模电典型题解.doc

第二章晶体三极管BJT放大电路基础例2-1 某放大电路如图(a)所示图示。已知图中,，。晶体管T的、,。试求：（1） 电路的静态工作点和；（2） 输入电阻及输出电阻； (3)电压放大倍数及 图(a)【解题思路】 （1）由放大电路的直流通路确定其静态工作点。 （2）由放大电路的交流通路确定其输入、输出电阻及电压放大倍数。【解题过程】 （1） 由图(a)可知，该电路是能够稳定静态工作点的分压式偏置共射极放大电路。画出放大电路的直流通路如图(b)所示。根据戴维南等效电路法图(b) 图(c) 将放大电路的直流通路中的输入回路（包括、）进行戴维南等效，其等效电路如图 (c)所示。图中：写出输入回路的电流方程有 由上式，可得 (2) 为了计算电路的动态指标，画出放大电路的微变等效电路，如图(d)所示。图(d) 由于 故输入电阻根据输出电阻Ro的定义，令Us = 0，移去RL，且在原来接RL处接入电压源u，设流入输出端口的电流为i。可画出求放大电路的输出电阻的等效电路如图(e)所示。图(e) 由于Us = 0，且因为受控电流源，当rce可以忽略时，为恒流源，等效内阻为“”，故：（3） 【例2-2】单级放大电路如图所示，已知Vcc=15V，, 此时调到，晶体管饱和压降UCES为1V，晶体管的结电容可以忽略。试求： （1）静态工作点，： （2）中频电压放大倍数、输出电阻、输入电阻； （3）动态范围=？输入电压最大值Ui p=？ （4）当输入电压的最大值大于Ui p时将首先出现什么失真？【相关知识】（1）共射极放大电路。【解题思路】（1）根据直流通路可求得放大电路的静态工作点。（2）根据交流通路可求得放大电路的、。（3）根据静态工作点及交流负载线的斜率可求得动态范围，同时可判断电路出现失真的状况（4）根据电压放大倍数和动态范围可求出Ui p。【解题过程】（1）采用估算法求解静态工作点。由图可知 故 （2）利用微变等效电路法，求解放大电路的动态指标。（3）由于，即电路的最 大不失真输出电压受截止失真的限制，故电路的动态范围 输入电压最大值（4）由上述分析可知，当输入电压的最大值大于U ip时，电路将首先出现截止失真。【例2-3】 有一共基极放大电路如图所示。其中VCC= 24V、RB1 = 90k、RB2=48k、RC =RE=2.4k、负载电阻RL=2.2k，电容器C1、C2、C3 的电容量均足够大。晶体管T为3DG4A型硅管，其rbb=80、。(1) 试估算静态工作点ICQ、UCEQ值；(2) 计算、Ri及Ro值。【相关知识】 共基极放大电路。【解题思路】 （1）根据放大电路的直流通路求静态值。 （2）根据放大电路的微变等效电路求Au、Ri、Ro。【解题过程】 (1) 本题电路中，基极电流较大，应利用戴维南定理等效，并考虑偏置电阻的影响后，计算静态工作点。 UCEQVCCICQ (RC +RE)=241.87(2.4+2.4)=15V(2) Ro=RC = 2.4 kW第三章 模拟集成基本单元电路【例3-1】 差动放大电路及其参数如图所示。设T1、T2的特性一致，=50，UBE=0.7V，总的差模输入信号uid =50mV共模干扰信号uic=1V，试求： （1）T1和T2的静态工作点IC、UC之值； （2）输出信号电压uo及共模抑制比KCMR之值； （3）若将负载电阻接在集电极C1对地之间，重新计算UC，再求uo及KCMR之值； （4）差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric和输出电阻Ro之值。【相关知识】 差分放大电路的静态和动态分析方法。【解题思路】 根据差分放大电路的直流通路求解电路的静态工作点，双端输出时利用电路的对称性，单端输出时考虑负载对静态工作点的影响。根据差模等效电路和共模等效电路分别求解差模电压放大倍数、差模输入电阻，共模电压放大倍数、共模输入电阻，输出电阻，共模抑制比等技术指标。