电路基础与集成电子技术-第5章习题解答

第5章基本放大电路

习题解答

【5-1】填空、选择正确答案

1．对于阻容耦合放大电路，耦合电容器的作用是

A．将输入交流信号耦合到晶体管的输入端；

√B．将输入交流信号耦合到晶体管的输入端，同时防止偏置电流被信号源旁路；

C．将输入交流信号加到晶体管的基极。

2．在基本放大电路中，如果集电极的负载电阻是R c，那么R c中：

A．只有直流；

B．只有交流；

√ C．既有直流，又有交流。

3．基本放大电路在静态时，它的集电极电流是（）；动态时，在不失真的条件下，它的集电极电流的平均值是（）。（I CQ，I CQ）

4．下列说法哪个正确：

A．基本放大电路，是将信号源的功率加以放大；

√B．在基本放大电路中，晶体管受信号的控制，将直流电源的功率转换为输出的信号功率；

C．基本放大电路中，输出功率是由晶体管提供的。

5．放大电路的输出电阻越小，放大电路输出电压的稳定性（）。（越好）

6．放大电路的饱和失真是由于放大电路的工作点达到了晶体管特性曲线的（）而引起的非线性失真。（饱和区）

7．在共漏基本放大电路中，若适当增加g m，放大电路的电压增益将（）。（基本不增加）

8．在共射基本放大电路中，若适当增加，放大电路的电压增益将（）。（基本不增加）

9．在共漏（或共射）基本放大电路中，适当增大R d（或R c），电压放大倍数和输出电阻将有何变化。

√ A．放大倍数变大，输出电阻变大；

B．放大倍数变大，输出电阻不变；

C．放大倍数变小，输出电阻变大；

D．放大倍数变小，输出电阻变小。

10．有两个电压放大电路甲和乙，它们本身的电压放大倍数相同，但它们的输入输出电阻不同。对同一个具有一定内阻的信号源进行电压放大，在负载开路的条件下测得甲的输出电压小。哪个电路的输入电阻大？（对放大电路输出电压大小的影响，一是放大电路本身的输入电阻，输入电阻越大，加到放大电路输入端的信号就越大；二是输出电阻，输出电阻越小，被放大了的信号在输出电阻上的压降就越小9，输出信号就越大。在负载开路的条件下，也就是排除了输出电阻的影响，只剩下输入电阻这一个因素。甲、乙两个放大电路电压放大倍数相同，甲的输出小，说明甲的输入电阻小，乙的输入电阻大。）

k负载电阻后，输出 11．某放大电路在负载开路时的输出电压的有效值为4V，接入3Ω

电压的有效值降为3V，据此计算放大电路的输出电阻。( )

k；

√A．1Ω

k；

B．1.5Ω

k；

C．2Ω

k。

D．4Ω

12．有一个共集组态基本放大电路，它具有如下哪些特点：( )

A．输出电压与输入电压同相，电压增益略大于1；

√ B．输出电压与输入电压同相，电压增益稍小于1，输入电阻大和输出电阻小； C．输出与输入同相，电压增益等于1，输入电阻大和输出电阻小。

【5-2】分别画出题图5-2所示各电路的直流通路与交流通路。

()a

()b()c

题5-2电路图

解：

直流通路，见解图5-2(a)。

( )

a( )

b( )

c

DD

R

R

CC

R

R

CC

R

R

解图5-2(a)

交流通路，见解图5-2(b)。

( )( )

( )

解图5-2(b)

