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模拟电子技术习题答案
模拟电子技术
习题答案
电工电子教学部
第一章绪论
一、填空题:
1.自然界的各种物理量必须首先经过传感器将非电量转换为电量,即电信号。
2.信号在频域中表示的图形或曲线称为信号的频谱。
3.通过傅立叶变换可以实现信号从时域到频域的变换。
4.各种信号各频率分量的振幅随角频率变化的分布,称为该信号的幅度频谱。
5.各种信号各频率分量的相位随角频率变化的分布,称为该信号的相位频谱。
6.周期信号的频谱都由直流分量、基波分量以及无穷多项高次谐波分量组成。
7.在时间上和幅值上均是连续的信号称为模拟信号。
8.在时间上和幅值上均是离散的信号称为数字信号。
9.放大电路分为电压放大电路、电流放大电路、互阻放大电路以及互导放大电路四类。
10.输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等主要性能指标是衡量放大电路的标准。
11.放大电路的增益实际上反映了电路在输入信号控制下,将供电电源能量转换为信号能量的能力。
12.放大电路的电压增益和电流增益在工程上常用“分贝”表示,其表达式分别是
、
。
13.放大电路的频率响应指的是,在输入正弦信号情况下,输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。
14.幅频响应是指电压增益的模与角频率之间的关系。
15.相频响应是指放大电路输出与输入正弦电压信号的相位差与角频率之间的关系。
二、某放大电路输入信号为10pA时,输出为500mV,它的增益是多少?
属于哪一类放大电路?
解:
属于互阻放大电路
三、某电唱机拾音头内阻为1MΩ,输出电压为1V(有效值),如果直接将它与10Ω扬声器连接,扬声器上的电压为多少?
如果在拾音头与扬声器之间接入一个放大电路,它的输入电阻Ri=1MΩ,输出电阻Ro=10Ω,电压增益为1,试求这时扬声器上的电压。
该放大电路使用哪一类电路模型最方便?
解:
直接将它与10Ω扬声器连接,
扬声器上的电压
在拾音头与扬声器之间接入放大电路后,使用电压放大电路模型,则等效电路如下图所示
扬声器上的电压
四、试说明为什么常选用频率可连续变化的正弦波信号发生器作为放大电路的实验、测试信号源。
用它可以测量放大电路的哪些性能指标?
答:
因为正弦波信号在幅值、频率、初相位均为已知常数时,信号中就不再含有任何未知信息。
并且任何信号都可以展开为傅里叶级数表达式,即正弦波信号各次谐波分量的组合。
正因为如此,正弦波信号常作为标准信号用来对模拟电子电路进行测试。
用它可以测量放大电路的输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真。
五、在某放大电路输入端测量到输入正弦信号电流和电压的峰—峰值分别为10μA和25mV,输出端接4kΩ电阻负载,测量到正弦电压信号的峰—峰值1V。
试计算该放大电路的电压增益Av、电流增益Ai、功率增益Ap,并分别换算成dB数表示。
解:
六、某音响系统放大电路的幅频响应如图所示,放大电路的带宽是多少?
半功率点是哪两个点?
半功率点处的增益较中频区的增益下降了多少分贝?
折合百分比为多少?
