使放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的增益和相移也就不同。為實(shí)現(xiàn)不失真地放大實(shí)際電信號(hào)，故要研究放大器的頻率響應(yīng)問題。(10)放大電路的輸出動(dòng)態(tài)范圍也可以通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得。如何用示波器觀察基本共射放大電路的最大不失真輸出電壓波形？答：逐步增大放大電路的信號(hào)源端的輸入電壓幅度，同時(shí)用示波器觀察放大電路的輸出端的波形變化情況，并在達(dá)到最大不失真輸出電壓時(shí)，用示波器測(cè)出此時(shí)的輸出電壓幅度，就可以得到最大不失真輸出電壓波形。3-2選擇題(1)若在NPN型晶體管放大電路中測(cè)得發(fā)射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)也為正向偏置，則此管的工作狀態(tài)為C。A.放大狀態(tài)B.截止?fàn)顟B(tài)C.飽和狀態(tài)D.不能確定(2)由NPN晶體管組成的共射極放大電路的交流輸出波形正半周失真時(shí)為B失真，負(fù)半周失真時(shí)為A失真。A.飽和B.截止C.交越D.頻率(3)由PNP晶體管組成的共基極放大電路的交流輸出波形正半周失真時(shí)為A，此時(shí)應(yīng)該D偏置電阻。A.飽和失真B.截止失真C.交越失真D.增大E.減小(4)三種組態(tài)放大電路中輸入電阻最大的是A。A.共集電極B.共基極C.共發(fā)射極D.共模(5)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管中與的基本關(guān)系是A。A.B.C. D.(6)當(dāng)信號(hào)頻率分別等于放大器的和時(shí)，該放大器的放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍數(shù)的B倍。A.B.C.D.E.1(7)對(duì)于單級(jí)共發(fā)射極放大器，當(dāng)信號(hào)頻率分別等于放大器的和時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的相位差為E。A.-90°B.0°C.180°D.90°E.-225°(8)通常MOSFET的輸入電阻AJFET的輸入電阻。A.大于B.等于C.小于(9)N溝道增強(qiáng)型MOSFET的開啟電壓為A；N溝道JFET的夾斷電壓為C；A.>0B.=0C.<03-3填空題(1)當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管的集電極電流增加，發(fā)射結(jié)壓降減小。(2)晶體管具有放大作用時(shí)，發(fā)射結(jié)應(yīng)正向偏置，集電結(jié)應(yīng)反向偏置。(3)晶體管放大電路共有3種組態(tài)分別是共發(fā)射極,共集電極,共基極放大電路。(4)共集電極放大電路具有電壓放大倍數(shù)小等于1，輸入電阻很大,輸出電阻很小等特點(diǎn)，所以常用在輸入級(jí)，輸出級(jí)或緩沖級(jí)。(5)共發(fā)射極放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，晶體管的輸入特性曲線向左移；晶體管的增大；晶體管的輸出特性曲線向上移。(6)共發(fā)射極放大電路的與相位相反；共集電極放大電路的與相位相同，輸入電阻很大，輸出電阻很小。(7)放大電路電壓放大倍數(shù)用分貝表示時(shí)，稱為電壓增益，其表達(dá)式為20lgdB；當(dāng)輸出量小于輸入量時(shí)，分貝數(shù)為負(fù)值，稱為衰減。(8)可以放大電壓，也有電流跟隨作用的是共基極組態(tài)放大電路；既可以放大電壓，又可以放大電流的是共發(fā)射極組態(tài)放大電路；既有電流放大，又可做功率放大的是共集電極組態(tài)放大電路。(9)與BJT相比，F(xiàn)ET的輸入阻抗很高、熱穩(wěn)定性很好、噪聲低。(10)在多級(jí)放大電路中為了提高輸入電阻，前級(jí)應(yīng)采用共集電極放大器，為了降低輸出電阻后級(jí)應(yīng)采用共集電極放大器。(11)由偶數(shù)級(jí)共射電路組成的多級(jí)放大電路中，輸入和輸出電壓的相位相同,由奇數(shù)級(jí)共射電路組成的多級(jí)放大電路中，輸入和輸出電壓的相位相反。