模拟电路第三章 - 放大电路基础(3)

2020-04-17 04:48

VDD(-12V) RD

CG RD CD T CS CG + Rs T + RS + Rs RL vo RL vo vs + RS - - vs CS VSS (-9V) - - (c) (d) 题图 2.2

【解】本题用来熟悉:放大电路的组成原则。

分析这类问题时,应从两方面考虑。首先分析电路的直流通路,确定放大管的直流偏置是否合理;然后分析电路的交流通路,观察信号通路是否畅通。

对题图2.2(a):在直流通路中,要求NPN管的VC>VB>VE,而该电路的VCC<0,故直流通路有错;在交流通路中,CB2将输入信号交流短路,故交流信号也有错。

改正:将VCC改为正电源,并去掉CB2。 对题图2.2(b):在直流通路中,由于NPN管的发射结无偏置电压,故直流通路有错;交流通路没有错误。

改正:在三极管的基极到电源VCC之间接入偏置电阻RB。 对题图2.2(c):在直流通路中,由于场效应管的栅源之间无偏置电压,故直流通路有错;交流通路没有错误。

改正:在场效应管的栅极到电源VSS之间接入偏置电阻RG。 对题图2.2(d):在直流通路中,由于场效应管的栅源之间无偏置电压且VDD<0(对于N沟道DMOS管,要求VDS>0),故直流通路有错;交流通路没有错误。

改正:将VDD改为正电源,并在场效应管的栅极到地之间接入偏置电阻RG。 【2-3】在题图2.3所示电路中,已知

RC RB 室温下硅管的β=100,VBE(on)=0.7V,

2kΩ 260kΩ -

ICBO=1015A,试求:

T (1)室温下的ICQ、VCEQ值; (2)温度升高40oC、降低60oC 两种情况下的VCEQ值,并由此分

VEE(-6V) 析三极管的工作状态。

题图2.3 【解】本题用来熟悉:温度对放大电路Q点的影响。

(1)室温下

-VBE(on)-VBE -0.7-(-6) IBQ= = ≈20.39μA RB 260 ICQ=βIBQ+(1+β)ICBO≈βIBQ≈2.04mA VCEQ=-VEE -ICQRC=1.92V

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(2)温度升高40oC,即△T=40oC时,

β′=(1+△T×1%)β=1.4β=140

VBE(on)′=VBE(on)-△T×2.5×103=0.6V

△T -1510 ICBO′=I×2 =16×10A CBO 将β′、V BE(on)′、ICBO′重新代入(1)中各方程,可求得: IBQ′≈20.77μA,ICQ′≈2.9mA,VCEQ′= 0.2V

由于VCEQ′= 0.2V<0.3V,所以三极管工作在饱和区。 温度降低60oC,即△T=-60oC时,

β″= (1+△T×1%)β= 0.4β= 40

VBE(on)″=VBE(on)-△T×2.5×103 = 0.85V

△T -1910 ICBO″=I×2 =156.25×10A CBO 将β″、V BE(on)″、ICBO″重新代入(1)中各方程,可求得: IBQ″≈19.81μA,ICQ″≈0.79mA,VCEQ″= 4.42V

由于VCEQ″= 4.42V>0.3V,所以三极管工作在放大区。

【2-4】在题图2.4(a)所示电路中,已知室温下硅管的参数与题【2-3】相同,试求温度升高40oC时的ICQ与VCEQ值,并与题【2-3】作比较。 VCC(+6V) RC RB1 RB RC 1.8kΩ 15kΩ T + + T

VBB VCC RE RB2 RE - - 6.2kΩ 0.5kΩ

(b) (a) 题图2.4

【解】本题用来熟悉:分压偏置电路对Q点的稳定作用。

将图(a)电路等效成图(b)所示电路。其中

RB2 6.2 VBB≈ VCC = ×6≈1.76V,RB=RB1∥RB2=15∥6.2≈4.39kΩ RB1 +RB2 6.2+15 故而可求得室温下的静态值如下:

VBB-VBE(on) 1.76-0.7 IBQ= = 19.31μA RB +(1+β)RE 4.39+(1+100)×0.5 ICQ≈100×19.31μA≈1.93mA

VCEQ=VCC-ICQ(RC+RE ) = 6-1.93×(1.8+0.5 ) ≈1.56V

53

当△T=40oC时,由上题知

β′=140,VE(on)′=0.6V,ICBO′=16×1015A,按照上述方法可重新求得:

IBQ′≈15.49μA,ICQ′≈2.18mA,VCEQ′≈0.99V>0.3V

由于分压偏置电路具有稳定Q点的作用。所以当温度升高40oC时,三极管仍然工作在放大区。

【2-5】 试分析下列现象:

(1)测试两个单级放大器在负载开路下的电压增益分别为Avt1、Avt2,现将两级级联,测得总电压增益Av明显低于Avt1Avt2。

(2)两个单级放大器在负载短路时的电流增益分别为Ain1、Ain2,现将两级级联,测得总电流增益Ai≈Ain1Ain2。

(3)测得放大器的源电压增益Avs远小于电压增益Av,现调节放大器的输入电阻,发现Avs≈Av。

【解】本题用来熟悉:放大器的输入、输出电阻对增益的影响。 (1)两级级联后,总的电压增益Av=Av1Av2。而

RL RL1 Ri2

A= A Avvt21= Avt1 = Avt1 v2Ro2 +RL Ro1 +RL1 Ro1 +Ri2 显然,当Ri2<<Ro1或Ro2>>RL或二者兼有时,Au<<Aut1 Aut2。从中不难得出:若放大器的输入电阻越小,对前级电路电压增益的影响就越大;放大器的输出电阻越大,负载对本级电路电压增益的影响就越大。 (2)两级级联后,总的电流增益Ai=Ai1Ai2。而

