模电作业答案(1)

模拟电子技术作业答案—第1章 半导体二极管及其应用电路

第1章 半导体二极管及其应用电路

1．二极管电路如图1所示，设二极管是理想的。试判断图中的二极管是导通还是截止，并求出A、O两端电压UAO。

(a)

图1

(b)

解：图a：对D1有阳极电位为 0V，阴极电位为－12 V，故D1导通，此后使D2的阴极电位为 0V，而其阳极为－15 V，故D2反偏截止，UAO=0 V。

图b：对D1有阳极电位为12 V，阴极电位为0 V，对D2有阳极电位为12 V，阴极电位为 －6V．故D2更易导通，此后使VA＝－6V；D1反偏而截止，故UAO＝－6V。

2．电路如图2所示，设二极管为理想的，输入电压为正弦波，试分别画出各图输出电压的波形。

(a)

图2

(b)

解：图（a）：图（b）：

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第2章 半导体三极管及其放大电路

7．电路如图5(a)所示，晶体管的?＝80，rbb?=100Ω。

（1）分别计算RL＝∞和RL＝3kΩ时的Q点，Aus，Ri和Ro。

（2）由于电路参数不同，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图4（b）、（c）、（d）所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除。

（3）若由PNP型管组成的共射电路中，输出电压波形如图4（b）、（c）、（d）所示，则分别产生了什么失真？

(a)

(b) 图5

(c)

(d)

解（1）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

IBQ?VCC?UBEQRb?UBEQRs?22 μ A

ICQ?? IBQ?1.76mArbe?rbb'?(1??)26mV?1.3k?IEQ 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

UCEQ?VCC?ICQRc?6.2V??? Au? Rcrbe??308 R?R∥r?r?1.3k? ibbebe??Ausrbe???93?AuRs?rbeRo?Rc?5k?RL＝5kΩ时，静态管压降、电压放大倍数分别为

∵VCC?UCEQRc?ICQ?VCC RL∴UCEQ?RLVCC?ICQ(Rc∥RL)?2.3V

Rc?RL第2页 共20 页

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???? RL??115Aurbe??Ausrbe???47?AuRs?rbe'

Ri?Rb∥rbe?rbe?1.3k?Ro?Rc?5k?

（2）（a）饱和失真，增大Rb，减小Rc 。 （b）截止失真，减小Rb 。

（c）同时出现饱和失真和截止失真，应增大VCC。

（3）（a）截止失真；（b）饱和失真；（c）同时出现饱和失真和截止失真。

8．电路如图6所示，晶体管的?＝100，rbb?=100Ω。

（1）求电路的Q点，Au，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6

图7

解：（1）静态分析：

UBQ?Rb1?VCC?2V Rb1?Rb2Rf?ReIEQ?1mA IEQ?IBQ?UCEQUBQ?UBEQ

?10μ A 1???VCC?IEQ(Rc?Rf?Re)?5.7V 动态分析：

rbe?rbb'?(1??)26mV?2.73k?IEQ?(Rc∥RL) ?Au????7.7rbe?(1??)RfRi?Rb1∥Rb2∥[rbe?(1??)Rf]?3.7k?Ro?Rc?5k?

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?减小， （2）Ri增大，Ri?Rb1∥Rb2∥[rbe?(1??)(Rf?Re)]≈4.1kΩ；Au???Au?(Rc∥RL)?－1.92。

rbe?(1??)(Rf?Re)9．分压式偏置电路如图7所示，已知三极管的UBE=0.7V，rbb?=100?，?=60，UCES=0.3V。 （1）估算工作点Q。

（2）求放大电路的Au，Ri，Ro，Aus。 （3）求最大输出电压幅值Uom。

（4）若电路其他参数不变，问上偏流电阻RB1为多大时，能使UCE=4V？ 解：⑴

UB?Rb2VCC=20kΩ×16V/80kΩ=4V Rb1?Rb2IC?IE?UB?UBE=（4－0.7）V/2 kΩ=1.65mA ReU C E＝VC C－I C RC－I E Re≈VCC－I C ( RC +R e )=16V－1.65 mA×5 kΩ=7.75V