答:
带宽=fH-fL=2×104-20≈2×104Hz
半功率点指增益较中频区增益下降3dB的频率点(即对应fH、fL),其输出功率约等于中频区输出功率的一半。
增益较中频区增益下降所折合的百分比为﹪。
第二章运算放大器
一、填空题:
1.理想运算放大器的性能参数均被理想化,即输入电阻为无穷大,输出电阻为零,开环电压增
益为无穷大,输出电压为接近正负电源值。
2.运算放大器有两个工作区。
在线性区工作时,放大器放大小信号;当输入为大信号时,它工作在
非线性区,输出电压扩展到饱和值。
3.运算放大器工作在线性区时,具有虚短和虚断两个特点,凡是线性电路都可利用这两个概念来分析电路的输入、输出关系。
4.反相比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地点,而同相比例运算电路中集成运放两个输入端对地的电压基本上相等。
5.同相比例运算电路的输入电流等于零,而反相比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻的电流。
6.同相运算电路的电压增益Au≥1;反相运算电路的电压增益Au<0。
7.反相求和运算电路中集成运放的反相输入端为虚地点,流过反馈电阻的电流等于各输入端电流的和。
8.同相比例运算电路的输入电阻大,而反相比例运算电路的输入电阻小。
9.反相求和运算电路可实现函数Y=aX1+bX2+cX3,a、b和c均小于零。
10.微分运算电路可将三角波电压转换成方波电压;积分运算电路可将方波电压转换成三角波电压。
二、选择题:
1.现有电路:
A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路
C.积分运算电路D.微分运算电路E.加法运算电路
选择一个合适的答案填入空内。
(1)欲将正弦波电压移相+90O,应选用D。
(2)欲将正弦波电压叠加上一个直流量,应选用E。
(3)欲实现Au=-100的放大电路,应选用A。
(4)欲将方波电压转换成三角波电压,应选用C。
(5)A中集成运放反相输入端为虚地,而B中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。
2.集成运放在作放大电路使用时,其电压增益主要决定于(A)。
A.反馈网络电阻B.开环输入电阻C.开环电压放大倍数
三、计算题:
1.电路如图所示,其中R1=10kΩ,R2=R3=R4=51kΩ。
试求:
(1)输入电阻Ri;
(2)vo与vi之间的比例系数。
(3)平衡电阻
。
解:
(1)Ri=R1=10kΩ
(2)
(3)
2.电路如图所示,图中集成运放输出电压的最大幅值为±14V,试将计算结果填如表中。
解:
vO1=(-Rf/R)vI=-10vI,vO2=(1+Rf/R)vI=11vI。
当集成运放工作到非线性区时,输出电压不是+14V,就是-14V。
表
vI/V
vO1/V
-1
-5
-10
-14
vO2/V
11
14
3.求解图示电路中vO与vI之间的运算关系。
解:
图示电路的A1组成同相比例运算电路,A2组成差动运算电路。
先求解vO1,再求解vO。
4.一高输入电阻的桥式放大电路如图所示,试写出vo=f(δ)的表达式(δ=ΔR/R)。
解:
5.图示电路中,A1,A2,A3均为理想运放。
(1)A1,A2,A3分别组成何种基本运算电路;
(2)列出vO1,vO2,vO的表达式。
解:
(1)同相比例运算电路、反相求和运算电路、差动运算电路。
(2)
6.试写出图示加法器对vI1、vI2、vI3的运算结果:
vO=f(vI1、vI2、vI3)。
解:
A2的输出vO2=-(10/5)vI2-(10/100)vI3=
vO=-(100/20)vI1-(100/100)vO2=-5vI1+2vI2+
7.在图示电路中,已知输入电压vi的波形如图(b)所示,当t=0时,电容C上的电压vC=0。
试画出输出电压vo的波形。
解:
8.设计一反相放大器,电路如图所示,要求电压增益Av=vo/vi=-10,当输入电压vi=-1V时,流过R1和R2的电流小于2mA,求R1和R2的最小值。
解:
第三章二极管及其基本电路
一、填空题:
1.制作电子器件的常用材料主要采用硅和锗。
2.二极管最主要的特性是单向导电性。
3.本征半导体是指完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
P型半导体中的少子是电子,多子是空穴,N型半导体中的少子是空穴,多子是电子。
4.半导体中参与导电的有两种载流子,分别是电子和空穴,导体中参与导电的有一种载流子,是电子。
5.当环境温度升高时,二极管的反向饱和电流IS将增大,这是因为此时PN结内部的B。
A.多数载流子浓度增大B.少数载流子浓度增大
C.多数载流子浓度减小D.少数载流子浓度减小
