三極管電子電路習(xí)題及詳細(xì)解析一、三極管基礎(chǔ)概念回顧在進(jìn)行習(xí)題練習(xí)前，需先明確三極管的核心參數(shù)與工作區(qū)域判斷規(guī)則（以NPN管為例）：1.電流關(guān)系：\(I_E=I_B+I_C\)，\(I_C=\betaI_B\)（\(\beta\)為電流放大倍數(shù)），故\(I_E=(1+\beta)I_B\)。2.工作區(qū)域：截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏（\(V_{BE}<0.5V\)）或零偏，集電結(jié)反偏；\(I_C\approx0\)，\(V_{CE}\approxV_{CC}\)。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏（\(V_{BE}\approx0.7V\)），集電結(jié)反偏（\(V_{CE}>V_{BE}\)）；\(I_C=\betaI_B\)（線性關(guān)系）。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏（\(V_{CE}<V_{BE}\)）；\(I_C<\betaI_B\)，\(V_{CE}\approxV_{CES}\)（飽和壓降，約0.3V）。二、靜態(tài)分析習(xí)題及解析靜態(tài)分析的核心是求解靜態(tài)工作點(diǎn)（Q點(diǎn)），即\(I_{BQ}\)（基極靜態(tài)電流）、\(I_{CQ}\)（集電極靜態(tài)電流）、\(V_{CEQ}\)（集-射靜態(tài)電壓）。常用方法有估算法（適用于穩(wěn)定偏置電路）和圖解法（直觀展示Q點(diǎn)與負(fù)載線的關(guān)系）。習(xí)題1：固定偏置NPN管靜態(tài)分析電路參數(shù)：固定偏置電路（NPN管），\(V_{CC}=12V\)，\(R_b=100k\Omega\)，\(R_c=2k\Omega\)，\(\beta=100\)，\(V_{BE}\approx0.7V\)。求：Q點(diǎn)參數(shù)\(I_{BQ}\)、\(I_{CQ}\)、\(V_{CEQ}\)。解析：固定偏置電路的基極電流由電源直接提供，需先判斷是否進(jìn)入飽和區(qū)（因該電路Q點(diǎn)易受\(\beta\)影響）：1.計算飽和集電極電流：飽和時\(V_{CES}\approx0.3V\)，故\(I_{CS}=\frac{V_{CC}-V_{CES}}{R_c}=\frac{12-0.3}{2}=5.85mA\)。2.計算飽和基極電流：\(I_{BS}=\frac{I_{CS}}{\beta}=\frac{5.85}{100}=0.0585mA=58.5\muA\)。3.計算實際基極電流：\(I_{BQ}=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{R_b}=\frac{12-0.7}{100}=0.113mA=113\muA\)。4.判斷工作區(qū)域：因\(I_{BQ}=113\muA>I_{BS}=58.5\muA\)，三極管飽和。結(jié)果：\(I_{BQ}=0.113mA\)（實際基極電流）；\(I_{CQ}=I_{CS}=5.85mA\)（飽和集電極電流，小于\(\betaI_B\)）；\(V_{CEQ}=V_{CES}\approx0.3V\)（飽和壓降）。注：固定偏置電路的Q點(diǎn)受\(\beta\)和溫度影響大，易進(jìn)入飽和或截止區(qū)，實際中多采用分壓式偏置電路（見習(xí)題2）。習(xí)題2：分壓式偏置NPN管靜態(tài)分析電路參數(shù)：分壓式偏置電路（NPN管），\(V_{CC}=12V\)，\(R_{b1}=20k\Omega\)，\(R_{b2}=10k\Omega\)，\(R_c=2k\Omega\)，\(R_e=1k\Omega\)，\(\beta=100\)，\(V_{BE}\approx0.7V\)。求：Q點(diǎn)參數(shù)\(I_{BQ}\)、\(I_{CQ}\)、\(V_{CEQ}\)。