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半导体三极管及放大电路基础.pdf
RC = 1.5kΩ , iB = 20µA ,求该器件的 Q 点。
解 由图题 3.3.1 已求得 β = 200 ,故图题 3.3.3 所示电路中的
IC = βI B = 200 × 20µA = 4000µA = 4mA
VCE = VCC − I C RC = 9V
3.3.4 若将图题 3.3.1 所示输出特性的 BJT 接成图题 3.3.3 所示电路,并设VCC = 12V , 和
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解 图题 3.4.1 所示各电路的小信号等效电路如图解 3.4.1 所示。
3.4.2 单管放大电路如图题 3.4.2 所示,已知 BJT 的电流放大系数 β = 50 。(1)估算 Q 点; (2)画出简化 H 参数小信号等效电路;(3)估算 BJT 的输入电阻 rbe ;(4)如输出端接入 4kΩ
=
12V − 0.6V 500 ×103 Ω
≈
0.000024mA
=
0.024mA
有 I B < I BS ,故此时 BJT 工作在放大区, IC = βI B = 80 × 0.024mA = 1.92mA
(3) S 与 C 相连时,BJT 的发射结反偏,工作在截止区, IC ≈ 0 。
3.3.1 BJT 的输出特性如图 3.3.1 所示。求该器件的 β 值;当 iC = 10mA 和 iC = 20mA 时,
管子的饱和压降VCES 为多少?
解
由图题 3.3.1 可知,当 ∆iB
= 10µA 时, ∆iC
= 2mA ,故 β
=
∆iC ∆iB
= 200 ;
当 iC = 10mA 时,VCES ≈ 0.3V ; ic = 20mA 时,VCES ≈ 0.8V 。
3.3.2 测量某硅 BJT 各电极对地的电压值如下,使判别管子工作在什么区域。
= 300kΩ
由基极回路得 Rc
= VCC − VCE IC
= 3kΩ
(3)求输出电压的最大不失真幅度
由交流负载与输出特性的交点可知,在输入信号的正半周,输出电压 vCE 从 3V 到 0.8V ,变 化范围为 2.2V ;在输入信号的负半周,输出电压 vCE 从 4.6V ,变化范围为1.6V 。综合起来考 虑,输出电压的最大不失真幅度为1.6V 。
电压VCE = 10V ,则工作电流 IC 不得超过多大?若工作电流 IC = 1mA ,则工作电压的极限值为
多少?
解 BJT 工作时,其电压和电流及功耗不能超过其极限值,否则将损坏。当工作电压VCE 确
定时,应根据 PCM 及 I CM 确定工作电流 I C ,即满足 I CVCE ≤ PCM 及 I C ≤ I CM 。当VCE = 10V 时,
则应有 iC ≤ 1.27mA 。
又 vE = VEE − iC Re ,将 iC ≤ 1.27mA 代入此式,则 vE ≥ 10V − 1.27 ×10−3 ×10 ×103V ,即
应有 vE ≥ −2.7V 。 从不进入截止区的角度考虑,应满足 vBE = 0.7V ,即 vB = vE − 0.7V ,故 vB ≥ −3.4V 时,
(b) 放大区,VBE = (2 −1.3)V = 0.7, VCB = (6 − 2)V = 4V ,发身结正偏,集电结反偏。
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第 3 章 半导体三极管及放大电路基础
(c) 饱和区。 (d ) 截止区。 (e) 饱和区。 3.3.3 设输出特性如图题 3.3.1 所示的 BJT 接入图题 3.3.3 所示的电路,图中VCC = 15V ,
最大比失真幅度;(4)要使该电路不失真地放大,基极正弦电流的最大幅值是多少?
解 (1)由图题 3.3.6 可知,直流负载与横坐标轴的交点即VCC 值得大小,故VCC = 6V 。由
Q 点的位置可知, I B = 20µA , IC = 1mA ,VCE = 3v 。
(2)由基极回路得 Rc
= VCC − VCE IB
解 由 I A = −2mA , I B = −0.04mA 可知,图题 3.1.2 中电流 I A 、 I B 的方向与其实际的方 向相反,既 I A 、 I B 流入管子为正,而 IC 流出管子为正,故此 BJT 为 NPN 管。由 BJT 的电流 分配关系知,电极 A 是集电极, B 是基极, C 是发射极。其
3.1.2 某放大电路 BJT 中三个电极的电流如图 3.1.2 所示,用万用表直流电流挡测得 I A = −2mA ,I B = −0.04mA ,IC = +2.04mA ,试分析 A 、B 、C 中哪个是基极 b 、发射极 e 、 集电极 c ,并说明此管是 NPN管还是 PNP 管,它的 β = ?