(12)按結(jié)構(gòu)上分，場(chǎng)效應(yīng)管有結(jié)型和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管兩大類；按照形成導(dǎo)電溝道的載流子的類型不同分N溝道和P溝道。(13)場(chǎng)效應(yīng)管中參與導(dǎo)電的只有一種載流子，因此稱為單極型器件。其中，N溝道場(chǎng)效應(yīng)管是電子參與導(dǎo)電，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管是空穴參與導(dǎo)電。二、習(xí)題3-4圖3-67所示電路中給出實(shí)測(cè)晶體管各個(gè)電極的對(duì)地電位，試判定這些晶體管是否處于正常工作狀態(tài)?如果不正常，是短路還是斷路?如果正常，是工作于放大狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)還是飽和狀態(tài)?圖3-67題3-4圖圖3-67題3-4圖NPN管：UB>UE,UB<UC,UB-UE=0.7V/0.3V,UC最大，UC>UB>UEPNP管：UB<UE,UB>UC,UE-UB=0.7V/0.3V,UE最大，UE>UB>UC(a)放大(b)斷路(c)飽和(d)短路(e)截止(f)飽和(g)斷路(h)放大3-5分別畫出用NPN型晶體管和PNP型晶體管所組成的單級(jí)共射基本放大電路，標(biāo)出電源電壓及隔直電容的極性，并標(biāo)明靜態(tài)電流IB及IC的實(shí)際流向和靜態(tài)電壓UBE、UCE的實(shí)際極性。題3-5圖答案3-6圖3-68所示放大電路中，給定，，，，若要求且不失真，請(qǐng)選擇電路的其他參數(shù)值，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：因?yàn)樽畲蟛皇д娣龋矣刹皇д?，故可以考慮把靜態(tài)Q點(diǎn)設(shè)置在輸出特性上之間的靠近中點(diǎn)的處，由圖3-68，此時(shí)有，所以相應(yīng)的，而，所以，實(shí)際應(yīng)用中可取標(biāo)稱值。3-7用示波器觀察圖3-68所示NPN管共射單級(jí)放大電路輸出電壓，得到圖3-69所示4種輸出電壓波形，試判斷哪些波形出現(xiàn)了失真？分別寫出失真的類型。答：（a）截止失真，（b）截止失真，（c）飽和失真，（d）雙向失真3-8晶體管組成電路如圖3-70(a)～(f)所示，試判斷這些電路能不能對(duì)輸入的交流信號(hào)進(jìn)行正常放大，并說明理由。圖圖3-70題3-8圖答：（a）不能。因基極沒加直流偏置，BJT無(wú)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；（b）不能。因集電結(jié)為正偏，BJT無(wú)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；（c）不可以，雖然BJT發(fā)射結(jié)為正偏、集電結(jié)為反偏，具備合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的條件，但基極回路輸入交流信號(hào)被短路，be結(jié)無(wú)交流信號(hào)輸入；（d）可以，發(fā)射結(jié)為正偏、集電結(jié)為反偏；（e）不能，雖然發(fā)射結(jié)為正偏、集電結(jié)為反偏，但，因?yàn)榻涣鬏敵龌芈繁欢搪贰＃╢）二極管VD對(duì)于靜態(tài)偏置電路無(wú)影響，但它對(duì)于的正半周有影響，只有當(dāng)輸入信號(hào)的幅度時(shí)才能正常工作。3-9試畫出圖3-71所示各電路的交流通路和微變等效電路圖，并說明各電路對(duì)正弦交流信號(hào)有無(wú)放大作用？為什么？請(qǐng)改正電路中的錯(cuò)誤之處。