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1、电路分析习题课非线性电路部分2张诚北京大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室 2009.12.31非线性电路分析方法 作图法 正规做法 二极管 理想折线模型?导线、电压源 稳压管 三极管 关键位置?静态工作点 关键路径?判断组态、小信号流向 模型转换?动态等效电路、阻抗变化、电流变化、增益 输出特性?失真类型、修正方法2009-12-312习题8.14二极管稳压电路如图所示，其输入信号为（10+0.5cost）V。稳压二 极管在反向电流为550mA时保证稳定电压为6V（忽略其内阻）， 而负载RL可以为不小于600的任意电阻，试计算保证稳压输出的限 流电阻R的取值范围。maxminm
2、axminmax minmin max10.59.550560.0110600600iiDDw L Lz L LVVVVImAImAVVIAmARVVIAmAR=minmaxmaxminminmaxiwiwLDLDVVVVRIIII+9.5610.56 105050kRk +90233.3R RC。 （1）请计算BJT的静态工作点； （2）请画出电路的动态等效电路； （3）如果RS0，RL无穷大，请计算RL上的电压； （4）如果RS500欧，RL无穷大，请计算RL上的电压； （5）如果RS0，RL2千欧，请计算RL上的电压VCCRcReVSRSRb1Rb2RL解答： （1）由于Rin (1+)
3、(Re+re)+rbRb1/Rb2，所以可以认为IbQ 相对于Rb1和Rb2支路上的电流而言可以忽略， 因此不难求得VBQVccRb2/( Rb1+Rb2)2V。由 此可知，VEQ20.71.3V。于是IEQVEQ/Re 2.6mA。于是re26/2.610欧，而IBQ IEQ/(1+)26uA。最后，VCQVCC RCICQ4.8V。2009-12-314习题9.5?（2）动态等效电路?（3）如果RS0，RL无穷大，请计算RL上的电压；?这种情形下，B极的电压就是Vs，于是IbVs/RinVs/52K。于是Ic Ib；而VoRcIcVs*200K/52K，因此增益A1Vo/Vs3.85。?（
4、4）如果RS500欧，RL无穷大，请计算RL上的电压；?这种情形下，增益A2A1Rin/(Rin+Rs)，其中RinRin/Rb1/Rb21.6千欧，所 以A22.93。?（5）如果RS0，RL2千欧，请计算RL上的电压。?这种情形下，增益A3A1RL/(Rout+RL)，其中RoutRc，所以A31.9VCCRcReVSRSRb1Rb2RLReVSRSRb1Rb2rerbRcRLIbIbb2009-12-315习题9.6右图所示为另一种发射极外部电路，用以缓解BJT共射极放大器的静 态工作点稳定性和动态增益之间的矛盾。请解释该电路的原理，并指 出放大电路的增益大致是多少。VCCRcReRb1
5、Rb2 ReVinVo解：当射极存在引入负反馈的接地电阻时，共射极 放大器的增益约为Rc/Re。而Re越大的时候，整 个电路的稳定性越好，但是增益绝对值越小。 在注意到静态工作点主要是指直流特性，而增益是 依赖于交流特性这一关键之后，只需要让BJT对地 的网络具有较低的交流阻抗和较高的直流阻抗，就 可以无矛盾地解决这个问题。 图中所示是多种实际做法的其中之一：当Re支路的 电容C足够大（相对于信号所处的频段，时间常数 ReC的倒数足够小）时，BJT的对地网络的直流阻 抗为Re，交流阻抗近似为Re/Re。只要ReRe， 就可以同时实现静态工作点的稳定和较大的动态增 益了。2009-12-316习
6、题9.8BJT构成的共集电极放大器如右图所示。其中，Rb1Rb2ReRL2千欧， Rs500欧，VCC5V，BJT的rb100欧，100。 （i）请绘出该电路的动态等效电路，并计算电压增益； （ii）上问获得的结果比1小许多，这与“跟随器的电压增益接近1”的结论相去 甚远。是什么原因造成了这个现象？VCCReRLVSRSRb2Rb1ReVSRSRb1Rb2rerbIbIbbRL动态等效电路如右图所示。增益约为Rin/(Rs+Rin)2/3。 之所以增益比小了许多，是因为整个放大器的输入阻抗不够大，以至于在信号源内 阻不是很小的时候，有了较大的损失。而之所以输入阻抗不够大的原因，主要在于偏 置电
7、路中的Rb1和Rb2较小造成的。2009-12-317习题9.14采用了恒流源作为有源负载的共射极放大器如右图所示。 （i）试画出该电路的动态等效电路，并计算放大增益。 （ii）由于一般RL三极管的CE间动态内阻，因此上一问中计算出来的增益 相对于9.4.5节中的结论要小得多。请问这是为什么？VCCReRb1Rb2VSRLReVSRb1Rb2rerbRLIbIbb（i）动态等效电路如右图所示（已经做了RLrC的近似）。实际上其计算比普通的 CE放大器更为简单：ARL/RinRL/Re （ii）这里并没有什么矛盾。因为9.4.5节中关于有源负载的结论，在本题中相当于 未接RL时的空载增益。而对于
