电子线路-梁明理第五版全答案

- 1 - / 122 第1章 半导体器件的特性

1.1知识点归纳

1.杂质半导体与PN 结

在本征半导体中掺入不同杂质就形成N 型和P 型半导体。半导体中有两种载流子，自由电子和空穴，载流子因浓度而产生的运动成为扩散运动，因电位差而产生的运动成为漂移运动。在同一种本征半导体基片上制作两种杂质半导体，在它们的交界面上，上述两种运动达到动态平衡，就形成了PN 结。其基本特性是单向导电性。

2.半导体二极管

一个PN 结引出电极后就构成了二极管，加上正向偏压时形成扩散电流，电流与电压呈指数关系，加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小。体现出单向导电性。

3晶体管

晶体管具有电流放大作用，对发射极正向偏置集电极反向偏置时，从射区流到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流B I ，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流C I ，体现出B I 对C I 的控制，可将C I 视为B I 控制的电流源。晶体管有放大、饱和、截止三个工作区域。

4.场效应管

场效应管是电压控制器件，它通过栅-源电压的电场效应去控制漏极电流，因输入回路的PN 结处于反向偏置或输入端处于绝缘状态因此输入电阻远大于晶体管。场效应管局又夹断区（即截止区）、横流区（即线性区）和可比阿安电阻区三个工作区域。

学完本章后应掌握：

1.熟悉下列定义、概念和原理：自由电子与空穴，扩散与漂移，复合，空间电荷区，PN 结，耗尽层，导电沟道，二极管单向导电性，晶体管和场效应管的放大作用及三个工作区域。

2.掌握二极管、稳压管、晶体管，场效应管的外特性，主要参数的物理意义。

1.2习题与思考题详解

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1-1试简述PN 结的形成过程。空间电荷压，阻挡层，耗尽层和势垒压等名称是根据什么特性提出来的。

答：PN 结的形成过程：

当两块半导体结合在一起时，P 区的空穴浓度高于N 区，于是空穴将越过交界面由P 区向N 区扩散；同理，N 区的电子浓度高于P 区，电子越过交界面由N 区向P 区扩散。多子由一区扩散到另一区时，形成另一区的少子并与该区的多子复合，因此，在交界面的一侧留下带负电荷的受主离子，另一侧留下带正电荷的施主离子。于是在交界面附近形成一个空间电压区，即PN 结。

空间电荷压：在PN 结内无可移动的带电荷之缘故。

势垒层：在PN 结中，N 区电位高于P 区电位，两区存在接触电位差之缘故。 耗尽层：在PN 结中，只有不能移动的数量相等的正负离子，而载流子因扩散和复合而消耗掉了之故。

阻挡层：由于PN 结中存在接触电势压，阻挡了电子扩散之故。

1-2（1）在室温下，当硅二极管的反向电流达到其反向饱和电流I R(sat)的95%时，反向电压是多少?

(2) 计算偏压为 ±0.1V 时，相应的正向电流和反向电流的比值。

（3）如果反向饱和电流为10nA ，计算相应于电压为0.6时的正向电流，并说明这一结果与实际不符的原因。

解：(1) 因为I D = I R(sat)( D T V V e

－1) 所以V D = V T ln ()

D

R SAT I I = 26m v ×ln0.95 = -1.33 m v (2)()()(1)1(1)VD

VT R sat D D VR VT R R R sat I e I V I V I e -===--

(3)

1-3在测量二极管的正向电阻时，用表的“R ×10”档测出的阻值小而用“R ×100”档测出大，原因何在？

答：因为万用表“R ×10”档的内阻小，测量二极管的正向阻值小,而“R ×100”档的内阻大，测量的二极管的正向阻值大。

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1-4怎样用万能表判断二极管的极性和好坏？

答：判断二极管的极性与好坏，选择万用表“R 1K” 电阻档，此时黑表棒为正极，红表棒为电源负极。用黑红表棒接待测二极管两极，观察阻值大小，再反过来相接，观察阻值大小，若两次测量均大，说明二极管断路，若第一次测量阻值大，第二次测量阻值小，则测量值小的连接时，黑表棒接二极管的阳极，红表棒接二极管的阴极；并说明二极管是好的；若两次测量阻值均小，说明二极管被击穿。 1-5限幅电路如图所示，设D 为 理想二极管，输入电压vi 为正弦波，其振幅大于R V ，试给出输出电压为O U 的波形。