IB?IC=1.65 mA /60=27.5μA

?⑵rbe?300???1??/?26mV??IEmA300??61?26???1261? 1.65RL?RC//RL=(3×6/9) kΩ= 2kΩ

Au?uo???R?L ＝－60×2/1.261≈－95 uirbeRi?Rb1//Rb2//rbe≈rbe ≈1.261kΩ

Ro≈RC=3 kΩ

Aus?uoRi?Au=（1261/1361）×（－95）=－88 uiRs?Ri（3）Uom=min[J?Q?，Q?A]=min[UCE－UCES，ICR?L]=3.3V （4）U C E＝4V，根据U C E＝VC C－I C RC－I E Re≈VCC－I E ( Rc +R e )求得 IE=(VCC－UCE)/( RC +R e)＝12V/5 kΩ＝2.4 mA UB=UBE＋IERe＝(0.7＋2.4×2)V＝5.5V

Rb1=(Rb2VCC－Rb2UB)/UB=(20 kΩ×16V－20 kΩ×5.5V)/5.5V＝38.18 kΩ 取标称值为39 kΩ电阻。

10．电路如图8所示，晶体管的?＝60，rbb?=100Ω。 （1）估算静态工作点IB，IC，UCE。

（2）画出三极管及整个放大电路的交流微变等效电路。

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（3）计算Au、Ri和Ro。

（4）设Us＝10mV（有效值），问Ui＝？Uo＝？若C3开路，则Ui＝？Uo＝？

图8

解：（1）Q点：

IBQ?VCC?UBEQRb?(1??)Re?31μ AICQ?? IBQ?1.86mA

UCEQ?VCC?IEQ(Rc?Re)?4.56V

Au、Ri和Ro的分析：

? rbe?rbb'?(1??)26mV?952?IEQ Ri?Rb∥rbe?952???? Au （2）设

?(Rc∥RL)rbe??95

Ro?Rc?3k?Us＝10mV（有效值）

，则

Ri?Us?3.2mVRs?Ri?U?304mV Uo?Aui Ui?

若C3开路，则

Ri?Rb∥[rbe?(1??)Re]?51.3k????Rc∥RL??1.5AuReRi?Us?9.6mVRs?Ri?U?14.4mVUo?AuiUi?

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第4章 功率放大电路

1．双电源乙类互补对称功率放大电路如图1所示，已知VCC=12V，RL=10Ω，输入信号为正弦波。

（1）在晶体管UCES忽略不计的情况下，负载上可以得到的最大输出功率。 （2）每个功放管上允许的管耗是多少？ （3）功放管的耐压又是多少？ （4）如何选择功率晶体管？ 解：（1）POM2UCC122???7.2W 2RL2*10（2）每个管耗的允许值即为管耗的最大值，即为最大输出功率的五分之一，为7.2/5=1.44W.

(3)双电源互补对称电路在同一时刻只有一个管子导通，所以功放管的耐压为管子的最大管压降UCEmax?2UCC?24V。

(4)可求出每只管子的反向击穿电压U(BR)CEO

根据公式可以求出每只管子允许的最大集电极电流ICM

12ICM?Iom??1.2A

10

根据公式可以求出每个管子的最大集电极功耗 PCM?0.2POM??0.2?7.2?1.44W

U(BR)CEO?2VCC?2?12?24V

图1

图2

2．在图2所示电路中，已知VCC=12V，RL=16Ω，T1和T2的饱和管压降|UCES|=3V，输入电压足够大，且当ui=0V时，uo=0V。求解：

（1）最大不失真输出电压的有效值。 （2）负载电阻RL上电流的最大值。 （3）最大输出功率Pom和效率η。 （4）说明二极管D1、D2的作用。

解：（1）Uom?VCC?UCES?12?3?9V

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9?6.36V2 U9ILm?om??0.5625ARL16（2）

Uo?2(VCC?UCES)2(12?3)21UomPom?????2.53W2RL2RL2?16（3） P?U??9??O??om??59%P4V4?12VCC

