..第三部分習題與解答習題1客觀檢測題一、填空題1、在雜質半導體中,多數載流子的濃度主要取決于摻入的雜質濃度,而少數載流子的濃度則與溫度有很大關系。2、當PN結外加正向電壓時,擴散電流大于漂移電流,耗盡層變窄。當外加反向電壓時,擴散電流小于漂移電流,耗盡層變寬。3、在N型半導體中,電子為多數載流子,空穴為少數載流子。二．判斷題1、由于P型半導體中含有大量空穴載流子,N型半導體中含有大量電子載流子,所以P型半導體帶正電,N型半導體帶負電。〔×2、在N型半導體中,摻入高濃度三價元素雜質,可以改為P型半導體。〔√3、擴散電流是由半導體的雜質濃度引起的,即雜質濃度大,擴散電流大；雜質濃度小,擴散電流小。〔×4、本征激發過程中,當激發與復合處于動態平衡時,兩種作用相互抵消,激發與復合停止。〔×5、PN結在無光照無外加電壓時,結電流為零。〔√6、溫度升高時,PN結的反向飽和電流將減小。〔×7、PN結加正向電壓時,空間電荷區將變寬。〔×三．簡答題1、PN結的伏安特性有何特點？答：根據統計物理理論分析,PN結的伏安特性可用式表示。式中,ID為流過PN結的電流；Is為PN結的反向飽和電流,是一個與環境溫度和材料等有關的參數,單位與I的單位一致；V為外加電壓；VT=kT/q,為溫度的電壓當量〔其單位與V的單位一致,其中玻爾茲曼常數,電子電量,則,在常溫〔T=300K下,VT=25.875mV=26mV。當外加正向電壓,即V為正值,且V比VT大幾倍時,,于是,這時正向電流將隨著正向電壓的增加按指數規律增大,PN結為正向導通狀態.外加反向電壓,即V為負值,且|V|比VT大幾倍時,,于是,這時PN結只流過很小的反向飽和電流,且數值上基本不隨外加電壓而變,PN結呈反向截止狀態。PN結的伏安特性也可用特性曲線表示,如圖所示.從式<1.1.1>伏安特性方程的分析和圖特性曲線〔實線部分可見：PN結真有單向導電性和非線性的伏安特性。圖圖PN2、什么是PN結的反向擊穿？PN結的反向擊穿有哪幾種類型？各有何特點？答："PN"結的反向擊穿特性：當加在"PN"結上的反向偏壓超過其設計的擊穿電壓后,PN結發生擊穿。PN結的擊穿主要有兩類,齊納擊穿和雪崩擊穿。齊納擊穿主要發生在兩側雜質濃度都較高的PN結,一般反向擊穿電壓小于4Eg/q〔Eg—PN結量子阱禁帶能量,用電子伏特衡量,Eg/q指PN結量子阱外加電壓值,單位為伏特的PN的擊穿模式就是齊納擊穿,擊穿機理就是強電場把共價鍵中的電子拉出來參與導電,使的少子濃度增加,反向電流上升。雪崩擊穿主要發生在"PN"結一側或兩側的雜質濃度較低"PN"結,一般反向擊穿電壓高于6Eg/q的"PN"結的擊穿模式為雪崩擊穿。擊穿機理就是強電場使載流子的運動速度加快,動能增大,撞擊中型原子時把外層電子撞擊出來,繼而產生連鎖反應,導致少數載流子濃度升高,反向電流劇增。3、PN結電容是怎樣形成的？和普通電容相比有什么區別？PN結電容由勢壘電容Cb和擴散電容Cd組成。勢壘電容Cb是由空間電荷區引起的。空間電荷區內有不能移動的正負離子,各具有一定的電量。當外加反向電壓變大時,空間電荷區變寬,存儲的電荷量增加；當外加反向電壓變小時,空間電荷區變窄,存儲的電荷量減小,這樣就形成了電容效應。"墊壘電容"大小隨外加電壓改變而變化,是一種非線性電容,而普通電容為線性電容。在實際應用中,常用微變電容作為參數,變容二極管就是勢壘電容隨外加電壓變化比較顯著的二極管。圖1.3.3P區中電子濃度的分布曲線及電荷的積累擴散電容Cd是載流子在擴散過程中的積累而引起的。PN結加正向電壓時,N區的電子向P區擴散,在P區形成一定的電子濃度<Np>分布,PN結邊緣處濃度大,離結遠的地方濃度小,電子濃度按指數規律變化。當正向電壓增加時,載流子積累增加了△Q；反之,則減小,如圖所示。同理,在N區內空穴濃度隨外加電壓變化而變化的關系與P區電子濃度的變化相同。因此,外加電壓增加△V時所出現的正負電荷積累變化△Q,可用擴散電容Cd來模擬。C圖1.3.3P綜上可知,勢壘電容和擴散電容是同時存在的。PN結正偏時,擴散電容遠大于勢壘電容；PN結反偏時,擴散電容遠小于勢壘電容。勢壘電容和擴散電容的大小都與PN結面積成正比。與普通電容相比,PN結電容是非線性的分布電容,而普通電容為線性電容。習題2客觀檢測題一、填空題1、半導體二極管當正偏時,勢壘區變窄,擴散電流大于漂移電流。2、在常溫下,硅二極管的門限電壓約0.6V,導通后在較大電流下的正向壓降約0.7V；鍺二極管的門限電壓約0.1V,導通后在較大電流下的正向壓降約0.2V。3、在常溫下,發光二極管的正向導通電壓約1.2~2V,高于硅二極管的門限電壓；考慮發光二極管的發光亮度和壽命,其工作電流一般控制在5~10mA。4、利用硅PN結在某種摻雜條件下反向擊穿特性陡直的特點而制成的二極管,稱為普通〔穩壓二極管。請寫出這種管子四種主要參數,分別是最大整流電流、反向擊穿電壓、反向電流和極間電容。二、判斷題1、二極管加正向電壓時,其正向電流是由〔a。a.多數載流子擴散形成b.多數載流子漂移形成c.少數載流子漂移形成d.少數載流子擴散形成2、PN結反向偏置電壓的數值增大,但小于擊穿電壓,〔c。a.其反向電流增大b.其反向電流減小c.其反向電流基本不變d.其正向電流增大3、穩壓二極管是利用PN結的〔d。a.單向導電性b.反偏截止特性c.電容特性d.反向擊穿特性4、二極管的反向飽和電流在20℃時是5μA,溫度每升高10℃,其反向飽和電流增大一倍,當溫度為40℃a.10μAb.15μAc.20μAd.40μA5、變容二極管在電路中使用時,其PN結是〔b。a.正向運用b.反向運用三、問答題1、溫度對二極管的正向特性影響小,對其反向特性影響大,這是為什么？答：正向偏置時,正向電流是多子擴散電流,溫度對多子濃度幾乎沒有影響,因此溫度對二極管的正向特性影響小。但是反向偏置時,反向電流是少子漂移電流,溫度升高少數載流子數量將明顯增加,反向電流急劇隨之增加,因此溫度對二極管的反向特性影響大。2、能否將1.5V的干電池以正向接法接到二極管兩端？為什么？答：根據二極管電流的方程式將V=1.5V代入方程式可得：故雖然二極管的內部體電阻、引線電阻及電池內阻都能起限流作用,但過大的電流定會燒壞二極管或是電池發熱失效,因此應另外添加限流電阻。3、有A、B兩個二極管。它們的反向飽和電流分別為5mA和,在外加相同的正向電壓時的電流分別為20mA和8mA,你認為哪一個管的性能較好？答：B好,因為B的單向導電性好；當反向偏置時,反向飽和電流很小,二極管相當于斷路,其反向偏置電阻無窮大。4、利用硅二極管較陡峭的正向特性,能否實現穩壓？若能,則二極管應如何偏置？答：能實現穩壓,二極管應該正向偏置,硅二極管的正偏導通電壓為0.7V；因此硅二極管的正向特性,可以實現穩壓,其穩壓值為0.7V。5、什么是齊納擊穿？擊穿后是否意味著PN結損壞？答：齊納擊穿主要發生在兩側雜質濃度都較高的PN結,其空間電荷區較窄,擊穿電壓較低〔如5V以下,一般反向擊穿電壓小于4Eg/q〔Eg—PN結量子阱禁帶能量,用電子伏特衡量,Eg/q指PN結量子阱外加電壓值,單位為伏特的PN的擊穿模式就是齊納擊穿,擊穿機理就是強電場把共價鍵中的電子拉出來參與導電,使的少子濃度增加,反向電流上升。發生齊納擊穿需要的電場強度很大,只有在雜質濃度特別大的PN結才能達到。擊穿后并不意味著PN結損壞,當加在穩壓管上的反向電壓降低以后,管子仍然可以恢復原來的狀態。但是反向電流和反向電壓的乘積超過PN結容許的耗散功率時,就可能由電擊穿變為熱擊穿,而造成永久性的破壞。電擊穿PN結未被損壞,但是熱擊穿PN結將永久損壞。主觀檢測題試用電流方程式計算室溫下正向電壓為0.26V和反向電壓為1V時的二極管電流。〔設解：由公式由于,VT=0.026V正向偏置VD=0.26V時當反向偏置時寫出題圖所示各電路的輸出電壓值,設二極管均為理想二極管。