第3章习题解答

1第3章习题解答习题来源：严国萍，龙占超，通信电子线路，科学出版社，2006年第一版，2009年第五次印刷，P89～P913-1.解答晶体管低频放大器主要采用混合参数（H参数）等效模型分析方法；而晶体管高频小信号放大器主要采用形式等效电路（Y参数）以及物理模拟等效电路（混合参数）分析方法。分析方法的不同，本质原因在于晶体管在高频运用时，它的等效电路不仅包含着一些和频率基本没有关系的电阻，而且还包含着一些与频率有关的电容，这些电容在频率较高时的作用是不能忽略的。高频小信号放大器不能用特性曲线来分析，这是因为特性曲线是晶体管低频运用时的工作曲线，是不随工作频率变化的；但晶体管在高频运用时，其结电容不可忽略，从而使得晶体管的特性随频率变化而变化。因此在分析高频小信号时，不可用特性曲线来分析。3-2.解答rbb’含义：从晶体管内部结构可知，从基极外部引线b到内部扩散区中某一抽象点b’之间，是一段较长而又薄的N型（或P型）半导体，因掺入杂质很少，因而电导率不高，所以存在一定体积电阻，故在b-b’之间，用集总电阻rbb’表示。rb’c含义：晶体管内部扩散区某一抽象点b’到集电极c之间的集电结电阻。rbb’的影响：rbb’的存在，使得输入交流信号产生损失，所以rbb’的值应尽量减小，一般rbb’为15～50。rb’c的影响：因为集电结为反偏，所以rb’c较大，rb’c一般为10k～10M，特别是硅管，rb’c很大，和放大器负载相比，它的作用往往可以忽略。3-3.解答gm是晶体管的跨导，反映晶体管的放大能力，即输入对输出的控制能力。2它和晶体管集电极静态电流（IE）大小有关。3-4.解答因为高频小信号放大器的负载是一个谐振回路，如果阻抗不匹配，会使输出信号幅度减小，而且会失真，为此，必须考虑阻抗匹配的问题。3-5.解答小信号放大器主要质量指标有：增益，通频带，选择性，工作稳定性，噪声系数这5个指标。以上几个指标，增益和稳定性是一对矛盾，通频带和选择性是一对矛盾。为使放大器稳定工作，必须采取稳定措施，即限制每级增益，选择内反馈小的晶体管，应用中和或失配方法等；而解决通频带和选择性的矛盾可以增加回路的数目，采用参差谐调，用网络综合法设计耦合网络或者采用集中滤波器放大器的办法来解决。具体设计时应根据需要决定主次，进行分析和讨论。3-6.分析与解答分析：计算Y参数等效电路的四个参数{yie,yfe,yre,yoe}，主要根据公式（3-17）～（3-20）求取；而公式中的各未知量的计算，则应根据相关公式求取，如：'026()beErImA晶体管发射结电阻''()12()26ETbebcImAfCC晶体管特征频率()26EmImAg晶体管跨导解答：根据发射结电阻的计算公式，可知：'02626501.3kΩ()1beErImA3根据晶体管特征频率计算公式，可知：''''9()1250MHz2()26()11Farad=24.5pF262(250MHz)13(10)ETbebcEbebcImAfCCImACC又根据题意，知Cb’c=3pF，因此，Cb’e=(24.5–3)pF=21.5pF根据晶体管跨导计算公式，可知：()38mS26EmImAg根据工作频率f=10MHz，可知：=2*10M=62.8Mrad/s于是:Yb’e=j(Cb’e+Cb’c)=j(1.54)mSY’b’e=jCb’e=j(1.35)mS根据以上结果，根据Y参数计算公式，有：'ie''fe'''re'''oe'''0.16+j1.52mS137.56-j4.05mS1-17.65-j186.73μS1146.94+j685.11μS1bebbbembbbebcbbbembbbcbbbeYyrYgyrYjCyrYgryjCrY3-7.解答放大器不稳定的主要原因是由于当工作频率较高时，Cb’c的容抗变小，输出回路对输入回路的反馈作用就不容忽视，可能引起放大器的工作不稳定。首先要选择Cb’c尽可能小的晶体管，其次，应设法从电路上减小反馈作用，具体的办法有“中和法”和“失配法”。43-8.解答当LC回路并联一电阻时，回路总导纳GT变大，所以回路有载品质因数变小，通频带变宽，又由增益带宽积为常数，知增益减小；又由矩形系数定义知，品质因数的变化不会引起其变化，故选择性不变；因为增益越小，放大器越不容易产生自激，故稳定性增强。3-9.分析与解答分析：这是高频小信号放大器的典型计算，关键在于获取晶体管Y参数等效电路的参数值（本题题设条件已给出）以及晶体管负载回路的折算。解题思路是：首先将原理电路图化简为交流等效电路图，，再根据接入系数，将输入、输出回路的电参量折算到回路中去，最后分别计算放大器各个指标。C32145+8V题图3-1解答：根据上图，其交流等效电路图如下所示：p1p2yie2yoeyieysgpCLyfeViyreVc解图3-1因为00001/112pppLQggLgfL，因此有：500137.2μS2pgQfL根据初次级线圈匝数，可知：2311345213N51N204N51N204pp根据题目中给出的3DG39晶体管Y参数，可知：22122220.252000.25286037.2228.5μSoeiepgpgpgg由上，可知电压增益为：12fe020.2545mS228.5μS12.3VppyAg根据谐振频率，可知：222001155.34CpFLfL因此，根据公式（3-39），通频带为：22212fe0.700.2545mS20.658MHz2255.3pF12.3VppyfCA或利用回路有载Q值（QL），直接求取：000.7116.2710.7MHz20.658MHz16.27LLQgLffQ根据上述求取的空载及有载Q值，以及插入损耗定义（公式2-46），可知回路插入损耗为：220111.43116.27/1001lLKQQ根据（3-49）稳定系数的定义，可知稳定系数的值为：6ferefere2222121cos42860μ200μ45m0.31m1cos5488.514.5sieoeLpieggggSyygpgp这里，gL表示谐振回路折算到集电极回路的负载电导。