模拟电子技术题目解答第二部分共17题

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发布时间 2009-07-20

    【题目1】:放大电路为什么要设置正确的静态工作点?怎样从输出电压波形中区分饱和失真和截止失真?    

【相关知识】:放大器件的非线性特性和放大的本质,放大电路静态工作点与失真的关系等。

【解题方法】:从放大的前提是输出信号不失真作为出发点加以说明。

【解答过程】:放大电路的核心元件是有源半导体器件,即三极管或场效应管,它们均为非线性器件。在基本放大电路中,只有在信号的任意时刻半导体器件都工作在线性放大区,输出波形才不会失真。因此,放大电路必须设置静态工作点Q。当输入信号为零时,半导体器件各电极上的电流与电压处于静态。对于三极管,Q点包括基极电流模拟电子技术题目解答第二部分共17题、集电极(或发射极)电流模拟电子技术题目解答第二部分共17题(或模拟电子技术题目解答第二部分共17题)、be间电压模拟电子技术题目解答第二部分共17题和管压降模拟电子技术题目解答第二部分共17题;对于场效应管,Q点包括栅源电压模拟电子技术题目解答第二部分共17题、漏极电流模拟电子技术题目解答第二部分共17题和管压降模拟电子技术题目解答第二部分共17题。当有信号输入时,在放大管的输入回路便产生动态信号,它加载在静态之上,于是输出回路电流随之产生相应的变化,再由负载电阻转换成电压的变化,从而实现了电压放大。如图所示为以三极管为例的电压输出波形,正确的静态工作点Q可以保证输出信号的不失真。若静态工作点为靠近截止区的Q1点,则输出波形容易发生截止失真(正弦波形出现圆顶);若静态工作点为靠近饱和区的Q2点,则输出波形容易发生饱和失真(正弦波形出现削顶)。

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图 E4a20211001Z01

    【题目2】:放大电路中静态工作点Q和各动态参数模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题和最大不失真输出电压有何关系?    

【相关知识】:放大电路静态工作Q的设置;放大电路各动态参数如增益、输入电阻、输出电阻以及最大不失真输出的计算;电路直流负载线、交流负载线等。

【解题方法】:首先应明确放大电路放大的前提是不失真,即所设置的Q点在一定的输入信号范围内既不产生饱和失真又不产生截止失真。通常,满足不失真要求的Q点并不是唯一的,它在直流负载线上有一个范围,而究竟选择该范围中的哪一点应取决于对动态参数模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题的要求。设计时要兼顾考虑各参数指标。

【解答过程】:在晶体管的h参数等效电路中:

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        模拟电子技术题目解答第二部分共17题为晶体管发射极静态电流。

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图E4a20220001Z01 阻容耦合共射放大电路

        下面以提高图1所示阻容耦合共射放大电路模拟电子技术题目解答第二部分共17题的方法为例,来说明Q点与动态参数模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题的关系。为使问题简单起见,设电路某一参数变化时其余参数不变。

        图1所示电路的电压放大倍数为:

模拟电子技术题目解答第二部分共17题        (2)

        单从式(2)看,可以通过增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题和减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题来增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题,这些方法是否合理且行之有效呢?

        (1)模拟电子技术题目解答第二部分共17题是由负载本身决定的,通常不能改变。

        (2)增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题虽可使模拟电子技术题目解答第二部分共17题增大。但必须考虑到,一方面由于输出电阻模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题,增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题,就是增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题,从而使电路带负载能力减弱;另一方面,当模拟电子技术题目解答第二部分共17题远远大于模拟电子技术题目解答第二部分共17题时,模拟电子技术题目解答第二部分共17题,所以增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题对提高电压放大能力的影响不大,而且增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题会使静态管压降模拟电子技术题目解答第二部分共17题减小,从而可能引起放大电路产生饱和失真。

        (3)若模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题,根据式(1)可得

模拟电子技术题目解答第二部分共17题        (3)

        于是式(2)可改写为

模拟电子技术题目解答第二部分共17题 (4)