【解题过程】 图中RW是调零电位器，如果电路完全对称，调零电位器RW可以不要。实际上，电路两边参数不可能完全对称，只能说比较接近而已。因而，实际电路中需要利用调零电位器调整工作点使ui=0时uo=0。为了计算简单，在估算电路各项技术指标时，一般设RW的滑动端在电位器的中间。 （1）因电路两边完全对称，从直流等效电路可得 因 则有 （2）根据题意，应先算出电压放大倍数，然后按线性关系计算输出电压。 （3）由于电路采用直接耦合方式，当负载电阻接在集电极C1对地之间时，电路的静态工作点UC将与前面的估算值不同，必须重新估算。根据电路可得以下关系 经整理可得： （4）差模输入电阻，共模输入电阻，输出电阻分别计算如下 双端输出时，输出电阻【例3-2】差分放大电路如图所示。若忽略的影响。 （1）试写出输出电压的表达式。 （2）若要求等效共模信号引起输出电压的误差小于10%，试求共模抑制比应满足的关系式。【解题过程】 差分放大电路的动态分析。【解题思路】 （1）先把输入信号分解成差模和共模信号，并分别写出差模电压放大倍数和共模电压放大倍数的表达式，然后分别写出差模输出电压和共模输出电压与输入信号的关系，并求二者的代数和。 （2）先推导等效共模信号引起输出电压误差的关系，并用共模抑制比表示，再根据题目给定的误差条件，求出共模抑制比应满足的关系式。【解题过程】 （1）由图可知，本题电路是单端输入、单端输出的差分放大器。所以 差模信号 共模信号 输出电压 式中 故 （2）由题意可知，共模信号引起输出电压的误差为 若要求共模信号引起的误差小于10%，则应有 由于 代入上式得 故 共模抑制比应满足关系式【例3-3】 电路如图所示，设，调零电位器的滑动端在的中间。试问： (1) 希望负载电阻的一端接地，当时，并且要求与同相，应接在何处？至少应为多大？ (2) 若信号源内阻，至少应为多大？ (3) 此时电路的约为多少分贝？【相关知识】 差分放大电路的静态分析、动态分析和技术指标。【解题思路】 （1）先根据题目要求的输出信号与输入信号的相位关系，确定负载的连结点，再推导输出信号与输入信号之间的关系式，分别计算单端输出差模电压放大倍数和共模电压放大倍数，然后根据题目给定的输出电压的大小计算所需输入信号的大小。 （2）先计算电路的差模输入电阻，推导信号源与电路输入信号之间的关系，再根据上述计算得到的计算的大小。 （3）按照上述计算得到的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数计算共模抑制比。【解题过程】 （1）由题意可知，本电路是单端输入单端输出差分放大电路。要与同相，则 另一端应接在晶体管T2的集电极C2处，输出信号与输入信号的关系如下 式中 于是有 化简得 下面，需要求出差模及共模电压放大倍数。先求静态工作点： 差模电压放大倍数 共模电压放大倍数 当输出电压时，输入信号 即，输入信号至少应为107mV。 （2）差模输入电阻 当考虑信号源内阻时 （3）共模抑制比【例3-4】 电路如图所示。已知电源电压Vcc=15V，RL8， UCES0，输入信号是正弦波。试问： (1) 负载可能得到的最大输出功率和能量转换效率最大值分别是多少？ (2) 当输入信号ui10sint V 时，求此时负载得到的功率和能量转换效率。【相关知识】 乙类互补推挽功率放大电路性能指标。【解题思路】 根据题目给定条件确定输出电压幅值的最大值，计算最大可能的输出功率和能量转换效率；估算电压增益，推算输出电压，求相应的输出功率和能量转换效率。【解题过程】 (1) 图示电路为乙类互补推挽功率放大电路，最大的输出电压幅值，所以W（2）对每半个周期来说，电路可等效为共集电极电路，所以Au1uoui10sint V即Uom10V故W【例3-5】单电源互补功率放大电路如图所示。