（4）给T1、T2提供基极偏置电压，使电路工作在甲乙类状态，用以消除交越失真。

3．如图2所示电路，已知VCC=20V，RL=8Ω，T1和T2管的饱和管压降|UCES|=0V，ui

为正弦波，其有效值为10V。

（1）求电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。 （2）管耗最大时，电路的输出功率和效率各为多少？ 解：（1）电路为射极输出器形式，所以输出电压有效值Uo=10V。

2Uo102Po???12.5WRL8

2UomVCC2?2?10?20P???22.5WV?RL??8

PT?PV?PO?22.5?12.5?10W

P12.5??O??56%P22.5V

（2）

当Uom?2VCC?时，管耗最大。

PTM222VCC2VCCUomUom2?202?(?)?2??10.13W RL?4?RL?2?8222VCC1Uom2?202Po??2?2?10.13W

2RL?RL??88-6 单电源供电OTL电路如题图8-6所示，已知RL=8Ω，要求最大输出功率Pom=10W，VT1和VT2管的饱和管压降CES。当ui为正弦波时试回答：

（1）电源电压VCC大于或等于多少； （2）直流电源供给的功率是多少； （3）管子的击穿电压大于或等于多少； （4）转换效率等于多少？

PW V?PTm?PO?10.13?10.13?20.26P10.13??O??50%P20.26V

U?0V第7页 共20 页

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R1R2D1uiR3题图8-6VCC2?U)CES1UPom???22RL2RL解：（1）

2om+VCCVT1C+RLuo-VT2D2

(V 取VCC?26V om?22?8?10?25.3 VCC?22RLP2Uom(VCC/2)2?13?13??13.45W?RL??8（2）

VU(BR)CEO?2?CC?26V2（3）

VCC(?UCES)PO?Uom???13??????2??78.5%VP4VCC44?13CCV2（4）

PV?第5章 集成运算放大电路

2．已知如图1所示差放电路的VCC=VEE= +12V，RC=RE=10kΩ，β=80。求：

（1）静态工作点Q（IBQ、ICQ、UCEQ）。 （2）输入ui=10mV，不接RL时的输入uO。

（3）输入ui=10mV，接RL=20kΩ负载时输出uO。

图1

图2

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解：（1）静态工作点

V?UBE12?0.7IEQ?CC??0.585mA2REE2?10IBQ?IE0.585mA??7.2μA1??81

ICQ??IBQ?80?7.2μA?0.576mAUCEQ?VCC?VEE?ICRC?2IERE?12?12?0.576?10?2?0.585?10?6.54V（2）不接RL时的输出uO

rbe?300?(1??)26(mV)26?300?81??3.9k?

IE(mA)0.585

（3）接RL时的输出uO

3．双输入单输出差分放大电路如图2所示。已知VCC=VEE=12V，RB1=RB2=RB=5kΩ，

RC1=RC2=RC=10kΩ，RE=11.3kΩ，RL=10kΩ，三极管的电流放大倍数β1=β2=β=100，UBE=0.7V， rbb′ =300Ω，试计算：

（1）静态工作点Q（IBQ1、ICQ1、UCEQ1）、Q（IBQ2、ICQ2、UCEQ2）。 （2）差模输入电阻和输出电阻。

（3）差模电压放大倍数Aud=uod/uid（单）。 （4）共模电压放大倍数Auc=uoc/uic（单）。 （5）电路共模抑制比KCMR。 解： （1）

ICQ1?ICQ2?IBQ1?IBQ2??0.7?(?VEE)?0.7?(?12)??0.5mA2REE2?11.3kICQ1?1?0.5mA?5?A100

UCEQ2?VCC?(?VEE)?ICQ1?RC?2REE??12?12?0.5mA??10kΩ?2?11.3kΩ??7.7V

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I?IL?0.5mAI?IL?0.5mA???RC1?RC1??????IRC1RC?ILRL?VCC?12V??10IRC1?10IL?VCC?12V??IRC1?0.85mA解得???IL?0.35mAUCQ1?ILRL?0.35?10?3.5V