        式(4)表明,通过更换管子来增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题影响不大。换言之,在模拟电子技术题目解答第二部分共17题相同的情况下,模拟电子技术题目解答第二部分共17题大的管子模拟电子技术题目解答第二部分共17题也大,只有在不满足式(3)时增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题才是有效的方法。同时应注意,增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题会使模拟电子技术题目解答第二部分共17题增大,从而使Q点沿直流负载线上移,易产生饱和失真。

        (4)减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题使模拟电子技术题目解答第二部分共17题增大,模拟电子技术题目解答第二部分共17题随之增大,模拟电子技术题目解答第二部分共17题必然减小,根据式(2)可知,模拟电子技术题目解答第二部分共17题一定增大。从对各种组态的放大电路分析可知,电压放大倍数与模拟电子技术题目解答第二部分共17题有关,所以对单管放大电路而言,减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题是增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题的行之有效的方法。但是由于输入电阻模拟电子技术题目解答第二部分共17题,减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题将使模拟电子技术题目解答第二部分共17题减小,从而增大从信号源汲取的电流;而且减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题会使Q点沿直流负载线上移,易产生饱和失真。

        综上所述,各种方法中,减小模拟电子技术题目解答第二部分共17题即增大模拟电子技术题目解答第二部分共17题是提高图1所示放大电路电压放大能力的最有效的方法。当然,模拟电子技术题目解答第二部分共17题的减小必须适当。可见,无论采用何种方法均不能顾此失彼,应当充分考虑它们对Q点的影响,以及由于Q点变化对输入电阻和输出电阻等的影响。上述分析也说明,不能将电子电路中的表达式看成为单纯的数学公式,电子电路是非线性电路,各种参数均与静态工作点有关。我们应对照电路深入理解式中各参量的物理意义及其相互关系。

        以下再分析Q点与最大不失真输出模拟电子技术题目解答第二部分共17题的关系:空载时,图1所示阻容耦合共射放大电路的交、直流负载线合二而一,输出电压沿图2中所示直流负载线变化。当静态工作点在模拟电子技术题目解答第二部分共17题处,增大输入电压将首先出现截止失真,这时有:

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        Q点沿直流负载线上移时,最大不失真输出电压模拟电子技术题目解答第二部分共17题将随之增大,若上移到某一点时:

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        则模拟电子技术题目解答第二部分共17题可达到最大,即输入电压增大到一定值时电路同时出现截止失真和饱和失真,此时:

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        图E4a20220001Z02 阻容耦合共射放大电路的直流负载线和交流负载线若Q点再继续上移,则模拟电子技术题目解答第二部分共17题又将减小。上移至模拟电子技术题目解答第二部分共17题时,增大输入电压将首先出现饱和失真,此时:

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        在带负载的情况下,为求模拟电子技术题目解答第二部分共17题,应首先画出放大电路的交流负载线,如图2所示,其斜率为模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题)且过Q点,与水平坐标轴的交点为 (模拟电子技术题目解答第二部分共17题,0)。此时输出电压将沿交流负载线变化。可见输出电压不产生饱和失真的最大幅值模拟电子技术题目解答第二部分共17题为(模拟电子技术题目解答第二部分共17题),输出电压不产生截止失真的最大幅值模拟电子技术题目解答第二部分共17题模拟电子技术题目解答第二部分共17题

        若模拟电子技术题目解答第二部分共17题,说明当输入电压增大时电路首先出现饱和失真,所以:

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        若模拟电子技术题目解答第二部分共17题,说明当输入电压增大时电路首先出现截止失真,所以:

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        当模拟电子技术题目解答第二部分共17题,即Q点处在交流负载线中点时模拟电子技术题目解答第二部分共17题为最大。此时:

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        综上所述,模拟电子技术题目解答第二部分共17题随Q点的变化而变,应根据交流负载线求解阻容耦合共射放大电路的模拟电子技术题目解答第二部分共17题。应当指出,直接耦合共射放大电路直流负载线和交流负载线总是重合的,因而其模拟电子技术题目解答第二部分共17题的分析方法与阻容耦合共射放大电路空载时相同,只是必须注意等效负载电阻的大小。

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