解：無(wú)放大作用，因?yàn)殡娙莅呀涣鬏斎胄盘?hào)短路到地了，改正前的交流通路和微變等效電路圖及改正后的實(shí)際電路如下：（b）無(wú)放大作用，因?yàn)殡娫丛O(shè)置不正確，晶體管得不到放大狀態(tài)所需的正確的偏置電壓，且電容C1和C2的極性也不對(duì)，改正前的交流通路和微變等效電路圖及改正后的實(shí)際電路如下：（c）無(wú)放大作用，因?yàn)殡娫丛O(shè)置不正確，晶體管得不到放大狀態(tài)所需的正確的結(jié)偏置，改正前的交流通路和微變等效電路圖及改正后的實(shí)際電路如下：（d）只要直流電源和各電阻值合適，該電路就具備了放大交流信號(hào)的條件，交流通路和微變等效電路圖如下：3-10圖3-72a所示固定偏置放大電路中，晶體管的輸出特性及交、直流負(fù)載線如圖3-72b所示，試求：(1)電源電壓UCC，靜態(tài)電流IB、IC和管壓降UCE的值；(2)電阻Rb、RC的值；(3)輸出電壓的最大不失真幅度Uom；圖3-72題3-10圖解：(1)由圖3-72b可知，電源電壓，靜態(tài)電流、和管壓降，(2)電阻，(3)不發(fā)生飽和失真時(shí)最大輸出電壓幅度為UCE-UCES=3V-0.7V=2.1V，不發(fā)生截止失真時(shí)最大輸出電壓幅度為1.5V，故輸出電壓的最大不失真幅度Uom為1.5V。3-11放大電路如圖3-73所示，已知V,,,晶體管的V，β=60。試求：（1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）計(jì)算、和；（3）的有效值為多大時(shí)輸出電壓將出現(xiàn)失真？首先出現(xiàn)什么失真？解：（1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，，（2）計(jì)算、和共射放大電路（3）由于靜態(tài)工作點(diǎn)比較靠近截止區(qū)，幅度增大時(shí)，首先出現(xiàn)截止失真。另外因?yàn)榻涣髫?fù)載線的斜率為，而靜態(tài)Q點(diǎn)為，在輸出特性平面上，設(shè)交流負(fù)載線與軸的交點(diǎn)為，則所以，幅度大于（相應(yīng)的有效值為）時(shí)，開始出現(xiàn)截止失真，此時(shí)，的有效值3-12晶體管放大電路如圖3-73所示，已知UCC＝12V，Rb＝240kΩ，Rc＝3kΩ，晶體管電流放大系數(shù)。(1)試用直流通路估算各靜態(tài)值IB、IC和UCE；(2)在靜態(tài)時(shí)、上的電壓各為多少？試畫出其微變等效電路；(3)求放大電路的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；(4)分別求RL＝3.1kΩ和RL＝6.2kΩ時(shí)電路的電壓放大倍數(shù)，并說明RL對(duì)它們的影響。(5)若，求。解：(1)用直流通路估算各靜態(tài)值IB、IC和UCE；，，，(2)靜態(tài)時(shí)上的電壓為0.7V，上的電壓為微變等效電路為：(3)求放大電路的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；，放大電路的輸入電阻，放大電路的輸出電阻(4)（ⅰ）當(dāng)RL＝3.1kΩ時(shí)，（ⅱ）當(dāng)RL＝6.2kΩ時(shí)，由上可見，RL越大，就越大，但RL開路時(shí)，趨向于定值若，則3-13圖3-74所示放大電路。已知圖中Rb1＝22kΩ，Rb2＝7.5kΩ，Rc＝2.2kΩ，Re＝1kΩ，RL＝2.2kΩ，Rs＝500Ω，Ucc＝12V，β＝100。設(shè)Cl，C2，Ce都可視為交流短路，試用小信號(hào)分析法計(jì)算電路的電壓增益，源電壓放大倍數(shù)，輸入電阻Ri，輸出電阻Ro。解：①首先計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)晶體管的基極電位為，則，則②先計(jì)算交流小信號(hào)模型參數(shù)畫出交流小信號(hào)等效電路如下圖：上述交流小信號(hào)等效電路屬典型的共射放大電路，共射放大電路有：3-14如題3-14圖所示放大電路。晶體管的電流放大系數(shù)為β＝100，UBE＝0.6V，UCC＝18V，Rb1＝39kΩ，Rb2＝13kΩ，Rc＝2.4kΩ，Re1＝100Ω，Re2＝1.1kΩ,Rs＝500Ω，RL＝2.4kΩ，Usm＝500mV。求：①接上和斷開電容Ce兩種情況下的靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC和；②接上和斷開電容Ce時(shí)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；③接上和斷開電容Ce時(shí)的輸出電壓Uo。