UCEQ1?UCQ1?(?VEE)?ICQ1?2REE?3.5?12?0.5mA??2?11.3kΩ??4.2V

（2）

输出电阻rod?RC?10kΩ （3）

（4）

A?单?CMRR?ud?109??A单uc（5）

5.10 电路如图5.10所示为差分放大电路，已知VCC=VEE=12V，RB=10kΩ，RC=10kΩ，

RE=0.5kΩ，三极管的电流放大倍数β=50，rbe=2kΩ，UBE=0.7V，Io=1mA，试求：

（1）静态工作点Q（IBQ、ICQ、UCEQ）。 （2）差模电压放大倍数。 （3）单端输出共模电压放大倍数。

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图5.10 题5.10图

解：

（1） 静态工作点

I1mAIE?o??0.5mA22IC?IE?0.5mAI0.5mAIB?C??0.01mA?50UCE?UC1?UE1UC1?VCC?ICRC?12?0.5?10?7VUE1?UB1?UBE??ICRC??UBE??0.01?10?0.7??0.8V?UCE?UC1?UE1?7?0.8?7.8V

（2） 差模电压放大倍数

Aod??RB?rbe??1???RE??RC??50?10??13.310?2?51?0.5

（3） 单端输出共模电压放大倍数

Aoc????RCRB?rbe??1???RE?2?1???REE

因为电路中REE是用恒流源替代，因此REE近似为无穷大，所以Aoc?0。

五、在图T5.1所示差动放大电路中，假设RC1=RC2=RC=30kΩ，RB1=RB2=RB=5kΩ，RE=20kΩ，VCC=VEE =15V，RL=30kΩ，三极管的β=50，rbe=4kΩ，求：

（1）求双端输出时的差模电压放大倍数Aud、共模电压放大倍数Auc、共模抑制比KCMR。 （2）改双端输出为从T1的集电极单端输出，求单端输出时的差模电压放大倍数Aud、共模电压放大倍数Auc、共模抑制比KCMR。

（3）在(2)的情况下，设ui1=5mV，ui2=1mV，则输出电压uo=?

图 T5.1

6、解：（1）由于静态时

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UBE?2IEQRe?VEE

26所以有 IEQ?0.3575mArbe?300?(1??)?4k?IEQ

所以当双端输出时，差模电压放大倍数为

Ad?Au1???(Rc//RL)rbe12??50?(15//30)??125

4（2）若改双端输出为从VT1的集电极单端输出，试求此时的差模放大倍数为

1??Rc150?30Ad?Au1????????187.52rbe24（3）在(2)的情况下，设Ui1?5 mV，Ui2?1 mV，则输出电压为

Uo?Aud?uid??187.5?(5?1)??750mV

第6章 反馈放大电路

3．判断图1所示的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。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

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(g)

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图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）所示各电路中均引入了交、直流负反馈。

4．分别判断图2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。

(a)

(b)

(e)

(f)

图2

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

??IU??1RFfo ??IU??1RFfo4 ??I?I??FfoR2R1?R2 R1R1?R4

（e）电流并联负反馈

??U?U??Ffo（f）电压串联负反馈

5．分别判断图3所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，估算图3所示各电路在深

度负反馈条件下的电压放大倍数。

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(a)

(b)

(c)

图3

(d)

解：（a）电流并联负反馈（b）电压串联负反馈（c）电压串联负反馈（d）电压串联负反馈

各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下：

第7章 集成运算放大器的基本应用

1．电路如图1所示，集成运放输出电压的最大幅值为±14V，填表1。

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(a)

(b)

图1 表1

uI/V uO1/V uO2/V 0.1 0.5 1.0 1.5 解：uO1＝(－Rf /R) uI＝－10 uI，uO2＝(1+Rf /R ) uI＝11 uI。当集成运放工作到非线性区时，输出电压不是＋14V，就是－14V。

uI/V uO1/V uO2/V 0.1 －1 1.1 0.5 －5 5.5 1.0 －10 11 1.5 －14 14 7.6 分别求解图7.4所示各电路的运算关系。

(a)

(b)

(c)

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图7.4 题7.6图

7.6 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

uM??R3(uI1uI2?)R1R2uI1uI2uM??R1R2R5R3R4uI1uI2)(?)R5R1R2

iR4?iR3?iR5? uO?uM?iR4R4??(R3?R4?