解析：分壓式偏置電路通過\(R_{b1}\)、\(R_{b2}\)分壓固定基極電壓，再通過\(R_e\)負(fù)反饋穩(wěn)定Q點(diǎn)，是最常用的靜態(tài)穩(wěn)定電路。1.計算基極靜態(tài)電壓（忽略基極電流對分壓的影響，即\(I_{R_{b1}}\approxI_{R_{b2}}\)）：\(V_{BQ}=\frac{R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}\timesV_{CC}=\frac{10}{20+10}\times12=4V\)。2.計算發(fā)射極靜態(tài)電壓：\(V_{EQ}=V_{BQ}-V_{BE}=4-0.7=3.3V\)。3.計算發(fā)射極靜態(tài)電流：\(I_{EQ}=\frac{V_{EQ}}{R_e}=\frac{3.3}{1}=3.3mA\)。4.計算集電極靜態(tài)電流（放大區(qū)假設(shè)，\(I_C\approxI_E\)）：\(I_{CQ}\approxI_{EQ}=3.3mA\)。5.驗證工作區(qū)域：集-射電壓\(V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}(R_c+R_e)=12-3.3\times(2+1)=2.1V\)，因\(V_{CEQ}=2.1V>V_{BE}=0.7V\)，集電結(jié)反偏，工作在放大區(qū)。結(jié)果：\(I_{BQ}=\frac{I_{EQ}}{1+\beta}=\frac{3.3}{101}\approx32.7\muA\)；\(I_{CQ}\approx3.3mA\)；\(V_{CEQ}=2.1V\)。注：分壓式偏置電路的Q點(diǎn)受\(\beta\)和溫度影響小，穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于固定偏置電路。三、動態(tài)分析習(xí)題及解析動態(tài)分析是在靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，求解放大電路的電壓放大倍數(shù)\(A_v\)、輸入電阻\(R_i\)、輸出電阻\(R_o\)，需采用微變等效電路法（將三極管線性化，用\(r_{be}\)等效輸入回路，\(\betaI_b\)等效輸出回路）。習(xí)題3：共發(fā)射極放大電路動態(tài)分析電路參數(shù)：共發(fā)射極電路（分壓式偏置），\(V_{CC}=12V\)，\(R_{b1}=20k\Omega\)，\(R_{b2}=10k\Omega\)，\(R_c=2k\Omega\)，\(R_e=1k\Omega\)，\(R_L=2k\Omega\)，\(\beta=100\)，\(r_{bb'}=200\Omega\)，\(V_{BE}\approx0.7V\)。求：\(A_v\)、\(R_i\)、\(R_o\)。解析：第一步：求靜態(tài)工作點(diǎn)（確保放大區(qū)）參考習(xí)題2，得\(I_{EQ}=3.3mA\)，\(V_{CEQ}=2.1V\)，工作在放大區(qū)。第二步：計算三極管輸入電阻\(r_{be}\)\(r_{be}\)是三極管基極-發(fā)射極的等效電阻，公式為：\[r_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\cdot\frac{26mV}{I_{EQ}(mA)}\]代入數(shù)值：\[r_{be}=200+101\times\frac{26}{3.3}\approx200+796=996\Omega\approx1k\Omega\]第三步：畫微變等效電路電容短路（交流信號下電容阻抗為0）；直流電源接地（交流信號下電源電壓恒定，視為地）；三極管輸入回路用\(r_{be}\)代替，輸出回路用\(\betaI_b\)電流源代替。