解：VO1≈2V〔二極管正向導通,VO2＝0〔二極管反向截止,VO3≈－2V〔二極管正向導通,VO4≈2V〔二極管反向截止,VO5≈2V〔二極管正向導通,VO6≈－2V〔二極管反向截止。題圖題圖重復題,設二極管均為恒壓降模型,且導通電壓VD＝0.7V。解：UO1≈1.3V〔二極管正向導通,UO2＝0〔二極管反向截止,UO3≈－1.3V〔二極管正向導通,UO4≈2V〔二極管反向截止,UO5≈1.3V〔二極管正向導通,UO6≈－2V〔二極管反向截止。<a><c><b>題圖設題圖中的二極管均為理想的〔正向可視為短路,反向可視為開路,試判斷其中的二極管是導通還是截止,并求出<a><c><b>題圖解：題圖所示的電路圖中,圖〔a所示電路,二極管D導通,VAO=－6V,圖〔b所示電路,二極管D1導通,D2截止,VAO=－0V,圖〔c所示電路,二極管D1導通,D2截止,VAO=－0V。在用萬用表的三個歐姆檔測量某二極管的正向電阻時,共測得三個數據；,試判斷它們各是哪一檔測出的。解：萬用表測量電阻時,對應的測量電路和伏安特性如圖所示,實際上是將流過電表的電流換算為電阻值,用指針的偏轉表示在表盤上。當流過的電流大時,指示的電阻小。測量時,流過電表的電流由萬用表的內阻和二極管的等效直流電阻值和聯合決定。圖通常萬用表歐姆檔的電池電壓為Ei=1.5V,檔時,表頭指針的滿量程為100μA〔測量電阻為0,流經電阻Ri的電流為10mA,萬用表的內阻為；檔時,萬用表的內阻為〔測量電阻為0,表頭滿量程時,流經Ri的電流為1mA；檔時〔測量電阻為0,表頭滿量程時,流經Ri的電流為0.1mA,萬用表的內阻為；圖由圖可得管子兩端的電壓V和電流I之間有如下關系：檔時,內阻；檔時,內阻；檔時,內阻；從伏安特性圖上可以看出,用檔測量時,萬用表的直流負載線方程與二極管的特性曲線的交點為A,萬用表的讀數為V1/I1。用檔測量時,萬用表的直流負載線方程與二極管的特性曲線的交點為B,萬用表的讀數為V2/I2。用檔測量時,萬用表的直流負載線方程與二極管的特性曲線的交點為C,萬用表的讀數為V3/I3。由圖中可以得出所以,為萬用表檔測出的；為萬用表檔測出的；為萬用表檔測出的。<a>理想模型<b>恒壓降模型圖π2ππ2ππ2π電路如題圖所示,已知vi＝6sinωt<v><a>理想模型<b>恒壓降模型圖π2ππ2ππ2π題圖題圖解：由題意可知：vi＝6sinωt<v>在vi的正半周,二極管導通,電路的輸出電壓波形如圖<a>、<b>所示。圖電路如題圖所示,已知vi＝6sinωt<V>,二極管導通電壓VD＝0.7V。試畫出vi與vO的波形,并標出幅值。圖題圖題圖解：由題意vi＝6sinωt<V>波形如圖所示：當時,二極管D1導通,vo＝3.7V,當時,二極管D2導通,vo＝?3.7V,當時,二極管D1、D2截止,vo＝vi。現有兩只穩壓管,它們的穩定電壓分別為5V和8V,正向導通電壓為0.7V。試問：〔1若將它們串聯相接,則可得到幾種穩壓值？各為多少？〔2若將它們并聯相接,則又可得到幾種穩壓值？各為多少？解：〔1兩只穩壓管串聯時可得1.4V、5.7V、8.7V和13V等四種穩壓值。〔2兩只穩壓管并聯時可得0.7V、5V和8V等三種穩壓值。已知穩壓管的穩壓值VZ＝6V,穩定電流的最小值IZmin＝5mA。求題圖所示電路中VO1和VO2各為多少伏。題圖題圖解：〔1當VI＝10V時,若VO1＝VZ＝6V,則穩壓管的電流為,大于其最小穩定電流,所以穩壓管擊穿。故。〔2當VI＝10V時,若VO2＝VZ＝6V,則穩壓管的電流為,小于其最小穩定電流,所以穩壓管未擊穿。故。電路如題圖〔a〔b所示,穩壓管的穩定電壓VZ＝3V,R的取值合適,vi的波形如圖〔c所示。試分別畫出vO1和vO2的波形。題圖題圖解：波形如圖所示。題圖所示的電路中,對于圖〔a所示的電路,當時,穩壓管DZ反向擊穿,vo＝vi?3V,當時,穩壓管DZ未擊穿,vo＝0V。圖對于圖b所示的電路,當時,穩壓管DZ反向擊穿,vo＝VZ,當時,穩壓管DZ未擊穿,vo＝vi。圖題圖題圖已知題圖所示電路中穩壓管的穩定電壓VZ＝6V,最小穩定電流IZmin＝5mA,最大穩定電流IZmax＝25mA。〔1分別計算vi為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓vO的值；〔2若vi＝35V時負載開路,則會出現什么現象?為什么？解：〔1當vi＝10V時,若vO＝VZ＝6V,則穩壓管的電流為4mA,小于其最小穩定電流,所以穩壓管未擊穿。故當vi＝15V時,穩壓管中的電流大于最小穩定電流IZmin,所以vO＝VZ＝6V同理,當vi＝35V時,vO＝VZ＝6V。〔229mA＞IZM＝25mA,穩壓管將因功耗過大而損壞。電路如題圖所示,設所有穩壓管均為硅管〔正向導通電壓為VD＝0.7V,且穩定電壓VZ＝8V,已知vi＝15sinωt<V>,試畫出vO1和vO2的波形。題圖題圖<b><a>解：題圖所示的電路圖中,對于圖〔a,當時,穩壓管DZ反向擊穿,vo＝8V；當時,穩壓管DZ正向導通,vo＝?0.7V；當時,穩壓管DZ1和DZ2未擊穿,vo＝vi。對應題圖<a>電路的輸出電壓的波形如圖2.2.5<a>所示。對于圖〔b,當時,穩壓管DZ1正向導通、DZ2反向擊穿,vo＝8V；當時,穩壓管DZ1反向擊穿、DZ2正向導通,vo＝?8V；當時,穩壓管DZ1和DZ2未擊穿,vo＝vi。對應題圖<b>電路的輸出電壓的波形如圖2.2.5<b>所示。圖圖<b><a>在題圖所示電路中,發光二極管導通電壓VD＝1.5V,正向電流在5～15mA時才能正常工作。試問：題圖〔1開關S在什么位置時發光二極管才能發光？題圖〔2R的取值范圍是多少？解：〔1當開關S閉合時發光二極管才能發光。〔2為了讓二極管正常發光,ID＝5～15mA,R的范圍為可以計算得到R=233～700Ω習題3客觀檢測題一、填空題1.三極管處在放大區時,其集電結電壓小于零,發射結電壓大于零。2.三極管的發射區雜質濃度很高,而基區很薄。3.在半導體中,溫度變化時少數載流子的數量變化較大,而多數載流子的數量變化較小。4.三極管實現放大作用的內部條件是：發射區雜質濃度要遠大于基區雜質濃度,同時基區厚度要很小；外部條件是：發射結要正向偏置、集電結要反向偏置。5.處于放大狀態的晶體管,集電極電流是少數載流子漂移運動形成的。6.工作在放大區的某三極管,如果當IB從12μA增大到22μA時,IC從1mA變為2mA,那么它的β約為100。7.三極管的三個工作區域分別是飽和區、放大區和截止區。8.雙極型三極管是指它內部的參與導電載流子有兩種。9.三極管工作在放大區時,它的發射結保持正向偏置,集電結保持反向偏置。10.某放大電路在負載開路時的輸出電壓為5V,接入12k的負載電阻后,輸出電壓降為2.5V,這說明放大電路的輸出電阻為12k。11.為了使高內阻信號源與低電阻負載能很好的配合,可以在信號源與低電阻負載間接入共集電極組態的放大電路。12.題圖所示的圖解,畫出了某單管共射放大電路中晶體管的輸出特性和直流、交流負載線。由此可以得出：〔1電源電壓=6V；〔2靜態集電極電流=1mA；集電極電壓=3V；〔3集電極電阻=3kΩ；負載電阻=3kΩ；〔4晶體管的電流放大系數=50,進一步計算可得電壓放大倍數=－50；〔取200；〔5放大電路最大不失真輸出正弦電壓有效值約為1.06V；〔6要使放大電路不失真,基極正弦電流的振幅度應小于20μA。題圖題圖13.穩定靜態工作點的常用方法有射極偏置電路和集電極－基極偏置電路。14.有兩個放大倍數相同,輸入電阻和輸出電阻不同的放大電路A和B,對同一個具有內阻的信號源電壓進行放大。在負載開路的條件下,測得A放大器的輸出電壓小,這說明A的輸入電阻小。15.三極管的交流等效輸入電阻隨靜態工作點變化。16.共集電極放大電路的輸入電阻很大,輸出電阻很小。17.放大電路必須加上合適的直流偏置才能正常工作。18.共射極、共基極、共集電極放大電路有功率放大作用；19.共射極、共基極放大電路有電壓放大作用；20.共射極、共集電極放大電路有電流放大作用；21.射極輸出器的輸入電阻較大,輸出電阻較小。22.射極輸出器的三個主要特點是輸出電壓與輸入電壓近似相同、輸入電阻大、輸出電阻小。23."小信號等效電路"中的"小信號"是指"小信號等效電路"適合于微小的變化信號的分析,不適合靜態工作點和電流電壓的總值的求解,不適合大信號的工作情況分析。24.放大器的靜態工作點由它的直流通路決定,而放大器的增益、輸入電阻、輸出電阻等由它的交流通路決定。25.圖解法適合于求靜態工作Q點；小、大信號工作情況分析,而小信號模型電路分析法則適合于求交變小信號的工作情況分析。26.放大器的放大倍數反映放大器放大信號的能力；輸入電阻反映放大器索取信號源信號大小的能力；而輸出電阻則反映出放大器帶負載能力。27.對放大器的分析存在靜態和動態兩種狀態,靜態值在特性曲線上所對應的點稱為Q點。28.

