模拟电子技术及应用习题解答.docx

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模拟电子技术及应用习题解答

习题解答

第1章

1.1简述半导体的导电特性。

答：

半导体的导电能力介干导体和绝缘体之间。

半导体一般呈晶体结构.其原子孩对价电子的束缚较弱.为半导体受到外界光和热的刺激时，它便释放价电子.从而使导电能力发生变化。

例如纯挣的错从20・C升高到30C时.它的电阻率几乎减小为原來的1/2。

又如一种硫化镉薄膜.在暗处其电阻为几十兆欧姆.受光照后，电阻可以下降到几十干欧姆，只有原來的百分之一。

利用这些敏感性可制成各种光墩元件和热敬元件。

若在纯净的半导体中加入微虽的杂质，则半导体的导电能力会有更显著的增加，例如在半导体硅中.只婆掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原來的几万分之一，这是半导体最显著的导电特征。

利用这个持性，可制造出各种半导体器件。

1-2简述PN结是如何形成的。

答：

为P型和N型半导体结合在一起时.由干交界面两侧多数载流子浓度的差别，N区的多数载流子电子向P区扩敬,P区的多数銭流子空穴也要向N区扩散，于是电子与空穴复合，在交界面附近P区一侧閃复合失去空穴而形成负离子区.N区一侧也因复合失去电子而形成正离子区。

这些不能移动的带电离子形成了空间电荷区.称为PN结。

PN结内存在一个由N区指向P区的内电场。

内电场的形成将阻止筝数戦流子的继续扩散.另一方面又会促进少数载流子的漂移.即N区的少数载流子空穴向P区移动.P区的少数载流子电子向N区移动。

因此.在交界面两侧存在两种对立的运动，漂移运动欲使PN结变窄•扩散运动运动欲使PN结变宽。

十扩散运动产生的扩散电流和漂移运动产生的漂移电流大小相等，两种运动达到动态平衡时.PN结宽度不再变化•即PN结维持一定的宽度。

由于内电场的存在.使载流子几乎不能在PN结内部停留.所以.PN结也称为耗尽层。

1-3二极管的特性曲线有哪几个区域？

二极管的单向导电能力是指特性曲线上的哪个区域的性质？

二极管的稳压能力又是指特性曲线上的哪个区域性质？

答：

二极管的特性曲线有正向特性、方向特性和反向击穿特性三个区域C二极管的单向导电能力是指特性曲线上的正向特性的性质。

二极管的稳压能力是指特性曲线上的反向击穿特性的性质？

1.4举例说明发光二极管和光敬二极管的应用。

它们各应工作在何种偏宜状态下？

答：

发光二极管和光敬二极管都属于光电子器件.光电子器件在电子系统中应用十分广泛，具有抗干扰能力强.功耗小等优点。

1.发光二极管

发光二极管是可以将电能直接转换成光能的半导体器件。

在外加正向电压时.内电场削减，电子与空穴在复合的过程中.以光的形式向外释放能址。

它包括可见光.不可见光（一般抬红外光）发光二极管。

单色发光二极管只有一个PN结.常见的发光颜色有红.橙、黄、绿等色。

双色发光二极管是两只LED反极性并联后封装在一起。

若单独驱动只发出讯色光•同时驱动发出复色光°、T前白色的发光二极管的应用使发光二极管从标识功能向照明功能迈出实质性的一步。

由发光二极管构成的点阵结构广泛用干交通信号灯.广告牌及大型电子显示屏等电子设备。

2.光敏二极管

光敏二极管也叫光电二极管.其结构和一般二极管相似，也具有单向导电性，一般工作在反向偏置状态。

利用光敏二极管制成光电传感器，可以把光信号转变为电信号，以便控制其他电子器件。

光墩二极管一般有两种工作状态：

（1）当光敏二极管上加有反向电压时.管子中的反向电流随光强变化而正比变化：

（2）光敬二极管上不加反压，利用PN结在受光照（包括可见光.不可见光）时产生正向压降的原理，作微型光电池使用。

光敬二极管主要用于自动控制。

如光耦合.光电读出装宜.红外遥控装宜等。

1.5在图1.2S所示的电路中，VD为理想二极管，输入电压UI=15V,试判断各电路中二极管VD是导通还是截止,并求输出电压13。

图1.28题1.5图

解:

（a）导通，Uo=15V（b）截止.Uo=5V（c）导通.Uo=OV（d）截止，Uo=15V

分析与提示|此他时的在于考察:

极管的“向悼电性・求解此类型电路.竹先要判斷.极许的「•作状态・倦后根48•极淸的工作状态・蛤出郴应的统性等效电路.仪后利用电滋的有关理论和定理进行求解.

