《模拟电子技术基础》典型习题解答.docx
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《模拟电子技术基础》典型习题解答
半导体器件的基础知识
1.1电路如图P1.1所示，已知ui＝5sinωt（V），二极管导通电压UD＝0.7V。
试画出ui与uO的波形，并标出幅值。
图P1.1解图P1.1
解：
波形如解图P1.1所示。
1.2电路如图P1.2（a）所示，其输入电压uI1和uI2的波形如图（b）所示，二极管导通电压UD＝0.7V。
试画出输出电压uO的波形，并标出幅值。
图P1.2
解：
uO的波形如解图P1.2所示。
解图P1.2
1.3已知稳压管的稳定电压UZ＝6V，稳定电流的最小值IZmin＝5mA，最大功耗PZM＝150mW。
试求图P1.3所示电路中电阻R的取值范围。
图P1.3
解：
稳压管的最大稳定电流
IZM＝PZM/UZ＝25mA
电阻R的电流为IZM～IZmin，所以其取值范围为
1.4已知图P1.4所示电路中稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝25mA。
（1）别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值；
（2）若UI＝35V时负载开路，则会出现什么现象?
为什么？
图P1.4
解：
（1）当UI＝10V时，若UO＝UZ＝6V，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故
当UI＝15V时，若UO＝UZ＝6V，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故
当UI＝35V时，稳压管中的电流大于最小稳定电流IZmin，所以UO＝UZ＝6V。
（2）
29mA＞IZM＝25mA，稳压管将因功耗过大而损坏。
1.5电路如图P1.5（a）、（b）所示，稳压管的稳定电压UZ＝3V，R的取值合适，uI的波形如图（c）所示。
试分别画出uO1和uO2的波形。
图P1.5
解图P1.5
解：
波形如解图P1.5所示
1.6测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.6所示。
在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。
图P1.6
解：
晶体管三个极分别为上、中、下管脚，答案如解表P1.6所示。
解表P1.6
管号
T1
T2
T3
T4
T5
T6
上
e
c
e
b
c
b
中
b
b
b
e
e
e
下
c
e
c
c
b
c
管型
PNP
NPN
NPN
PNP
PNP
NPN
材料
Si
Si
Si
Ge
Ge
Ge
1.7电路如图P1.7所示，试问β大于多少时晶体管饱和？
图P1.7
解：
取UCES＝UBE，若管子饱和，则
所以，
时，管子饱和。
1.8分别判断图P1.8所示的各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。
图P1.8
解：
（a）可能
（b）可能
（c）不能
（d）不能，T的发射结会因电流过大而损坏。
（e）可能
第二章基本放大电路
2.1分别改正图P2.1所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波信号。
要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。
图P2.1
解：
（a）将－VCC改为＋VCC。
（b）在＋VCC与基极之间加Rb。
（c）将VBB反接，且在输入端串联一个电阻。
（d）在VBB支路加Rb，在－VCC与集电极之间加Rc。
2.2电路如图P2.2（a）所示，图（b）是晶体管的输出特性，静态时UBEQ＝0.7V。
利用图解法分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时的静态工作点和最大不失真输出电压Uom（有效值）。
图P2.2
解：
空载时：
IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝6V；最大不失真输出电压峰值约为5.3V，有效值约为3.75V。
带载时：
IBQ＝20μA，ICQ＝2mA，UCEQ＝3V；最大不失真输出电压峰值约为2.3V，有效值约为1.63V。
如解图P2.2所示。
解图P2.2
2.3电路如图P2.3所示，晶体管的β＝80，
=100Ω。
分别计算RL＝∞和RL＝3kΩ时的Q点、
、Ri和Ro。
图P2.3
解：
在空载和带负载情况下，电路的静态电流、rbe均相等，它们分别为
空载时，静态管压降、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻分别为
RL＝5kΩ时，静态管压降、电压放大倍数分别为
2.4电路如图P2.4所示，晶体管的β＝100，
=100Ω。
（1）求电路的Q点、
、Ri和Ro；
（2）若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？
如何变化？
图P2.4
解：
（1）静态分析：
动态分析：
（3）Ri增大，Ri≈4.1kΩ；
减小，
≈－1.92。
2.5设图P2.5所示电路所加输入电压为正弦波。
试问：
（1）
=
/
≈?
=
/
≈?
