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1、第七章 習題7-1 什么是靜態(tài)工作點?如何設(shè)置靜態(tài)工作點?若靜態(tài)工作點設(shè)置不當會出現(xiàn)什么問題?估算靜態(tài)工作點時,應(yīng)根據(jù)放大電路的直流通路還是交流通路?答:所謂靜態(tài)工作點就是輸入信號為零時,電路處于直流工作狀態(tài),這些直流電流、電壓的數(shù)值在三極管特性曲線上表示為一個確定的點,設(shè)置靜態(tài)工作點的目的就是要保證在被被放大的交流信號加入電路時,不論是正半周還是負半周都能滿足發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置的三極管放大狀態(tài)??梢酝ㄟ^改變電路參數(shù)來改變靜態(tài)工作點,這就可以設(shè)置靜態(tài)工作點。若靜態(tài)工作點設(shè)置的不合適,在對交流信號放大時就可能會出現(xiàn)飽和失真(靜態(tài)工作點偏高)或截止失真(靜態(tài)工作點偏低)。估算靜態(tài)工作點
2、是根據(jù)放大電路的直流通路。7-2 集成運放電路與分立元件放大電路相比有哪些突出優(yōu)點?答:集成運放與分立元件放大電路相比有很多優(yōu)點,其突出優(yōu)點是:(1)在集成電路中,制造有源器件(晶體三極管、場效應(yīng)管等)比制造大電阻占用的面積小,且工藝上也不會增加麻煩,因此,集成電路中大量使用有源器件組成的有源負載,以獲得大電阻,提高放大電路的放大倍數(shù);將其組成電流源,以獲得穩(wěn)定的偏置電流。所以一般集成運放的放大倍數(shù)與分立元件的放大倍數(shù)相比大得多。(2)由于集成電路中所有元件同處于一塊硅片上,相互距離非常近,且在同一工藝條件下制造,因此,盡管各元件參數(shù)的絕對精度差,但它們的相對精度好,故對稱性能好,特別適宜制作
3、對稱性要求高的電路,如差動電路、鏡像電流源等。(3)集成運算放大電路中,采用復合管的接法以改進單管性能。7-3 什么是零點漂移?產(chǎn)生零點漂移的主要原因是什么?差動放大電路為什么能抑制零點漂移?答:由于集成運放的級間采用直接耦合方式,各級的靜態(tài)工作點相互影響,前一級的靜態(tài)工作點的變化將會影響到后面各級的靜態(tài)工作點,由于各級的放大作用,第一級的微弱信號變化,經(jīng)多級放大后在輸出端也會產(chǎn)生很大變化。當輸入電壓為零時,輸出電壓偏離零值的變化稱為“零點漂移”。產(chǎn)生“零點漂移”的原因主要是因為晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。差動電路是采用兩個參數(shù)完全對稱的電路,兩個管子的溫度特性也完全對稱,所以當輸入電壓為零
4、時,兩個管子集電極電位是相等的,差動電路能夠抑制“零點漂移”。7-4 在A、B兩個直接耦合放大電路中,A放大電路的電壓放大倍數(shù)為100,當溫度由20變到30時,輸出電壓漂移了2V;B放大電路的電壓放大倍數(shù)為1000,當溫度從20變到30時,輸出電壓漂移10V。試問哪一個放大電路的零漂?。繛槭裁??答:要判斷哪個電路零漂大,一般是將它折合到輸入端,由于兩個電路溫度都是由20變到30,所以A電路2V/100=20mV,B電路為10V/1000=10mV,所以B電路零漂小。7-5 集成運算放大電路是一種什么電路?由哪幾部分構(gòu)成?各部分電路有什么特點?答:集成運放的輸入與輸出呈線性關(guān)系,所以集成運放是線
5、性集成電路。集成運放共由四部分組成:輸入級作用是提供與輸出同相和反相關(guān)系的兩個輸入端,要求是溫度漂移盡可能小;中間級主要完成電壓放大任務(wù);輸出級向負載提供一定的功率,屬于功率放大;偏置電路向各級提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流。7-6 放大電路的輸入電阻與輸出電阻的含義是什么?為什么說放大電路的輸入電阻可以用來表示放大電路對信號源電壓的衰減程度?放大電路的輸出電阻可以用來表示放大電路帶負載的能力?答:輸入電阻就是將放大電路看為一個四端元件,從輸入端看入的等效電阻。即輸入端的電壓與輸入端的電流之比。輸出電阻也是將放大電路看作一個四端元件,從輸出端看的等效電阻。即戴維南等效電路的內(nèi)阻。因為信號源為放大電路提
6、供輸入信號,由于信號源內(nèi)阻的存在,因此當提供給放大電路的信號源是電壓源串電阻的形式時,輸入電阻越大,則放大電路對信號源的衰減越??;若信號源是電流源與電阻并聯(lián),則輸入電阻越小,放大電路對信號源的衰減越小。 + Ii + Us Rs Ui ri - - + Rs + Ui ri Us - - + ro + Uo RL Us - -放大電路我們可以根據(jù)戴維南等效電路將其化簡為一個電壓源與電阻的串聯(lián)形式,輸出電阻可以看作一個電源的內(nèi)阻,因此,輸出電阻越小,放大電路的帶負載能力越強。請參看下圖,可以增強對上面文字描述的理解。 +UCC +UCC Rc C2 Rc C2 Rb Rc Cc C1 C1 C1