在單級共射放大電路中,如果輸入為正弦波形,用示波器觀察VO和VI的波形,則VO和VI的相位關系為反相；當為共集電極電路時,則VO和VI的相位關系為同相。29.在由NPN管組成的單管共射放大電路中,當Q點太高〔太高或太低時,將產生飽和失真,其輸出電壓的波形被削掉波谷；當Q點太低〔太高或太低時,將產生截止失真,其輸出電壓的波形被削掉波峰。30.單級共射放大電路產生截止失真的原因是放大器的動態工作軌跡進入截止區,產生飽和失真的原因是放大器的動態工作軌跡進入飽和區。31.NPN三極管輸出電壓的底部失真都是飽和失真。32.PNP三極管輸出電壓的頂部部失真都是飽和失真。33.多級放大器各級之間的耦合連接方式一般情況下有RC耦合,直接耦合,變壓器耦合。34.BJT三極管放大電路有共發射極、共集電極、共基極三種組態。35.不論何種組態的放大電路,作放大用的三極管都工作于其輸出特性曲線的放大區。因此,這種BJT接入電路時,總要使它的發射結保持正向偏置,它的集電結保持反向偏置。36.某三極管處于放大狀態,三個電極A、B、C的電位分別為-9V、-6V和-6.2V,則三極管的集電極是A,基極是C,發射極是B。該三極管屬于PNP型,由鍺半導體材料制成。37.電壓跟隨器指共集電極電路,其電壓的放大倍數為1；電流跟隨器指共基極電路,指電流的放大倍數為1。38.溫度對三極管的參數影響較大,當溫度升高時,增加,增加,正向發射結電壓減小,減小。39.當溫度升高時,共發射極輸入特性曲線將左移,輸出特性曲線將上移,而且輸出特性曲線之間的間隔將增大。40.放大器產生非線性失真的原因是三極管或場效應管工作在非放大區。41.在題圖電路中,某一參數變化時,的變化情況〔a.增加,b,減小,c.不變,將答案填入相應的空格內。題圖〔1增加時,將增大。題圖〔2減小時,將增大。〔3增加時,將減小。〔4增加時,將不變。〔5減小時〔換管子,將增大。〔6環境溫度升高時,將減小。42.在題圖電路中,當放大器處于放大狀態下調整電路參數,試分析電路狀態和性能的變化。〔在相應的空格內填"增大"、"減小"或"基本不變"。〔1若阻值減小,則靜態電流IB將增大,將減小,電壓放大倍數將增大。〔2若換一個值較小的晶體管,則靜態的將不變,將增大,電壓放大倍數將減小。題圖〔3若阻值增大,則靜態電流將不變,將減小,電壓放大倍數將增大。題圖43.放大器的頻率特性表明放大器對不同頻率信號適應程度。表征頻率特性的主要指標是中頻電壓放大倍數,上限截止頻率和下限截止頻率。44.放大器的頻率特性包括幅頻響應和相頻響應兩個方面,產生頻率失真的原因是放大器對不同頻率的信號放大倍數不同。45.頻率響應是指在輸入正弦信號的情況下,放大器對不同頻率的正弦信號的穩態響應。46.

放大器有兩種不同性質的失真,分別是線性失真和非線性失真。47.幅頻響應的通帶和阻帶的界限頻率被稱為截止頻率。48.阻容耦合放大電路加入不同頻率的輸入信號時,低頻區電壓增益下降的原因是由于存在耦合電容和旁路電容的影響；高頻區電壓增益下降的原因是由于存在放大器件內部的極間電容的影響。49.單級阻容耦合放大電路加入頻率為的輸入信號時,電壓增益的幅值比中頻時下降了3dB,高、低頻輸出電壓與中頻時相比有附加相移,分別為-45o和+45o。50.在單級阻容耦合放大電路的波特圖中,幅頻響應高頻區的斜率為-20dB/十倍頻,幅頻響應低頻區的斜率為-20dB/十倍頻；附加相移高頻區的斜率為-45o/十倍頻,附加相移低頻區的斜率為+45o/十倍頻。51.一個單級放大器的下限頻率為,上限頻率為,,如果輸入一個mV的正弦波信號,該輸入信號頻率為50kHz,該電路不會產生波形失真。52.多級放大電路與組成它的各個單級放大電路相比,其通頻帶變窄,電壓增益增大,高頻區附加相移增大。二、判斷題1.下列三極管均處于放大狀態,試識別其管腳、判斷其類型及材料,并簡要說明理由。〔13.2V,5V,3V；解：鍺NPN型BJT管VBE=0.2V所以為鍺管；5V為集電極,3.2V為基極,3V為發射極,〔2－9V,－5V,－5.7V解：硅PNP型BJT管；－9V為集電極,－5.7V為基極,－5V為發射極〔32V,2.7V,6V；解：硅NPN型BJT管；6V為集電極,2.7V為基極,2V為發射極〔45V,1.2V,0.5V；解：硅NPN型BJT管；5V為集電極,1.2V為基極,0.5V為發射極〔59V,8.3V,4V解：硅PNP型BJT管9V為發射極,8.3V為基極,4V為集電極〔610V,9.3V,0V解：硅PNP型BJT管,10V為發射極,9.3V為基極,0V為集電極〔75.6V,4.9V,12V；解：硅NPN型BJT管,12V為集電極,5.6V為基極,4.9V為發射極,〔813V,12.8V,17V；解：鍺NPN型BJT管,17V為集電極,13V為基極,12.8V為發射極,〔96.7V,6V,9V；解：硅NPN型BJT管,9V為集電極,6.7V為基極,6V為發射極,2.判斷三極管的工作狀態和三極管的類型。1管：答：NPN管,工作在放大狀態。2管：答：NPN管,工作在飽和狀態。3管：答：NPN管,工作在截止狀態。3.題圖所列三極管中哪些一定處在放大區？題圖題圖6V3VA6V2.3V2.3VC3V9.3V5.7VD5V0V1.9VB1.6V答：題圖所列三極管中,只有圖〔D所示的三極管處在放大區。4.放大電路故障時,用萬用表測得各點電位如題圖,三極管可能發生的故障是什么？答：題圖所示的三極管,B、E極之間短路,發射結可能燒穿。題圖題圖5.測得晶體管3個電極的靜態電流分別為0.06mA,3.66mA和3.6mA,則該管的為①。①為60。②為61。③0.98。④無法確定。6.只用萬用表判別晶體管3個電極,最先判別出的應是②b極。①e極②b極③c極7.共發射極接法的晶體管,工作在放大狀態下,對直流而言其①。①輸入具有近似的恒壓特性,而輸出具有恒流特性。②輸入和輸出均具近似的恒流特性。③輸入和輸出均具有近似的恒壓特性。④輸入具有近似的恒流特性,而輸出具有恒壓特性。8.共發射極接法的晶體管,當基極與發射極間為開路、短路、接電阻R時的c,e間的擊穿電壓分別用V〔BRCEO,V〔BRCES和V〔BRCER表示,則它們之間的大小關系是②。①V〔BRCEO＞V〔BRCES＞V〔BRCER。②V〔BRCES＞V〔BRCER＞V〔BRCEO。③V〔BRCER＞V〔BRCES＞V〔BRCEO。④V〔BRCES＞V〔BRCEO＞V〔BRCER。9．題圖所示電路中,用題圖直流電壓表測出VCE≈0V,有題圖可能是因為C或D。ARb開路BRc短路CRb過小D過大10.測得電路中幾個三極管的各極對地電壓如題圖所示。