单级放大预习思考题及书本上的思考题

预习思考题：1、器件资料：上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表参数符号参数值参数意义及设计时应该如何考虑VCBO40V发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压。是集电结所允许加的最高反向电压。VCEO30V基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压。此时集电结承受反向电压。VEBO5V集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压。是发射结所允许加的最高反向电压。ICM500mA最大集电极电流。使ß值明显减小的iC为ICMIEM-500mA最大发射极电流。使ß值明显减小的iE为IEMhFE96-246共射直流电流系数。≈IC/IBVCE(sat)0.25V典型0.1V集电极-发射极饱和压降VBE1V典型0.8V基极-发射极压降fT14MHz特征频率。使ß值下降到1的信号频率称为特征频率。所有参数来自ETC的TIP9013数据手册2、偏置电路图1-3中偏置电路的名称是什么，简单解释是如何自动调节BJT的电流IC以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？答：分压式射极偏置电路，具有自动调节静态工作点的能力，当环境变化或更换晶体管时，能使Q点保持基本不变，应用广泛。其过程简述为：T（0C）↑IC↑（IE↑（UE↑（因为UBQ基本不变（UBE↓IB↓IC↓如果R1、R2取得过大，则I1减小，不能满足R1R2支路中的电流I1IBQ的条件。此时，UBQ在温度变化时无法保持基本不变，直流工作点稳定的实现失效。3、电压增益：(I)对于一个低频放大器，一般希望电压增益足够大，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高电压增益，分析这些方法各自优缺点，总结出最佳实现方案。答：依据电压增益计算公式'''26(1)300(1)LLLVbebeCQRRRAmVrrrI采用下述方法可以提高电压增益：增大集电极电阻RC和负载的输入阻抗RL。缺点：RC太大，受VCC的限制，会使晶体管进入饱和区，电路将不能正常工作。Q点适当选高，即增大ICQ。缺点：电路耗电大、噪声高。选取高β值的三极管选用多极放大电路级联形式来获取足够大的电压增益。一般二级电路的放大倍数可达几百倍，三级电路的放大倍数可达几千倍。缺点：电路较复杂，输出信号易产生自激，需采取措施消除。(II)实验中测量电压增益的时候用到交流毫伏表，试问如果用万用表或示波器可不可以，有什么缺点。答：在频率低于100KHz时万用表（指多功能数字式万用表，且其频率测量指标在100khz以上）的交流挡和交流毫伏表都可以比较精确得测量交流电压，当频率大于100KHz小于1MHz时，万用表的测量精度下降，只能采用交流毫伏表测量，对于更高频率的信号，必须选择高频毫伏表测量。而示波器测量的电压得精度一般比毫伏表低一个数量级，无法在需要精确测量电压值的时候使用。4、输入阻抗：(I)放大器的输入电阻Ri反映了放大器本身消耗输人信号源功率的大小，设信号源内阻为RS，试画出图1-3中放大电路的输入等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释。答：放大电路的输入等效电路图如右图，图中RS为信号源内阻。信号源VS、放大电路输入阻抗Ri、信号源内阻RS串连成回路，计算可得：SSiVIRR（1）SiiSiVRVRR（2）2SSSiVPRR（3）22()SiiSiVRPRR（4）非理想信号源输出的VS和RS固定，输出功率有限，即VS×I为常量根据公式（1），RiRS，输出电流I增加根据公式（2），RiRS，加在Ri上的电压增加根据公式（4），Ri＝RS，加在Ri上的功率最大(II)教材图1-4是实际工程中测量放大器输入阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么串接电阻RS的取值不能太大也不能太小。答：如果串联电阻RS过大信号Vi值将很小，电压表测量小信号的时候由于噪声干扰等原因测量精度下降，测量误差增加，RS过小则信号Vi值将很大，由于电压表分辨率有限，同样会引入较大误差。(III)对于小信号放大器来说一般希望输入阻抗足够高，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以提高图1-3中放大电路的输入阻抗。答：依据交流输入阻抗计算公式RSRiVSViIS1226////(1)300(1)ibebebeCQmVRrRRrrrI采用下述方法可以提高输入阻抗：增大R1、R2值，同时保证满足R1R2支路中的电流I1IBQ的条件。选高ß值的三极管。在保证输出信号不失真的情况下，降低静态工作点。5、输出阻抗：(I)放大器输出电阻RO的大小反映了它带负载的能力，试分析图1-3中放大电路的输出阻抗受那些参数的影响，设负载为RL，画出输出等效电路图，回答下面的连线题，并做简单解释。