【5-3】在题图5-3所示电路中，已知U GSQ=2V

-，管子参数I DSS＝4mA，U GS(off)= 4V

-。设电容在交流通路中可视为短路。

1. 求电流I DQ和电阻R s；

2. 画出中频微变等效电路，用已求得的有关数值计算A u、R i和R o（设r ds的影响可以忽略不计）；

3. 为显著提高｜A u｜，最简单的措施是什么？

图5-3 题5-3电路图

解：

1. 场效应管是耗尽型，漏极电流可由下式算出 GSQ 22DQ DSS GS(off)2

(1)4(1)mA 1mA 4

U I I U -=-

=?-=-

GSQ

DQ

2k U R I =-=Ω

2. DSS GS m P GS(off)

2(1)1mS I U

g U U =-= 33.32

1110

11s m d m u -=?+?=+-

=R g R g A

Ω==M 1g i R R

Ω≈=k 10d o R R

3. 为显著提高|A u |，应在R 两端并联旁路电容。

【5-4】场效应管放大电路如题图5-4所示，其中R g1=300Ωk ，R g2=120Ωk ，R g3=10ΩM ，R =R d =10Ωk ，C s 的容量足够大，V DD ＝16V ，设FET 的饱和电流mA 1DSS =I ，夹断电压U p =U GS(off) = -2V ，求静态工作点，然后用中频微变等效电路法求电路的电压放大倍数。若C s 开路再求电压放大倍数。

图5-4 (a) 题5-4电路图

解：

1. 求静态工作点

该放大电路采用耗尽型场效应三极管，分压偏置电路。由于栅极回路无静态电流，所以R g3中无电流，故R g1和R g2分压点的电位与栅极电位相等，这种分压偏置可以提高放大电路的输入电阻。由电路得： s D g2

g1g2DD S G GS R I R R R V U U U -+=

-=

DS DD d D ()U V R R I =-+

2

P

GS DSS D )1(U U I I -

= 上述三个方程联立求解，可得两组解： 第一组：I D =0.46mA U GS = -0.6V 第二组：I D2=0.78mA U GS2= -3.8V ＜U p

第二组数据不合理，故工作点为：I D =0.46mA ，U GS = -0.6V 2. 用微变等效电路求电压放大倍数

微变等效电路如解图5-4(a)；

&

&

解图5-4(a) 5-4题的中频微变等效电路 解图

5-4(b) 无C S 的微变等效电路

i gs

o m gs d

U U U g U R ==-&&&&

u

m

d

A

g R =-& 对转移特性曲线方程式求导数，可得 m 0.69mS g =≈

A u =－6.9 3. C S 开路时的电压放大倍数

C S 开路实际上就是电路出现电流串联负反馈，电压增益下降。如果没有学习反馈， 仍然可以用微变等效电路法求解。放大电路微变等效电路如解图5-4(b)。

gs m s d U g I I &&&≈= s s gs i R I U U &&&+=

o d d m gs d

U I R g U R =-=-&&& 于是

m gs d m gs d o m d u i gs s s gs m gs s m s

0.871g U R g U R U g R A U U I R U g U R g R --====-=-+++&&&&&&&&&

【5-5】有一个场效应管放大电路如题图5-5所示，已知I DSS ＝4mA 、U GSQ ＝－2V 、U P ＝U GS(off)

＝－4V 、V DD ＝20V 。试求： 1. 静态漏极电流I DQ ； 2. R s1之值和R s2最大值； 3. 中频电压放大倍数； 4. 输入电阻和输出电阻。

解：

&

图5-5(a) 题5-5电路图 图5-5 (b) 中频微变等效电路

1．电路由是N 沟道结型场效应管构成，采用自给偏压电路。由公式 2

GS D DSS GS(off)

(1)U I I U =-

可以求出 I D =1mA

2. 电路采用自偏压

GS D s12V U I R =-?=-， 所以， R s1＝2Ωk

R s2越大，U DS 越小，大到一定程度，就不能保证场效应管工作在恒流区。工作在恒流区的条件是栅漏间电压比夹断电压小，即 GD

GS DS GS(off)U U U U =-≤

所以 DSmin GS GS(off)242V U U U =-=-+= 又因为 DS DD D d s1s2()U V I R R R =-++

s2max DD DSmin D d s1[()/]6k R V U I R R =---=Ω

3. 为求电压放大倍数，应先求跨导 DSS GS m GS(off)GS(off)2(1)1mS I U

g U U =

-=

图5-5的微变等效电路，如解图5-5(b)所示。此可求出 m d

u m s1s2 1.11()

g R A g R R =-

=-++

4. 求输入电阻和输出电阻

g

i

i g m s2

i m gs s2

m s1s2g 33M 11()