試判斷各三極管的工作狀態。題圖題圖3.0.7<b><c><d><a>答：題圖3.07所示的各個三極管的工作狀態,圖〔a為放大,圖〔b為放大,圖〔c為飽和,圖〔d為C、E極間擊穿。11.用萬用表直流電壓檔測得電路中晶體管各電極的對地電位,如題圖示,試判斷這些晶體管分別處于哪種工作狀態〔飽和、放大、截止或已損壞？題圖題圖3.0.8答：題圖3.07所示的各個三極管的工作狀態,圖〔a為損壞,圖〔b為放大,圖〔c為放大,圖〔d為截止,圖〔e為損壞,圖〔f為飽和〔或B、C極間擊穿。12.放大電路如題圖所示,對于射極電阻的變化是否會影響電壓放大倍數和輸入電阻的問題,有三種不同看法,指出哪一種是正確的？甲：當增大時,負反饋增強,因此、。〔乙：當增大時,靜態電流減小,因此、。〔丙：因電容,對交流有旁路作用,所以的變化對交流量不會有絲毫影響,因此,當增大時,和均無變化。題圖題圖3.0.9解：本題意在我們要搞清,在分壓式電流負反饋偏置電路中的作用,從表面看,被交流旁路了,對交流量無影響〔即不產生交流負反饋,所以的變化不影響和,這是本題容易使我們產生錯覺的地方。但我們還必須進一步考慮,盡管不產生交流負反饋,但它對放大器的靜態工作點的影響是很大的,既然影響到,就影響到進而影響和。甲的說法是錯誤的,原因：因的旁路作用,所以不產生交流負反饋,所以甲的觀點前提就是錯的。乙的說法是正確的。原因：丙的說法是錯誤的,原因：正如解題分析中所說,盡管不產生負反饋,但增大使的減小必然引起減小和的增加。主觀檢測題3.1.1把一個晶體管接到電路中進行測量,當測量,則,當測得,問這個晶體管的值是多少？各是多少？解：根據電流關系式：〔1〔2將〔1、〔2兩式聯立,解其聯立方程得：進而可得：根據題圖所示晶體三極管3BX31A和輸出特性曲線,試求Q點處,。題圖題圖3.1.2解：,硅三極管的可以忽略,若接為題圖〔a,要求,問應為多大？現改接為圖<b>,仍要求應為多大？題圖題圖3.1.3<a><b>解：〔a〔b題圖3.3.1<a><b><c>3.3.1在晶體管放大電路中,測得三個晶體管的各個電極的電位如題圖所示,試判斷各晶體管的類型〔PNP管還是NPN題圖3.3.1<a><b><c>解：題圖〔a所示的晶體管為鍺NPN管,三個引腳分別為①e極、②b極、③c極。題圖3.3.1<b>所示的晶體管為硅PNP管,三個引腳分別為①c極、②b極、③e極。題圖3.3.1<c>所示的晶體管為鍺PNP管,三個引腳分別為①b極、②e極,③c極。在某放大電路中,晶體管三個電極的電流如題圖所示,已測出,,,試判斷e、b、c三個電極,該晶體管的類型〔NPN型還是PNP型以及該晶體管的電流放大系數。題圖題圖3.3.2解：題圖所示的晶體管為PNP管,三個電極分別為②b極、①c極、③e極,晶體管的直流電流放大倍數為=1.2/0.03=40。題圖3.3.3共發射極電路如題圖所示,晶體管,導通時,問當開關分別接在A、B、C三處時,晶體管處于何種工作狀態？集電極電流為多少？設二極管D具有理想特性。題圖3.3.3解：題圖所示的電路,當開關置于A位置時,Ib=〔2-0.2/10=0.18mAIcbo=12/〔1×50=0.24mA故工作在放大區,Ic=Ib×50=9mA。當開關置于B位置時,晶體管工作在截止區,Ic=0。當開關至于C位置時,晶體管工作在飽和區。<b><a><c><b><a><c><d>題圖3.3.4<e><f>解：題圖所示的各個電路中,圖〔a能放大,直流通路滿足發射結正偏、集電結反偏；交流通路信號能順暢的輸入輸出。圖〔b不能放大,直流通路滿足發射結正偏、集電結反偏；交流通路信號不能順暢的輸入。圖〔c不能放大,直流通路滿足發射結正偏、集電結反偏；交流通路信號不能順暢的輸出。圖〔d不能放大,直流通路不滿足發射結正偏、集電結反偏；圖〔e不能放大,直流通路滿足發射結正偏、集電結反偏；交流通路信號不能順暢的輸入。圖〔f不能放大,直流通路不滿足發射結正偏；交流通路信號能順暢的輸入輸出。<a><b>題圖3.4.13.4.1一個如題圖〔a所示的共發射極放大電路中的晶體管具有如題圖〔<a><b>題圖3.4.1〔1確定、的數值〔設可以略去不計。〔2若接入,畫出交流負載線。〔3若輸入電流,在保證放大信號不失真的前提下,為盡可能減小直流損耗,應如何調整電路參數？調整后的元件數值可取為多大？解：〔1=12V;由,；由,。〔2如題圖〔b中加粗線所示。<3>增大Rb的值,由〔最大取值。放大電路如題圖〔a所示,其晶體管輸出特性曲線題圖〔b所示〔不包含加粗線和細的輸出電壓波形線,已知〔各電容容抗可忽略不計,。〔1計算靜態工作點；〔2分別作出交直流負載線,并標出靜態工作點Q；<a><b>題圖3.4.2〔3若基極電流分量畫出輸出電壓的波形圖,并求其幅值<a><b>題圖3.4.2解：〔1;。〔2交直流負載線,電路的靜態工作點Q如題圖3.4.2<b>中的加粗線所示。〔3出輸出電壓的波形圖如題圖3.4.2<b>中的細線所示,輸出電壓幅值。分壓式偏置電路如題圖〔a所示。其晶體管輸出特性曲線如圖〔b所示,電路中元件參數,晶體管的飽和壓降。〔1估算靜態工作點Q；〔2求最大輸出電壓幅值；〔3計算放大器的、Ri、Ro和Avs；〔4若電路其他參數不變,問上偏流電阻為多大時,<a><a><b>題圖3.4.3解：〔１〔2由圖解法求靜態Q點,并作交流負載線,輸出電壓幅度負向最大值為Vom2,輸出電壓幅度正向最大值為Vom1,去兩者小者為最大不失真輸出電壓幅度為Vom=Vom1=14-8=6V；〔3〔4<a><b>題圖3.4.43.4.4用示波器觀察題圖〔<a><b>題圖3.4.4解：如題圖〔b所示的第一種情況屬于截止失真,應增大Rb1解決；第二種情況屬于飽和失真,應減小Rb1解決；第三種情況屬于飽和截止失真同時出現,應該減小輸入信號的幅度解決。<a><a><b>題圖3.4.53.4.5放大電路如題圖〔a所示,設,晶體管的輸出特性曲線如圖〔b所示,試用圖解法求：〔1放大器的靜態工作點？=？〔2當放大器不接負載時〔,輸入正弦信號,則最大不失真輸出電壓振幅〔3當接入負載電阻時,再求最大不失真輸出電壓振幅解：〔1,直流負載線方程為：。直流負載線與橫、縱軸分別交于M<20V,0mA>、N<0V,5mA>,且斜率為-1/RC,從圖中讀出靜態值Q點為：<2>不接負載時,輸入正弦信號,則最大不失真輸出電壓振幅<d><f><a><c>題圖3.5.1<e><b><3>當接入負載電阻時,放大器的動態工作軌跡為交流負載線,其斜率為,此時最大不失真輸出電壓振幅<d><f><a><c>題圖3.5.1<e><b>3.5.1畫出下列題圖中各電路的簡化h參數等效電路,并標出的正方向。〔電路中各電容的容抗可不計。解：畫出對應題圖〔a、b、c、d、e、f所示電路的簡化h參數等效電路圖如圖〔a、b、c、d、e、f所示。<a><a>圖3.圖3.5.1題圖3.5.23.5.2在如圖電路中設,晶體管的,在計算時可認為：題圖3.5.2〔1若,問這時的〔2在以上情況下,逐漸加大輸入正弦信號的幅度,問放大器易出現何種失真？〔3若要求,問這時的〔4在,加入的信號電壓,問這時的解：本題意在使我們熟練地掌握單管放大器靜態工作的計算方法,通過我們對靜態工作點的分析計算,看Q點設置是否合理。并不合理,我們如何調整電路才能防止放大器產生非線性失真。通過Q點計算,我們如何判別易產生何種失真呢？這里主要看大小。愈接近于,放大器愈易產生截止失真；反之愈小〔愈接近,愈易產生飽和失真。當約為,較為合理。<1>〔1〔2由于工作點偏低,故產生截止失真。〔3當〔4。3.6.1放大電路如題圖所示,已知,,,晶體管,各電容的容抗均很小。〔1求放大器的靜態工作點；〔2求未接入時的電壓放大倍數；〔3求接入后的電壓放大倍數；〔4若信號源有內阻,當為多少時才能使此時的源電壓放大倍數降為的一半？