解：①求接上和斷開電容Ce兩種情況下的靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC和由于接上和斷開電容Ce不會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC和，設(shè)晶體管的基極電位為，則，，而所以，，，②接上和斷開電容Ce時(shí)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro（?。┙由想娙軨e時(shí)，交流小信號(hào)等效電路為：其中，小信號(hào)等效模型的參數(shù)（ⅱ）斷開電容Ce時(shí)，交流小信號(hào)等效電路為：類似前面，斷開電容Ce時(shí)，③接上和斷開電容Ce時(shí)的輸出電壓Uo（?。┙由想娙軨e時(shí)，而，所以，的有效值（ⅱ）斷開電容Ce時(shí)，同理，的有效值3-15圖3-76所示放大電路中，晶體管β=100，UBE=0.7V，C1、C2、Ce可視為交流短路。(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)Q；(2)用微變等效電路法求電壓增益、源電壓增益；求輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；(3)若，再求源電壓增益，并與(2)進(jìn)行比較。解：①求靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC和設(shè)晶體管的基極電位為，則，，而，所以，，，，②求電壓放大倍數(shù)、及輸入電阻Ri和輸出電阻Ro交流小信號(hào)等效電路為：其中，小信號(hào)等效模型的參數(shù)③當(dāng)時(shí)，可見信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)放大器輸出電壓有一定的影響。3-16在圖3-77所示放大電路中，已知UCC＝20V，Rb＝470kΩ，Re＝4.7kΩ，RL＝4.7kΩ，晶體管β＝100，靜態(tài)時(shí)UCE＝10V。試求：(1)靜態(tài)電流IB和IC；(2)晶體管的輸入電阻rbe及放大電路的輸入電阻Ri；(3)若Rs＝0，則電壓放大倍數(shù)及輸出電阻Ro各為多少？(4)若Rs＝8.2kΩ，則電壓放大倍數(shù)及輸出電阻Ro各為多少？(5)若Rs＝0，而RL＝470kΩ，則電壓放大倍數(shù)為多少？(6)比較(3)(4)(5)的結(jié)果，說明射級(jí)輸出器的特點(diǎn)。解：(1)靜態(tài)的IB和IC；根據(jù)可知，(2)晶體管的輸入電阻rbe及放大電路的輸入電阻Ri；晶體管的輸入電阻放大電路的小信號(hào)等效電路如圖所示：由圖可見，放大電路的輸入電阻為(3)若Rs＝0，則源電壓放大倍數(shù)及輸出電阻Ro分別計(jì)算如下當(dāng)Rs＝0時(shí)，電壓放大倍數(shù)輸出電阻Ω(4)若Rs＝8.2kΩ，則電壓放大倍數(shù)及輸出電阻Ro分別計(jì)算如下當(dāng)Rs＝8.2kΩ時(shí)，電壓放大倍數(shù)輸出電阻(5)若Rs＝0，而RL＝470kΩ，則源電壓放大倍數(shù)為(6)比較(3)(4)(5)的結(jié)果，上述結(jié)果說明射級(jí)輸出器輸入電阻很大，信號(hào)源內(nèi)阻的變化對(duì)源電壓放大倍數(shù)的影響很小；輸出電阻很小，負(fù)載電阻的變化對(duì)電壓放大倍數(shù)的影響很小，有利于變化范圍較大的負(fù)載；輸出電壓與輸入電壓同相位，且電壓放大倍數(shù)近似為1。3-17圖3-78所示放大電路中，晶體管β=100，UBE=0.6V，200Ω(1)試求電壓放大倍數(shù)；求輸入電阻Ri、輸出電阻Ro；(2)若Rs＝150Ω，求源電壓放大倍數(shù)。解：(1)求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri及輸出電阻Ro；（?。┫扔?jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，因?yàn)樗?，晶體管輸入電阻（ⅱ）畫出小信號(hào)微變等效電路如下：（ⅲ）該電路屬于共基放大電路輸入電阻輸出電阻(2)若Rs＝150Ω，3-18為提高電壓放大倍數(shù)和改善電路性能指標(biāo)，常采用多個(gè)單級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)成多級(jí)放大器。多級(jí)放大器有哪幾種耦合方式？