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三极管及其放大电路

INFO

7. 三极管及其放大电路(建议8学时)

7.1 三极管基础

​ 7.1.1 三极管的结构、工作原理及其电路符号

​ 7.1.2 三极管的电路特性(输入特性、输出特性和转移特性)

​ 7.1.3 中频等效电路模型

7.2 三极管放大电路的构成及其分析

​ 7.2.1 直流偏置电路及其分析

​ 7.2.2 三种接法放大电路的分析计算

TIP

  • 指数模型:
  • 小信号模型:
    • 小信号模型的近似前提: ,按1/5近似,则 需小于 5mV
  • BJT 工作于放大区,则:
    • 对于npn, 最低不得低于
    • 对于pnp, 最高不得高于

习题及参考解答

知识点1:三极管的结构与工作原理

1、三极管又称为双极型晶体管,因为 ________ 。

工作时电子和空穴两种载流子同时参与导电过程

2、在放大区,晶体管的集电极电流是 ________ (少数/多数)载流子运动产生的。

少数

3、一个 pnp 三极管工作在饱和区,则满足 ________ 。

A. 基极射极正偏,基极漏极正偏 B. 基极射极正偏,基极漏极反偏

C. 基极射极反偏,基极漏极正偏 D. 基极射极反偏,基极漏极反偏

A。注意 BJT 的 “放大区” 对应 MOSFET 的 “饱和区”

4、测得某电路中处于放大状态的 BJT 的三个电极 A、B 和 C 的对地电位分别为

,分析 A、B 和 C 分别对应 BJT 三个极中的 ________ ,________ , ________ ,可判断此 BJT 是 ________ 管(NPN或PNP)。

集电极 发射极 基极 PNP。处于放大区,则 B、E 相差 0.7 V,A点 为 C;C 点电压最低,则管子为 PNP;因此 B 点为 E, C 点为 B。

5、测得 NPN 型三极管上各电极对地电位分别为 ,说明此三极管工作在 ________ 。

A. 放大区 B. 饱和区 C. 截止区 D. 反向击穿区

A。 ,所以工作在放大区

6、在某放大电路中,测得三极管三个电极的静态电位分别为 0 V、-10 V 和 -9.3 V,则这只三极管是 ________ 。

A. NPN 型硅管 B. NPN 型锗管 C. PNP 型硅管 D. PNP 型锗管

A。C 电压最高,所以是 NPN 型;BE 相差0.7, 所以是硅。

7、一个工作在放大区的 npn 三极管,需满足 ________ 。

A. 发射结正偏,集电结正偏 B. 发射结正偏,集电结反偏

C. 发射结反偏,集电结正偏 D. 发射结反偏,集电结反偏

B。根据定义

8、已知某晶体管的各极对地电压分别是 ,可以判断这个晶体管是 ________ 管,工作在 ________ 。

A. NPN管,饱和区 B. PNP管,放大区

C. PNP管,饱和区 D. NPN管,放大区

D。C 电压最高,所以是 NPN 型;,所以工作在放大区。

知识点2:三极管的工作特性及其等效模型

1、为使高内阻信号源与低阻负载组成电路,可以在信号源与负载间接入 ________ 。

A. 共射电路 B. 共基电路 C. 共集电路 D. 共集-共基串联电路

C。共集电路,即射极跟随电路,用作电压 Buffer,提供大输入电阻和小输出电阻

2、不考虑管子的频率响应,求下列2个典型电路沿箭头方向的小信号等效电阻。

8-1-3

(b) 。注意 BJT 需与 并联,而 MOSFET 为

(c) 。注意,从 B 看进去,计算电阻时除以 ,而连接 E 处的电阻压降为电阻乘以 ,故连接 E 处的电阻需放大 倍;若从 E 看进去,计算电阻时除以 ,而连接 B 处的电阻压降为电阻乘以 ,故连接 B 处的电阻需缩小 倍;

3、为实现电流的放大,同时电压基本不变,选择的单管放大器为 ________ 。

A. 共射放大电路 B. 共集放大电路

C. 共基放大电路 D. 前三种放大电路都行

B。电压基本不变,即电压 Buffer,为射极跟随电路。

4、直接耦合放大电路产生零漂的原因主要是 ________ 。

A. 电阻阻值有误差 B. 晶体管参数的分散性

C. 晶体管参数受温度影响 D. 受输入信号的变化影响

C。

放大电路的零漂(Zero Drift)是指在没有输入信号时,放大器的输出偏离零点(或基准电平)的现象。这种现象通常是由于电路中的不稳定因素引起的,比如温度变化、电源电压波动、电子元件的老化、内部偏置电流的变化等。零漂对于精密放大电路来说是一个重要的性能指标,因为它会影响电路的精确度和稳定性。

零漂的主要特点和影响因素包括:

  1. 温度影响: 放大电路中的元件(如晶体管、电阻、集成电路等)的特性可能会随温度而变化,从而引起输出偏移。
  2. 电源电压波动: 电源的不稳定或电源电压的变化也可能导致放大器的输出产生漂移。
  3. 元件老化: 随着时间的推移,电子元件的特性可能会慢慢改变,这也可能导致零点的漂移。
  4. 输入偏置电流: 放大器的输入端通常有一定的偏置电流,这些电流的变化也会导致零漂。

为了减小零漂,电路设计师会采取各种措施,比如使用高稳定性的元件、设计温度补偿电路、使用差动放大电路来减少对电源波动的敏感性等。在一些高精度的应用中,还会使用特别设计的低漂移放大器来确保长期稳定性。零漂的控制对于精密测量和信号处理应用尤为重要。