題圖題圖3.6.1解：[解題分析]本題〔1、〔2、〔3小題是比較容易計算的,這是我們分析分壓式電流負反饋偏置電路必須具備的基本知識。對于第〔4小題,我們在分析時,必須要搞清放大器的電壓增益與放大器源電壓增益之間的關系,這種關系為：〔1〔2〔3當接入〔4即：當時,放大器源電壓增益為放大器電壓增益的一半〔按計算。3.6.2放大電路如題圖所示,,,,晶體管的,各電容容抗可以略去不計。〔1估算靜態工作點：〔2畫出其簡化的h參數等效電路,并計算出電壓放大倍數,輸入電阻,輸出電阻；題圖3.6.2〔3設信號源內阻,信號源電壓,計算輸出電壓。題圖3.6.2解：〔1〔2簡化h參數微變等效電路如圖所示。圖3.圖3.6.2〔33.6.3分壓式偏置電路如題圖所示,設,,,有六個同學在實驗中用直流電壓表測得三極管各級電壓如題表所示,試分析各電路的工作狀態是否合適。若不適合,試分析可能出現了什么問題〔例如某元件開路或短路。題表組號123456VB<V>00.751.401.51.4VE<V>000.7000.7VC<V>00.38.512124.3工作狀態故障分析題圖題圖3.6.3解：根據電路參數,可以計算出電路的參數為,,,,。則對測量結果可以作出如表分析。表組號123456VB<V>00.751.401.51.4VE<V>000.7000.7VC<V>00.38.512124.3工作狀態截止飽和正常放大截止截止放大故障分析電源開路Re短路Rb2開路BJT基極開路Rb1開路某射極輸出器用一個恒流源來設置射極電流,如題圖所示,已知晶體管的,,,電容在交流通路中可視為短路。〔1求靜態時的；〔2求射極輸出器的輸出電阻；〔3若,求輸入電阻和源電壓放大倍數；〔4若,求輸入電阻和源電壓放大倍數；〔提示：恒流源的特點：交流電阻極大,而直流電阻較小。題圖題圖3.7.1解：[解題分析]本題信號源采用的是具有內阻的電壓源形式,所以在第〔3~〔4小題中計算的均為源電壓放大倍數。本題與一般射極輸出器所不同的是在射極不是用固定電阻而是采用恒流源,這樣我們必須搞清恒流源的特點：交流電阻極大,而直流電阻較小。即我們在分析電路時,尤其在分析交流量時,就應該看作在射極接入極大的電阻來考慮,這樣,我們在求、時就不會出差錯。〔1〔2因射極串聯恒流源,所以可認為射極交流開路,因此〔3時,則所以〔4,。3.7.2在題圖所示電路中,晶體管的、電容、和都足夠大。〔1求放大器靜態工作點、、；〔2求放大器電壓放大倍數和；〔3求放大器輸入電阻；〔4求放大器輸出電阻、。題圖題圖3.7.2解：[解題分析]本題是將共集電路與共發電路兩方面知識內容結合起來,通過分析計算對兩種電路參數進行比較,從而加深我們對兩種電路的理解。在第〔2小題證明題中,我們要到之間的關系式,即。本題易出錯誤的地方,是在求時,誤認為。〔1 〔2共射電路共集電極電路〔3〔43.7.3射極輸出器如題圖所示,已知,晶體的飽和壓降和穿透電流在上的壓降均可忽略不計。〔1求射極跟隨器的電壓跟隨范圍；〔2改變Rb可調整跟隨范圍,當Rb為何值時跟隨范圍最大？題圖題圖3.7.3解：〔1,,。圖圖3.7.3可見靜態工作點恰好在直流負載線的中間,交流負載線的斜率為交流負載線的方程為：,在橫軸上的交點為15V,EQ故最大不失真的輸出電壓幅度為：15-12=3V共集電極電路其電壓幅度為3V,所以跟隨范圍是0~3V。〔2晶體的飽和壓降和穿透電流在上的壓降均可忽略不計。從輸出特性曲線上可以看出,當Q點處于交流負載線的中央時,跟隨范圍最大。交流負載線為：〔1直流負載線為：〔2由〔1式,交流負載線在橫軸上的截距為,〔3由于Q點處于交流負載線的中央,所以有〔4將〔2式代入〔4式,3.8.1.電路如題圖所示。已知Vcc=12V,Rb=300KΩ,Rc1=3KΩ,Re1=0.5KΩ,Rc2=1.5KΩ,Re2=1.5KΩ,晶體管的電流放大系數β1＝β2＝60,電路中的電容容量足夠大。計算電路的靜態工作點數值,輸出信號分別從集電極輸出及從發射極輸出的兩級放大電路的電壓放大倍數。題圖題圖3.8.1電路圖RbviC1RC1T1T2vo1VCCRe1Re2CeC2RC2vo2解：放大電路的靜態值計算：,,,,,,放大電路的電壓放大倍數計算：,,,第二級放大電路從集電極輸出時,,第二級放大電路從發射極輸出時,,。3.9.1若放大器的放大倍數、、均為540,試分別用分貝數表示它們。解：3.9.2已知某電路的波特圖如題圖3.29所示,試寫出的表達式。圖題圖題3.9.2解：中頻電壓放大倍數為所以〔從相頻特性可以看出,中頻時電壓放大倍數相移為180o。設電路為基本共射放大電路或基本共源放大電路。3.9.3已知某電路的幅頻特性如題圖所示,試問：〔1該電路的耦合方式；〔2該電路由幾級放大電路組成；題圖3.9.3〔3當f＝104Hz時,附加相移為多少？當f＝10題圖3.9.3解：〔1因為下限截止頻率為0,所以電路為直接耦合電路；〔2因為在高頻段幅頻特性為－60dB/十倍頻,所以電路為三級放大電路；〔3當f＝104Hz時,φ'＝－135o；當f＝105Hz時,φ'≈－270o。3.9.4已知單級共射放大電路的電壓放大倍數〔1＝？fL＝？fH＝?〔2畫出波特圖。解：〔1〔1變換電壓放大倍數的表達式,求出、fL、fH。圖圖〔2波特圖如圖所示。兩級RC耦合放大器中,第一級和第二級對數幅頻特性和如題圖所示,試畫出該放大器總對數幅頻特性,并說明該放大器中頻的是多少？在什么頻率下該放大器的電壓放大倍數下降為的？解：[解題分析]本題的意圖是練習畫對數幅頻特性的方法,利用兩級放大器總增益分貝數等于每個單級放大器增益分貝數相加原理。在作總的幅頻特性過程中,只要找出幾個特殊點〔例：等連接這幾個特殊點即可。由題圖可知：在中頻段,中頻段放大器總增益為圖3.圖3.9.5即：放大器總對數幅頻特性如圖中所標出的。由圖可知當時,放大器電壓放大倍數下降為的。由兩個完全相同的單級所組成的RC放大器其總上限截止頻率,總下限截止頻率,試求各級的上限截止頻率和下限截止頻率。解：在高頻段,則,解得；在低頻段,則,解得。題圖3.9.73.9.7在題圖所示電路中,已知晶體管的＝100Ω,rbe＝1kΩ,靜態電流IEQ＝2mA,＝800pF；Rs＝2kΩ,Rb＝500kΩ,RC＝3.3kΩ,C=10μF。試分別求出電路的fH、fL,并畫出波特圖。題圖3.9.7解：〔1求解fL〔2求解fH和中頻電壓放大倍數相頻特性和幅頻特性波特圖如圖所示。圖圖3.9.7習題4客觀檢測題一、填空題1.場效應管利用外加電壓產生的電場來控制漏極電流的大小,因此它是電壓控制器件。2.為了使結型場效應管正常工作,柵源間兩PN結必須加反向電壓來改變導電溝道的寬度,它的輸入電阻比MOS管的輸入電阻小。結型場效應管外加的柵-源電壓應使柵源間的耗盡層承受反向電壓,才能保證其RGS大的特點。3.場效應管漏極電流由多數載流子的漂移運動形成。N溝道場效應管的漏極電流由載流子的漂移運動形成。JFET管中的漏極電流不能穿過PN結〔能,不能。4.對于耗盡型MOS管,VGS可以為正、負或者零。5.對于增強型N型溝道MOS管,VGS只能為正,并且只能當VGS>VTH時,才能形有。6.P溝道增強型MOS管的開啟電壓為負值。N溝道增強型MOS管的開啟電壓為正值。7.場效應管與晶體管相比較,其輸入電阻高；噪聲低；溫度穩定性好；飽和壓降大；放大能力較差；頻率特性較差〔工作頻率低；輸出功率較小。8.場效應管屬于電壓控制器件,而三極管屬于電流控制器件。9.場效應管放大器常用偏置電路一般有自偏壓電路和分壓器式自偏壓電路兩種類型。10.由于晶體三極管是電子、空穴兩種載流子同時參與導電,所以將它稱為雙極型的,由于場效應管只有多數載流子參與導電,所以將其稱為單極型的。11.跨導反映了場效應管柵源電壓對漏極電流控制能力,其單位為ms<毫西門子>。12.若耗盡型N溝道MOS管的VGS大于零,其輸入電阻不會明顯變小。