设功率管、的特性完全对称, 管子的饱和压降，发射结正向压降，并且电容器和的容量足够大。 （1）静态时，A点的电位、电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量分别为多大？ （2）动态时，若输出电压仍有交越失真，应该增大还是减小? （3）试确定电路的最大输出功率、能量转换效率，及此时需要的输入激励电流的值； （4）如果二极管D开路，将会出现什么后果? 【相关知识】 甲乙类互补推挽功放电路的工作原理。【解题思路】 （1）为了使单电源互补推挽功放电路输出信号正负两个半周的幅值对称，静态时，A点的电位应等于电源电压的一半，由此可推算电容器C两端压降和输入端信号中的直流分量的大小。 （2）分析产生交越失真的原因，讨论的作用。 （3）确定输出电压最大值，求解最大输出功率、能量转换效率及此时需要的输入激励电流的值。 （4）断开二极管，分析电路可能出现的状况。【解题过程】 (1) 静态时，调整电阻、和，保证功率管和处于微导通状态，使A点电位等于电源电压的一半，即。此时耦合电容C被充电，电容C两端的电压；输入信号中的直流分量的大小，应保证输入信号接通后不影响放大电路的直流工作点，即。 (2) 电路中设置电位器和二极管D的目的是为功率管提供合适的静态偏置，从而减小互补推挽电路的交越失真。若接通交流信号后输出电压仍有交越失真，说明偏置电压不够大，适当增大电位器的值之后，交越失真将会减小。 （3） 功率管饱和时，输出电压的幅值达到最大值，则电路的最大输出功率此功放电路的能量转换效率最大当输出电压的幅值达最大值时，功率管基极电流的瞬时值应为（4）当D开路时，原电路中由电位器和二极管D给功率管和提供微导通的作用消失。、和的发射结及将构成直流通路，有可能使和管完全导通。若和的值较小时，将会出现，从而使功放管烧坏。【例3-6】在图(a)所示电路中，已知二极管的导通电压UD0.7 V；晶体管导通时|UBE|均约为0.7 V，T1和T3的饱和管压降|UCES|=1 V。试问： 图(a)（1）T1、T3和T5管基极的静态电位各为多少？（2）设R310k，R4100，且T1和T3管基极的静态电流可忽略不计，则T5管集电极静态电流约为多少？ （3）若静态时iB1iB3，则应调节哪个参数可使iB1iB3，如何调节？ （4）电路中二极管的个数可以是1、2、3、4吗？你认为哪个最合适？为什么？ （5）若R3断路，则输出电压约为多少？【相关知识】 OCL电路的工作原理、静态和动态分析方法。【解题思路】 （1）根据静态时UO=0以及晶体管处于导通状态来确定T1、T3和T5管基极的静态电位。 （2）T5管集电极电流与R3的电流近似相等。 （3）降低T3管基极的静态电位可以减小iB3，从而使iB1iB3。 （4）根据T1和T3管基极之间的静态电位差的要求来确定二极管的个数。 （5）分析R3断路后各个晶体管的工作状态来分析输出电压。【解题过程】 （1）因为静态时输出电压uO为0 V，所以T1、T3和T5管基极的静态电位分别为UB1UBE2UBE1 1.4 VUB30UBE3 0.7 VUB5VCCUBE5 14.3 V（2）静态时，T1和T3的基极电流可忽略不计，因而T5管集电极电流与R3、R4的电流近似相等，即ICQ5 IR3 = UR3 / R3 =（VCC UB1）/R3 （151.4）/10 mA=1.36 mA因为R4上的电压约为T1管b-e间的导通电压UBE，所以若利用ICQ5 IR4 UBE/R4求解ICQ5，则UBE的实际值与0.7 V的差别必定使估算出的ICQ5产生很大的误差，故不能采用这种方法。（3）若静态时iB1iB3，则应通过调整R4的阻值来微调T1和T3的基极电压。由于在调整R4时T5管的基极电流不变，集电极电流也就不变，即R4中电流基本不变。