它們各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？解：多級(jí)放大器常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)是：靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，不會(huì)互相影響；缺點(diǎn)是：會(huì)影響放大器的通頻帶；直接耦合的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)放大器的通頻帶影響較??；缺點(diǎn)是：靜態(tài)工作點(diǎn)會(huì)互相影響；變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)是：便于實(shí)現(xiàn)阻抗變換和阻抗匹配；缺點(diǎn)是：體積龐大，對(duì)放大器的通頻帶也有影響；光電耦合的優(yōu)點(diǎn)是：光電耦合器具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、工作溫度范圍寬、輸入與輸出在電氣上完全隔離等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是：由于傳輸比的影響，輸出電壓小，需進(jìn)一步放大。3-19判斷圖3-79所示各兩級(jí)放大電路中，T1和T2管分別組成哪種基本接法的放大電路。設(shè)圖中所有電容對(duì)于交流信號(hào)均可視為短路。試畫出各電路的微變等效電路圖。解：①（a）圖的交流等效電路如下：上圖中，第一級(jí)為共射放大電路，第二級(jí)為共基放大電路；②（b）圖的交流等效電路如下：上圖中，第一級(jí)為共射放大電路，第二級(jí)也為共射放大電路；③（c）圖的交流等效電路如下：上圖中，第一級(jí)為共射放大電路，第二級(jí)也為共射放大電路；④（d）圖的交流等效電路如下：上圖中，第一級(jí)為共集放大電路，第二級(jí)為共基放大電路；3-20試采用晶體管S8050設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)阻容耦合低頻電壓放大電路，S8050的電流放大系數(shù)為β＝100，電源電壓為12V，要求放大電路的總放大倍數(shù)為，輸入電阻kΩ，輸出電阻Ω，試畫出放大電路圖，并選擇電路中其他元件參數(shù)。解：實(shí)現(xiàn)的電路如下圖所示，過程如下：采用阻容耦合電路，其特點(diǎn)是：因電容具有隔直流作用，所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。先計(jì)算第一級(jí)電路：依據(jù)：輸入電阻，電壓放大倍數(shù)1）.輸入電阻基極電流，發(fā)射極電流Rb11和一般較大，所以取，而，其中，可解得，可取，則。2）.基極電流，發(fā)射極電流，發(fā)射極電位上下偏置電阻，發(fā)射極電阻為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，工程應(yīng)用中各電極電流和電壓的選擇如下：A)．由電流：和，可得。B)．由發(fā)射極電位可得基極電位：C)．而，可解得，取標(biāo)稱值。D)．由進(jìn)而可得，取標(biāo)稱值27。E)．由電壓：和，可得。3）.電壓放大倍數(shù)集電極偏置電阻由可得，而，推得。共集電極電路輸入電阻很大，所以一般較大，可得（標(biāo)稱值）。再計(jì)算第二級(jí)電路：依據(jù)：輸出電阻4）.輸出電阻第二級(jí)基極電流，發(fā)射極電流A)．，由于一般較大，所以，B)．利用，可得，C)．由，可得，可取。5）.發(fā)射極電流發(fā)射極輸出電阻由晶體管輸出特性曲線可知：要使晶體管能最大限度的放大交流信號(hào)而不產(chǎn)生失真，要求靜態(tài)工作點(diǎn)電壓在左右，可取，則，進(jìn)而得。6）.基極電位基極偏置電阻，取標(biāo)稱值電容的選?。海鸵话氵x10～22，一般選50～100。最后驗(yàn)證電路各級(jí)電路能否正常放大：保證不處于飽和狀態(tài)，即其值在左右即可。，，?？芍猅1管處于正常放大狀態(tài)。T2管也處于正常放大狀態(tài)。3-21已知單管放大器的中頻電壓增益，=10Hz，=1MHz，(1)畫出放大器的漸近波特圖。(2)和時(shí)，電壓放大倍數(shù)的模和相角φ各為多少？解：(1)放大器的低頻