（2）画出输入电压和输出电压ui、uo1、uo2的波形。
图P2.5
解：
（1）因为通常β＞＞1，所以电压放大倍数分别应为
（2）两个电压放大倍数说明uo1≈－ui，uo2≈ui。
波形如解图P1.5所示。
解图P1.5
2.6电路如图P2.6所示，晶体管的β＝80，rbe=1kΩ。
（1）求出Q点；
（2）分别求出RL＝∞和RL＝3kΩ时电路的
、Ri、Ro。
图P2.6
解：
（1）求解Q点：
（2）求解输入电阻和电压放大倍数：
RL＝∞时
RL＝3kΩ时
2.7电路如图P2.7所示，晶体管的β＝60，
=100Ω。
（1）求解Q点、
、Ri和Ro；
（2）设
＝10mV（有效值），问
＝？
＝？
若C3开路，则
＝？
＝？
图P2.7
解：
（1）Q点：
、Ri和Ro的分析：
（2）设
＝10mV（有效值），则
若C3开路，则
2.8已知图P2.8（a）所示电路中场效应管的转移特性如图（b）所示。
求解电路的Q点和
。
图P2.8
解：
（1）求Q点：
根据电路图可知，UGSQ＝VGG＝3V。
从转移特性查得，当UGSQ＝3V时的漏极电流
IDQ＝1mA
因此管压降UDSQ＝VDD－IDQRD＝5V。
（2）求电压放大倍数：
2.9图P2.9中的哪些接法可以构成复合管？
标出它们等效管的类型（如NPN型、PNP型、N沟道结型……）及管脚（b、e、c、d、g、s）
图P2.9
解：
（a）不能。
（b）不能。
（c）构成NPN型管，上端为集电极，中端为基极，下端为发射极。
（d）不能。
（e）不能。
（f）PNP型管，上端为发射极，中端为基极，下端为集电极。
（g）构成NPN型管，上端为集电极，中端为基极，下端为发射极。
2.10设图P2.10所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出
、Ri和Ro的表达式。
图P2.10
解：
（1）图示各电路的交流等效电路如解图P2.10所示。
（2）各电路
、Ri和Ro的表达式分别为
图（a）
图（b）
图（c）
图（d）
解图P2.10
2.11已知某基本共射电路的波特图如图P2.11所示，试写出
的表达式。
图P2.11
解:
2.12已知某共射放大电路的波特图如图P5.3所示，试写出
的表达式。
图P2.12
解：
观察波特图可知，中频电压增益为40dB，即中频放大倍数为－100；下限截止频率为1Hz和10Hz，上限截止频率为250kHz。
故电路
的表达式为
2.13已知某电路的幅频特性如图P2.13所示，试问：
（1）该电路的耦合方式；
（2）该电路由几级放大电路组成；
（3）当f＝104Hz时，附加相移为多少？
当f＝105时，附加相移又约为多少？
图P2.13
解:
（1）因为下限截止频率为0，所以电路为直接耦合电路；
（2）因为在高频段幅频特性为－60dB/十倍频，所以电路为三级放大电路；
（3）当f＝104Hz时，φ'＝－135o；当f＝105Hz时，φ'≈－270o。
2.14已知某电路电压放大倍数
试求解：
（1）
＝？
fL＝？
fH＝?
（2）画出波特图。
解：
（1）变换电压放大倍数的表达式，求出
、fL、fH。
（2）波特图如解图P2.14所示。
解图P2.14
2.15已知两级共射放大电路的电压放大倍数
（1）
＝？
fL＝？
fH＝?
