单级放大预习思考题及书本上的思考题

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 VCBO VCEO VEBO ICM IEM hFE VCE(sat) VBE fT 参数值 < 40V < 30V < 5V < 500mA < - 500 mA 96 - 246 <0.25V典型0.1V <1V 典型0.8V >14MHz 参数意义及设计时应该如何考虑 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。 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。 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。 最大集电极电流。使ß值明显减小的iC 为ICM 最大发射极电流。使ß值明显减小的iE 为IEM 共射直流电流系数。≈IC / IB 集电极-发射极饱和压降 基极-发射极压降 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↑（ IC↓UE ↑（ 因为UBQ基本 不变（UBE↓IB ↓

如果R1 、R2取得过大，则I1 减小，不能满足R1R2支路中的电流I1>>IBQ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

AV'RLrbe''RLRL 26mVrb(1)re300(1)ICQ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，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：

ISVSRSViRiIVSVR （1） ViSi（2）

RSRiRSRiVS2VS2Ri（3）P（4） PSi2RSRi(RSRi) 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），Ri << RS，输出电流I增加  根据公式（2），Ri >> RS，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

Rirbe//R1//R2rberb(1)re300(1)

26mV ICQ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I1>>IBQ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ROrce//RCRC。输出等效电

IOROVLVORL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：AV>50，Ri>1 KΩ，RO<3KΩ，fL<100Hz，fH>100kHz （IC取2mA） 设计过程：本实验所用三极管9013是硅管，β=160

1）对于图1-3中的偏置电路，只有R2支路中的电流I1>>IBQ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=25IBQ

2）为了提高电路的稳定性，一般要求VBQ>>VBE，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 ICQ0.5~2mA，这里取2mA； 4）计算R1和R2的值：

VBQVBERE，由于是小信号放大，所以ICQ一般取

R2VBQI1VBQ25IBQVBQ25ICQ16039.6K，取R2=10KΩ

252R1(VCCVBQ)R2VBQ'RL(153)1040K

3160(3//3)103 5）AV100.350 符

26mV26mV300(1)300(1160)ICE2合设计要求

Rirbe300(1)符合设计要求

6）计算RE的值

26mV26300(1160)23932.39K1KICQ2REVEQICQVBQVBEQICQ30.71.15K，取RE=1KΩ 27）计算RC的值 RC≈RL=3KΩ

8）按常规取 C1=C2 = 47 uF ； CE = 100uF

根据以上设计过程，图1-3中各元件参数如下：

‘

RW = 100K R1 = 10K R2= 10K RC= 3K RE = 1K C1 = 47u C2 = 47u CE = 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）