第四步：計算電壓放大倍數(shù)\(A_v\)共發(fā)射極電路的電壓放大倍數(shù)公式為：\[A_v=-\beta\cdot\frac{R_c//R_L}{r_{be}}\]其中\(zhòng)(R_c//R_L=\frac{2\times2}{2+2}=1k\Omega\)，代入得：\[A_v=-100\times\frac{1}{1}=-100\]第五步：計算輸入電阻\(R_i\)輸入電阻是從信號源兩端看進(jìn)去的等效電阻，等于\(R_{b1}\)、\(R_{b2}\)、\(r_{be}\)的并聯(lián)：\[R_i=R_{b1}//R_{b2}//r_{be}=\frac{20\times10}{20+10}//1=6.67//1\approx0.83k\Omega\]第六步：計算輸出電阻\(R_o\)輸出電阻是從負(fù)載\(R_L\)兩端看進(jìn)去的等效電阻（信號源短路，負(fù)載開路），等于\(R_c\)（因集電極電流源內(nèi)阻無窮大）：\[R_o=R_c=2k\Omega\]結(jié)果：\(A_v=-100\)（放大倍數(shù)為100，反相）；\(R_i\approx0.83k\Omega\)（輸入電阻較小，受\(r_{be}\)影響）；\(R_o=2k\Omega\)（輸出電阻中等，等于集電極電阻）。注：共發(fā)射極電路的核心特點(diǎn)是高放大倍數(shù)、反相輸出，但輸入電阻小、輸出電阻大，適用于信號放大（如音頻放大）。習(xí)題4：共集電極放大電路（射極跟隨器）動態(tài)分析電路參數(shù)：共集電極電路，\(V_{CC}=12V\)，\(R_b=100k\Omega\)，\(R_e=2k\Omega\)，\(R_L=2k\Omega\)，\(\beta=100\)，\(r_{bb'}=200\Omega\)，\(V_{BE}\approx0.7V\)。求：\(A_v\)、\(R_i\)、\(R_o\)。解析：共集電極電路（射極跟隨器）的核心特點(diǎn)是電壓跟隨（\(A_v\approx1\)）、高輸入電阻、低輸出電阻，適用于緩沖級或阻抗匹配。第一步：求靜態(tài)工作點(diǎn)基極電流回路：\(V_{CC}\toR_b\to基極\to發(fā)射極\toR_e\to地\)，故：\[I_{BQ}=\frac{V_{CC}-V_{BE}}{R_b+(1+\beta)R_e}=\frac{12-0.7}{100+101\times2}\approx37.4\muA\]發(fā)射極電流：\(I_{EQ}=(1+\beta)I_{BQ}=101\times37.4\muA\approx3.78mA\)。第二步：計算\(r_{be}\)\[r_{be}=200+101\times\frac{26}{3.78}\approx895\Omega\approx0.9k\Omega\]第三步：計算電壓放大倍數(shù)\(A_v\)共集電極電路的電壓放大倍數(shù)公式為：\[A_v=\frac{(1+\beta)(R_e//R_L)}{r_{be}+(1+\beta)(R_e//R_L)}\]其中\(zhòng)(R_e//R_L=\frac{2\times2}{2+2}=1k\Omega\)，代入得：\[A_v=\frac{101\times1}{0.9+101}\approx0.991\]第四步：計算輸入電阻\(R_i\)輸入電阻等于\(R_b\)與基極輸入電阻（\(r_{be}+(1+\beta)(R_e//R_L)\)）的并聯(lián)：\[R_i=R_b//[r_{be}+(1+\beta)(R_e//R_L)]=100//(0.9+101)\approx50.4k\Omega\]第五步：計算輸出電阻\(R_o\)輸出電阻等于\(R_e\)與\(\frac{r_{be}+R_s//R_b}{1+\beta}\)的并聯(lián)（\(R_s\)為信號源內(nèi)阻，此處視為0）：\[R_o=R_e//\frac{r_{be}}{1+\beta}=2//\frac{0.9}{101}\approx8.9\Omega\]結(jié)果：\(A_v\approx0.99\)（約等于1，無反相）；\(R_i\approx50.4k\Omega\)（高輸入電阻，減輕信號源負(fù)載）；\(R_o\approx8.9\Omega\)（低輸出電阻，增強(qiáng)帶負(fù)載能力）。