(3)求 rbe
(4)求 A&V
rbe
=
200Ω + (1 +
β)
26mA IE
=
200Ω +
(1 + 50)
26mA 2mA
=
836Ω
A& V
=
V&0 V&i
= − βRL′ rbe
=
β (Rc || RL ) rbe
≈ −116
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(5)求 A&VS
A& VS
=
V&0 V&s
但其 I CEO 大,使放大电路的温度稳定性差,这是因为 I CEO 受温度影响较大。此外, I CEO 也是衡 量 BJT 寿命的一个指标, I CEO 小的寿命要长些。
3.1.4 某 BJT 的极限参数 I CM = 100mA , PCM = 150mW V , (BR)CEO = 30V ,若它的工作
3.3.5 设输出特性如图题 3.3.1 所示的 BJT 接成图题 3.3.3 所示的电路,其基极端上接
VBE = 3.2V 与电阻 RB = 20kΩ 相串联,而VCC = 6V ,RC = 200Ω ,求电路中的 I B 、IC 和VCE
的值,设VBE = 0.7V 。
解
IB
= VBB − VBE Rb
RB = 50kΩ 串联以代替电流源 iB 。求该电路中的 I B 、 IC 和VCE 的值,设VBE = 0.7V 。
解
IB
= VBB − VBE Rb
= 0.03mA
由题 3.3.1 已求得 β = 200 ,故
IC = βI B = 200 × 0.03mA = 6mA VCE = VCC − I C RC = 6V
又因 β = 100〉〉1,则 iE ≈ iC 即
vRe ≈ vR Re Rc
Re ≈ 8.3V Rc 10V
故取 Re ≈ 0.83Rc ,当取 Rc = 5.1kΩ 时, Re ≈ 4.3kΩ 。
3.4.1 画出图题 3.4.1 所示电路的小信号等效电路,设电路中各电容容抗可忽略,并注意标出
电压、电流的正方向。
=
V&0 V&i
×
V&i V&s
=
A&V
Ri Ri + Rs
=
A&V
Rs
Rb || rbe + (Rb || rbe )
≈ −73
3.4.3 一固定偏流放大电路,要求| A&V |≥ 100 , IC = 1mA ,VCC = 12V , BJT 的 β = 20 ,
解 由于锗 BJT 的 VBE ≈ 0.2V ,硅 BJT 的 VBE ≈ 0.7V ,已知 BJT 的电极 B 的VB = −6V , 电极 C 的VC = −6.2V ,电极 A 的VA = −9V ,故电极 A 是集电极。又根据 BJT 工作在放大区时, 必须保证发射结正偏、几点、集电结反偏的条件可知,电极 B 是发射极,电极 C 是基极,且此 BJT 为 PNP 管。
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第 3 章 半导体三极管及放大电路基础
3.2.1 试分析图题 3.2.1 所示各组对正弦交流信号有无放大作用。并简述理由。(设备电容的 容抗可忽略)
解 图题 3.2.1a 无放大作用。因 Rb = 0 ,一方面使发射结所加电压太高,易烧坏管子;另 一方面使输入信号 vi 被短路。
图题 3.2.1b 有交流放大作用,电路偏正常,且交流信号能够传输。
β = 2mA = 50 0.04mA
3.1.3 有两个 BJT ,其中一个管子的 β = 150 , ICEO = 200µA ,另一个管子的 β = 50 ,
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ICEO = 10µA 其他参数一样,你选择哪个管子?为什么? 解 选择 β = 50 , ICEO = 10µA ,既 ICEO 较小的 BJT 。β 大的 BJT 虽然电流放大作用大,
(4)基极正弦电流的最大幅值为 20µA 。
3.3.7 设 PNP 型硅 BJT 的电路如图 3.3.7 所示。问 vB 在什么范围内,使 T 工作在放大区? 令 β = 100 。
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第 3 章 半导体三极管及放大电路基础
解 从不进入饱和区角度考虑,应有 vCE ≥ 1V ,即应满足 vCE = VEE − (VCC ) − iC (Re − Rc ) ≥ 1V vCE = 10V + 10V − iC (10 + 5) ×103 Ω ≥ 1V
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第 3 章 半导体三极管及放大电路基础
的电阻负载,计算 A&V = V&0 /V&i 及 A&VS = V&0 /V&s 。
解
(1)估算 Q 点
IB
≈ VCC Rb
= 40µA