解：

1-6双向限幅器如图所示，设12D D 为理想二极管，输入电压为正弦波，其振幅

Vi=3R V ，试给出输出电压O U 的波形。

- 4 - / 122

1-7双向限幅器如图所示，设12D D 为理想二极管，输入电压v i 由0-100V 作线性变化，给出相对于v i 的输出电压O U 随时间变化的曲线。

解：)(4020100200

1002080112112V V R R R V V V R R R A =+?+-=+?+-=

1-8求图所示各电路中的电流I 和电压V （设电路中的二极管为理想二极管）

- 5 - / 122

解：ａ 对于12D D 3D 管正向偏压，3D 的偏压最大先导通，随之21D D 反偏

截

止。所以 O U =1V ．mA K

V V I 4115=-= ｂ 12D D 3D 均处于正向偏置状态，D1的偏置电压大先导通，32D D 则由于D1的导通反偏而截止。则mA I V U O 5,3==

1-9稳压管稳压电路如图示，已知稳压管稳定电压V=6V 最大稳定电流m ax Z I ＝25mA 限流电阻R=500Ω 求：１.215,2i v v R K ==Ω时，电路工作是否正常？

?o v =

２.Ω==800,102R v v i 时，电路工作情况如何？

３.220,i v v R =开路，电路可能出现什么情况？为

什么？

解：(1).156180.5

i e R v v I mA R --=== 0632RL L v I mA R =

== 则18315E R RL I I I mA =-=-=

- 6 - / 122 min max E E E I I I << 所以电路正常工作06E v v V == (2).10680.5i E R v v I mA R --=

== 67.50.8

RL I mA == min 87.50.5E R RL E I I I mA I =-=-=< 稳压管无法稳压 （3）max 206280.5i E R E v v I mA I R --=

==>稳压管可能会热击穿。

1-10将两个二极管如图连接起来，是否与晶体管一样具有电流放大作用，为什么？

答：不含。因为这样连接不会形成基区，不会产生复合现象，形成小电流对大电流的控制。所以不具备电流放大效应。

1-11为什么晶体管发射区掺杂浓度大，而基区掺杂程度小且做得很薄？

答：发射区浓度大即多数载流子浓度大，便于发射进入基区，而基区掺杂浓度小，多数载流子少，复合后仍有大量的由发射区扩散到基区的多子到达集电区，即基压也做得较窄。

1-12将一个PNP 型晶体管接成共发射极放大电路，

（1）画出电路，标出电源极性。

（2）如果管子的fb h =0.98要得到10mA 集电极电路，问基极电流多大？

（3）试分析内部载流子的运动情况。

解 (1)

（2）0.98fb h =， 1fb

fe fb h h h =- (1)200.020.2()0.98

C fb C b fe fb I h I I mA h h -?==== （3）分析管内载流子运动情况（略）见书14页

- 7 - / 122 1-13一个晶体管的 I B =10μA ，I C =0.5mA ，在什么条件下，才能用这两个数据来计算这的交流电流放大倍数？

答：在忽略CEO I 后，且输出特性曲线平行时，fe FE h h 此时才可用I B, I C 计算这的交流电流放大倍数。

1-14若测得放大电路中晶体管三个电极对地的电压分别为V 1= -6.2V ,V 2= - 6V ,V 3= - 9V ,试判断晶体管的电极和类型。

答：若晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电路反偏，再者各电路均为负值，所以该晶体管为PNP 型，极性如图所示。