5、一个电压放大器的输入电阻越小,对信号源的影响则 ________ ;输出电阻越小,带负载的能力则越 ________ 。

A. 越大,越强 B. 越小,越强 C. 越大,越弱 D. 越小,越弱

A。电压电压放大器要求输入电阻大,输出电阻小,目的是使放大器的输入从信号源获得大的电阻分压,负载从放大器的输出获得大的电阻分压。

6、如下图所示的放大电路以及晶体管的输出特性曲线、负载线,静态工作点 ________ 情况下最易产生截止失真,静态工作点 ________ 情况下最易产生饱和失真,静态工作点 ________ 情况下输出电压摆幅最大。

8-2-6-18-2-6-2

A. B. C. D.

B C D。曲线中靠近右下侧为截止区,靠近左上侧为饱和区,居中则输出摆幅最大; 最靠近右下侧, 最靠近左上侧, 居中,且左右摆放最大。

7、下图是某晶体管的输出特性曲线,说出图中 两个直流工作点的设置分别存在的问题。直流工作点 存在的问题是: ________ ;直流工作点 存在的问题是: ________ 。

8-2-7

易于截止或输出摆幅受限 易于进入变阻区或易于饱和或输出摆幅受限

解释参见上题。

知识点3:三极管放大电路的分析计算

1、如下图所示放大电路,其中 ,若已知 ,则说明 ________ 。

8-2-1

A.

B.

C.

D.

D。, 增益:,注意

2、如下图所示电路,已知 ,假设晶体管的 值非常大,此时 上的压降均为 ,通过分压电阻 的电流为 ,(a)求 ;(b)保持电路不变,求当晶体管的 时,求 的实际值。

8-3-3

(a)

​ 当 非常大时,

​ 而

​ 得到

(b)

基于戴维南等效,偏置电路的开路电压为3.7 V,等效电阻为 ,于是:

​ 得到

3、电路如下图所示, 是均值为零的正弦波小信号,假设晶体管的 ,计算电路的输入电阻 和电压增益 。若 的信号振幅被限定在 5 mV 以内,则计算信号源信号的最大值 和输出信号的最大值 (忽略 )。 取 26 mV 。

8-3-4

4、测量某放大电路负载开路时输出电压为 3 V,接入 负载后,测得输出电压为 1 V,则该放大电路的输出电阻为 ________ 。

A. 0.5 k B. 1.0 k C. 2.0 k D. 4.0 k

D。1V为负载和放大器输出电阻分压得到。

5、某放大电路负载开路时,输出电压 ,接入 6 kΩ 负载后,输出电压 ,说明该放大电路的输出电阻 ________ 。

3 kΩ。解释同上。

6、某放大电路负载开路时,输出电压 ,接入 3 kΩ 负载后, ,说明该放大电路的输出电阻 ________ 。如果该放大电路接 0.5 kΩ 的负载,输出电压 ________ 。

1.5 kΩ 1.5 V。 解释同上。

7、有两个放大倍数相同的电压放大器 X 和 Y ,分别接入内阻非零的相同信号源。在输出端开路情况下,测得放大器 X 的输出电压较小,这说明放大器 X 的 ________ 。

A. 输入电阻大 B. 输入电阻小 C. 输出电阻大 D. 输出电阻小

B。输出开路,则与负载无关;电压小,则表明输入电阻小。

8、电路如下图所示,已知 的直流分量为 0,假设晶体管 ,忽略 ,求发射极直流电流 、输入电阻 、输出电阻 和电压增益

8-3-6

9、已知一共射放大器工作在放大区,,集电极电阻 ,负载电阻 ,不考虑厄雷效应和基区电阻,则该共射放大器的小信号增益为 ________ V/V。(

-100。,

10、放大电路如下图所示,已知:, 电路中电容容量足够大,已知 。求:

(1) 静态工作点

(2) 电压放大倍数 ,输入电阻 ,输出电阻

8-3-9

(1)

(2)

注: 更严格地,偏置电路应该用戴维南等效计算。

11、分析下图所示电路,已知三极管的 ,当 阻值分别为 ________ 时,该三极管工作在放大区。

8-3-11

A. 5.6 kΩ,10 kΩ B. 5.6 kΩ,510 kΩ C. 5.6 kΩ,1 MΩ D. 100 kΩ,1 MΩ

C。处于放大区,要求 小,从而要求 大, 小。

12、如下图所示放大电路,已知各晶体管的 ,电阻 ,电位器 ,且滑动端处于中间位置,电源电压 。若要求静态时输出电压 ,问电阻 应选多大?

8-3-13

若要求静态时,,则

电阻 两端电压:

另一方面:

解出

【注】差分对电路,只要保证两个管子处于放大区, C 处电阻大小的改变基本不影响 (忽略厄雷效应)。

13、下图所示为共射放大电路及对应三极管的伏安特性图。

(1) 用图解法求出电路的静态工作点,并判断这个工作点选得是否合适?

(2) 在 和三极管参数不变的情况下,如何改变电阻 使 提高到 左右?(电阻值近似取整)

(3) 在 和三极管参数不变的情况下,为了使 ,如何改变电路参数?(电阻值近似取整)

image-20231124111502418

(1)

​ 由图可知:基极电流太小,静态工作点不合适。

image-20221006113954496

(2) 为了把三极管的集电极电压 提高到 左右。

​ 可将静态工作点设置在 点,取 ,使

(3) 应将静态工作点设置在

可以取 可以取

15、分析如下所示电路:

image-20221006113855653

(1) 若 ,三极管 ,在静态时,三极管工作在 ________ 。

A. 放大状态 B. 饱和状态 C. 截止状态 D. 状态不定

(2) 若用直流电压表测得 ,有可能是因为 ________ 。

A. 开路 B. 短路 C. 开路 D. 过小

B A。假设工作在放大区, 上的电压降大于 上的电压降(),矛盾,所以工作在饱和区;说明 很小但不是开路。