13.一個結型場效應管的轉移特性曲線如題圖4.1所示,則它是N溝道的效應管,它的夾斷電壓Vp是4.5V,飽和漏電流IDSS是5.4mA。題圖題圖4.0.1填空題13圖主觀檢測題4.2.1已知某結型場效應管的IDSS＝2mA,Vp＝－4V,試畫出它的轉移特性曲線和輸出特性曲線,并近似畫出預夾斷軌跡。解：根據方程：,逐點求出確定的vGS下的iD,可近似畫出轉移特性和輸出特性；在輸出特性中,將各條曲線上vGD＝Vp的點連接起來,便為予夾斷線；如圖所示。圖圖4.3.1已知放大電路中一只N溝道增強型MOS管場效應管三個極①、②、③的電位分別為4V、8V、12V,管子工作在恒流區。試判斷①、②、③與G、S、D的對應關系。解：命題給定的管子是增強型管,實際上也可以是耗盡型MOS管〔具有兩種可能和結型場效應N溝道管,則三個極①、②、③與G、S、D的對應關系如圖所示。圖圖題圖所示曲線為某場效應管的輸出特性曲線,試問：〔1它是哪一種類型的場效應管？〔2它的夾斷電壓Vp〔或開啟電壓VT大約是多少？題圖〔3它的大約是多少？題圖解：〔1由題圖所示的特性曲線,是P溝道耗盡型場效應管的輸出特性曲線。〔2Vp＝4V。〔3〔vGS＝0時,輸出特性從可變電阻區轉折為飽和區時的對應電流。4.4.2已知場效應管的輸出特性曲線如題圖所示,畫出恒流區vDS=8V的轉移特性曲線。解：根據題圖所示場效應管的輸出特性曲線,則該場效應管的轉移特性如圖所示。圖圖4.6.1分別判斷題圖所示各電路中的場效應管是否有可能工作在放大區。題圖題圖解：題圖所示的各個電路中,圖〔a所示電路,可能工作在放大區,圖〔b所示電路,不可能可能工作在放大區,圖〔c所示電路,不可能可能工作在放大區,圖〔d所示電路,可能可能工作在放大區。4.6.2試分析題圖所示的各電路是否能夠放大正弦交流信號,簡述理由。設圖中所有電容對交流信號均可視為短路。題圖題圖<c><b><a>解：題圖所示的各個電路中,圖〔a所示電路,可能放大交流信號。因為Vgs=0時,耗盡型N溝道MOS管工作在恒流放大區。圖〔b所示的電路能放大交流信號；結型場效應管的靜態工作點可以通過RS上流過的電流產生自生偏壓建立。因為G-S間電壓將小于零。圖〔c所示的電路不能放大交流信號；。因為增強型場效應管不能產生自生偏壓,這樣MOS管處于截止狀態。題圖4.6.34.6.3場效應管放大器如題圖所示,若,要求靜態工作點為,,試求。題圖4.6.3解：由題意可知：可得：＝4kΩ增強型MOS管能否單獨用自給偏置的方法來設置靜態工作點？為什么？試畫出用P溝道增強型MOS管構成的共源電路,并說明各元件作用。解：對于增強型MOS管,不能用自給偏置的方法來設置靜態工作點。因為自偏壓的柵極－源極之間的電壓。從表達式可以看出自偏壓產生的條件是必須先有ID,但增強型MOS管的開啟電壓大于0,只有柵極－源極之間的電壓達到某個開啟電壓VT時才有漏極電流ID,因此這類管子不能用自給偏置的方法來設置靜態工作點。增強型MOS管構成放大電路,只能采用分壓式自偏壓電路,如圖所示,R1、R2和R3產生柵極偏置電壓,R3的大小對放大器的靜態工作點無影響,所以可以加大R3值以提高放大器輸入電阻。RS和Rd分別是源極電阻和漏極電阻。圖圖<a>題圖<b>4.6.5題圖〔a是一個場效應管放大電路,〔b是管子的轉移特性曲線。設電阻,,電容、、足夠大。試問：<a>題圖<b>〔1所用的管子屬于什么類型？什么溝道？管子的、或是多少？〔2、、的作用是什么？若要求,則應選多大？解：〔1題圖4.6.5<b>圖所示的電壓轉移特性,可知題圖4.6.5<a>所示的電路中,所用的管子屬于N溝JFET〔結型場效應管。管子的,夾斷電壓。〔2的作用是將柵極接至零電位,與源極電阻共同產生自給柵壓VGSQ,是還有穩定靜態工作點的作用。的作用是旁路電容,在直流通路中存在,用來自動產生柵源反向偏壓,產生合適的靜態工作點；在交流通路中被C3旁路而不存在,有利于提高電壓放大倍數。當,由伏安特性曲線可知,ID=2mA,所以題圖4.6.6場效應管放大電路如題圖所示,電路參數,,場效應管的,；若要求漏極電位,試求的值。題圖4.6.6解：又有：,已知題圖4.7.1<a>所示電路中場效應管的轉移特性和輸出特性分別如圖〔b<c>所示。〔1利用圖解法求解Q點；題圖〔2利用等效電路法求解、Ri和Ro。題圖題圖4.9解：〔1在轉移特性中作直線vGS＝－iDRS,與轉移特性的交點即為Q點；讀出坐標值,得出IDQ＝1mA,VGSQ＝－2V。如圖〔a所示。在輸出特性中作直流負載線vDS＝VDD－iD〔RD＋RS,與VGSQ＝－2V的那條輸出特性曲線的交點為Q點,VDSQ≈3V。如圖〔b所示〔2首先畫出交流等效電路〔圖略,然后進行動態分析。,。圖圖電路如題圖所示,已知場效應管的低頻跨導為gm,試寫出、Ri和Ro的表達式。題圖題圖題圖題圖解：、Ri和Ro的表達式分別為。設題圖電路中場效應管參數,試求放大器的靜態工作點Q、電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻,并畫出該電路的微變等效電路〔電路中所有電容容抗可略去,可看作無窮大。解：〔1求靜態工作點Q,根據求解聯立方程可得或顯然第二組解不合題意應舍去,則：圖圖〔2電路的微變等效電路如圖所示,則電壓放大倍數。〔3放大器輸入電阻和輸出電阻題圖,題圖。場效應管放大器如題圖所示,試畫出其微變等效電路,寫出、、表達式。設管子極大,各電容對交流信號可視為解：放大電路的微變等效電路如圖所示。圖圖電壓放大倍數：,放大器輸入電阻和輸出電阻：,。在題圖所示的電路中,,,題如場效應管的,,各電容都是足夠大,〔1求電路的靜態值、、,〔2求、和輸出電阻、。題如解：〔1電路的靜態值解方程組將電路參數代入：解此方程組,并舍去不合理的根,得則2求、和輸出電阻、,,,,。<b><a>題圖4.7.6共源放在電路及場效應管的輸出特性曲線如題圖〔a、<b>所示,電路參數為,試用圖解法和計算法求靜態工作點Q<b><a>題圖解：〔1圖解法求解靜態工作點的圖形如圖所示。作圖過程為：〔a根據在輸出特性上作負載線MN〔b作負載轉移特性,根據作源極負載線0A,此負載線與負載轉移特性曲線的交點Q’即靜態工作點。在負載轉移特性和輸出特性上可找到靜態工作點的數值為。圖圖〔2計算法求解靜態工作點由輸出特性可知,。根據解方程組有題圖題圖所示電路,是由場效管和晶體三極管組成的混合放大電路,己知場效應管的,晶體三極管的,,所有電容容抗可以不計,試問：題圖〔1分別計算各極的靜態工作點；〔2畫出電路微變等效電路；〔3計算總的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。解：T1為N溝耗盡型MOSFET,T1構成共源放大電路；T2為NPN三極管,構成共射、放大電路。〔1第一放大級的靜態工作點：第二放大級的靜態工作點：〔2畫出電路微變等效電路如圖所示；圖圖〔3計算總的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。,,,,,,,。習題5客觀檢測題一、填空題1.功率放大電路的最大輸出功率是在輸入電壓為正弦波時,輸出基本不失真情況下,負載上可能獲得的最大交流功率。〔交流功率直流功率平均功率2.與甲類功率放大器相比較,乙類互補推挽功放的主要優點是能量效率高。〔無輸出變壓器能量效率高無交越失真3.所謂功率放大電路的轉換效率是指負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率之比。4.在OCL乙類功放電路中,若最大輸出功率為1W,則電路中功放管的集電極最大功耗約為0.2W。5.在選擇功放電路中的晶體管時,應當特別注意的參數有〔1最大允許功耗；〔2集電極—發射極間的反向擊穿電壓；〔3最大集電極電流。