第2章晶体管答案

习题答案

2.1 已知晶体管工作在线性放大区,并测得个电极对地电位如题图2.1所示。试画出各晶体管的电路符号,确定每管的b 、e 、c 极,并说明是锗管还是硅管。

0V

(a)

解:

8V

0V

(b)

-8V

3.7V

(c)

1V

9V

(d)

4.3V

题图2.1

8V

题图(a ):

0.7V

NPN 0V

题图(b ):

-0.7V

-8V 硅

PNP 0V

1V

题图(c ):

3.7V

PNP 4V

题图(d )

4.3V

9V 锗NPN 4V

2.3已测得晶体管电极管各电极对地电位如题图2.3所示,试判别各晶体管的工作状态(放大、饱和、截止或损坏)。

-0.3V

3V

0V (a)

(b)题图

2.3

6.3V

12V

3DG8 0V

7V (c)

(d)

解:题图(a )3AX 为PNP 锗管,U BE =−0. 3V (正偏),U CE =−4. 7V (反偏),放大状态

题图(b ):e 结反偏,c 结反偏,截止状态 题图(c ):e 结正偏,c 结正偏,饱和状态 题图(d ):e 结开路,晶体管损坏

2.6某晶体管的共射输出特性曲线如题图2.6所示 (1) 求I BQ =0.3mA时,Q 1、Q 2点的β值。 (2) 确定该管的

U (BR)CEO和P CM 。

题图2.6

解:(1)Q 1点:β≈50, Q 2点:β≈0。

(2)U (BR ) CEO ≈40V , P CM ≈330mW 。

2.7硅晶体管电路如题图2.7所示。设晶体管的U BE (on ) 作状态。

(a )

=0. 7V ,β=100。判别电路的工

(b )题图2.7

(c )

解:在题图(a )中,由于U BE

题图(b ):

I BQ =

15−0. 7

=25μA

R B +(1+β) R E

I CQ =βI BQ =2. 5mA U CEQ =15−2. 5×3=7. 5(V )

处于放大状态

题图(c ):I BQ =71μA ,I CQ =7. 1mA

U CEQ =15−7. 1(2+1) =−6. 3(V)

不可能,表明晶体管处于饱和状态。

2.9晶体管电路如题图2.9所示。已知β=100,U BE =−0.3V

(1)估算直流工作点I CQ 、U CEQ 。

(2)若偏置电阻R B 1、R B 2分别开路, 试分别估算集电极电位U C 值,并说明各自的工作状态。

(3)若R B2开路时要求I CQ =

2mA ,试确定R B 1应取多大值。

题图2.9

解:(1) U RB 2=I CQ =

R B 215

×12=2. 9V U CC =

R B 1+R B 247+15

U RB 2−0. 32. 9−0. 3

==2mA R E 1. 3

U CEQ =−U ECQ =−U CC −I CQ (R E +R C )

[]

=−[12−2×(1. 3+2) ]=−5. 4V

(2)当R B1开路时,I 3Q =0, 管子截止。U C =0. 当R B2开路时,则有

I B =

U CC −0. 312−0. 3

==0. 066mA

R B 1+(1+β) R E 47+101×1. 3U CC +U CE (sat ) (R E +R C ) β

=

12−0. 3

=0. 035mA

(1. 3+2) ×100

I B (sat ) =

因为I B >I B (sat ) ,所以晶体管处于饱和状态。此时U C ≈

U CC +U CB (sat )

R C +R E

12−0. 3R C =×2=7. 1V

2+1. 3

(3) 当R B 2开路时,由于I CQ =β

U CC +U BE 12−0. 3

=100×=2mA

R B 1+(1+β) R E R B 1+101×1. 3

由此解得R B 1=454K Ω

2.18放大电路及晶体管三极管的输出特性如题图2.18(a )和(b )所示。设U BE (on ) =0,各电容对信号视作短路。

(1)晶体管的β和r ce 各为多少?