R U R R g R U g U R g R R R =

=

==Ω--

++&&&

上式在变换过程中，使用了i gs m gs s1s2()U U g U R R =++&&&这一关系，

略去了i I &在R s2上的压降。

o d 10k R R ≈=Ω

【5-6】电路如题图5-6，场效应管的r ds >>R d ，要求： 1. 画出该放大电路的中频微变等效电路； 2. 写出A u 、R i 和R o 的表达式；

3. 定性说明当R s 增大时，A u 、R i 和R o 是否变化，如何变化？

4. 若C s 开路，A u 、R i 和R o 是否变化，如何变化？写出变化后的表达式。

图5-6 题5-6电路图

解：

此题的场效应管为增强型，所以要用增强型的转移特性曲线方程 2GS(th)

GSQ DO DQ )1(

-=U U I I

DD g2GSQ G S DQ s g1g2

V R U U U I R R R =-=-+

DSQ

DD s d DQ ()U V R R I =-+

由以上三个式子可求出电路的静态工作点。 1. 略

2. 电压增益 u

A &=–g m （R d // R L ） 对转移特性曲线方程求导数，可得

DO DQ GS(th)

m 2I I U g =

输入电阻 )//(g2g1g i R R R R += 输出电阻 o d R R ≈

3. R s 的增大，会使U GS 有所下降，静态工作点的I D 下降，g m 有所减小，A u 有所下降，对

R i 和R o 没有什么影响。

4. C s 开路，对静态工作点没有影响，但电压增益下降，此时电压增益为

m d L u

m s

(//)1g R R A g R =-+& C s 开路时，由于栅极是绝缘的，对I i 没有影响，仍由R i =R g +(R g1//R g2)决定；对R o 没有

什么影响。

【5-7】 电路如题图5-7所示，元件参数已给出，V CC ＝12V 、晶体管的＝50、U BE =0.7V ，求：

1. 静态工作点。

2. 中频电压放大倍A u ；

3. 求放大电路的输入电阻R i ；

4. 求放大电路的输出电阻R o ；

=V

12CC R b1C 1R b2

e R e

C

2

C R c =50βR L

-

+

+

-

Ω

k 2Ω10k Ω

k 20Ω

k 9.3Ω

k 2i

U &o

U &+++

图5-7 题5-7电路图

解：

1.

b2CC

CC

b1b2

4V R V V R R '==+

b

b1b2// 6.67k R R R '==Ω CC

BE BQ b

e 30.4μA (1)V U I R R β'-=='++

CQ BQ 1.52mA I I β==

CEQ CC CQ c e () 5.92V U V I R R =-+=

2．晶体管的发射结电阻为

be bb EQ

26(mV)

(1)

1.17k r r I β'=++=Ω 则中频电压放大倍数 L u be

56.4R A r β'=-

=-

3．放大电路的输入电阻 R i = R b1// R b2// r be =0.995k

4．放大电路的输出电阻 R o R c =2 k

【5-8】 电路如题图5-8所示，设V CC ＝15V ，R b1=60Ωk 、R b2=20Ωk 、R c =3Ωk 、R e =2Ωk 、R s =600Ω，电容C 1、C 2和C e 都足够大，＝60，U BE =0.7V ，R L =3Ωk 。试计算： 1. 电路的静态工作点I BQ 、I CQ 、U CEQ ；