（2）画出波特图。
解：
（1）变换电压放大倍数的表达式，求出
、fL、fH。
（2）波特图如解图P2.15所示。
解图P2.15
2.16已知一个两级放大电路各级电压放大倍数分别为
（1）写出该放大电路的表达式；
（2）求出该电路的fL和fH各约为多少；
（3）画出该电路的波特图。
解：
（1）电压放大电路的表达式
（2）fL和fH分别为：
（3）根据电压放大倍数的表达式可知，中频电压放大倍数为104，增益为80dB。
波特图如解图P2.16所示。
解图P2.16
2.17电路如图P2.17所示，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝3V，UCC＝15V，RL＝8Ω。
选择正确答案填入空内。
图P2.17
（1）电路中D1和D2管的作用是消除。
A．饱和失真B．截止失真C．交越失真
（2）静态时，晶体管发射极电位UEQ。
A．＞0VB．＝0VC．＜0V
（3）最大输出功率POM。
A．≈28WB．＝18WC．＝9W
（4）当输入为正弦波时，若R1虚焊，即开路，则输出电压。
A．为正弦波B．仅有正半波C．仅有负半波
（5）若D1虚焊，则T1管。
A．可能因功耗过大烧坏B．始终饱和C．始终截止
解：
（1）C
（2）B（3）C（4）C（5）A
2.18在图P2.17电路中，已知UCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。
试问：
（1）最大输出功率Pom和效率η各为多少？
（2）晶体管的最大功耗PTmax为多少？
（3）为了使输出功率达到Pom，输入电压的有效值约为多少？
解：
（1）最大输出功率和效率分别为
（2）晶体管的最大功耗
（3）输出功率为Pom时的输入电压有效值
第三章负反馈放大电路
3.1判断图P6.4所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈。
设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
图P3.1
解：
图（a）所示电路中引入了直流负反馈。
图（b）所示电路中引入了交、直流正反馈。
图（c）所示电路中引入了直流负反馈
图（d）、（e）、（f）、（g）、（h）所示各电路中均引入了交、直流负反馈。
3.2电路如图3.2所示，要求同题3.1。
图P3.2
解：
图（a）所示电路中引入了交、直流负反馈
图（b）所示电路中引入了交、直流负反馈
图（c）所示电路中通过Rs引入直流负反馈，通过Rs、R1、R2并联引入交流负反馈，通过C2、Rg引入交流正反馈。
图（d）、（e）、（f）所示各电路中均引入了交、直流负反馈。
图（g）所示电路中通过R3和R7引入直流负反馈，通过R4引入交、直流负反馈。
3.3分别判断图3.1（d）～（h）所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数。
解：
各电路中引入交流负反馈的组态及反馈系数分别如下：
（d）电流并联负反馈
（e）电压串联负反馈
（f）电压串联负反馈
（g）电压串联负反馈
（h）电压串联负反馈
3.4分别判断图P3.2（a）（b）（e）（f）（g）所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数。
解：
各电路中引入交流负反馈的组态及反馈系数分别如下：
（a）电压并联负反馈
（b）电压并联负反馈
（e）电流并联负反馈
（f）电压串联负反馈
（g）电流串联负反馈
3.5估算图3.1（d）～（h）所示各电路在深度负反馈条件下电压放大倍数。
解：
各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下：
3.6估算图3.2（e）（f）（g）所示各电路在深度负反馈条件下电压放大倍数。
解：
各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下：
第四章直接耦合放大电路
4.1图P4.1所示电路参数理想对称，β1＝β2＝β，rbe1＝rbe2＝rbe。
（1）写出RW的滑动端在中点时Ad的表达式；
（2）写出RW的滑动端在最右端时Ad的表达式，比较两个结果有什么不同。
图P4.1
解：
（1）RW的滑动端在中点时Ad的表达式为
（2）RW的滑动端在最右端时
所以Ad的表达式为
比较结果可知，两种情况下的Ad完全相等；但第二种情况下的
。
4.2图P4.2所示电路参数理想对称，晶体管的β均为50，
=100Ω，UBEQ≈0.7。
试计算RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ，以及动态参数Ad和Ri。
图P4.2
解：
RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流分析如下：
Ad和Ri分析如下：
4.3电路如图P4.3所示，T1管和T2管的β均为40，rbe均为3kΩ。
试问：
若输入直流信号uI1=20mv，uI2=10mv，则电路的共模输入电压uIC=？
差模输入电压uId=？
输出动态电压△uO=?