舛斷•极管导通还楚哉止.方法狼多・比较冇效的方法兄假枝■段证法圾川比种方法的步4S

I•假设二«管箴止,稔出厳止状感下的等效电路.

2・粮粼藏止时的彎效电冷•求二极淸两端的电用.

3・根据二极管漪>8的鮭的极性.判断假讼站询性：

若加正向电血则結果耳假设矛瞒.二和若加反向电压.则结果与観设郴符.二极管实际

上截止.

该廊求解井不难.但却涉及到II线杵电酬的求解何题.因为二极管和三极管尊祁是參线性元件・求鮮含有非钱性元fl的何冬个匝型的加切M先紅年线性元件川待定篦件下的线性兀件代許・轲含有非线性兀件的电酬转化为线忤电卅•然层刈用线性电卅的理论求解.

16试用指针式万用电表的RxlO和Rxlk«分别律量一个二扱管的正向电阴值，看看荊次测量电阻值为多少？

并用二极管的伏安待性曲綾分析说明两次测量电阻值

为什么不Rh（提示，万用«Rxlog内阻小.Rxlkfi内阻大•）

答：

万用表的电18档内«5绪构可用理也电潮U和内电Blr的申联电路等效・r的大小锻體测量档位的变化街支化.但稲尊于相应档位的中値电阻（中值电R1是万用浣指计描向表fit中间时的测量电BO.显然万用表RxlO档中值电阻小.RxlkK中値电81夫.亦即RxlO档内闪小.Rxlk档内B1大.

描针式万用电衣测fit•个:

极讶的正向电口1値时的尊效电賂如图161斯示・R为.«?

¥»通时的尊效电殂・5为导通电压.則:

U=^-（R+r）=UR（l+—）

RR

将上式整理眇R

1

由談淸的伏安持件曲线川知.十•楼许匸向丫通时.如*通电k近似为用数.削1：

式中的u“J以看做:

氓H钳叫RH近似股止比.由此鮒出结论：

嘏然於同•个:

极管.但万用农RxlO栈测得的止向电期小.RxIk^iWW的止向电阳大絡50滋接近IOf»・…

1.7左图1.29的电路中.二极管导想时的正向电压降为Ui>=O.7V\计算流过二极管的电流Id.

解：

怦先判斷图中.极音的工作状邀.沟此可假SHtt止.则图1.2•等效为图1.29.1.此时电路中的电漁为:

2kD

3kQ

2kQ

3kfl

3kQ

Id

Id

（）,ov

VD立Ud5V（）

（）

10V

（）

（）叭

（）

Ud5V（）

图1.29题1.7图

图1.29.1

图1.29.2

I=；：

：

：

=3mA.此时二极管两端的正向压降为:

（2+3）kQ

U=（10・2x3）V=4V,或U=（3x3・5）V=4V,显然U»UD>与假设矛盾.二极管实际上是导通的，正向

圧降应为Ud=0,7V.则图1.29等效沟图1,29.2.此时二极官的正向电流为:

1=11,=（1（）・（）7）V—Q+（）・7）V=465mA・l・9mA=2・75mA

°1-2kQ3kQ

1.8硅二极管电路如图1・30所示，试分别用二极管的理想等效模埜和恒压降等效棋型计算电賂中的电流I和输出电压U”

（1）当v=iV时；

（2）当11=10丫时・

图1.30題1.8图

U。

Ill图130和己知条件.不难刿斷二极骨处于正向导通状态。

理想模型下,二极管正向电压为零•H1.30Hf等效为l?