6.半导体PN结中内电场E,是由空间电荷区产生的,当将反向电压加在PN结两端时,其PN结内电场E增强。
PN结不易(不易/容易)导通。
7.二极管导通时,其正向电压应该比门坎电压高(高/低),硅管的正向导通电压约为V,锗管的正向导通电压约为V。
8.稳压管是一种特殊工艺制造的面接触型硅二极管二极管。
除了用于限幅电路之外,主要用于稳压电路,其稳压性体现在电流增量很大,只引起很小的电压变化,此时稳压管应工作于反向电击穿区。
9.发光二极管正常工作时,外加A电压;而光电二极管正常工作时,外加B电压。
A.正向B.反向C.击穿
10.某只硅稳压管的稳定电压Vz=4v,其两端施加的电压分别为+5V(正向偏置)和-5V(反向偏置)时,
稳压管两端的最终电压分别为D。
A.+5V和-5VB.-5V和+4VC.+4V和D.+和-4V
11.PN结的结电容包括扩散电容和势垒电容。
当在PN结两端施加正向电压时,空间电荷区
将变窄,扩散电容将增大。
12.发光二极管是将电能转换成光能的器件;而光电二极管是将光能转换成电能的器件。
二、已知uI=5sinωt(V),二极管导通电压UD=。
试画出uI与uO的波形,并标出幅值。
三、二极管的正向伏安特性曲线如图所示,室温下测得二极管中的电流为20mA。
试确定二极管的直流电阻RD和动态电阻rd的大小。
解:
由图可见,ID=20mA时的UD=,则直流电阻RD为
过ID=20mA处,作一条切线,求切线斜率,可求得动态电阻rd为
四、在下面图示电路中,设uI=12sinωt(V),试分别画出iD、uD和uO的波形(要求时间坐标对齐),并将二极管电流iD的峰值和其所承受的反向电压峰值标于图中(假定D为理想二极管)。
五、二极管电路如下图(a)所示,设输入电压波形如图(b)所示,试画出相应的输出电vO波形。
设二极管为理想器件。
六、二极管电路如图所示,试判断图中的二极管是导通还是截止,并求出AO两端电压VAO。
设二极管为理想器件。
解:
(a)D导通,VAO=-6V
(b)D截止,VAO=-12V
(c)D1导通,D2截止,VAO=0V
(d)D1截止,D2导通,VAO=-6V
七、已知稳压管的稳压值UZ=6V,稳定电流的最小值IZmin=5mA。
求图示电路中UO1和UO2各为多少伏。
解:
八、图示电路中,稳压管2CW16具有下列特性:
稳定电压9V,耗散功率允许值250mW,稳压管电流小于1mA时不能稳压,且动态电阻不大于20Ω。
试按电路图中所给参数计算:
(1)当RL=1kΩ时,电流IR、IZ、IL的大小;
(2)当电源电压UI变化±20%时,UO最多变化几伏?
(3)稳压管在UI和RL变化至何值时功耗最大?
其值是否已超过允许值?
(U1的变化范围不超过±20%,RL可任意变化。
)
(4)按照图中的参数,分析该电路在IL大于何值时将失去稳压能力?
解:
(1)
,
,IZ=。
(2)
V
(3)当U变化+20%和RL→∞时稳压管的功耗最大。
,超过允许值。
(4)当
时,失去稳压能力。
九、有两只稳压二极管DZ1、DZ2,其稳定电压分别为VZ1=6V、VZ2=10V,两管正向导通电压降均为。
如果将它们以不同方式串联后接入电路,可能得到几种不同的电压值?
试画出相应的电路图。
十、二极管电路如图所示,设二极管均为理想二极管,vs=10sinωt(V)。
(1)画出负载RL两端电压vo的波形。
(2)若D3开路,试重画vo的波形。
(3)若D3被短路,会出现什么现象?
(3)若D3被短路,则在输入电压的正半周将使电源短路,烧坏电源。
第四章三极管及其放大电路
§
一、问答题:
1.能否用两个二极管背靠背地连接构成一个BJT?
答:
不能,因为BJT除了由两个背靠背PN结构成外,还需满足三个内部条件。
2.BJT的e极、c极能否交换使用?
答:
不能,因为e极、c极所对应区域的掺杂浓度和横截面积均不相同。
二、填空题:
1.三极管实现放大的三个内部条件是(发射区掺杂浓度最高)、(基区最窄)、(集电区横截面积最大)。
2.三极管具有放大作用的外部电压条件是发射结(正偏),集电结(反偏)。
3.三极管工作在饱和区时,发射结(正偏),集电结(正偏);
工作在截止区时,发射结(反偏),集电结(反偏)。
4.工作在放大区的某三极管,如果当IB从12μA增大到22μA时,IC从1mA变为2mA,那么它的β约为(100)。
5.工作在放大状态的三极管,流过发射结的电流主要是(多子的扩散流),流过集电结的电流主要是(漂移电流)。
(扩散电流/漂移电流)
6.反向饱和电流是由(少数)载流子形成,其大小与(温度)有关,而与外加电压(无关)。
7.测得某放大电路中三极管的三个电极A、B、C对地点的电位分别为-11、-6、,则A电极为(集电)
极,B电极为(发射)极,C电极为(基极)极。
三、
1.从下图所示各三极管电极上测得的对地电压数据中,分析各管的类型以及它在电路中所处的工作状态。
(1)是锗管还是硅管?