因此，应增大R4以降低T5管集电极电位，即降低T3基极电位，使iB3增大，达到iB1与iB3相等的目的。 应当指出，在图（a）所示电路中，只有在产生较大误差，如静态时输出电压为几伏，才调整R3的阻值。（4）采用如图所示两只二极管加一个小阻值电阻合适，也可只用三只二极管。这样一方面可使输出级晶体管工作在临界导通状态，消除交越失真；另一方面在交流通路中，D1和D2管之间的动态电阻又比较小，可忽略不计，从而减小交流信号的损失。 （5）若R3断路，则R4和T1、T2两个支路都为断路，电路如图（b）所示。由图可知，T5、T3和T4组成复合管作为放大管，构成共射放大电路；而且，静态时各管子的电流如图中所标注，由于T5的基极回路没有变化，因而其集电极电流不变。图(b)应当指出，在OCL电路中，功放管在静态时基本不损耗功率，其选取依据是PCM0.2 V 2CC/（2RL）因而当电路产生故障时应首先分析功放管静态时的功耗，判断其是否会因功耗过大而损坏。本题可能出现以下几种情况： 若T5、T3和T4均工作在放大状态，则负载电阻的静态电流 IL = IE3 + IC4 =（1+3）IC5 + 3 4 IC5 数值很大。此时，若T3和T4的管压降也比较大，则它们静态的集电极功耗将很大，以至于使之因过热而损坏。若它们损坏后短路，则uO15 V；若它们损坏后断路，则uO0 V。 如果电源电压几乎全部降在负载上，使T3饱和，则输出电压 uO=VCC+（|UCES3|+UBE4） 15+（1+0.7） V =13.第4章场效应管及MOS模拟集成电路基础【例4-1】电路如图（a）所示，管子T的输出特性曲线如图（b）所示。 （1）场效应管的开启电压UGS（th）和IDO各为多少？ （2）uI为0 V、8 V两种情况下uO分别为多少？ （3）uI为10 V时在可变电阻区内g s间等效电阻rDS为多少？【相关知识】 场效应管的主要参数，场效应管的工作状态。【解题思路】 （1）从图（b）中读出场效应管的主要参数UGS（th）和IDO。 （2）列输出回路方程，用作图法确定uI为不同电压值时uO的值。 （3）求解对应uGS10 V的输出特性曲线的可变电阻区的等效电阻。【解题过程】 （1）从图（b）可知UGS（th）4 V， IDO为UGS2 UGS（th）8 V时的ID，为1 mA。 （2）当uGSuI0 V时，管子处于夹断状态，因而iD0。uOuDSVDD iD RdVDD15 V。 当uGSuI8 V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区时的iD1 mA，所以uOuDSVDD iD Rd（15112）V3 VUGDUG UD（83）VUGS（th），故管子工作在可变电阻区。此时gs间等效为一个电阻rDS，与Rd分压得到输出电压。从输出特性中，在UGS8V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（2，0.5），可得等效电阻所以输出电压（3）在uGS10 V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（3，1），可得等效电阻与uGS8V的等效电阻相比，在可变电阻区，uGS增大，等效电阻rDS减小，体现出uGS对rDS的控制作用。【例4-2】 电路如图(a)示。其中，,场效应管的输出特性如图（b） 所示。试求电路的静态工作点、和之值。图(a) 图(b)【相关知识】 结型场效应管及其外特性，自给偏压电路，放大电路的直流通路、解析法、图解法。【解题思路】 根据放大电路的直流通路，利用解析法或图解法可求得电路的静态工作点。【解题过程】 由场效应管的输出特性可知管子的，由式及得【例4-3】有一个场效应管放大电路如图(a)所示，已知IDSS4mA、UGS2V、UPUGS(off)4V、VDD20V。