11.30.L

UIV

（1）当u=iv时.1=—==0.5mA,Uo=u=iv：

R2kQ

TU10Vc人

（2）u=io▼时・1=—==5mA・Uo=u=iov：

R2kQ

恒圧降模型K.硅二极骨正向乐降为0・7V・图1.30町等效为图1.30.2.

TU-UD（l-0.7）VnA

（1）u=iv时.1===0.15mA・Uo=u.Ud=o.3V：

R2kQTU-UD（10・0.7）V人

（2）当u=iov时.1===4.65mA・Uo=U・Ud=9.3V：

R2k£l

1・9在宜流微安表组成的测量电路中，常用二极管组成保护电路.以防过大电流损坏HA表头，试说明在图1・31中的二极管申.并联在电路中各起什么样的保护作用？

解：

二极管串在电路中起极性保护作用。

若没有串联二极角则当电压极性接反了.仝使电流方向流动.茨头損针反转.当吃厭过人时.反转力矩会很儿有吋能使微安表的描针被折断损坏.二极管串在电路中以后.一日.电压极性接反・二极骨会裁止.电路中没有电流.抬针自然也不会反偽.从而避免被折断损坏。

二极管串在电路中起过流保护作用•当流过微安茨的电流较小时.其两端电压不足以使二极管导通・当电流足够人时.微安表两端的电压使二极管正偏导通.对电路总电流起分流作用.即多余的电流从二级管流走.徹安茨两端最人电压为二极管的正向导通电压•该电压决定了流过微安茨的最人电流。

VD

VD

—

1.10图1・32所示的电路中.发光二极管导通电SU1）=1.5V,二极管在正向电流5〜15mA的范围才舱

图1.31题1.9图

正常发光显示•试求电阻R的取值范围•

解：

发光二极辔导通时•其两端电压近似为常数.当电源电压一定时.流过二极骨的电流受串联电阻R

的大小的控制，所以这里的电阻又叫限流电阻。

有图1.32不难看出:

R

max

所

'止皿=0-1?

）V=0.AQ=700Q

min

5mA

以

min▼

xmax

=（515^=°-233^=233°

实际应用中.应取电阻的标称Bltfi.考虑电路的安全性.这里电阻的fiSXtfi应取比实际阻值稍小的标称阻值.使电流的彊小值比要求值略人.保证二极骨正幣发光.R小阻值应取比实际阻ffiffiA的标称阻值.使电流的最大值比要求值略小.保证二极管不会因电流过人而烧毁。

故R的取值范附在2400^800・据此返回車新汁并正向电流的实际范用为：

5」mA~14.6mA•满足设计要求。

111图1・33所示的电路中稳压管的稳定电压Uz=6Vt最小稳定电流lzmin=5mAr最大稳定电流Izmux=25mA.

（1）分别计算5为10V.15V\35V三种情况下输出电压LS的值；

（2）若Ui=35V,且负載开路，电路会出现什么現象？

为什么？

分析与提示：

此题H的在于考須弦斥骨的反向击穿特性・求解此类型电路•忤先要判断松斥悸的匸作状态•然石根据稳压讨的匸作状态.给出相应的线性等效电路.慰后利用电路的有关理论和定理进行求解•

本题与1.5题类似.刿斯檢圧管足击穿稳压还是反向栽止.方法很多•比较有效的方法足假设、验证法采用此种方法的步骤如卜•：

1.假设稳斥骨截止•绐出截止状态下的等效电路。

2.根抵截止时的等效电路.求卷压管两端的反向电压。

3.将求那的机压管两端的反向电压与稳压管的稳定电压（反向击穿电压〉进行比较.列断毂设的正确性：

若求得的电压比総定电压小•则仪设正确・稳压管戡止：

若求得的电压比椅定电压人.则假设错谦•杨压管实际处在击穿檢圧状态。

本题涉及到非线性电路的求解问题。

肖先将非线性元件用待定条件卜•的线性元件代替.将含有非线性元件的电路转化为线性电路。

然后利用线性电路的理论求解•

解，⑴甘先假设稳压管是反向截止的,此时图L33所示电路等效为B1.33.L由串联分压原理町求得稳圧管两端的方向电压为:

u=Uo=136^Ul=lUl

当Uf=10V时•町求得U=3.3V・此电斥小于稳压管的稳定电压6V・仪设证确.稳压管nJift

Uo=U=3.3V；

勻Uj=15V时.町求得U=5V.此电压也小于稳压符的稳定电压6V・假设正确.稳压管可族竝上Uo=U=5V：

当3=35V时.吋求^U=11,7V.此电压人于机压管的机定电压6V.假设锚谋.国斥管反向击穿.其两端电压为机定电压6V.电路等效为图

1.33.2所示电路。

此时员我Rl匕的电流为：

6

Rl

6V

'500Q

=12mA.