(2)是NPN型还是PNP型?
(3)是处于放大、截止或饱和状态中的哪一种?
或是已经损坏?
(指出哪个结已坏,是烧断还是短路?
)
提示:
注意在放大区,硅管
,锗管
,且
>;而处于饱和区时,
。
解:
(a)NPN硅管,工作在饱和状态;
(b)PNP锗管,工作在放大状态;
(c)PNP锗管,管子的b-e结已开路;
(d)NPN硅管,工作在放大状态;
(e)PNP锗管,工作在截止状态;
(f)PNP锗管,工作在放大状态;
(g)NPN硅管,工作在放大状态;
(h)PNP硅管,工作在临界饱和状态。
2.测得放大电路中的两只晶体管的各电极直流电位如图所示。
试在圆圈中画出管子,并分别说明它们是硅管还是锗管。
3.已知两只晶体管的电流放大系数β分别为50和100,现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示。
试分别求另一电极的电流,标出其实际方向,并在圆圈中画出管子。
四、电路如图所示,晶体管导通时UBE=,β=50。
试分析UBB为0V、1V、三种情况下T的工作状态及输出电压UO的值。
解:
(1)当UBB=0时,T处于截止状态,UO=12V。
(2)当UBB=1V时,因为
(3)当UBB=3V时,因为
五、
(1)有两只晶体管,一只的β=200,ICEO=200μA;另一只的β=100,ICEO=10μA,其它参数大致相同。
你认为应选用哪只管子?
为什么?
答:
应选用β=100,ICEO=10μA的管子,可使管子在构成放大电路时温度稳定性高。
(2)当温度升高时,三极管的β(增大),反向饱和电流ICBO(增大),UBE(减小),最终导致集电极电流
IC(增大)。
(3)三极管的安全工作区受哪些极限参数的限制?
使用时,如果超过某项极限参数,试分别说明将会发生什么结果。
答:
三极管的安全工作区受PCM、ICM、U(BR)CEO三个极限参数的限制。
PCM过大,集电结发热,结温上升,当结温超过最高工作温度(硅管150℃,锗管70℃)时,BJT性能下降,甚至会烧坏。
ICM过大,BJT不一定会烧坏,但β值将过小,放大能力太差。
U(BR)CEO过大,使ICEO明显增大,导致集电结出现雪崩击穿。
§
一、
(1)放大电路组成原则有哪些?
利用这些原则分析
(2)题
(2)试分析图示各电路是否能够放大正弦交流信号,简述理由。
设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
答:
(1)放大电路组成原则:
设置合适的静态工作点(即保证发射结正偏,集电结反偏);
保证交流信号畅通无阻。
(2)a.不能,ui被VBB短路;
b.能;
c.不能,ui不能直接驮载在静态电压之上,其间需加隔直流电容器;
d.不能,发射极回路无电阻会使回路电流过大而烧坏BJT。
另外实用电路中交、直流电源不能串
联使用,它们的电源负极需共地;
e.不能,电容C2将ui短路;
f.不能,无集电极电阻Rc会使输出信号被VCC短路。
二、
(1)在电子电路中,放大的实质是什么?
放大的对象是什么?
负载上获得的电压或功率来自何处?
(2)为什么要设置Q点?
(3)由于放大电路中存在着电抗元件,其交、直流通路不相同,请回答如何画直流通路?
如何画交流通路?
答:
(1)放大的实质是对放大器件(即能量控制部件)的控制作用。
放大的对象是交流小信号。
负载上获得的电压或功率来自直流电源。
(2)设置Q点的目的是保证输入交流小信号不失真地放大。
(3)直流通路:
将电路中耦合和旁路电容的作用去掉,即断路。
交流通路:
对一定频率范围内的交流信号而言,耦合和旁路电容可视为短路;
对交流信号,电路中内阻很小的直流电压源可视为短路;内阻很大的直流电流源可视
为开路。
三、画出图示各电路的直流通路和交流通路。
设所有电容对交流信号均可视为短路。
§
一、在下图所示电路中,已知晶体管的?
=80,rbe=1kΩ,Ui=20mV;静态时UBEQ=,UCEQ=4V,IBQ=20μA。
判断下列结论是否正确,凡对的在括号内打“?