图P4.3
解：
电路的共模输入电压uIC、差模输入电压uId、差模放大倍数Ad和动态电压△uO分别为
由于电路的共模放大倍数为零，故△uO仅由差模输入电压和差模放大倍数决定。
4.4电路如图P4.4所示，晶体管的β=50，
=100Ω。
（1）计算静态时T1管和T2管的集电极电流和集电极电位；
（2）用直流表测得uO=2V，uI=？
若uI=10mv，则uO=？
图P4.4
解：
（1）用戴维宁定理计算出左边电路的等效电阻和电源为
静态时T1管和T2管的集电极电流和集电极电位分别为
（2）先求出输出电压变化量，再求解差模放大倍数，最后求出输入电压，如下：
△uO＝uO－UCQ1≈－1.23V
若uI=10mv，则
4.5电路如图P4.5所示，T1～T5的电流放大系数分别为β1～β5，b-e间动态电阻分别为rbe1～rbe5，写出
、Ri和Ro的表达式。
图P4.5
解:
、Ri和Ro的表达式分析如下：
第五章集成运算放大器及应用
5.1电路如图P5.1所示。
试问：
若以稳压管的稳定电压UZ作为输入电压，则当R2的滑动端位置变化时，输出电压UO的调节范围为多少？
图P5.1
解：
UO的调节范围约为
5.2电路如图P5.2所示，试求：
（1）输入电阻；
（2）比例系数。
图P5.2
解：
由图可知Ri＝50kΩ，uM＝－2uI。
即
输出电压
5.3试求图P5.3所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。
图P5.3
解：
在图示各电路中，集成运放的同相输入端和反相输入端所接总电阻均相等。
各电路的运算关系式分析如下：
（a）
（b）
（c）
（d）
5.4电路如图P5.4所示。
（1）写出uO与uI1、uI2的运算关系式；
（2）当RW的滑动端在最上端时，若uI1＝10mV，uI2＝20mV，则uO＝？
（3）若uO的最大幅值为±14V，输入电压最大值uI1max＝10mV，uI2max
＝20mV，最小值均为0V，则为了保证集成运放工作在线性区，R2的最大值为多少？
图P5.4
解：
（1）A2同相输入端电位
输出电压
或
（2）将uI1＝10mV，uI2＝20mV代入上式，得uO＝100mV
（3）根据题目所给参数，
的最大值为20mV。
若R1为最小值，则为保证集成运放工作在线性区，
＝20mV时集成运放的输出电压应为＋14V，写成表达式为
故R1min≈143Ω
R2max＝RW－R1min≈（10－0.143）kΩ≈9.86kΩ
5.5分别求解图P5.5所示各电路的运算关系。
图P5.5
解：
图（a）所示为反相求和运算电路；图（b）所示的A1组成同相比例运算电路，A2组成加减运算电路；图（c）所示的A1、A2、A3均组成为电压跟随器电路，A4组成反相求和运算电路。
（a）设R3、R4、R5的节点为M，则
（b）先求解uO1，再求解uO。
（c）A1、A2、A3的输出电压分别为uI1、uI2、uI3。
由于在A4组成的反相求和运算电路中反相输入端和同相输入端外接电阻阻值相等，所以
5.6在图P5.6（a）所示电路中，已知输入电压uI的波形如图（b）所示，当t＝0时uO＝0。
试画出输出电压uO的波形。
图P5.6
解：
输出电压的表达式为
当uI为常量时
若t＝0时uO＝0，则t＝5ms时
uO＝－100×5×5×10－3V＝－2.5V。
当t＝15mS时
uO＝[－100×（－5）×10×10－3＋（－2.5）]V＝2.5V。
因此输出波形如解图P5.6所示。
解图P5.6
5.7试分别求解图P5.7所示各电路的运算关系。
图P5.7
解：
利用节点电流法，可解出各电路的运算关系分别为：
（a）
（b）
（c）
（d）
5.8试求出图P5.8所示电路的运算关系。
图P5.8
解：
设A2的输出为uO2。
因为R1的电流等于C的电流，又因为A2组成以uO为输入的同相比例运算电路，所以
5.9为了使图P5.9所示电路实现除法运算，
（1）标出集成运放的同相输入端和反相输入端；
（2）求出uO和uI1、uI2的运算关系式。
图P5.9
解：
（1）为了保证电路引入负反馈，A的上端为“－”，下端为“＋”。
（2）根据模拟乘法器输出电压和输入电压的关系和节点电流关系，可得
所以
5.10试分别求解图P5.10所示各电路的电压传输特性。
图P5.10
解：
图（a）所示电路为单限比较器，uO＝±UZ＝±8V，UT＝－3V，其电压传输特性如解图P5.10（a）所示。
图（b）所示电路为过零比较器，UOL＝－UD＝－0.2V，UOL＝＋UZ＝＋6V，UT＝0V。
其电压传输特性如解图P5.10（b）所示。
图（c）所示电路为反相输入的滞回比较器，uO＝±UZ＝±6V。
令
求出阈值电压UT1＝0VUT2＝4V
其电压传输特性如解图P5.10（c）所示。
图（d）所示电路为同相输入的滞回比较器，uO＝±UZ＝±6V。
令
得出阈值电压
