《电工学》秦曾煌第六版下册课后答案.docx
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《电工学》秦曾煌第六版下册课后答案
14二极管和晶体管
14.3二极管
14.3.2
在图1所示的各电路图中,E=5V,ui=10sinωtV,二极管D的正向压降可忽略不计,试分别画出输出电压u0的波形。
[解]
图1:
习题14.3.2图
(a)ui为正半周时,ui>E,D导通;ui ui为负半周时,D截止。 D导通时,u0=E;D截止时,uo=ui。 (b)ui为正半周时;ui>E,D导通;ui ui为负半周时,D截止。 D导通时,u0=ui;D截止时,u0=E。 u0的波形分别如图2(a)和(b)所示。 图2: 习题14.3.2图 14.3.5 在图3中,试求下列几种情况下输出端电位VY及各元件中通过的电流。 (1)VA= +10V,VB=0V; (2)VA=+6V,VB=+5.8V;(3)VA=VB=+5V.设二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。 [解] 图3: 习题14.3.5图 (1)二极管DA优先导通,则 10 VY=9×1+9V=9V ? 3 VY9 IDA=IR= =A=110 × R9×103 A=1mA DB反向偏置,截止,IDB=0 (2)设DA和DB两管都导通,应用结点电压法计算VY: VY= 65.8 + 11 11 1V= 11.8×9 V=5.59V<5.8V ++19 119 可见DB管也确能导通。 IDA= 6? 5.59A=0.41×10? 3 1×103 A=0.41mA IDB= 5.8? 5.59A=0.21×10? 3 × 1×103 5.59 A=0.21mA IR= A=0.6210? 3 9×103 A=0.62mA (3)DA和DB两管都能导通 55 + VY= 11111V=4.74V ++ 119 VY4.74 IR= =A=0.5310 R9×103 A=0.53mA IDA=IDB= IR= 2 0.53 × ? 3 mA=0.26mA 2 14.4稳压二极管 14.4.2 有两个稳压二极管DZ1和DZ2,其稳定电压分别为5.5V和8.5V,正向压降都是0.5V。 如果要得到3V的稳定电压,应如何连接? [解] 应按图4(a)或(b)连接,UZ=3V。 图中R1、R2是限流电阻。 图4: 习题14.4.2图 14.5晶体管 14.5.1 有两个晶体管分别接在电路中,今测得它们管脚的电位(对“地”)分别如下表所列: 晶体管I 晶体管II 管脚 1 2 3 电位/V 4 3.4 9 管脚 1 2 3 电位/V ? 6 ? 2.3 ? 2 试判别管子的三个电极,并说明是硅管还是锗管? 是NPN型还是PNP型? [解] NPN型: 集电极电位最高,发射极电位最低,UBE>0;PNP型;发射极电位最高,集电极电位最低,UBE<0。 硅管: 基极电位与发射极电位大约相差0.6V或0.7V;锗管: 基极电位与发射极电位大约相差0.2V或0.3V。 由此可知: 晶体管I: NPN型,硅管,1? B、2? E、3? C;晶体管II: PNP型,锗管,1? C、2? B、3? E。 14.5.3 如何用万用表判断出一个晶体管是NPN型还是PNP型? 如何判断出管子的三个管脚? 锗管或硅管又如何通过实验区别出来? [解] (1)先判断基极 将插入万用表“-”(实为表内电源正极)插孔的测试笔轮流接任一管脚,而后将另一测试笔分别接另外两个管脚,如果两次测得管脚间的电阻同为低电阻(BE极间和BC极间的PN结上加正向电压)或同为高电阻(上述极间的PN结上加反向电压),则接万用表“-”插孔的是基极。 (2)判断是NPN型管还是PNP型管在 (1)中,测得管脚间的电阻同为低电阻时,则为NPN型管;测得同为高电阻时,则为PNP型。 (3)判断集电极 对已知的NPN型管或PNP型管照图5所示的两种方法接线,未知管 图5: 习题14.5.3图脚1和2用测试笔分别接万用表的“+”,“-”插孔(注意,“-”插孔接表内电 源的正极),比较两种接法1,2管脚间的电阻高低。 对NPN型管,电阻较低时接“-”插孔的是集电极;对PNP型管,电阻较低时接“+”插孔的是集电极。 (4)判断是锗管还是硅管 B,E极间正向压降在0.6~0.7V时为硅管;在0.2~0.3V时为锗管。 14.5.4 图6: 习题14.5.4图 [解] 在图6所示的各个电路中,试问晶体管工作于何种状态? 设UBE=0.6V。 计算结果见下表。 B=β (a)管 (b)管 (c)管 UCC IC(sat)≈R C 12mA 8mA I0IC(sat) 0.24mA 0.2mA IB 6? 0.6 50mA=0.11mA 12? 0.6 47mA=0.24mA IB<0 状态 IB IB>I0饱和 截止 BB 15基本放大电路 15.2放大电路的静态分析 15.2.3 在图1中,若UCC=10V,今要求UCE=5V,IC=2mA,试求RC和RB 的阻值。 设晶体管的β=40。 [解] 图1: 习题15.2.3图 由UCE=UCC? RCIC可求 RC= UCC? UCE IC =10? 5? =2.5k? 2×10? 3 IC2 IB≈ =mA=0.05mA β40 RB≈ UCC IB 10 =k? =200k? 0.05 15.3放大电路的动态分析 15.3.2 在习题1图所示的固定偏置放大电路中,UCC=9V,晶体管的β=20,IC= 1mA。 今要求|Au|≤100,试计算RC,RB及UCE。 [解] IB RB ≈ ≈ rbe = |Au| = RC UCE = = 15.3.3 IC1 =mA=0.05mA β20 UCC IB 9 =k? =180k? 0.05 26 [200+(20+1)×1.05]? =720? =0.72k? βRC rbe (空载时|Au|最大) |Au|rbe β =100×0.72 20 k? =3.6k? UCC? RCIC=(9? 3.6×1)V=5.4V 有一放大电路如习题1图所示,其晶体管的输出特性以及放大电路的交、直 流负载线如图2所示。 试问: (1)RB,RC,RL各为多少? (2)不产生失真的最大输入电压UiM为多少? (3)若不断加大输入电压的幅值,该电路首先出现何种性质的失真? 调节电路中哪个电阻能消除失真? 将阻值调大还是调小? (4)将电阻RL调大,对交、直流负载线会产生什么影响? (5)若电路中其他参数不变,只将晶体管换一个β值小一半的管子,这时IB,IC,UCE及|Au|将如何变化? [解] 图2: 习题15.3.3图由图2可知,静态值为 电源电压为电流放大系数为 IC=2mA,IB=40μA,UCE=5V UCC=10V β=IC IB 2 = 0.04 =50 (1) RB≈ UCC IB 10 =k? =250k? 0.04 RC= 由交流负载线可得 UCC? UCE IC =10? 5k? =2.5k? 2 由此得 R 1tanα0=, 0 L 2 = R L 8? 5 1 L R0 0 L =1.5k? R0RCRL L RL= RCR0 =2.5×1.5 k? =3.75k? R L= C (2)由图2可知 +RL RC? R0 2.5? 1.5 8? UCEQ=(8? 5)V=3VUCEQ? UCES=(5? 0.3)V=4.7V 不失真的最大输出电压约为UoM=3V,先求出|Au|后,再求不产生失真的最大输入电压UiM 26(mV)26 I rbe=200(? )+(1+β) E =[200+(1+50)(mA) ]? =0.86k? × 2 |Au|= 于是 βR0 L rbe =50×1.5 0.86 UiM= =87 UoM |Au| 3 =V=34.5mV 87 (3)首先产生截止失真,这时可调节RB,减小其阻值以增大IB,将静态工作点Q上移一点。 (4)将RL阻值增大,不影响直流负载线,通过Q点的交流负载线与横轴的α0角将有所减小。 (5)IB不变,IC约减小一半,UCE增大,|Au|将减小一半。 15.3.4 已知某放大电路的输出电阻为3.3k? ,输出端开路电压的有效值Uo0=2V,试问该放大电路接有负载电阻RL=5.1k? 时,输出电压将下降到多少? [解] r UoL= o 或 RL RL +RL r Eo= o 5.1 RL +RL Uo0 r UoL= o +RL Uo0=3.3+5.1×2V=1.2V 15.3.5 在图3中,UCC=12V,RC=2k? ,RE=2k? ,RB=300k? ,晶体管的β= 50。 电路有两个输出端。 试求: (1)电压放大倍数Au1= 出电阻ro1和ro2。 [解] U˙o1 U˙i 和Au2= U˙o2 U˙i ; (2)输 图3: 习题15.3.5图 IB= UCC? UBE RB+(1+β)RE =12? 0.6mA=0.028mA 300+(1+50)×2 IE=(1+β)IB=(1+50)×0.028mA=1.43mA 26 rbe=[200+(1+50)×1.43]? =1127? ≈1.13k? 从集电极输出: Au1= U˙o1 U˙i r =? be βRC +(1+β)RE =? 50×2≈? 1 1.13+(1+50)×2 ro1≈RC=2k? 从发射极输出: Au2= U˙o2 U˙i S = rbe (1+β)RE1 +(1+β)RE≈ ro2≈ rbe+R0 β rbe ≈β 1130 = 50 S =22.6? S 式中,R0 =RS//RB,设信号源内阻RS≈0,则R0 ≈0。 15.4静态工作点的稳定 15.4.2 在教材图15.4.1所示的分压式偏置放大电路中,已知UCC=24V,RC= 3.3k? ,RE=1.5k? ,RB1=33k? ,RB2=10k? ,RL=5.1k? ,β=66,并 设RS≈0。 (1)试求静态值IB,IC和UCE; (2)画出微变等效电路;(3)计算晶体管的输入电阻rbe;(4)计算电压放大倍数Au;(5)计算放大电路输出端开路时的电压放大倍数,并说明负载电阻RL对电压放大倍数的影响;(6)估算放大电路的输入电阻和输出电阻。 [解] (1) VB= UCC RB1+RB2 24 RB2=33+10×10V=5.58V IC≈IE= VB? UBE RE =5.58? 0.6mA=3.32mA 1.5 IB≈ IC= β 3.32 mA=0.05mA 60 UCE=UCC? (RC+RE)IC=[24? (3.3+1.5)×3.32]V=8.06V (2) I 26(mV) rbe=200(? )+(1+β) E (mA) (3) 26 =[200+(1+66)×3.32]? =0.72k? Au=? β 0 R L rbe =? 66× 3.3×5.1? 3.3+5.1× 1 0.72 =? 183.7 (4) ur A=? βRC be 3.3 =? 66×0.72=? 302.5 (5) ri=rbe//RB1//RB2≈rbe=0.72k? ro≈RC=3.3k? 15.4.5 设计一单管晶体管放大电路,已知RL=3k? 。 要求|Au|≥60,ri≥ 1k? ,ro<3k? ,工作点稳定。 建议选用高频小功率管3GD100,其技术数据见教材附录C,β值可选在50~100之间。 最后核查静态工作点是否合适。 求得的各电阻值均采用标称值(查教材附录H)。 [解] 图4: 习题15.4.5图 (1)选择放大电路和晶体管要求工作点稳定,可选用分压偏置放大电路(教材图15.4.1),选UCC= 12V;按建议选用晶体管3GD100,设β=50;并设|Au|=60,ri= 1k? 。 (2)参数计算 beI 由式r≈[200+(1+β)26 E ]? ≈ri可求 26(1+β) 26×51 IC≈IE≈ |u|r L 由式A=βR0可求 be =mA=1.66mA ri? 2001000? 200 60×1 L=k? =1.2k? 50 RCRL R R0 R0 L= C 即 +RL 设VB=4V RC= L R0RL L RL? R0 =1.2×3 3? 1.2 k? =2k? RE= VB? UBE IE =4? 0.6k? 2k? ≈ 1.66 基极电流IB≈ IC= β 1.66 mA=0.033mA 50 设I2=10IB,即 得 RB2= I2=10×0.033mA=0.33mA≈I1 VB=4k? =12.12k? (取12k? ) I20.33 RB1= UCC? VB I1 =12? 4k? =24.24k? (取24k? ) 0.33 (3)核查静态工作点 由UCE=UCC? (RC+RE)IC做直流负载线(图4) IC=0UCE=UCC=12V UCC12 R UCE=0IC= C +RE =mA=3mA 2+2 UCE=[12? (2+2)×1.66]V=5.4V 静态工作点合适,在小信号情况下,不会产生失真。 15.6射极输出器 15.6.1 在图5所示的射极输出器中,已知RS=50? ,RB1=100k? ,RB2=30k? ,RE= 1k? ,晶体管的β=50,rbe=1k? ,试求Au,ri和ro。 [解] 图5: 习题15.6.1图 Au= rbe (1+β)RE +(1+β)RE =(1+50)×1=0.98 1+(1+50)×1 ri=RB1//RB2//[rbe+(1+β)RE]=16k? ro≈ 式中 S rbe+R0 β 1000+50 = 50 =21? R0 S=RS//RB1//RB2≈50? 15.6.2 两级放大电路如图6所示,晶体管的β1=β2=40,rbe1=1.37k? ,rbe2 =0.89k? 。 (1)画出直流通路,并估算各级电路的静态值(计算UCE1时忽略IB2); (2)画出微变等效电路,并计算Au1,Au2和Au;(3)计算ri和ro。 [解] 图6: 习题15.6.2图 (1)前极静态值 VB1= 20 33+8.2×8.2V=4V 4? 0.6 IC1≈IE1=3+0.39mA=1mA 1 IB1≈ mA=25μA 40 后极静态值 UCE1≈20? (10+3+0.39)×1=6.6V IC2≈IE2= 1.8 UC1? UBE2 RE2 =(20? 10×1)? 0.6mA=1.8mA 5.1 IB2= mA=45μA 40 UCE2=(20? 5.1×1.8)V=10.8V (2)前级电压放大倍数 u1? 1L? × R01 A=β=40 E1 rbe+(1+β1)R00 9.1 1.37+(1+40)×0.39 =? 21 式中 RE2RL? R0 L1=RC1// 后级电压放大倍数 rbe2+(1+β2)· R E2 +RL Au2= (1+β2)R0 L L rbe2+(1+β2)R0 =(1+40)×2.5 0.89+(1+40)×2.5 =0.99 两级电压放大倍数 Au=Au1·Au2=? 21×0.99=? 20.8 (3) E1 ri=ri1=RB1//RB2//[rbe1+(1+β1)R00 ]=4.77k? ro=ro2≈ rbe2+RC1 β2 0.89+10 =k? =272? 40 前级的集电极电阻RC1即为后级的基极电阻。 从本例的两级放大电路看,提高了输入电阻,降低了输出电阻。 15.7差分放大电路 15.7.3 在图7所示的差分放大电路中,β=50,UBE=0.7V,输入电压ui1= 7mV,ui2=3mV。 (1)计算放大电路的静态值IB,IC及各电极的电位VE,VC和VB; (2)把输入电压Ui1,ui2分解为共模分量uic1,uic2和差模分量uid1,uid2;(3)求单端共模输出uoc1和uoc2; (4)求单端差模输出uod1和uod2;(5)求单端总输出uo1和uo2;(6)求双端共模输出uoc,双端差模输出uod和双端总输出uo。 [解] 图7: 习题15.7.3图 (1)静态时,ui1=ui2=0,由教材图15.7.5的单管直流通路可得 RBIB+UBE+2REIE=UEE UEE? UBE R IB= B +2(1+β)RE 于是 IB= 6? 0.7A 10×103+2×(1+50)×5.1×103 (2) =0.01×10? 3A=0.01mA IC=βIB=50×0.01mA=0.5mA IE=(1+β)IB=51×0.01mA=0.51mA VC=UCC? RCIC=[6? 5.1×103×0.5×10? 3]V=3.45V VE=? 6+2REIE=[? 6+2×5.1×103×0.51×10? 3]V=? 0.798VVB=? RBIB=? 10×103×0.01×10? 3V=? 0.1V uic1=uic2= ui1+ui2= 2 ui1? ui2 7+3 mV=5mV 2 7? 3 uid1=? uid2= (3)由习题15.7.2所证明的公式得出 =mV=2mV 22 RC R uoc1=uoc2=? β B 式中 +rbe +2(1+β)RE 26 uic1 于是 (4) rbe=[200+(1+50)×0.51]? =2.8k? 5.1 uoc1=uoc2=? 50×10+2.8+2(1+50)×5.1×5mV =? 2.39mV (5) uod1=? R uod2=? R βRC B+rbe βRC B+rbe u=? 50×5.1×
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