6.若乙類OCL電路中晶體管飽和管壓降的數值為│VCES│,則最大輸出功率。8.電路如題圖所示,已知T1和T2的飽和管壓降│VCES│＝2V,直流功耗可忽略不計。R3、R4和T3的作用是為T1和T2提供適當的偏壓,使之處于微導通狀態,消除交越失真。負載上可能獲得的最大輸出功率Pom16W和電路的轉換效率η＝69.8%。設最大輸入電壓的有效值為1V。為了使電路的最大不失真輸出電壓的峰值達到16V,電阻R6至少應取10.3千歐。題圖題圖9.甲類功率放大電路的能量轉換效率最高是50%〔峰值功率。甲類功率放大電路的輸出功率越大,則功放管的管耗越小,則電源提供的功率越大。10.乙類互補推挽功率放大電路的能量轉換效率最高是78.5%。若功放管的管壓降為Vces乙類互補推挽功率放大電路在輸出電壓幅值為,管子的功耗最小。乙類互補功放電路存在的主要問題是輸出波形嚴重失真。在乙類互補推挽功率放大電路中,每只管子的最大管耗為0.2。設計一個輸出功率為20W的功放電路,若用乙類互補對稱功率放大,則每只功放管的最大允許功耗PCM至小應有4W。雙電源乙類互補推挽功率放大電路最大輸出功率為。11.為了消除交越失真,應當使功率放大電路工作在甲乙類狀態。12.單電源互補推挽功率放大電路中,電路的最大輸出電壓為。13.由于功率放大電路工作信號幅值大,所以常常是利用圖解法分析法進行分析和計算的。二、問答題1、功率放大電路與電壓放大電路有什么區別？答：功率放大電路和電壓放大電路相比的區別是：功率放大電路在不失真〔或失真很小的情況下盡可能獲得大的輸出功率,通常是在大信號狀態下工作；功率放大電路的負載通常是低阻負載。功率放大電路要有足夠大的輸出功率,因此,擔任功率放大的晶體管必然處于大電壓、大電流的工作狀態,因此要考慮晶體管的極限工作問題、能量轉換效率問題、非線性失真問題和器件散熱問題。2、晶體管按工作狀態可以分為哪幾類？各有什么特點？答：根據放大電路靜態工作點在交流負載線上所處位置的不同,可將放大管的工作狀態分為甲類、乙類、甲乙類和丙類四種。丙類工作方式多用于高頻功率放大器。低頻功率放大電路僅有甲類、乙類、甲乙類工作方式的。甲類工作方式靜態工作點取在交流負載線的中點,放大管的導通角為360°,放大電路的工作點始終處于線性區。甲類功放在沒有信號輸入時也要消耗電源功率,此時電路的轉換效率為零；當有信號輸入時,電源功率也只有部分轉化為有用功率輸出,另一部分仍損耗在器件本身；甲類工作方式最大轉換效率50%〔峰值功率。乙類工作方式靜態工作點Q下移至iC=0處,放大管的導通角為180°,當不加輸入信號〔靜態或輸入信號在功率管不導通的半個周期內,晶體管沒有電流通過,此時管子功率損耗為零。乙類功放減少了靜態功耗,所以效率與甲類功放相比較高〔理論值可達78.5%,但出現了嚴重的波形失真。甲乙類工作方式。為了減小非線性失真,將靜態工作點Q略上移,設置在臨界開啟狀態。使放大管在一個信號周期內,導通角略大于180°；電路中只要有信號輸入,三極管就開始工作。因靜態偏置電流很小,在輸出功率、功耗和轉換效率等性能上與乙類十分相近,故分析方法與乙類相同。3、你會估算乙類互補推挽功率放大電路的最大輸出功率和最大效率嗎？在已知輸入信號、電源電壓和負載電阻的情況下,如何估算電路的輸出功率和效率？答：〔1雙電源乙類互補推挽功率放大電路：,；〔2單電源乙類互補推挽功率放大電路：,4什么是交越失真？怎樣克服交越失真？答：在乙類互補對稱功放電路中,當輸入信號很小時,因達不到三極管的開啟電壓,而使兩個三極管均不導通,輸出電壓為零；當輸入信號略大于開啟電壓時,三極管雖然能微導通,但輸出波形仍會有一定程度的失真。這種輸出信號正、負半周交替過零處產生的非線性失真,稱為交越失真<cross-overdistortion>。為消除交越失真,可使用二極管或三極管偏置電路,使功率放大電路工作在近乙類的甲乙類方式下。常用的消除交越失真的簡化互補功率放大電路有如下兩種：利用二極管提供偏置的互補對稱電路。擴大電路。5在乙類互補推挽功放中,晶體管耗散功率最大時,電路的輸出電壓是否也最大？答：不是。當功放電路的時,管耗最大。當功放電路的時,電路的輸出電壓最大。6以運放為前置級的功率放大電路有什么特點？答：由于運放的電壓增益,因而只要,則,所以輸出電壓不會產生交越失真。7常用的功率器件有哪些,各有什么特點？選擇功率器件要考慮哪些因素？答：達林頓管、功率VMOSFET和IGBT功率模塊。功率MOSFET的特點有：〔1MOSFET是電壓控制型器件,因此在驅動大電流時無需推動級,電路相對較簡單；〔2輸入阻抗很高,達108Ω以上；〔3工作頻率范圍寬,開關速度高〔因為多數載流子導電,沒有開關存儲效應,開關時間為幾十到幾百納秒,開關本身損耗小；〔4有相對優良的線性區,并且輸入電容比雙極型器件小得多,所以交流輸入阻抗很高；IGBT是MOSFET和BJT技術的混合物。從結構上講,IGBT類似具有另一附加層的功率MOSFET。因此,IGBT有MOSFET的驅動優勢,也有功率BJT在高電壓使用情況下良好的驅動能力。選擇功率器件應從功率管的極限工作電流、極限工作電壓、最大管耗、散熱、防止二次擊穿、降低使用定額和保護措施等方面來考慮。8什么是熱阻？如何估算和選擇功率器件所用的散熱裝置？答：散熱條件的優劣常用"熱阻"表示,熱阻定義如下：式中T1是熱源的溫度,T2是環境溫度,P是熱源消耗的功率。通俗地理解,就是熱源消耗1W的功率,會使它的溫度上升多少度。所以,熱阻小,說明散熱條件好；熱阻大,說明散熱條件差。換一句話說,同樣消耗1W的功率,熱阻小的三極管溫升小,熱阻大的三極管溫升大。因此,熱阻大的三極管不允許耗散太大的功率。為了減小功率管的熱阻,常需要給三極管加裝散熱片。例如：三極管3AD30,不加散熱片時允許管耗10W；加入一定面積的散熱片后,允許管耗可達30W。因此功率放大管加裝散熱片是非常必要的。功率器件所用的散熱片估算。小功率管不用散熱器,等效熱阻為：大功率管加散熱器后,等效熱阻為：TJ是管子的結溫,Ta是環境溫度,PCM是管耗。Rjc是管子的結到外殼的內熱阻,Rca是外殼到空氣的熱阻,Rcs是外殼到散熱器的熱阻,Rsa是散熱器到空氣的熱阻。一般總有。Rsa與散熱器的材料〔鋁、銅等及散熱面積有關。并且散熱器垂直放置比水平放置散熱效果好。若低頻大功率管3AD1在環境溫度Ta=25oC不加散熱器時,其最大允許管耗PCM=1W,已知3AD1的允許結溫TJ=85oC,管子的內熱阻Rjc=3.5oC/W,試問若采用120×120×3mm3的鋁散熱器垂直放置時,允許耗散的功率為多少瓦？當室溫升至50oC時允許的耗散功率又為多少瓦？這些問題可以作出如下解析。根據計算的散熱面積S=120×120=14400mm2=144cm2查手冊可知散熱器到空氣的熱阻為 Rsa=3.5oC/W設三極管與散熱器間不加絕緣片時的熱阻Rcs=0.5oC/W則三極管的總熱阻當環境溫度為25oC時,當環境溫度升為50oC時,主觀檢測題5.2.1電路如題圖所示。已知電源電壓Vcc=15V,RL＝8Ω,VCES≈0,輸入信號是正弦波。試問：<1>負載可能得到的最大輸出功率和能量轉換效率最大值分別是多少？<2>當輸入信號vi＝10sinωtV時,求此時負載得到的功率和能量轉換效率。題圖題圖解：〔1<2>當輸入信號vi＝10sinωtV時兩管的管耗5.2.2功率放大電路如題圖所示,假設運放為理想器件,電源電壓為±12V。題圖題圖<1>試分析R2引入的反饋類型；<2>試求AVf＝Vo/Vi的值；<3>試求Vi=sinwtV時的輸出功率Po,電源供給功率PE及能量轉換效率η的值。解：〔1電壓并聯負反饋<2><3>兩管的管耗功率放大電路如題圖所示。已知Vcc＝12V,RL＝8Ω,靜態時的輸出電壓為零,在忽略VCES的情況下,試問：題圖題圖<1>電路的最大輸出功率是多少？