答：放大器输出阻抗ce//OCCRrRR。输出等效电路图参见右图。连线题分析可参看输入阻抗预习题（I）的分析，其中放大器输出电压VO视为信号源VS，放大电路输出阻抗R0视为信号源内阻RS，负载RL视为输入阻抗Ri(II)教材图1-5是实际工程中测量放大器输出阻抗的原理图，试根据该图简单分析为什么电阻RL的取值不能太大也不能太小。答：可参看输入阻抗预习题(II)的分析。(III)对于小信号放大器来说一般希望输出阻抗足够小，根据您所学的理论知识，分析有哪些方法可以减小图1-3中放大电路的输出阻抗。答：设计RC值较小的放大电路。6、计算图1-3中各元件参数的理论值，其中已知：VCC=15V，Vi=5mV，RL=3KΩ，RS=50Ω（信号源内阻），T为9013指标要求：AV50，Ri1KΩ，RO3KΩ，fL100Hz，fH100kHz（IC取2mA）设计过程：本实验所用三极管9013是硅管，β=1601）对于图1-3中的偏置电路，只有R2支路中的电流I1IBQ时，才能保证VBQ恒定实现自动稳定工作点的作用，因此为了满足工作点需求，取：I1=25IBQ2）为了提高电路的稳定性，一般要求VBQVBE，工程中一般取VBQ=(5~10)VBE，即VBQ=(3～5)V，这里取VBQ=3V；3）电路的静态工作点电流BQBECQEVVIR，由于是小信号放大，所以ICQ一般取0.5~2mA，这里取2mA；4）计算R1和R2的值：RORLVOVLIOKIVIVIVRCQBQBQBQBQ6.92253160252512，取R2=10KΩKVRVVRBQBQCC40310)315()(215）503.100226)1601(30010)3//3(16026)1(3003'mVImVRACELV符合设计要求KKImVrRCQbei139.22393226)1601(30026)1(300符合设计要求6）计算RE的值KIVVIVRCQBEQBQCQEQE15.127.03，取RE=1KΩ7）计算RC的值RC≈RL=3KΩ8）按常规取C1=C2=47uF；CE=100uF根据以上设计过程，图1-3中各元件参数如下：RW=100KR1‘=10KR2=10KRC=3KRE=1KC1=47uC2=47uCE=100u思考题1、如将实验电路中的NPN管换为PNP管，试问：①这时电路要作哪些改动才能正常工作？②经过正确改动后的电路其饱和失真和截止失真波形是否和原来相同？为什么？答：（1）将+Vcc改为-Vcc，C1、C2、Ce反接。（2）这时底部失真为截止失真，顶部失真为饱和失真（与NPN管相反），输入输出波形仍为反相。即IBQ下降，ICQ也下降，|VCE|上升，当IBQ上升，ICQ上升，|VCE|下降。2、图1-3电路中上偏置串接R1’起什么作用？答：偏置电路中串接R1'是防止调整Rw为零电阻时，IB上升,发射结电流过大损坏PN结。3、在实验电路中，如果电容器C2漏电严重，试问当接上RL后，会对放大器性能产生哪些影响？答：如果电容C2漏电严重，当接上RL后，电路的静态工作点ICQ、VCEQ将受到影响，输出电压Vo由于漏电电阻的分压作用而使Vo下降。4、级偏置电路中的分压电阻R1、R2若取得过小，将对放大电路的动态指标（如Ri及fL）产生什么影响？答：射极偏置电路中的分压电阻R1、R2若取值过小，将对放大电路的动态指标Ri、fL产生以下影响：因为Ri=R1//R2//RBE，当R1、R2过小时，Ri下降。因为设计电路时C1=（5～10）/（2πfLRi），所以Ri下降，fL上升。5、图1-3电路中的输入电容C1、输出电容C2及射级旁路电容CE的电容量选择应考虑哪些因素？答：输入电容C1的选取方法（采用有效回路时间常数法）时间常数τL=(Rs+Ri)*C1,其中Ri=Rb//rbe同样C2的选取方法：C2=(5～10)/2πfL(rce//Rc+RL)≈(5～10)/2πfL(Rc+RL)CE的选取方法：CE=(1～3)*(1+β)/2πfL(Rs//R1//R2+rbe)6、图1-3放大电路的fH、fL与哪些参数有关？答：由上题可知fL与“有效回路时间常数”有关，即fL=1/2π(Rs+Ri)C1。由混合参数π型等效电路可知C1、C2看作短路，Cπ'的容抗可与rb'e相比拟，Cπ'将不再看作开路，则fH=1/2πR'Cπ',R'是从电容Cπ'两端向左看过去的视在电阻。R'=rb'e//(rbb'+Rs')Rs'=Rs//Rb可见fH与R'、Cπ'有关，因为Cπ'与ICQ、fT有关，可选择fT高的管子，降低ICQ，fH与中频放大倍数是矛盾的。7.图1-3放大电路在环境温度变化及更换不同β值的三极管时，其静态工作点及电压放大倍数AV能否基本保持不变，试说明原因。答：图1-3电路在环境温度变化及更换不同β值的三极管时，其静态工作点及电压放大倍数Av基本保持不变。当T↑→IBQ↑→ICQ↑→IEQRe↑→(因为Vb恒定)Vbe↓→IBQ↓→ICQ↓Av=-βRL'/rbe=-βRL'/[rbb'+(1+β)26/IEQ]=RL'*IEQ/26基本不变（因为ICQ基本恒定）