（b）先求解uO1，再求解uO。

uO1?(1?uO??R3)uI1R1R5RuO1?(1?5)uI2 R4R4R5R3R5 ??(1?)uI1?(1?)uI2 R4R1R4 ?(1?

（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

R5)(uI2?uI1)R4uO?

7.5 电路如图7.3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？

R4(uI1?uI2?uI3)?10 (uI1?uI2?uI3)R1

图7.3 题7.5图

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7.5 解：（1）A2同相输入端电位

uP2?uN2?Rf(uI2?uI1)?10 (uI2?uI1)R

uO?(1?输出电压

R2R)?uP2?10(1?2)(uI2?uI1)R1R1

uO?10?或

RW?(uI2?uI1)R1

（2）将uI1＝10mV，uI2＝20mV 代入上式，得uO＝100mV

（3）根据题目所给参数，(uI2?uI1)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， (uI2?uI1)＝20mV时集成运放的输出电压应为＋14V，写成表达式为

uO?10?

RW10?(uI2?uI1)?10??20?14R1minR1min

故 R1min≈143Ω

R2max＝RW－R1min≈（10－0.143）kΩ≈9.86 kΩ

第8章 信号产生电路

1．某学生连接一个如图1所示的文氏电桥振荡器，但电路不振荡，请你帮他找出错误，并在图中加以改正，要求不增、减元器件。

图1

图2

解：电阻R1和R2阻值选择有误，不满足起振条件，可将它们的阻值互换。

集成运放A输入端正、负极性有误，可将其极性互换。

2．设图2所示电路中的A1、A2均为理想运放，请回答下列问题： （1）为使该电路有可能产生正弦波振荡，试分别用“＋”、“－”号标出A1的同相输入

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端和反相输入端；

（2）若采用一只负温度系数的热敏电阻Rt来稳定该电路输出振幅，试问Rt应取代电路中的哪只电阻？ 解：1．上“－”、下“＋” 2．Rt取代Rf

3．电路如图3所示，试用相位平衡条件判断哪个能振荡，哪个不能，说明理由。

(a)

(b)

(c)

图3

(d)

解：（a）可能 （b）不能 （c）不能 （d）可能 应在（b）所示电路电感反馈回路中加耦合电容。

应在（c）所示电路放大电路的输入端（基极）加耦合电容，且将变压器的同名端改为原边的上端和副边的上端为同名端，或它们的下端为同名端。

改正后的电路如图所示。

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第9章 直流电源

4．桥式整流电容滤波电路如图4所示。

（1）试问输出对地电压uo是正还是负？在电路中，电解电容C的极性应如何连接？ （2）当电路参数满足RLC?(3~5)T关系时，若要求输出电压uo为25V，u2的有效值2应为多少？

（3）如负载电流为200mA，试求每个二极管流过的电流和最大反向电压URM。 （4）电容C开路或短路时，试问电路会产生什么后果？

图4

解：（1）在u2的正半周（即图所示电路中点为正时）D2、D4导通，D1、D3截止，电流从a点→D4→RL→D2→b自下而上流经RL；在u2的负半周D1、D3导通，D2、D4截止，电流自b→D3→RL→D1→a仍由下而上能过RL。所以，输出电压为负，电容的极性应上负下正。

（2）当RLC??(3~5)T/2时，U0=（1.1~1.2）U2，依题意则有 25V = 1.2U2

于是可得 U2 = 25V / 1.2 = 20.83V

（3）流过每个整流二极管的电流ID = IL / 2，所以 ID = 200mA / 2 = 100mA 每个二极管所承受的最大反向电压URM为

URM?2U2?1.41?20.83V?29.37V

（4）当电容C开路时，电路为全波桥式整流电路 U0 = 0.9U2 = 0.9×20.83V = 18.75V

当C短路时，U o = 0V，此时负载被短路，D1~D4整流二极管将会因电流过大而损坏。

6．电路如图6所示。请合理连线，构成5V的直流电源。

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图6

解：1接4，2接6，5接7、9，3接8、11、13，10接12。

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