(2)在图2.18(b )上作直流负载线和交流负载线。

(3)如图2.18(a )电路中加接R L =2k Ω的负载,重复(2)。 (4)当R

+ u o

(a)

题图2.18

解:(1)输出特性理想化,A =∞, r ce =∞, β=100。 (2)先求工作点I BQ =

(b)

/V

=R C //R L =2k Ω//2k Ω时,为得到最大的输出电压振幅值U om ,工作点如何

选取(调节R B )?此时U om =?R B 的值又应为多少?

L

'

U CC −U BE (on ) 12

==20(μA ),直流负载线

R B +(1+β) R E 500+100

U CE =U CC −I C (R C +R E ) =12−3I C ,取两点

(U CE =0, I C =4mA ; I C =0, U CE =12V ),可得直流负载线如图2.18(b )中①线,工作

11

=−,可得图2.18(b )中点Q(U CEQ =6V ,I CQ =2mA ),交流负载线的斜率为−R C 2

②线(交流负载线)。

(3)此时直流负载线不变,仍如图2.14(b )中①线,而交流负载线的斜率为−如图2.18(b )中③线。

(4)为得最大U om ,工作点应选在交流负载之中点。将图2.18(b )中③线(R

'

' L

11

=−,

R C //R L 1

==1kΩ)

平移使之与直流负载线①线的交点是此交流负载线之中点,即Q 点(U ' CEQ =3V ,

I ' CQ =3mA )。此时,U om =3V。

调节R B 使I

' BQ

=30μA ,则30×10−6=

U CC −U BE (on )12

≈,解得

R B +(1+β) R E R B +101×103

R B =300k Ω。

2.20放大电路如题图2.20(a )所示,已知β=50,U BE =0.7V,U CBE =0,R C =2KΩ, R L =20K Ω, U CC =12V .

(1)若要求放大电路由最大的输出动态范围,问R B 应调到多大? (2)若已知该电路的交、直流负载线如题图2.20(b )所示,试求:U CC =? RC =? UCEQ =? ICQ =? R L =? R

B =? 输出动态范围U OPP =?

题图2.20

解:(1)要求动态范围最大,应满足

I CQ R L =U CEQ −U CES =U CC −I CQ R C −U CES 即I CQ (2//20) =12−2I CQ −0. 7解得I CQ =3mA , I BQ =R B =

I CQ

50

=0. 06mA 3

β

=

U CC −U BE 12−0. 7

==188K Ω

I BQ 0. 06

(2)由直流负载线可知:

122′

=4K Ω, U CEQ =5V , I CQ =2mA , R L =R C //R L =4//R L ==1, U CC =12V , R C =32

I CQ 2

即R L =1. 3K Ω. 而I BQ ===0. 04mA 则

50β

U −U BE 12−0. 7

==283K ΩR B =CC

I BQ 0. 04U OPP =2U om =2×(6−4) =4V

2.23试计算题图2.23所示共射放大电路的静态工作点U CEQ ,源电压放大倍数A us =输入电阻R i 和输出电阻R o 。设基极静态电流I BQ 合电容。

+U o

U o

,U s

=20μA ,R C =2k Ω,R L =2k Ω,

U CC =9V ,R S =150Ω,r bb ' =0,厄尔利电压A =100V ,β=100,C 为隔直、耦

R U 题图2.23

解:(1)计算工作点和r b ' e 、r ce 。已知

I BQ =20μA

则I CQ =βI BQ =100×0. 02=2(mA )

U CEQ ⎞U CEQ ⎞⎛⎛

⎟⎟⎜92R =−+U CEQ =U CC −IR C =U CC −⎜I +⎟2 (V) ⎜⎟C ⎜CQ

2R ⎠⎝L ⎠⎝

由以上关系式可以看出,因电路输出端没有隔直电容,负载电阻R L 与工作点有关。由上式

解得

U CEQ =2. 5V

r b ' e =(1+β)

U T U 26

=βT =100=1. 3(k Ω) I EQ I CQ 2

A 100==50(k Ω) r ce =

2I CQ

(2)计算源电压放大倍数A us 。

先画出图2.13电路的小信号等效电路如下图所示。

+

U o

R i

图2.17(b)