其电压传输特性如解图P5.10（d）所示。
图（e）所示电路为窗口比较器，uO＝±UZ＝±5V，±UT＝±3V，其电压传输特如解图P5.10（e）所示。
解图P5.10
5.11已知三个电压比较器的电压传输特性分别如图P5.11（a）、（b）、（c）所示，它们的输入电压波形均如图（d）所示，试画出uO1、uO2和uO3的波形。
图P5.11
解：
根据三个电压比较器的电压传输特性画出在输入电压作用下它们的输出电压波形，如解图P5.11所示。
解图P5.11
5.12设计三个电压比较器，它们的电压传输特性分别如图P5.11（a）、（b）、（c）所示。
要求合理选择电路中各电阻的阻值，限定最大值为50kΩ。
解：
具有图P5.11（a）所示电压传输特性的电压比较器为同相输入的单限比较器。
输出电压uO＝±UZ＝±6V，阈值电压UT＝2V，电路如解图P5.12（a）所示。
具有图P5.11（b）所示电压传输特性的电压比较器为反相输入的滞回比较器。
输出电压uO＝±UZ＝±6V；阈值电压UT1＝0V，UT2＝2V，说明电路输入有UREF作用，根据
列方程，令R2＝50kΩ，可解出R1＝10kΩ，UREF＝1.2V。
电路如解图P5.12（b）所示。
具有图P5.11（c）所示电压传输特性的电压比较器为窗口单限比较器。
输出电压UOL＝0V，UOH＝6V，阈值电压UT1＝0V，UT1＝2V。
电路如解图P5.12（c）所示。
解图P5.12
5.13电路如图P5.13所示，试求解：
（1）RW的下限值；
（2）振荡频率的调节范围。
图P5.13
解：
（1）根据起振条件
kΩ。
故RW的下限值为2kΩ。
（2）振荡频率的最大值和最小值分别为
5.14在图P5.14所示电路中，已知R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，C＝0.01μF，集成运放的最大输出电压幅值为±12V，二极管的动态电阻可忽略不计。
（1）求出电路的振荡周期；
（2）画出uO和uC的波形。
图P5.14解图P5.14
解：
（1）振荡周期
T≈（R1＋R2）Cln3≈3.3mS
（2）脉冲宽度
T1≈R1Cln3≈1.1mS
uO和uC的波形如解图5.14所示。
5.15波形发生电路如图P5.15所示，设振荡周期为T，在一个周期内uO1＝UZ的时间为T1，则占空比为T1/T；在电路某一参数变化时，其余参数不变。
选择①增大、②不变或③减小填入空内：
图P5.15
当R1增大时，uO1的占空比将，振荡频率将，uO2的幅值将；若RW1的滑动端向上移动，则uO1的占空比将，振荡频率将，uO2的幅值将；若RW2的滑动端向上移动，则uO1的占空比将，振荡频率将，uO2的幅值将。
解：
设RW1、RW2在未调整前滑动端均处于中点，则应填入②，①，③；②，①，②；③，②；②。
5.16在图P5.15所示电路中，已知RW1的滑动端在最上端，试分别定性画出RW2的滑动端在最上端和在最下端时uO1和uO2的波形。
解：
uO1和uO2的波形如解图5.16所示。
（a）RW2滑动端在最上端（b）RW2滑动端在最下端
解图5.16
第六章正弦波振荡电路
6.1试用相位平衡条件判别图6.1电路中，哪个有可能振荡，哪个不能振荡，并简述理由。
图6.1
解：
此类题分析的要点是首先确定振荡器类型
（1），一般从选频网络来看是RC，还是LC振荡器
（2）。
若为RC振荡器，是RC串并联网络还是用单级的RC移相网络级联组成，并要清楚这二种选频网络的频率特性（3）。
若为LC振荡器，要判别是变压器耦合型的还是三点式型的。
特别要注意的是瞬时极性总是按同一方向的，故抽头与非参考接地的那端子必为相同极性（4）。
管子各级间电压极性的关系，由管子的组态决定。
图（a）所示电路，选频网络为RC串并联电路，其特征是：
在
时，其反馈电压最大，即
，而相移φF=0。
则T1，T2必须构成同相型放大器才行，T1，T2为单端输入单端输出的差分放大器，判别其相位关系，可以从T1的基极断开加一瞬时极性为“＋”（相对于交流“地”）的信号，T2集电极C2输出电压的极性与T1基极输入电压极性相同，也为＋，反馈到T1基极的极性也为
（∵φF=0），引入的是正反馈，满足产生正弦振荡的相位平衡条件，故有可能产生振荡，瞬时极性见图（a）。
图（b）电路，选频网络为三节滞后RC移相网络组成，其相移0<φF<270°，而在270°时反馈是
，但在180°相移时可提供足够反馈量，只要满足起振条件（幅度平衡条件），T1，T2必须构成一个反相放大器才行，可以发现T1－T2为CC－CE级联，b1与C2反相，φA为180°，从相位平衡条件看，有可能产生振荡，瞬时极性见图（b）。
图（c）电路，其选频网络L1C接在集电极，由变压器耦合在L2产生反馈
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