2. 电路的中频电压放大倍数A u ，输入电阻R i 和输出电阻R o ；

3. 若信号源具有R s ＝600Ω的内阻，求源电压放大倍数A us 。

+

+

L

R e

R c

R b2

R b1

R +

CC

V 2

C 1

C e

C -

+-

+i

U

&o U &VT s U &s R +-

图5-8 题5-8电路图

解：

1．

b2CC

CC

b1b2

3.75V R V V R R '==+

b

b1b2//15k R R R '==Ω CC

BE BQ b e

22μA (1)V U I R R β'-=='++

CQ BQ 1.32mA ==I I β

CEQ CC CQ c e ()8.40V =-+=U V I R R

2．

be bb EQ 26(mV)26

(1)(30061) 1.50k (mA) 1.32

r r I β'=++=+?Ω=Ω

L u be

600R A .r β'=-

=-

R i = R b1// R b2// r be =1.36 k

R o

R c =3 k

3． i

us u s i

416R A A .R R =

=-+

【5-9】 若题图5-9中的电路出现故障，且经测量得知U E ＝0，U C =V CC 。故障的原因是下列四种之一，请判明是 。

A. R c 开路

B. R c 短路

C. R e 短路

D. R b1开路

o

图5-9 题5-9电路图解：

应是D ，即R b1开路，为此需要排除A 、B 、C 三种情况。对于A ，R c 开路，U C 不会等于V CC ，也就是说U C =V CC 排除了R c 开路；对于B ，R c 短路，可能有U C =V CC ，但此时有集电极和发射极电流，U E 不可能为0；对于C ，R e 短路，U E ＝0，但此时发射极、集电极电流不等于0，所以，U C ＜V CC ，而不可能U C =V CC 。

【5-10】共集组态基本放大电路如题图5-10(a)所示，其输出波形产生了如图5-10(b)所示的失真。请问该失真属于饱和失真和还是截止失真？消除该种失真最有效的方法是什么？如晶体管改为PNP 管，若出现的仍为底部失真，上面的答案又怎样？若把电路改为如图2-6所示的共射组态基本放大电路，重新回答上面的问题。

π

0π

3π2t

ωu

o

(a) (b)

图5-10 题5-10电路图和输出电压的失真波形

解：

1．波形图的上部电位水平高，下部电位水平低。当晶体管趋于截止时，发射极的电位向地靠拢；当晶体管趋于饱和时，发射极的电位向电源电压靠拢。所以图5-10(b)所示的底部失真是截止失真。

2．适当减小R b 。

3．如果晶体管改为PNP 型，V CC 变为-V CC ，对底部失真而言，则为饱和失真。

4．若把电路的改为图5-9所示的共射组态基本放大电路，因从集电极输出，晶体管趋于截止时，集电极电位向电源电压靠拢；晶体管趋于饱和时，集电极电位向地电位靠拢。所以是饱和失真。

采用NPN 型晶体管，还是PNP 型晶体管，是从发射极输出，还是从集电极输出，同一种外形的失真结论是不同的，请参考表5-10。

表5-10 基本放大电路失真的判断

PNP

NPN

CC

CE 下部截止失真上部饱和失真下部截止失真

上部饱和失真下部饱和失真

上部截止失真下部饱和失真上部截止失真

【5-11】题图5-11所示电路中，已知晶体管的＝100，U BEQ ＝0.6V ，r bb ’＝100Ω。耦合电容的容量足够大。 1. 求静态工作点；

2. 画中频微变等效电路；

3. 求A u 和A us ；

4. 求R i 和R o 。

+

c

R CC V 1

C -

+

-

+i

U

&&VT s U &R +-

+

2

C o U L

R V

10k 2Ω

k 2Ω

k 2Ω

k 15Ω

k 20Ω

b1R b2

R k 10Ω

e

R

图5-11 题5-11电路图

解：

此从发射极输出，但集电极不是直接接电源（交流接地），所以该电路不是纯共集放大电路，但R c 的存在，不影响放大电路的输入和输出电极，仍然可以使用微变等效电路求解。

1． b2CC

CC

b1b2

4.29V R V V R R '==+

b b1b2//8.57k R R R '==Ω CC

BE BQ b

e 17.5μA (1)V U I R R β'-=

='++

CQ

BQ 1.75mA ==I I β

CEQ CC CQ c e () 3.00V =-+=U V I R R

2．画中频微变等效电路

-

+

-

e

c

b o

U &be

r b

&c &R b2

R L

b

I &βR e

+

R b1s R c

+

-

U &i

U &

解图5-11

3．u us

A A &&求和 先求r be

r be =bb EQ 26mV

1180k mA

r ()

.I β'++=Ω

o L

u L

e L i be L

10991U ()R A .,

R R //R U r ()R ββ'+'===='++&&&式中

4．求输入电阻

i b1b2be L

[(1)]816k '=++=ΩR R //R //r R .β 求输出电阻

be o e 331'

+==Ω+s r R R R //

β

5. 源电压增益

i

us u s i

0795R A A .R R =?

=+