1-15晶体管3DG8A 的输出曲线 如图示，已知它的P CM =200mw ，I=20mA, V(BR )CED =15V

(1)定义安全工作区

（2）定出放大区

(3)当V CE =6V 时，能否使I C 工作在30mA ，为什么？

解：（1）阴影线外为过耗区，内为安全区。

（2）V CES ～～V(BR )CED 之间为放大区，CES

V 为饱和压降。

（3）当V CE =6V 时，不能使I C 工作在30mA

因为 I CM =20mA

- 8 - / 122 第2章 放大器基础

2.1 知识点归纳

一、放大的概念

放大实质上是将微弱的信号通过有源器件（晶体管或场效应管）对能量进行控制的过程，是将直流电源提供的能量转化为负载所获得的虽信号变化的能量。放大的前提是信号不失真。

二、放大电路的组成原则

1.放大电路的核心元件是有源器件，即晶体管或场效应管。

2.正确的直流电源电压数值、极性与其它电路参数应保证晶体管工作在放大区，场效应管工作在恒流区，即建立起合适的静态工作点。保证电路中的信号不失真。

三、放大器的主要性能指标：

1.放大倍数A

2.输入电阻i R

3.输出电阻0R

4.最大不失真输出电压OM U

5.下限截止频率L f ，上限截止频率H f 及同频带W B

6.最大输出功率m P 0和效率 。

四、放大电路的分析方法

分析放大电路的方法有两种，即图解法和微变等效电路法。图解法用于确定静态工作点和分析打信号工作的动态情况，微变等效电路法只适用于分析、计算低频小信号工作时电路的动态指标。

分析电路应遵循“先静态，后动态”的原则，只有静态工作点合适，分析动态

才有意义。五、晶体管和场效应管基本放大电路

1.晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种组态。共射放大电路即有电流 放大作用，又有电压放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适应于一般放大。共集放大电路之放大电流不放大电压，因输入电阻高而行作为多级放大器的输入端因疏忽电阻低而常作为多级放大器的输出级。又因电压放大倍数约等于1而用作信号的跟随。共基电路之放大电压而不放大电流输入电阻小，高频特性好适应于宽频带放大电路。

- 9 - / 122 2.场效应管放大电路的共源接法，共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入阻抗高，噪声系数低，典雅放大倍数小适应于低电压放大电路的输入级。

六、阻容耦合放大电路在中频段的放大倍数最大且为定值，当信号频率太高或太低时，放大倍数都要降低。

七、多级放大器的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。直接耦合便于集成，既可放大交流又可放大直流信号，但必须解决好零点漂移问题。阻容耦合能克服零点漂移的问题，但低频响应差，不便于集成。变压器耦合有阻抗变换作用，但低频响应差，且体大笨重，只用于特殊场合。

八、多级放大器的放大倍数为各级放大器放大倍数的乘积，通频带窄于单级放大器，级数越多，频带越窄。

学完本章应达到下列要求：

1.掌握以下基本概念和定义：放大、静态工作点、非线性失真、直流通路和交流通路、交、直流负载线、放大倍数，输出动态范围等。

2.掌握各种形式的基本放大电路的工作原理及特点，能根据要求选择电路的类型。

3.掌握放大电路的分析方法，能计算静态和动态的各种。

2.2习题与思考题详解

2-1图示各电路中的电容对信号可视短路，试定性分析各电路能否正常放大，为什么？

答：（a ）只要B R C R 取值适当使发射结正偏，集电结反偏，就可以放大信号。 （b ）只要B R C R 取值适当使发射结正偏，集电结反偏，就可以放大信号 （c ）CC V 使集电结反偏，∴不能正常放大。

（d ） 0GS U >，0DS U >,故不能正常放大。

- 10 - / 122 2-2分别画出图示各电路的直流通路和交流通路。

解：（a ）直流通路 交流通路

（b ）直流通路 交流通路

2-3电路及晶体管特性如图示

- 11 - / 122 （1）作负载线，找出静态工作点Q 和放大器的动态范围。若要获得尽可能大的动态范围，B R 应取多大数值？

（2）电路其他参数不变，C R 由2k Ω变为5.1k Ω，Q 点移到何处？

（3）电路其他参数不变，B R 由16k Ω变成32k Ω，Q 点移到何处？

（4）电路其他参数不变，CC V 由9V 减到6V ，Q 点移到何处？

解：(1)Q 点：

直流负载线MN ，M(0,4.5) N(9,0) 交5016BB BE B V U I A K

μ-==曲线与Q(5.4,1.8). 动态范围：()*2 3.6*27.2()PP CC CEQ U V U V =-==.

由图分析可得最大动态范围max 90.38.7()PP CC CEQ U V U V =-=-=,可得Q 点

m Q （4.35，2.4）。则.(1.50.7)13()60BB BE B BQM U V V R K I A

μ--===Ω (2) 9 1.764().5.1

CC C V mA R ==Q 点沿50B I =曲线左移得θ'(1.0,1.6). (3) 0.825()32BB BE B B U U V I A R K μ-=

==,Q 点沿负载线下移至θ''(7.2,1.0). (4)

63()2CC C U V mA R K

==,Q 点移至θ'''（2,1.8）.