<2>T1和T2的最大管耗PT1m和PT2m是多少？<3>電路的最大效率是多少？<4>T1和T2的耐壓|V<BR>CEO|至少應為多少？<5>二極管D1和D2的作用是什么？解：<1><2><3><4><5>靜態時給,提供適當的偏壓,使之處于微導通狀態,克服交越失真。5.3.2雙電源互補推挽功率放大電路如題圖所示。<1>試分別標出三極管T1～T4的管腳〔b、c、e及其類型<NPN、PNP>；<2>試說明三極管T5的作用。<3試問,調節可變電阻R2將會改變什么？<4>VCC=12V,RL＝8Ω,假設晶體管飽和壓降可以忽略,試求Pom之值。圖5.3.圖5.3.2題圖5.3.2解：〔1根據電路圖中T1～T4管的連接結構,T1和T2管采用NPN型晶體管,T3和T4管采用PNP型晶體管組成的復合管,管腳標注如圖所示。〔2圖中晶體管T5、電阻R3和R2構成VBE擴大電路,為功率管提供偏置電壓,克服交越失真。〔3調節可變電阻會改變T5管C、E極間電壓,從而調節功率管,T的偏壓值。的偏置電壓。〔4題圖題圖5.3.35.3.3某集成電路的輸出級如題圖所示。<1>為了克服交越失真,采用了由R1、R2和T4構成的VBE擴大電路,試分析其工作原理。<2>為了對輸出級進行過載保護,圖中接有試說明三極管T5、T6和R3、R4,試說明進行過流保護的原理。解：〔1由R1、R2和T4構成的VBE擴大電路,在靜態時,為T2和T3提供小電流偏置,能較好地克服交越失真,改變R1或R2可以靈活的調整偏置電壓,比用兩個二極管構成的偏置電路使用方便。由圖可見,T2和T3基極間電壓為VCE4。此時,VBE4隨溫度變化,使電路具有溫度補償作用。<2>為了對輸出級進行過載保護,電路通過T5、T6和R3、R4實現過流保護。當正向輸出電流Ie2超過額定時,R3上的壓降促使T5正向偏置,使T5由截止轉為導通,旁路了驅動級向T2提供的基流,使輸出電流Ie2限制為從而達到過流保護的目的。負向輸出電流Ie3超過額定時,T6和R4同樣起限流作用。功率放大電路如題圖所示。假設晶體管T4和T5的飽和壓降可以忽略,試問：<1>該電路是否存在反饋？若存在反饋,請判斷反饋類型；<2>假設電路滿足深度負反饋的條件,當輸入電壓的有效值Vi＝0.5V時,輸出電壓有效值Vo等于多少？此時電路的Po,PE及η各等于多少？<3>電路最大輸出功率Pom、最大效率ηm各等于多少？題圖題圖5.4.1解：〔1本電路是帶甲乙類互補推挽功放的多級放大電路,中間級<T3管是共射極放大電路,輸入級是單端輸出差分放大電路。輸入信號接在T1管的基極,而反饋信號接在T2管的基極。反饋網絡由R2和R3組成,反饋信號是R2兩端的電壓。利用瞬時極性法判別本電路是負反饋電路,并且是電壓串聯負反饋。〔2,,,<3>當輸出電壓幅值達到電源電壓時,輸出功率和效率達到最大。,題圖所示為三種功率放大電路。已知圖中所有晶體管的電流放大系數、飽和管壓降的數值等參數完全相同,導通時b-e間電壓可忽略不計；電源電壓VCC和負載電阻RL均相等。試分析〔1下列各電路的是何種功率放大電路。〔2靜態時,晶體管發射極電位VE為零的電路為有哪些？為什么？〔3試分析在輸入正弦波信號的正半周,圖〔a、〔b和〔c中導通的晶體管分別是哪個？〔4負載電阻RL獲得的最大輸出功率的電路為何種電路？〔5何種電路的效率最低。題圖題圖5.4.2解：〔1題圖所示的各個電路中,圖〔a所示電路是乙類單電源互補對稱電路OTL圖〔b所示電路是乙類雙電源互補對稱電路OCL圖〔c所示電路是橋式推挽功率放大電路BTL。〔2由于題圖所示的電路圖中,圖〔a和〔c所示電路是單電源供電,為使電路的最大不失真輸出電壓最大,靜態應設置晶體管發射極電位為VCC/2。因此,只有圖〔b所示的是OCL電路,在靜態時晶體管發射極電位為零。因此晶體管發射極電位VE為零的電路為OCL。〔3根據電路的工作原理,圖〔a和〔b所示電路中的兩只管子在輸入為正弦波信號時應交替導通,圖〔c所示電路中的四只管子在輸入為正弦波信號時應兩對管子〔T1和T4、T2和T3交替導通。因此在輸入為正弦波信號時,圖〔a中導通的晶體管為T1；在輸入為正弦波信號時,圖〔b中導通的晶體管為T1；在輸入為正弦波信號時,圖〔c中導通的晶體管為T1和T4。<4>在題圖所示的三個電路中,最大不失真輸出電壓的峰值分別為：圖〔a：圖〔b：圖<c>：所以,最大輸出功率就最大的電路是圖〔b。<5>根據〔3、〔4中的分析可知,三個電路中只有BTL電路在正弦波信號的正、負半周均有兩只功放管的消耗能量,損耗最大,故轉換效率最低。因而,轉換效率最低的電路是圖〔c所示的電路。5.4.3若功率放大電路輸出的最大功率Pom=100mW,負載電阻RL＝80Ω,如采用單電源互補功率放大電路,試求電源電壓VCC之值。解：,所以,。5.6.1TDA1556為2通道BTL電路,題圖所示為TDA1556中一個通道組成的實用電路。已知VCC＝15V,放大器的最大輸出電壓幅值為13V。題圖題圖5.6.1〔1為了使負載上得到的最大不失真輸出電壓幅值最大,基準電壓VREF應為多少伏？靜態時vO1和vO2各為多少伏？〔2若Vi足夠大,則電路的最大輸出功率Pom和效率η各為多少？〔3若電路的電壓放大倍數為20,則為了使負載獲得最大輸出功率,輸入電壓的有效值約為多少？解：〔1基準電壓VREF＝VCC/2＝7.5V靜態時vO1＝vO2＝7.5V。〔2最大輸出功率和效率分別為題圖5.6.2〔3輸入電壓有效值題圖5.6.25.6.2TDA1556為2通道BTL電路,題圖所示為TDA1556中一個通道組成的實用電路。已知VCC＝15,放大器的最大輸出電壓幅值為13V。〔1為了使負載上得到的最大不失真輸出電壓幅值最大,基準電壓VREF應為多少伏？靜態時vO1和vO2各為多少伏？〔2若Vi足夠大,則電路的最大輸出功率Pom和效率η各為多少？解：〔1基準電壓VREF＝VCC/2＝7.5V靜態時vO1＝vO2＝7.5V。〔2最大輸出功率和效率分別為。習題6客觀檢測題一、填空題1.差動放大電路采用了對稱的三極管來實現參數補償,其目的是為了克服零點漂移。2.集成放大電路采用直接耦合方式的原因是集成工藝難于制造大容量電容,選用差分放大電路作為輸入級的原因是利用其對稱性減小電路的溫漂。3.差分放大電路的差模信號是兩個輸入端信號的差,共模信號是兩個輸入端信號的算術平均值。4.用恒流源取代長尾式差分放大電路中的發射極電阻Re,將提高電路的共模抑制比。5.三極管構成的電流源之所以能為負載提供恒定不變的電流,是因為三極管工作在輸出特性的放大區域；三極管電流源具有輸出電流恒定,直流等效電阻小,交流等效電阻大的特點。6.在放大電路中,采用電流源作有源負載的目的是為了提高電壓放大倍數,在含有電流源的放大電路中,判斷電路是放大電路還是電流源電路的方法是：電流源是一個單口網絡,而放大電路是一個雙口網絡。二、判斷題1.在多級放大電路中,即能放大直流信號,又能放大交流信號的是C多級放大電路。A阻容耦合,B變壓器耦合,C直接耦合,D光電耦合。2.在多級放大電路中,不能抑制零點漂移的C多級放大電路。A阻容耦合,B變壓器耦合,C直接耦合,D光電耦合,3.集成運放是一種高增益的、C的多級放大電路。A阻容耦合,B變壓器耦合,C直接耦合,D光電耦合,4.通用型集成運放的輸入級大多采用C。A共射極放大電路,B射極輸出器,C差分放大電路,D互補推挽電路。5.通用型集成運放的輸出級大多采用D。A共射極放大電路,B射極輸出器,C差分放大電路,D互補推挽電路。6.差分放大電路能夠C。A提高輸入電阻,B降低輸出電阻,C克服溫漂,D提高電壓放大倍數。7.典型的差分放大電路是利用C來克服溫漂。A直接耦合,B電源,C電路的對稱性和發射極公共電阻,D調整元件參數。8.差分放大電路的差模信號是兩個輸入信號的B。A和,B差,C乘積,