四、開關(guān)應(yīng)用習(xí)題及解析三極管作為開關(guān)時，截止區(qū)對應(yīng)“斷開”（輸出高電平），飽和區(qū)對應(yīng)“閉合”（輸出低電平），放大區(qū)是過渡區(qū)域，應(yīng)避免。習(xí)題5：NPN管反相器開關(guān)分析電路參數(shù)：反相器電路（NPN管），\(V_{CC}=5V\)，\(R_b=10k\Omega\)，\(R_c=1k\Omega\)，\(\beta=50\)，\(V_{BE(on)}=0.7V\)，\(V_{CES}=0.3V\)。求：輸入\(V_i=5V\)（高電平）和\(V_i=0V\)（低電平）時，三極管工作區(qū)域及輸出\(V_o\)。解析：1.輸入\(V_i=5V\)（高電平）基極電流：\(I_B=\frac{V_i-V_{BE(on)}}{R_b}=\frac{5-0.7}{10}=0.43mA\)；飽和基極電流：\(I_{BS}=\frac{V_{CC}-V_{CES}}{\betaR_c}=\frac{5-0.3}{50\times1}=0.094mA=94\muA\)；判斷區(qū)域：因\(I_B=0.43mA>I_{BS}=94\muA\)，飽和；輸出電壓：\(V_o=V_{CES}\approx0.3V\)（低電平）。2.輸入\(V_i=0V\)（低電平）發(fā)射結(jié)電壓：\(V_{BE}=V_i-V_E=0-0=0V<0.5V\)，發(fā)射結(jié)反偏；集電極電流：\(I_C\approx0\)（截止區(qū)）；輸出電壓：\(V_o=V_{CC}-I_CR_c\approx5V\)（高電平）。結(jié)果：\(V_i=5V\)→飽和→\(V_o=0.3V\)（反相）；\(V_i=0V\)→截止→\(V_o=5V\)（反相）。注：反相器是數(shù)字電路的基礎(chǔ)，NPN管的開關(guān)特性實現(xiàn)了“輸入高電平→輸出低電平”“輸入低電平→輸出高電平”的反相功能。五、綜合應(yīng)用習(xí)題及解析習(xí)題6：分壓式偏置共發(fā)射極放大電路綜合分析電路參數(shù)：分壓式偏置共發(fā)射極電路，\(V_{CC}=15V\)，\(R_{b1}=30k\Omega\)，\(R_{b2}=10k\Omega\)，\(R_c=3k\Omega\)，\(R_{e1}=0.5k\Omega\)（未被電容旁路），\(R_{e2}=2k\Omega\)（被電容旁路），\(R_L=3k\Omega\)，\(\beta=150\)，\(r_{bb'}=200\Omega\)，\(V_{BE}\approx0.7V\)。求：（1）Q點(diǎn)參數(shù)；（2）\(A_v\)、\(R_i\)、\(R_o\)。解析：（1）求Q點(diǎn)參數(shù)基極電壓：\(V_{BQ}=\frac{R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}\timesV_{CC}=\frac{10}{30+10}\times15=3.75V\)；發(fā)射極電壓：\(V_{EQ}=V_{BQ}-V_{BE}=3.75-0.7=3.05V\)；發(fā)射極電流：\(I_{EQ}=\frac{V_{EQ}}{R_{e1}+R_{e2}}=\frac{3.05}{0.5+2}=1.22mA\)；集電極電流：\(I_{CQ}\approxI_{EQ}=1.22mA\)；集-射電壓：\(V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}(R_c+R_{e1}+R_{e2})=15-1.22\times5.5=8.29V\)（放大區(qū)）。（2）求動態(tài)參數(shù)三極管輸入電阻：\(r_{be}=200+151\times\frac{26}{1.22}\approx3.42k\Omega\)；電壓放大倍數(shù)（\(R_{e2}\)被電容旁路，交流短路）：\[A_v=-\beta\cdot\frac{R_c//R_L}{r_{