lkQ限流电阻上的电流为:

i=u「u_lkQ

W）J29mA旳通过歸的昨lkQ

Iz=I-1（=（29-12）=17nv\•该电流在机压管允许的电流范阖之内•穂压管吋正密工作。

极管导通后其两端电压为零，电路中的总电压全部输出给负载电阻Rio

图1.33题1.11图

图1.33.1

（2）若Ul35V・且负拔开路・则稳压管肖•先被击穿锂压.Uo=Uz=6V.但由于童我开路•18限流电阻上的电流全部流过穂压管.该电流大于範压管的展人稳压电流25mA・所以稳压管被击穿后很快就会因电流过大而被烧毁。

稳压骨彼烧毁之后.町能有如卜几种悄况发生：

若隐压管被烧毁后断路.则Uo=35V,若隐压管被烧毁后短路•电压将全部加在限流电阻上・如果此时电阻上的实际功率小干其额定功率.则Uo=35V：

如果此时电阻上的实际功率人于其额定功率.则电阻将很快会枝烧毁断路.Uo=OV.

1.12图1.34所示的电路中，//i=1.5sinot（V）,-极管具有理想特性，试画出开关S分别处于A.B、C时输出电压妳的波形•

解：

由于二极管具有理想特性，所以只要其两端正向电压大于零就能导通。

二

（）"

1.5V

X—G±

1.5V

VD

Rl

lkQ

UQ

图134.1

（1）当开关处于A时.图1.34的电路等效为二极管整流电路》只输出⑷的正半周。

一周期内（360。

）.二极管导通角度e=180°o

（2）十开关处于B时.川和1.5V直流电圧顺向串联后被二极管整流。

一周期内，二极管导通角度6=1800+600=240°o

（3）十开关处于C时，川和1.5V直流电压逆向串联后被二极管整流。

一周期内.二极管导通角度e=180°.60<»=12（y>o

设开关S分别处于A.B.C时输出电压如的波形分别记为畑、mb和曲，则各输出电压波形如图134」所示。

2.1选择正确的答案填空。

（1）工作在放大区的某三极管，当Ib从15"增大到25"时从2】nA增大到3mA,则其电流放大系数R约为（）•

A.133

B.120C.10（）

（2）稳压管工作在正常稳压区时应该（

A.正向导通

B.反向截止C.反向击穿

（3）三极管放大的外部偏置条件是（）•

A.发射结和集电结均正偏B.发射结和集电结均反偏C.发射结正偏、集电结反偏

⑷场效应管的漏极电流Id从1A增加到3A,它的跨导将（人

A・增大

B.减小C.不变

⑸要维持可控硅正常导通，在其导通后，控制极电压应（）•

A.保持不变

解：

（DC

（2）|

分析与提示：

B.去掉C.适当增大

C（3）C（4）A

（1）B

（1）木題总在考察电流放大系数的定义.它有直流放大系数和交流放大系数两种.在不特别抬明的前提下.一般是扌旨交流放大系数.定义为集电极电流和基极电流变化虽之比，故应选C。

（2）木題意在考察稳压管的稳压特性。

正常稳压时.稳压管应处在反向击穿状态。

正向导通时.稳乐管和二极管一样.虽然此时也有稳压作用，但是其正向特性曲线倾斜度较大，动态电阻较大.稳压效果没有反向击穿时好，稳压值也只有约0.7匕比一般稳压管的稳定电压低得勿故应选Cc

（3）木题总:

在考察三极管放大的条件：

发射结正偏.集电结反偏.故应选C。

发射结和集电结均正偏时.相半于两个二极管同向并联后加正向电压。

发射结和集电结均反偏时.三极管处在兹止状态。

需要注总的是：

三极管饱和时.集电结仍然是反偏的：

另外.三极管截止时•发射结不一定反偏，可以是零偏，即不加偏宜电压。

半考虑发射结的死区电压时，即便是发射结正向偏迓，但只要正向电圧小于死去电斥.三极管仍然是截止的。

（4）木题总在考察场效应管的跨导的定义及特性.有效应管的转移特性曲线可知.随着漏极电流的増大.曲线的陡度増加，即氓位栅源电压mgs的増加引起的漏极电流b的増虽变大.故答案选A。

（5）木題总在考察可控硅（晶闸管）的控制特性。

使可控硅导通的条件是：

阳极加正向电圧，同时门极加正向級发电斥。

可控硅具有収向可控特性.门极控制信号只能控制其导通，不能控制其关断。

可控硅导通后，触发电压撤销，其仍然会继续导通。

耍使导通后的可控硅关断•只能将阳极电斥减小为零.或者将阳极电斥极性反转.故答案选B。

2・2测得两只处于放大状态的三极管的3个脚的电位分别是.8V\.3V..3.2V和3V、3・7V、12V,试判断各管脚哪是基极、发射极、集电极？

并说明是NPN管，还是PNP管？

是硅管还是错管？

分析与提示：

该題是考察处在放大状态的三极管电压分配规律的。

以下规律要学握：

1.基极电位总是居中的。

据此可判断哪那个管脚是基极。

2.发射极与基极之间点位差值小于IV。

据此可判断哪那个管脚是发射极。

对硅管而言•电位差值约0.7V,对褚管而言•电位差值约0.2V。

据此可判断制造管子的材料。

3・若为NPN管，则集电极点位是最商的：

若为PNP管•则集电极点位是昴商的：

据此可判断管型。

解：

由于三极管处在放大状态时.基极点位总是居中的.所以第一个管子电斥为32V的管脚是基极.第二个管子电压为3.7V的管脚是基极。

第一只管子电乐为3V的管脚与基极点位相差0.2V,该脚为发射极，该管为错管：

第二只管子电压为3.7V的管脚与基极点位相差0.7V,该脚为发射极•该管为硅管。

余下的管脚自然是各管的集电极。

第一只管子的集电极点位为・8V,是三个脚中电位最低的管脚，所以该管为PNP型：

第二只管子的集电极点位为12V.是三个脚中电位最高的管脚，所以该管为NPP型。

2・3已知电路中三极管的各极电位值，判断图2.49中各三极管工作在何种状态下？

C

6V

b

0V

（a）

0.7V

（b）（c）

图2.49題2.3图

分析与提示：

该題是已知三极管型号和各极电位，判断三极管的匸作状态。

解：

（a）由于发射结正偏，集电结反偏，所以该管处在放大状态。

（c）由于发射结正偏，集•射极电压只有0.1V,所以该管处在饱和状态。

2.4试分析图2.2所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由并将错误改正。

设图中所有电容对交流信号均可视为短路•输入信号源内阻为零•

图2.50题2.4图

分析与提示：

该题慰在考察三极管的放大条件。

放大电路要实现对信号的不失真放大，必须同时满足如下条件：

1.电路中的三极管必须满足放大的条件，即发射结正偏.集电结反偏。

2.输入信号要能正常送入起控制作用。

3・放大后的输出信号要能顺利输出以供负载利用。

解：

（a）不能。

木电路采用双电源供电，似乎满足放大的条件.实际不然。

请注总.该电路中基极偏宜电压Vbb是和输入交流信号源直接并联的•而输入信号源内阻为零•所以信号源会将Vbb短路.Vbb因电流过大而烧毁。

Vbb实际上不能给三极管提供基极偏宜电压。

另一方面，由于Vbb的内阻也为零•同样会将信号源短路.信号也无法加到三极管发射结上起控制作用。

也就不可能有放大信号输出。

为使电路正常放大，可在输入信号端与Vbb之间加隔直耦合电容•并将基极偏宜电阻移到Vbb支路上。

同时为了避免负戦电阻对电路匸作点的影响，最好在输出端与负戦之间也加隔直耦合电容。