R o

A us =

r b ' e U o U i r //R C //R L

•=−βce •U i U s r b ' e R S +r be ; 50//2//2r ce //R c //R L

=−100≈−69

0. 15+1. 3R S +r b ' e

=−β

(3)计算输入电阻R i 、输出电阻R o 。

R i =r b ' e =1. 3k Ω R o =R c //r ce ≈R C =2k Ω

2.27电路如题图2.27所示,BJT 的β=100,r bb ' =0,U T =26mA ,基极静态电流由电流源I B 提供,设I B =20μA ,R S =0.15kΩ, R E =R L =2k Ω。试计算A u =

U 0

、R i 和U i

R o 。电容C 对信号可视为短路。

i b

R

U 题图2.27

解: I CQ =βI BQ =100×20=2(mA )

(b)

+U o

r b ' e =β

U T 26

=100=1. 3(k Ω)

2I CQ

其小信号等效电路如图(b)所示。

R i =r b ' e +(1+β)(R E //R L )=1. 3+(1+100)(2//2)≈102. 3(k Ω) A vs =

U o U o U i (1+β)(R E //R L )R i

=•=•U s U i U s R i R S +R i

'

=

(1+β)(R E //R L )101(2//2)

=

R S +r b e +1+βR E //R L 0. 15+102. 3

R S +r ' 1+β

=0. 986

用辅助电源法可求得输出电阻为 R o =R E //

2.34组合放大电路如题图2.34所示。已知两个晶体管的参数相同:r bb ' =0,r b ' e =1k Ω,

=2//

0. 15+1. 3

≈14. 4(Ω)

101

β=50,r ce =∞;R C =R L =5 k Ω,R E =1k Ω,R B =150k Ω。

(1)画出该电路的交流通路。

(2)求该电路的输入电阻R i 、A u =

U o

电压增益和输出电阻R o 。 U i

(b)

+U o

题图2.34

解:(1)该电路的交流通路如图2.34(b)所示。

(2) R i =R B //r b ' e +(1+β) •R E //r be =22. 5k Ω,A u ≈−125,R o ≈5k Ω

[]

习题答案

2.1 已知晶体管工作在线性放大区,并测得个电极对地电位如题图2.1所示。试画出各晶体管的电路符号,确定每管的b 、e 、c 极,并说明是锗管还是硅管。

0V

(a)

解:

8V

0V

(b)

-8V

3.7V

(c)

1V

9V

(d)

4.3V

题图2.1

8V

题图(a ):

0.7V

NPN 0V

题图(b ):

-0.7V

-8V 硅

PNP 0V

1V

题图(c ):

3.7V

PNP 4V

题图(d )

4.3V

9V 锗NPN 4V

2.3已测得晶体管电极管各电极对地电位如题图2.3所示,试判别各晶体管的工作状态(放大、饱和、截止或损坏)。

-0.3V

3V

0V (a)

(b)题图

2.3

6.3V

12V

3DG8 0V

7V (c)

(d)

解:题图(a )3AX 为PNP 锗管,U BE =−0. 3V (正偏),U CE =−4. 7V (反偏),放大状态

题图(b ):e 结反偏,c 结反偏,截止状态 题图(c ):e 结正偏,c 结正偏,饱和状态 题图(d ):e 结开路,晶体管损坏

2.6某晶体管的共射输出特性曲线如题图2.6所示 (1) 求I BQ =0.3mA时,Q 1、Q 2点的β值。 (2) 确定该管的

U (BR)CEO和P CM 。

题图2.6

解:(1)Q 1点:β≈50, Q 2点:β≈0。

(2)U (BR ) CEO ≈40V , P CM ≈330mW 。

2.7硅晶体管电路如题图2.7所示。设晶体管的U BE (on ) 作状态。

(a )

=0. 7V ,β=100。判别电路的工

(b )题图2.7

(c )

解:在题图(a )中,由于U BE

题图(b ):

I BQ =

15−0. 7

=25μA

R B +(1+β) R E

I CQ =βI BQ =2. 5mA U CEQ =15−2. 5×3=7. 5(V )