8、采用有源负载的共射放大器，其最大的问题之一就是 输出阻抗太大（和rC一个量级）。这将导致接入普通负载RL时，传递的效率相当低下。2009-12-318习题9.10级联放大器如右图所示。图中VCC5伏，Rb1=Rb44千欧，Rb2=Rb31千 欧，RL2千欧，Re1Re2200欧，Rc1Rc21千欧，而两个互补的BJT都 有rb20欧，100，rc足够大。此外，假设电路中电容足够大。 （i）请画出电路的动态等效电路，并求解RL上获得的电压信号； （ii）利用已知的单级共射放大器的结论来估算两级放大器的增益，并和上一 问中的结果进行比较。VCCRc1Re1VSRb1Rb2RLRb3Rb4Re2Rc
9、2Re1VSRb1Rb2re1rb1Rc1RLIb1Ib1b1Re1Rb3Rb4re2rb2Rc2Ib2Ib2b2对于这个图，不难计算得Vb1Vs；Ib1Vs/Rin1Vs/(rb1+(1+) (Re1+re1)； Ic1Ib1Vs/Re1；Vb2Ic1(RC1/Rb3/Rb4/Rin2)；Ib2Vb2/Rin2Vb2/(rb2+(1+) (Re2+re2)；Ic2Ib2Vb2/Re2；VRLIc2(RC2/RL)。代入数值得： VRL/Vs(RC1/Rb3/Rb4) (RC2/RL)/Re1Re2(1/1/4)(1/2)/0.2/0.27.4。2009-12-319习题9.10（ii）在估计
10、两个单级放大器的增益时，需要考虑前后电路的影响。 在不同的计算顺序下有不同的考虑方法。一种常用的方法是从后向前 计算：后级放大器的增益大约是RL/RC2/Re210/3；而其输入阻 抗大约为Rin2Rb3/Rb4/(1+)Re24/5千欧。因此考虑后级输入阻抗 后，前级的增益为：Rin2/RC1/Re120/9。因此，估算结果为 200/277.4。显然结果是和（i）的结果相同的。 这里强调的是，如果在计算第一级放大器是认为空载（Rb3和Rb4与其 后的电路都没有接入），则最后合并成级联电路时，必须考虑级联的 亏损：Rin2/(Ro1+Rin2)。Re1VSRb1Rb2re1rb1Rc1RLI
11、b1Ib1b1Re1Rb3Rb4re2rb2Rc2Ib2Ib2b22009-12-3110习题9.16基于BJT的运算放大器如右图所示相对于9.4.7节的图而言，为输 入的差分放大器增加了E极的外部电阻R。取R100欧，并假设它们 远大于差分放大器的两个BJT的rb和re。 如果这个电路中的所有电流源都是理想电流源，而且所有BJT的电流 增益均为40。已知负载RL1千欧，请计算这个运放的电压增益。V+V-VCC-VCCRLIS1IS2IS3T1T2T3T4T5T6T7T8IS4RD1D2RR2009-12-3111补充题4（2008年1月）图5图5试求两个三极管的静态工作点 试求放大电路的输入
12、阻抗、输出 阻抗和电压放大倍数。 设输入一正弦交流电压时，输出 电压 波形出现顶部失真。试简单 分析可能的原因；若问题出在第 一级静态工作点不合适，试问第 一级产生了什么性质的失真？如 何消除？若问题出在第二级静态 工作点不合适，则第二级产生了 什么性质的失真？如何消除？2009-12-3112补充题5（2009年1月）如图5-1所示的三极管放大电路中，三极管T1和T2的低频参量均为rb= 374， re= 26，=100，rc很大（可近似为无穷大）。电容的交流阻抗都可以忽略 不计，其它元件的参数见图中标注（电阻的单位都是）。 若三极管T2的be极间静态电压为VbeQ2 = -0.7V，求三极
13、管T2的b极静态工作电 流IbQ2和c极静态工作电压VcQ2。4kEc= 12VVs+- -Rx 40010k20k3.3k3.3k10k4k10kVoT2T120k图图 5-1ZiZo4kEc= 12VVs+- -Rx 40010k20k3.3k3.3k10k4k10kVoT2T120k图图 5-1ZiZiZoZo2009-12-3113补充题5（2009年1月）求图中所示之交流输入阻抗Zi和输出阻抗Zo。 求电压增益。 让简谐信号Vs的幅度从零开始逐渐增大，观察输出电压Vo。试分析当 Vo刚开始出现失真时是由于哪个三极管造成，是饱和失真还是截止失 真，并定性画出Vo刚开始失真时的波形。so vVVK =4kEc= 12VVs+- -Rx 40010k20k3.3k3.3k10k4k10kVoT2T120k图图 5-1ZiZo4kEc= 12VVs+- -Rx 40010k20k3.3k3.3k10k4k10kVoT2T120k图图 5-1ZiZiZoZo2009-12-3114Page 15Merry Christmas and Happy New Year 张诚13810497269欢迎联系2009-12-31