- 12 - / 122 2-4放大电路和晶体管特性如2-3题图

（1）求静态工作附近的fe h 和ie h .

(2)画出简化h 参数等效电路，计算V A ?,i R ?,0R . 解：（1） 1.836

50CQ

fe Fe BQ I mA h h I A

μ?====. 40.7 1.4*10()50BE ie B u V h I A

μ???===Ω? (2) h 参数电路

141630()i B ie R R h k =+=+=Ω 02()C R R K ?

==Ω

2-5放大电路如图示，60fe h =，求：

（1）计算不带负载L R 时θ点，画出h 参数等效电路，计算u A ?,i R ,0R .

(2)计算带上负载L R 后静态θ点，画出h 参数等效电路，计算u A ?和0R .

解：（1）L R =∞

- 13 - / 122 111545()330CC BE CC BQ B B

U U U V I A R R K

μ??-==== 45*60 2.7()CQ BQ fe I I h mA ?

=?== 15 2.7*5.1 1.23()CEQ CC CQ C U U I R V =-?=-= 交流通路：h 等效电路

22060*5.17.68)

390.8

fe b C fe C u b B ie B ie i h i R h R U A I R h R h U ????-???===-=-=-+++（ 21//39.8()i B B ie R R R h k ?=+=Ω 0 5.1()C R R k ?==Ω

（2）10L R k =Ω

CE L R R >>.则15*109.93()5.110CC L CQ CEQ C L U R U V U R R ??====++ 159.930.99()5.1CC CEQ

CQ C

U U I mA R --=== 0.9916.7()60

CQ

BQ fe I mA I A h μ===

- 14 - / 122 2626(1)

300(160)1902 1.90.99ie bb fe EQ mV h R h k I '=++=++=Ω=Ω 2060*1.384 2.03()39 1.9fe b L u i b B ie h l R U A U i R h ??

'??==-=-=-++ 5.1*1.9// 1.384()5.1 1.9L C L R R R k '==

=Ω+ 21//40.9()i B B ie R R R h k ??

=+=Ω

0 5.1()C R R k ?

==Ω

2-6图示电路输入正弦信号时，若输出波形如（b ）(c),试问他们为何种失真？如何

调

节才可能使输出不失真？若改变滑变R B1的大小仍得不到完好正弦波输出，为什

么？

解：（1）由波形分析可知

（b ）为截止失真；减小1B R 有可能使输出不失真。

（c ）为饱和失真，增大1B R 有可能使输出不失真

（2）改变1B R 值仍不能得到完好正弦输出，可能是C R 取值不当之故。 2-7电路如图，已知60fe h =，电容容抗可忽略

求：

（1）计算静态工作点，

（2）画出h 参数等效电路，计算u A ?,i R ?

和0R

- 15 - / 122

解：（1）21218*22 4.4()6822CC B B B B U R U V R R ?=

==++ 4.40.7 3.728()60*2.2132EQ C B BE BQ fe fe E fe I I U U I A h h R h μ??--======? 28*601680 1.68()CQ BQ fe I I h A A mA μμ=?===()18 1.68*(5.1 2.2) 5.736()CEQ CC CQ C E U U I R R V ?

=-+=-+=

（2）h 参数电路

2626(1)300(160)1244() 1.2441.68

ie bb fe EQ mV h R h k I mA '=++=++=Ω=Ω

12//// 1.15i B B ie R R R h k ==Ω 0 5.1()C R R k ?==Ω

2-8阻容耦合射极输出器如图，已知50fe h =

（1）计算静态工作点。

（2）画出简化h 参数电路，计算u A ?

，i R 和0R

- 16 - / 122

解:(1)

15

0.728()(1)250(160)*5.1CC BE BQ B fe E U U I A R h R μ--===++?++ 28*501400() 1.4CQ BQ fe I I h A mA μ=?=== 15 1.4*5.17.86()CEQ CC CQ E U U I R V ?