试求： （1）静态漏极电流IDQ； （2）RS1和RS2最大值； （3） 中频电压放大倍数； （4） 输入电阻和输出电阻。图(a)【相关知识】 场效应管放大电路的静态、动态分析。【解题思路】 （1）根据放大电路的直流通路确定其静态工作点。 （2）根据放大电路工作于线性区的条件去确定RS1和RS2的最大值。 （3）根据放大电路的交流通路确定其电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。【解题过程】 （1）根据电路图场效应三极管的符号，是N沟道结型场效应管，采用自给偏压电路（耗尽型结型场效应 三极管）。由公式可以求出ID=1mA（2）电路采用自偏压所以，解出RS12 RS2越大，UDS越小，大到一定程度，就不能保证工作在线性区（场效应管特性曲线相当双极型三极管的“放大区”称为饱和区，相当双极型三极管的“饱和区”称为可变电阻区）。进入饱和区的条件是漏端电压达到夹断电压以上，即（3）要求电压放大倍数，应先求跨导根据图（a）做出微变等效电路，如图 (b)所示。由此可求出图(b)（4）求输入电阻和输出电阻 上式在变换过程中，使用了这一关系，略去了Ii在Rs2上的压降。 注：对于增强型场效应管，跨导由增强型场效应管的转移特性曲线方程式求导得到第六章负反馈技术【例6-1】如图电路处于深度负反馈，已知两只三极管的1=2=100，rbe1=2K，rbe2=1K，rce1=rce2=100K，所有电容对信号短路。（1） 判断反馈类型，（2） 计算源电压放大倍数Avfs？输入电阻Rif和输出电阻Rof 。分析步骤: 根据反馈类型确定kf含义，并计算kf若串联反馈Rif ：将输入端交流开路若并联反馈Rif0 ：将输入端交流短路计算此时xo产生的xf 则反馈系数 kf = xf / xo 确定Afs(= xo / xs)含义，并计算Afs 1 / kf 将Afs转换成 Avfs= vo / vs解：电路为电压串联负反馈串联反馈输入端交流开路，R4两端电压即为反馈电压Vf 。电压反馈系数源电压放大倍数输入电阻输出电阻【例6-2】已知b1=b2=50，rbe1=1.4K，rbe2=0.5K，rce1=rce2=100K，所有电容对信号短路。电路处于深度负反馈，（1） 判断反馈类型（2） 求源电压放大倍数Avsf，输入电阻Rif和输出电阻Rof 。解：电流并联负反馈并联输入端交流短路，流过Rf的电流即为反馈电压If 。电流反馈系数源电流放大倍数源电压放大倍数输入电阻输出电阻【例6-3】试用深度负反馈方法计算图电路的源电压增益。已知：Rs=1K，Rf =4K，RE2=Rl=3K。解：判断出电路为电压并联负反馈。互导反馈系数源互阻增益源电压增益【例6-4】 试用深度负反馈方法计算图电路的源电压增益。已知：R4=500，R5=R6=20K，RL=1K。解：判断出电路为电压串联负反馈。电压反馈系数源电压增益第7章集成运算放大器及其应用【例7-1】电压电流转换电路如图所示，已知集成运放为理想运放，R2R3R4R7R，R52R。求解iL与uI之间的函数关系。【相关知识】 集成运放工作在线性区的特点，“虚短”和“虚断”的分析方法，基本运算电路的识别。【解题思路】 （1） 由图判断出集成运放A1和A2分别引入的局部电压反馈为负反馈。 （2） 识别集成运放A1和A2分别组成的基本运算电路类型。 （3） 根据运算电路类型以及“虚短”和“虚断”的分析方法分别求解uO1以及uO2的表达式，从而得到iL与uI之间的函数关系。【解题过程】 以uI和uO为输入信号，A1、R1、R2和R3组成加减运算电路，其输出电压 以uO1为输入信号，A2、R4和R5组成反相比例运算电路，其输出电压 负载电流 因此 可见，通过本电路将输入电压转换成与之具有稳定关系的负载电流。【方法总结】 由集成运放组成的多级放大电路的解题方法总结： （1） 首先判断各个集成运放分别引入的局部电压反馈的极性。 （2） 若引入的反馈为负反馈，则识别各个集成运放所组成的基本运算电路类型。 根据运算电路类型以及“虚短”和“虚断”的分析方法逐级求解输出电压的表达式。【例7-2】电路如图所示，设运放均有理想的特性，写出输出电压与输入电压、的关系式。【相关知识】 运放组成的运算电路。【解题思路】 分析各运放组成哪种单元电路，根据各单元电路输出与输入关系，推导出总的输出电压的关系式。【解题过程】 由图可知，运放A1、A2组成电压跟随器。 ， 运放A4组成反相输入比例运算电路 运放A3组成差分比例运算电路 以上各式联立求解得：【例7-3】在图示电路中，假设A为理想运放，电容初始电压为零。现加入UI11V、UI22V、UI33V的直流电压。试计算输出电压UO从0V上升到10V所需的时间。【相关知识】 加法器、积分器。【解题思路】 先根据电容两端电压与电容电流的表达式推导输出电压与电容电流的关系，再利用运放输入端“虚短”、“虚断”的结论推导各个输入电压与电容电流的关系，从而可得到输出电压与积分时间的关系式。【解题过程】根据电容两端电压与电容电流的关系式 得 而 故 当从0V上升到10V， 则【例7-4】在实际应用电路中，为了提高反相输入比例运算电路的输入电阻，常用图示电路的T型电阻网络代替一个反馈电阻。设，。 （1）求 （2）若用一个电阻替换图中的T型电阻网络，为了得到同样的电压增益，应选多大的阻值？【相关知识】 反相输入比例器。【解题思路】 根据运放输入端“虚短”、“虚断”的结论推导输入电压与输出电压之间的关系式。【解题过程】 （1）为分析方便，标出各支路的电路参考方向如图所示。因为电路的同相输入端接地。所以 由式得 代入式得 由、式得 故 代入有关数据得 （2）若用一个反馈电阻代替T型电阻网络，那么 为了得到同样的增益，应选电阻 由此可见，若用一个反馈电阻代替T型电阻网络时，的阻值远大于T型电阻网络中的元件阻值。【例7-5】在图（a）所示电路中，已知，稳压管、的击穿电压分别为，正向压降皆为。运算放大器A具有理想的特性。画出由变至，再由变至时电路的电压传输特性曲线。【相关知识】 迟滞电压比较器、稳压管。【解题思路】 本题中，信号输入到运放的同相输入端，且引入了正反馈，运放工作在开关状态，故该电路是同相输入迟滞比较器。由于稳压管和的击穿电压不同，所以电路输出电压的正负幅度不等。运放反相输入端有直流电压存在，比较器的阈值电压的绝对值不相等。 写出运放同相输入端电压与输入和输出电压的关系，比较运放同相和反向输入端电压，求得比较器的阈值电压，画出电路的电压传输特性曲线。【解题过程】 由图可知电路的输出电压的最大值和最小值分别为 放大器反相输入端的基准电压 同相输入端电压 当输入电压由往增大方向变化，同相输入端的电压低于时，输出电压等于；当增至使略高于时，输出电压翻转至，设此时的输入电压为，由电路图可得 当输入电压由增大至，高于时，输出电压为。当由往减小方向变化，只要高于，输出电压始终为；当略低于时，输出电压翻转至，设此输入电压为，由电路图可得 由此可画出电压传输特性曲线如图（b）所示。【例7-6】电路如图(a)所示，已知运放大器和具有理想特性。 （1） 写出与、关系式； （2） 设时，电容器的初始电压，。接，的输入信号后，求经过多长时间翻转到。 （3） 从翻转到的时刻起，求又经过多长时间再次翻回。 （4）画出、和随时间变化的波形图。图(a)【相关知识】 积分器、迟滞比较器。【解题思路】 运放组成了积分电路，运放组成了反相输入迟滞电压比较器。【解题过程】 （1）由电路图可知，运放组成了积分电路。故 （2）由于运放组成了反相输入迟滞电压比较器。故翻转的条件是 令 代入初始条件可得 即当时，翻转到-12V。 （3） 当时再次由-12V翻转到12V。 令 即 解得 （4）、和随时间变化的波形如图(b)所示。图(b)