如图2.50.1所示。

（b）能。

木电路采用収电源供电.不仔细看，容易认为不能放大。

注意该电路中的三极管为PNP型，且发射极在上而.发射正偏。

只要Rh和趾取值合适，集电结也反偏，满足放大偏豐条件。

另外，信号疏可以输入起控制作用，放大后的信号也可以顺利取岀供给负戦。

故可以正常放大。

（C）不能。

由于信号源内阻为零，基极直流电压会被输入信号源短路.三极管处在截止状态，故不能正常放大。

可在输入信号端与三极管基极之间加隔直耦合电容，如图2.50.2所示。

图2.50.1

图2.50.2

2.5电路如图2・51所示，已知：

Vcc=12V,晶体管饱和管压降Uces=0.5V,电流放大系数卩=50,输入信号“为理想电压源。

在下列情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位分别为多少？

（l）Rbi短略；

（2）Rbi开路*（3）Rb2开路,（4）Rc短賂；（5）正常情况。

分析与提示：

该题是考察电路参数变化对三极管11作状态的影响的。

三极管有三种匸作状态。

截止比较好判断，但对放大状态和饱和状态的判断有一定难度。

有两种方法可以采用：

1•比较电流法：

（1）先假设三极管饱和，并求出集电极饱和电流Ics。

（2）由基极偏宜电路求出实际的基极电流Ib，并根据放大关系求出集电极电流Ic=Ibg

（3）比较Ics和Ic的大小，判断实际工作状态。

若IOIcs,则假设正确，三极管实际上也是处在饱和状态：

若Ic

若Ic=Ics.则三极管处在临界饱和状态。

2.比较电压法:

（1）假设三极管正常放大。

（2）依次求出基极电流Ibq.集电极电流Ic和集射极电压Uceqo

（3）比较集射极电压Ucbq和基极电压Ubeq的大小，判断实际工作状态。

若Uceq>Ubeq，则假设正确.三极管处在放大状态：

若UceqVUbeq.则假设错误.三极管实际上处在饱和状态•Uceq=Uces：

若Uceq=Ubeq,则三极管处在临界饱和状态。

［注］上述讨论是以NPN型三极管为例进行的，若为PNP型三极管.由于它与NPN型的工作电压极性相反.所以各电极的电压极性也正好相反，上述各电压的下标顺序也应互换。

如集射极电压应表示为UECa

解:

（1）若Rbi短路.则基极偏置电圧变为零，三极管将截止•Icq=0.Uceq=Vcc=12V：

（2）若Rtn开路，则电路成为固定偏習电路.此时由于偏宜电阻Rx阻值较小，将使基极静态电流过大，三极管饱和。

实际上.假设此时三极管饱和.则

Vcc・％_（12_0・5）V

5Jk

a2mA:

由基极偏宜电路可求得实际的基极电流：

Ibq=U—〜0.2inA；

Rb251k

若正常放大.则实际集电极电流：

ICQ=PIbq=50x0.2niA=10niA:

显然有Icq>Ics.三极管饱和.Uceq=Uces=0.5V.

（3）若Rb2开路.则基极点位也为零，三极管截止，Icq=0,Uceq=Vcc=12V：

（4）若Rc短路，则集电极和电源直接相连.Uceq=Vcc=12V：

（5）正常悄况下，图2.51的直流通路如图2.51.1所示，将基极偏習电路用戴维南定理等效，等效以后的电路如图2.51.2所示。

在图2.51.2种.由藏维南定埋可得：

3.5

3.5+51

xl2V"77V

假设三极管正常放大.则:

ICQ=P【bq=50x21pA=1050pA=1.05niA

UCEQ=V“-IgR（・=（12-1.05x5.1）V°6・6V

显然UCEQ>UBEQ・即，正常情况下三极管处在放大状态.测得集电极直流电压约为6.6V。

2.6在图2.14所示放大电路中，已知：

三极管为NPN型硅管，电流放大倍数0=100.输出特性曲线如图2.52所示。

VCC=6VtRb=176kQtRc=lkQ,分别用图解法和近似估算法求其静杏工作点Q・

解:

（1）近似估算法

图2.14」为图