Ro2 Ro1 Ro1

Ai2= Ain2 Ai 1= Ain1 = Ain1

Ro2 +RL Ro1 +RL1 Ro1 +Ri2 显然,当Ri2<<Ro1或Ro2>>RL或二者兼有时,Ai≈Ain1Ain2。从中不难得出:若放大器的输入电阻越小,对前级电路电流增益的影响就越小;放大器的输出电阻越大,负载对本级电路电流增益的影响就越小。 (3)放大器的源电压增益

Ri1

Avs= Av

Rs+Ri1

显然,当Ri1<<Rs时,Av<<Avs;而当Ri1>>Rs时,Avs≈Av。即放大器的输入电阻越大,信号源的内阻越小,则源电压增益Avs越接近外观增益Av。

【2-6】 题图2.5所示为两级直接耦合放大器中,已知晶体三极管的│VBE(on)│=0.7V,β=100,IBQ可忽略,要求ICQ1 = 1mA,ICQ2=1.5mA,VCEQ1=4V,│VCEQ2│=5V。试设计电路各元件值。

【解】本题用来熟悉:放大电路偏置电路的设计方法。

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取VEQ1=0.2VCC=2.4V,则

VCC (+12V) RE1≈VEQ1/ICQ1=2.4 kΩ

RE2 RC1 取I1=10IBQ1=10ICQ1/β=0.1mA,则 RB1 RB1+RB2=VCC/I1=120 kΩ T2 T1 RB2 VBQ1 VCC =VBE(on) 1+VEQ1=3.1V RB2 ≈ RRC2 RE1 B1 +RB2 RB1 =89 kΩ 题图 2.5 RB2 =31 kΩ V-VCEQ1-VEQ1 = CCRC1 =5.6kΩ

ICQ1 CC-│VBE(on)2 │-VCEQ1-VEQ1 R≈ V =3.27kΩ E2ICQ2 VEQ2-│VCEQ2│ │VBE(on)2│+ VCEQ1+VEQ1-│VCEQ2│

R= = =1.4kΩ C2

ICQ2 ICQ2

【2-7】在题图2.6所示电路中,已知各晶体三极管的特性相同,β=100,VBE(on) = 0.7V要求IEQ1=0.5mA,IEQ2=1mA,VCEQ1=2.5V,VCEQ2=4V。设VCC=12V,VCQ2=6V,I1=10IBQ1, 试计算各电阻值。

VCC 【解】本题用来熟悉:

RC1 多级放大电路Q点的分析方法。 I1 RC2 RB1 由已知条件可求得:

VEQ2=VCQ2-VCEQ2= 4-2=2V T2 T1 VCQ1=VEQ2+VBE(on) 2= 2+0.7=2.7V

RB2 RE1 RE2 VEQ1=VCQ1-VCEQ1=2.7-2.5=0.2V

VBQ1=VEQ1+VBE(on) 1= 0.2+0.7=0.9V

题图 2.6 由于IBQ1≈IEQ1/β= 5μA,

所以I1=10IBQ1=50μA,因此可求得各电阻值如下: VEQ2 VCC-VCQ2 VCC-VCQ2

RC2= ≈ = 6kΩ RE2= ≈1.9kΩ I1+ IEQ2 ICQ2 IEQ2 VEQ1 VCC-VCQ1 VCC-VCQ1

R= = 400Ω RC1= ≈ =18.6kΩ E1IEQ1 ICQ1 IEQ1 VBQ1 VEQ2-VBQ1

R= ≈16.4kΩ B2RB1= =22kΩ I1+ IBQ1 I1

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【2-8】在题图2.7(a)所示为三级直接耦合放大器中,已知各管的│VBE(on)│=0.7V,β=100,IBQ可忽略,要求ICQ1=1mA,ICQ2=1.4mA, ICQ3=1.6mA ,│VCEQ│=2V。试完成下列各题:

(1)计算各电阻阻值和各管的VCQ值;

(2)将T2改为NPN管,如图2.7(b)所示,调整RC2、RCE,保证ICQ2不变,试指出电路能否正常工作?

VCC (6V) VCC (6V) RC3 RE2 RB1 RC1 RC2 Ω6.2k T2 T3 T2 T1 RB2 RE3 RC2 RE1 RE2 4.7kΩ (b) (a) 题图 2.7

【解】本题用来熟悉:直接耦合放大电路Q点的分析方法及电平位移的基本概念。 (1)第一级电路,因为

RB2

VEQ1=VBQ1-VBE(on)1=1.89V VBQ1≈ VCC ≈2.59V RB1 +RB2 所以

VCC-VCEQ1-VEQ1 VEQ1

RC1= =2.11kΩ RE1≈ ≈1.89kΩ

ICQ1 ICQ1

第二级电路,因为

VBQ2=VCQ1= VCEQ1+VEQ1 =3.89V,VEQ2=VBQ2+│VBE(on) 2│=4.59V 所以

VCC-VEQ2

RE2≈ =1kΩ

ICQ2 VEQ2-│VCEQ2│

RC2= =1.85kΩ

ICQ2 第三级电路,因为

VBQ3=VCQ2=VEQ2-│VCEQ2│ =2.59V,VEQ3=VBQ3-VBE(on)3=1.89V 所以

VEQ3 VCC-VCEQ3-VEQ3

R≈ ≈1.18kΩ R= ≈1.32kΩ E3C3

ICQ3 ICQ3

(2)将T2改为NPN管后,T2管的集电极电位将被抬高,

VCQ2=VCEQ2+VEQ2= VCEQ2+(VCQ1-VBE(on)2)=5.19V

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