7、 C2 Rb UBB Rb UEE (a) (b) (c) +UCC +UCC +UCC Rc Rb Rc Rb Rc C2 C1 Cb Re Ce (d) (e) (f)題圖7-1 習題7-7電路圖7-7 放大電路組成的原則有哪些?利用這些原則分析題圖7-1各電路能否正常放大,并說明理由。解:組成放大電路的原則是:發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。(a)滿足集電結(jié)反向偏置,但是不滿足發(fā)射結(jié)正向偏置,所以該電路無放大作用。(b)電路滿足發(fā)射結(jié)正向偏置,但不滿足集電結(jié)反向偏置(基極電位為0,集電極電位也為0)。(c)該電路靜態(tài)滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置,靜態(tài)工作點設(shè)置正確,但是由于電容Cc
8、在動態(tài)情況下將Rc短路,因此,動態(tài)放大信號無法從集電極取出,故也無放大作用(因為Rc與負載并聯(lián),若Rc短路,則負載電阻RL也為0)。(d)盡管該電路具備了發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置,但由于基極沒有限流電阻,所以基極電流很大,導致放大電路工作在飽和區(qū),所以也不能正常放大信號。(e)耦合電容具有隔直作用,所以C1將加在發(fā)射結(jié)的正向偏置隔離,電路無放大功能。(f)該電路的靜態(tài)工作點設(shè)置既滿足了發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置,但是由于Cb對于交流信號可以看作短路,所以該電路盡管靜態(tài)工作點具備了放大功能,但是,交流輸入信號無法加入放大電路,所以該電路也沒有放大功能。7-8 電路如題圖7-2(a)所示
9、,三極管的輸出特性曲線如題圖7-2(b)所示: (1)作出直流負載線; (2)確定Rb分別為10M、560k和150k時的ICQ、UCEQ; +12V Rc Rb 5k uo RL ui 5k(a) 電路圖 ic(mA)543210題圖7-2 習題7-8電路與特性曲線 iB=80A 60A 40A 20A 2 4 6 8 10 12 uce(V)(b) 輸出特性曲線 (3)當Rb=560k,Rc改為20k,Q點將發(fā)生什么樣的變化?三極管工作狀態(tài)有無變化?解:(1)直流負載線方程為:,直流負載線見圖。 (2)由圖(b)可知,Ib=40A IC=2mA。所以當Rb=10M此時直流工作點位于截止區(qū)(
10、參見圖)。當Rb=560k此時工作點在放大區(qū)(參見圖)。當Rb=150k因為Uce不可能為負,因此,此種情況意味著,即當Ib達到一定程度,Ic已達到飽和(發(fā)射極發(fā)射的電子已全部被集電極收集,再增加Ib將不會引起Ic增加),在三極管處于飽和狀態(tài)時,Uce0,三極管工作在飽和區(qū)(參見圖)。(3) 當Rb=560k,Rc改為20k時,由此可知,靜態(tài)工作點移到飽和區(qū)。直流負載線如圖(粗線)所示。7-9 電路如題圖7-3所示,設(shè)耦合電容的容量均足夠大,對交流信號可視為短路,Rb=300k,Rc=2.5k,UBE=0.7V,=100,rbb=300。(1)試計算該電路的放大倍數(shù)Au,ri,ro(2)若將輸
11、入信號的幅值逐漸增大,在示波器上觀察輸出波形時,將首先出現(xiàn)哪一種失真?(3)若將電阻調(diào)整合適的話,在輸出端用電壓表測出的最大不失真電壓的有效值是多少? +6.7V Rb Rc C1 C2 + + RL ui 10k uo - -題圖7-3 習題7-9電路圖解:(1)計算該電路的放大倍數(shù)Au,ri,ro先求靜態(tài)工作點下面先畫出交流通路,然后依據(jù)交流通路計算動態(tài)參數(shù)+ Ibui Rb rbe Ib Rc RL上述電路的交流通路(2)由方程及Ic的靜態(tài)工作點知:所以,若將輸入信號的幅值逐漸增大,在示波器上觀察輸出波形時,首先會出現(xiàn)飽和失真(因為,靜態(tài)工作點偏高,接近飽和區(qū))。(3)若將電阻調(diào)整合適的
12、話,在輸出端用電壓表測出的最大不失真電壓的有效值是應(yīng)該是(大約):即靜態(tài)工作點正好設(shè)置在Uce的中點,它輸出波形的最大幅值大約如上。7-10 共集電極放大電路有哪些特點?共基極放大電路有何特點?試將三種組態(tài)放大電路的性能進行比較,說明各電路的適合場合。答:共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)近似為1,且輸入與輸出電壓同相,即輸出電壓近似為輸入電壓,故,共集電極電路又稱為射極跟隨器,但對電流具有放大作用,更重要的是它使得輸入電阻增大,輸出電阻減小,這一特點對改善放大電路的輸入、輸出特性很重要,因此,功集電極放大電路常用作為多級放大電路的中間級、輸入級或輸出級。共集電極放大電路的特點與性能與在上面描述,