处于放大状态

题图(c ):I BQ =71μA ,I CQ =7. 1mA

U CEQ =15−7. 1(2+1) =−6. 3(V)

不可能,表明晶体管处于饱和状态。

2.9晶体管电路如题图2.9所示。已知β=100,U BE =−0.3V

(1)估算直流工作点I CQ 、U CEQ 。

(2)若偏置电阻R B 1、R B 2分别开路, 试分别估算集电极电位U C 值,并说明各自的工作状态。

(3)若R B2开路时要求I CQ =

2mA ,试确定R B 1应取多大值。

题图2.9

解:(1) U RB 2=I CQ =

R B 215

×12=2. 9V U CC =

R B 1+R B 247+15

U RB 2−0. 32. 9−0. 3

==2mA R E 1. 3

U CEQ =−U ECQ =−U CC −I CQ (R E +R C )

[]

=−[12−2×(1. 3+2) ]=−5. 4V

(2)当R B1开路时,I 3Q =0, 管子截止。U C =0. 当R B2开路时,则有

I B =

U CC −0. 312−0. 3

==0. 066mA

R B 1+(1+β) R E 47+101×1. 3U CC +U CE (sat ) (R E +R C ) β

=

12−0. 3

=0. 035mA

(1. 3+2) ×100

I B (sat ) =

因为I B >I B (sat ) ,所以晶体管处于饱和状态。此时U C ≈

U CC +U CB (sat )

R C +R E

12−0. 3R C =×2=7. 1V

2+1. 3

(3) 当R B 2开路时,由于I CQ =β

U CC +U BE 12−0. 3

=100×=2mA

R B 1+(1+β) R E R B 1+101×1. 3

由此解得R B 1=454K Ω

2.18放大电路及晶体管三极管的输出特性如题图2.18(a )和(b )所示。设U BE (on ) =0,各电容对信号视作短路。

(1)晶体管的β和r ce 各为多少?

(2)在图2.18(b )上作直流负载线和交流负载线。

(3)如图2.18(a )电路中加接R L =2k Ω的负载,重复(2)。 (4)当R

+ u o

(a)

题图2.18

解:(1)输出特性理想化,A =∞, r ce =∞, β=100。 (2)先求工作点I BQ =

(b)

/V

=R C //R L =2k Ω//2k Ω时,为得到最大的输出电压振幅值U om ,工作点如何

选取(调节R B )?此时U om =?R B 的值又应为多少?

L

'

U CC −U BE (on ) 12

==20(μA ),直流负载线

R B +(1+β) R E 500+100

U CE =U CC −I C (R C +R E ) =12−3I C ,取两点

(U CE =0, I C =4mA ; I C =0, U CE =12V ),可得直流负载线如图2.18(b )中①线,工作

11

=−,可得图2.18(b )中点Q(U CEQ =6V ,I CQ =2mA ),交流负载线的斜率为−R C 2

②线(交流负载线)。

(3)此时直流负载线不变,仍如图2.14(b )中①线,而交流负载线的斜率为−如图2.18(b )中③线。

(4)为得最大U om ,工作点应选在交流负载之中点。将图2.18(b )中③线(R

'

' L

11

=−,

R C //R L 1

==1kΩ)

平移使之与直流负载线①线的交点是此交流负载线之中点,即Q 点(U ' CEQ =3V ,

I ' CQ =3mA )。此时,U om =3V。

调节R B 使I

' BQ

=30μA ,则30×10−6=

U CC −U BE (on )12

≈,解得

R B +(1+β) R E R B +101×103

R B =300k Ω。

2.20放大电路如题图2.20(a )所示,已知β=50,U BE =0.7V,U CBE =0,R C =2KΩ, R L =20K Ω, U CC =12V .

(1)若要求放大电路由最大的输出动态范围,问R B 应调到多大? (2)若已知该电路的交、直流负载线如题图2.20(b )所示,试求:U CC =? RC =? UCEQ =? ICQ =? R L =? R

B =? 输出动态范围U OPP =?