=-?=-=

（2）h 参数等效电路

2-9电路如图示，电容的容抗均可忽略

26300(150) 1.247()1.4ie mV h k mA

=++Ω

- 17 - / 122

（1） 画出简化的h 参数等效电路，计算101u i U A U ?=，202u i U A U ?

?=和01R ,02R （2） 当C E R R =时，两个转出电压01U ，02U 在振幅和相位上有何关系？

解：（1）h 参数等效电路

101(1)(1)fe b C fe C u i ie fe E b ie fe E h i R h R U A U h h R i h h R ?

???==-=-++???++?? 2(1)(1)fe E u ie fe E h R A h h R ??+=++

01C R R =

02//b ie E fe

R h R R h '+= （2）当C E R R =时，01U ,02U 幅度基本相等，相位相差180? 2-10电路如图，已知fe h =50,电容的容抗均可忽略

（1）计算静态工作点

（2）画出简化的h 参数等效电路，计算u A ?

，i R 和0R

解：（1）

2

12

15*47

4.8()

10047

CC B

B

B B

V R

U V

R R

?

?

===

++

12

4.80.7

2.4()

0.2 1.5

B BE

EQ CQ

E E

U U

I mA I

R R

?

--

====

++

2.4

48()

50

CQ

BQ

fe

I

I A

h

μ

?

===

(2)h参数等效电路

2.6

300(150)*852.5()

2.4

ie

mV

h

mA

=++=Ω

KΩ

=

=

KΩ

=

=

?

+

+

=

3

)

(

21

.8

05

.

11

//

100

//

47

)

)

1(

(

//

1

1

2

c

o

G

B

B

i

R

R

R

hfe

hie

R

R

R

2-11集电极-基极偏置放大电路如图示。 T为硅管。100

=

fe

h

（1）计算静态工作点。

（2）如果要求ν5.6

=

CE

V的值应为多大？

（3）画出简化为h参数等效电路，并用密

勒定理作进一步简化。

（4）推导

O

i

v

R

R

A,

,的表达式，并算出它的

- 18 - / 122

- 19 - / 122 数值。

解：

（3）h 参数等效电路，并密勒定理简化。

密勒定理指出：具有N 个独立接点的任意网络，如图，N 为参数接点，若接点

1、2间接有阻抗E'。并已知节点电压1V 和2V 之比K (12V

V

K =),断开阻抗E'在节点1与N 之间接K Z Z -'=

11，节点2与N 之间接1

2-'=K K Z Z ，新网络与原网络等效。

- 20 - / 122 ∴密勒定理简化后：其中K R E B -=11 u A U U K O ==1 12-=K K R E B u A U U K O ==1

（4）

()2121

//'//'

'//'//11'11

11'11fe C fe L O i ie ie L C

ie ie C B B C C B L C C B B

C B C C ie B B ie ie B ie ie B ie h ib Z R h R U Au U ib h Z h R Z R h h Z R R Au R Au

R R R Au Au Au R R Au R R Au R Au R R Au R R Au Au h R R h h Au Au h R h Au h R h Au Au -??===-?==??

?--===-++-+----===-+++--其中()()()

()ie B ie B ie C B fe C B C C B ie B ie fe ie B C B C

ie B ie B ie fe C B ie B ie C B C ie B

R h R h Au Au R R Au h R R Au R R R Au h R h Au Au h h R R R Au R h R h R h Au

h R R Au h R h Au R R Au R h R +-??

+-+-=-=-?+-?+-?+-=-+-??????代入式及：

()()()'

'

2L C ie i ie

B C fe B C ie B ie B C B ie B C fe ie B C fe B C fe ie B C fe C B ie B C B ie R R h R h R R h R R h R h R R R h R R h u A Au

h R R h R R h h R R h R R h Au R R R h ==-+-+-=+--=?-+??

- 21 - / 122

2-12图示源极输出器，设gm=1ms,rd 可略不计，是推导电压放大倍数Av ，和输入电阻i R 的表达式，并算出其数值。

解：等效电路如图

()

()()()

()()MΩ=+-+==∴=+++=+++==7.3163

.0111

221121212121 R R Av R R R R Au ms

g R R g R R g U g R R U R R U g U U Au G i m m m GS m GS GS m i O 若

2-13 MOS 管放大电路如图所示（a ），放大管输出特性如图（b ）,,所示

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