13、共發(fā)射極與共基極放大電路對電壓都具有放大作用,且在電路參數(shù)一致的情況下,放大倍數(shù)也相等,但共發(fā)射極電路輸入與輸出反相,而共基極放大電路的輸入與輸出則同相,另一個不同點是:共基極放大電路的輸入電阻比共發(fā)射極的小,輸出電阻反而大。所以,共發(fā)射極電路使用廣泛,而共基極放大電路適合輸入信號是恒流源或作為恒流源輸出時的場合。7-11 用示波器分別測得某NPN型管的共射極基本放大電路的三種不正常輸出電壓波形如圖7-4所示。試分析各屬于何種失真?如何調(diào)整電路參數(shù)來消除失真? uo uo uo 0 t 0 t 0 t (a) (b) (c)題圖7-4 習題7-11的電壓波形答:圖(a)的輸出波形說明輸出電壓的
14、正半周導致失真,其原因是靜態(tài)工作點偏低所導致,所引起的失真是截止失真,解決辦法是將靜態(tài)工作點上移,即將基極的直流電流調(diào)大即可。圖(b)與圖(a)恰好相反,是由于靜態(tài)工作點偏高引起的飽和失真,故解決辦法是減小基極的靜態(tài)電流,使靜態(tài)工作點下移。圖(c)中輸出電壓的正、負半周都出現(xiàn)失真,說明輸入信號過大導致輸出幅度過大而引起得失真,若無法減小輸入信號得情況下,只能調(diào)整放大電路的放大倍數(shù),減小放大倍數(shù)可以是更換放大倍數(shù)較小的三極管或調(diào)整負載電阻(如Rc)等手段。7-12 差動放大電路如題圖7-5所示,晶體管的參數(shù)1=2=50,rbb1=rbb2=300,其他電路參數(shù)如圖中所示。試求:Rw 200 +U
15、CC(+12V) 20k RC RC 20k RL 20k Rs 2k Rs 2kui1 ui2 Re 24k -UEE(-12V)題圖7-5 習題7-12電路(1)靜態(tài)工作點;(2)差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù);(3)共模抑制比;(4)差模輸入電阻和輸出電阻。解:(1)靜態(tài)工作點靜態(tài)時,輸入短路,流過Re的電流為IE1和IE2之和,且電路對稱,故IE1=IE2=IE,因為:UEE-UBE=IBRs+IE(Rw/2)+2IERe 又 所以 (2)差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)由于對于差模電壓放大倍數(shù)Re不產(chǎn)生任何影響,故雙端輸出的差模放大倍數(shù)為:RL=Rc/(RL/2)=20/3k雙
16、端輸出的共模電壓放大倍數(shù),由于電路對稱,故輸出電壓為0,所以,放大倍數(shù)為零。單端輸出的共模電壓放大倍數(shù)為: (3)共模抑制比 (4)差模輸入電阻和輸出電阻 7-13 集成運放的理想條件是什么?工作在線性區(qū)的理想運放有哪兩個重要特點?工作在非線性區(qū)時又有什么不同?答:集成運放的理想條件有很多,但重要的有以下幾點:(1)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod(2)差模輸入電阻 rid(3)輸出電阻 ro0(4)共模抑制比 CMRR(5)失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂均為零工作在線性區(qū)的理想運放的兩個重要特點是:(1)因為Aod,所以通常將這種現(xiàn)象稱為輸入端“虛短路”。(2)因為輸入電阻rid,所以i=0。工
17、作在非線性區(qū)時也有兩個重要特點:(1)輸出電壓只有兩種可能取值 u+>u-時,uo=Uo+ u+<u-時,uo=Uo-(2)輸入電流為零,即i=0 Rf R1 Aui - B uo + Rp題圖9-2 習題9-10電路圖7-14 電路如題圖所示。集成運放電路輸入點B的電壓近似為零,那么將B點接地,輸入輸出關(guān)系是否仍然成立?既然運放輸入電流趨于零,是否可將A點斷開,此時放大器能工作嗎?為什么?答:B點的電位近似為零,我們在分析放大電路時可以將其看為“虛地”,這是由于運放放大倍數(shù)很大的緣故,很小的輸入就可以引起較大的輸出。但一旦將它接地,輸入就為0,所以輸出電壓uo=0,B點電位為0,輸出電位為0,故流過Rf的電流為0,所以輸入和輸出的關(guān)系就不成立。同理,盡管A點的電流近似為0,但一旦斷開,就相當于負端輸入懸空,由于正端輸入接地,所以放大器無輸入信號,因此放大器在無輸入信
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