由于S1，因此，该放大器能工作稳定。计算结果总结如下：（1）电压增益AV0=12.3（2）通频带2f0=0.658MHz（3）回路插入损耗Kl=1.43（4）稳定系数S=14.53-10.分析与解答分析：本题涉及高频小信号放大电路的计算：通过运用晶体管Y参数等效电路各个参数的计算公式，求解各个y参数；然后根据接入系数将电路中的相关电参量折算到输出负载回路中；最后根据放大器指标的定义公式，求解各项指标值。本题还涉及多级放大器级联基本知识。值得一提的是，晶体管Y参数等效电路参数值的计算，依赖于晶体管参数的确定。此外，本题所涉及的晶体管共发放大电路的交流等效电路与上题极其类似。解答：多级放大电路其中一级的交流等效电路图如下所示：p1p2yie2yoeyieR2gpC2LyfeViyreVcR1前级输入后级输入R5R2R1解图3-27由于y参数与参数有关，因此必须根据手册（公式）查得参数：5026130010.77bedbeberrgmSr38.526EmIgmS根据fT的计算公式，有：''''''''''()112()262()2()()24.5224.521.5mETmbebcbebcbebcmbebcTbebcgImAfgCCCCCCgCCpFfCpFCpF根据工作频率f=10.7MHz，可知：=2*10.7M=67.2Mrad/s于是:Yb’e=j0(Cb’e+Cb’c)=j(1.65)mSY’b’e=j0Cb’e=j(1.45)mS根据以上结果，根据Y参数计算公式，有：'ie''fe'''re'''oe'''0.19+j1.63mS137.96-j4.38mS1-20.20-j199.65μS1154.39+j739.20μS1bebbbembbbebcbbbembbbcbbbeYyrYgyrYjCyrYgryjCrY根据yie参数值，可知：gie=0.19mS，有Rie=5.3k，其值与R1||R2为同一数量级，因此必须考虑基极分压电阻对放大器指标值的影响：12121/||1/1/0.190.230.42ieieieggRRgRRmS对于下一级的输入端，同理有：22121/||0.42ieieggRRmS负载回路的gp值，根据回路空载品质因数计算，得：001137.2S100210.74pgQLMHzH8因此，根据接入系数，可得折算到谐振回路中的总电导为：225122180poeiegggpgpgS又根据yie和yoe的值，可知：0000Im()Im()24.2Im()Im()11.0ieieieieoeoeoeoeyyCCpFyyCCpF因此，根据接入系数，可得折算到谐振回路中的总电容为：222122560.09*24.20.09*11.059.2oeieCCpCpCpF根据单级电压增益计算公式，有：12fe020.338.2mS180μS19.1VppyAg根据单级通带计算公式，有：00002180484/259.2LffQfSkHzCgpF根据放大器级联基本知识，可知四级放大器级联后的总电压增益为：4400419.1133086VVAA，即为102.5dB而四级放大器级联后的总通频带为：1/400422120.43497484kHz210.5kHzff欲使四级总通频带保持和单级通信带相同，则单级通频带应加宽：1/400401/42212484kHz484kHz21.11MHz21fff根据单级放大器增益带宽积不变的定律，可知单级放大器电压增益为：0000000022219.1*484kHz8.321.11MHzVVnewnewoldoldVoldoldVnewnewAfAfAfAf因此，四级级联总放大增益为：94408.34746VnewA因此，四级总电压增益下降了：41330864746128340A，换算为dB则是下降了29.0dB综上：（1）单级电压增益：019.1VA（2）单级通频带：02484kHzf（3）四级总电压增益：4400419.1133086VVAA，即为102.5dB（4）四级总通频带：0421.11MHzf（5）为满足题设条件，则单级通频带应加宽至1.11MHz；四级的总电压增益下降128340，即29dB。3-11.解答根据容抗（jCb’c）计算公式可知，因为当频率较低时，Cb’c的容抗较大，输出回路对输入回路的反馈作用可以忽视，因此器件是单向化元件；而当频率较高时，Cb’c的容抗变小，输出回路对输入回路的反馈作用就不容忽视，可能引起放大器工作不稳定，所以必须考虑单向化问题。3-12.解答反馈导纳yre是调谐放大器工作不稳定和产生自激的内部根源。yre物理意义是输出电压在输入端产生的电流，体现晶体管的内部反馈，反馈导纳yre越大，内部反馈越强。3-13.解答根据公式（3-52），可知稳定电压增益的计算公式为：