题图2.20

解:(1)要求动态范围最大,应满足

I CQ R L =U CEQ −U CES =U CC −I CQ R C −U CES 即I CQ (2//20) =12−2I CQ −0. 7解得I CQ =3mA , I BQ =R B =

I CQ

50

=0. 06mA 3

β

=

U CC −U BE 12−0. 7

==188K Ω

I BQ 0. 06

(2)由直流负载线可知:

122′

=4K Ω, U CEQ =5V , I CQ =2mA , R L =R C //R L =4//R L ==1, U CC =12V , R C =32

I CQ 2

即R L =1. 3K Ω. 而I BQ ===0. 04mA 则

50β

U −U BE 12−0. 7

==283K ΩR B =CC

I BQ 0. 04U OPP =2U om =2×(6−4) =4V

2.23试计算题图2.23所示共射放大电路的静态工作点U CEQ ,源电压放大倍数A us =输入电阻R i 和输出电阻R o 。设基极静态电流I BQ 合电容。

+U o

U o

,U s

=20μA ,R C =2k Ω,R L =2k Ω,

U CC =9V ,R S =150Ω,r bb ' =0,厄尔利电压A =100V ,β=100,C 为隔直、耦

R U 题图2.23

解:(1)计算工作点和r b ' e 、r ce 。已知

I BQ =20μA

则I CQ =βI BQ =100×0. 02=2(mA )

U CEQ ⎞U CEQ ⎞⎛⎛

⎟⎟⎜92R =−+U CEQ =U CC −IR C =U CC −⎜I +⎟2 (V) ⎜⎟C ⎜CQ

2R ⎠⎝L ⎠⎝

由以上关系式可以看出,因电路输出端没有隔直电容,负载电阻R L 与工作点有关。由上式

解得

U CEQ =2. 5V

r b ' e =(1+β)

U T U 26

=βT =100=1. 3(k Ω) I EQ I CQ 2

A 100==50(k Ω) r ce =

2I CQ

(2)计算源电压放大倍数A us 。

先画出图2.13电路的小信号等效电路如下图所示。

+

U o

R i

图2.17(b)

R o

A us =

r b ' e U o U i r //R C //R L

•=−βce •U i U s r b ' e R S +r be ; 50//2//2r ce //R c //R L

=−100≈−69

0. 15+1. 3R S +r b ' e

=−β

(3)计算输入电阻R i 、输出电阻R o 。

R i =r b ' e =1. 3k Ω R o =R c //r ce ≈R C =2k Ω

2.27电路如题图2.27所示,BJT 的β=100,r bb ' =0,U T =26mA ,基极静态电流由电流源I B 提供,设I B =20μA ,R S =0.15kΩ, R E =R L =2k Ω。试计算A u =

U 0

、R i 和U i

R o 。电容C 对信号可视为短路。

i b

R

U 题图2.27

解: I CQ =βI BQ =100×20=2(mA )

(b)

+U o

r b ' e =β

U T 26

=100=1. 3(k Ω)

2I CQ

其小信号等效电路如图(b)所示。

R i =r b ' e +(1+β)(R E //R L )=1. 3+(1+100)(2//2)≈102. 3(k Ω) A vs =

U o U o U i (1+β)(R E //R L )R i

=•=•U s U i U s R i R S +R i

'

=

(1+β)(R E //R L )101(2//2)

=

R S +r b e +1+βR E //R L 0. 15+102. 3

R S +r ' 1+β

=0. 986

用辅助电源法可求得输出电阻为 R o =R E //

2.34组合放大电路如题图2.34所示。已知两个晶体管的参数相同:r bb ' =0,r b ' e =1k Ω,

=2//

0. 15+1. 3

≈14. 4(Ω)

101

β=50,r ce =∞;R C =R L =5 k Ω,R E =1k Ω,R B =150k Ω。

(1)画出该电路的交流通路。

(2)求该电路的输入电阻R i 、A u =

U o

电压增益和输出电阻R o 。 U i

(b)

+U o

题图2.34

解:(1)该电路的交流通路如图2.34(b)所示。

(2) R i =R B //r b ' e +(1+β) •R E //r be =22. 5k Ω,A u ≈−125,R o ≈5k Ω

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