”,否则打“×”。
(1)
(×)
(2)
(×)
(3)
(×)(4)
(√)
(5)
(×)(6)
(×)
(7)
(×)(8)
(√)
(9)
(√)(10)
(×)
(11)
≈20mV(×)(12)
≈60mV(√)
二、电路如图所示,已知晶体管?
=50,在下列情况下,用直流电压表测晶体管的集电极电位,应分别为多少?
设VCC=12V,晶体管饱和管压降VCES=。
(1)正常情况
(2)Rb1短路(3)Rb1开路(4)Rb2开路(5)RC短路
解:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
三、放大电路的直流负载线和交流负载线的概念有何不同?
什么情况下两条负载线重合?
答:
直流负载线:
由直流通路确定,其斜率等于-1/Rc的一条直线。
交流负载线:
由交流通路确定,其斜率等于
的一条直线。
由于
,故交流负载线的斜率大于直流负载线的斜率。
当负载RL断路时,交流负载线与直流负载线重合。
四、共发射极放大电路及三极管的伏安特性如图所示。
(1)用图解法求出电路的静态工作点,并分析这个工作点选得是否合适?
(2)在UCC和三极管参数不变的情况下,为了把三极管的集射极电压UCEQ提高到5V左右,可以改变哪些电路参数?
如何改变?
(3)在UCC和三极管参数不变的情况下,为了使ICQ=2mA,UCEQ=2V,应改变哪些电路参数,改变到什么数值?
解:
(1)
,可知静态工作位置在Q点,不合适;
(2)为了把三极管的集电极电压UCEQ提高到5V左右,可以有多种Rc与Rb的组合。
若将静态工作点设置在Q?
点,则Rc保持不变,取Rb=100kΩ,故IB=90?
A。
(3)应将静态工作点设置在Q?
?
点,可得:
Rc=4KΩ,Rb≈250KΩ。
五、电路如图(a)所示,该电路的交、直流负载线绘于图(b)中。
试求:
(1)VCC、IBQ、ICQ、VCEQ的值;
(2)电阻Rb、Rc的值;
(3)输出电压的最大不失真幅度;
(4)要使该电路能不失真地放大,基极正弦电流的最大幅值是多少?
解:
(1)VCC=6V,IBQ=20μA,ICQ=1mA,VCEQ=3V;
(2)Rb≈VCC/IBQ=300kΩ,Rc=(VCC-VCEQ)/ICQ=3kΩ;
(3)Vom==;
(4)Ibm≈20μA
六、单管放大电路如图所示,已知BJT的电流放大系数?
=50。
(1)估算Q点;
(2)画出简化H参数小信号等效电路;
(3)估算BJT的输入电阻rbe和放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro;
(4)如输出端接入4kΩ的负载电阻,计算Av=vo/vi和Avs=vo/vs。
解:
(1)IBQ≈40μA,ICQ=2mA,VCEQ=4V;
(2)
(3)rbe=863Ω,Ri=Rb
入电压幅值不变,改变频率
B.输入电压频率不变,改变幅值
C.输入电压的幅值与频率同时变化
(2)放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是B,而低频信号作用时放大倍数数值
降的原因是A。
A.耦合电容和旁路电容的存在
B.半导体管极间电容和分布电容的存在。
C.半导体管的非线性特性
D.放大电路的静态工作点不合适
(3)当信号频率等于放大电路的fL或fH时,放大倍数的值约下降到中频时的B。
倍倍倍
即增益下降A。
(4)对于单管共射放大电路,当f=fL时,
与
相位关系是C。
A.+45?
B.-90?
C.-135?
当f=fH时,
与
的相位关系是C。
A.-45?
B.-135?
C.-225?
二、已知某共射放大电路的波特图如下图所示,试写出
的表达式并确定电路的中频增益Ausm、上限频率fH、下限频率fL。
题图
解:
Ausm=100,fH≈×105Hz,fL≈10Hz
三、已知某放大电路的增益表达式为
,试画出其波特图。
并确定电路的中频增益Ausm、上限频率fH、下限频率fL。
解:
Ausm=32,fH=105Hz,fL=10Hz
第五章场效应管放大电路
一、填空题:
1.FET有两种主要类型即(MOSFET)和(JFET),FET是利用(电场效应)来控制其电流大小的半导体器件。
2.在MOSFET中,从导电载流子的带电极性来看,有(N沟道)管和(P沟道)管之分;而按照导电沟道形成机理不同NMOS管和PMOS管又各有(增强)型和(耗尽)型两种。
因此,MOSFET有四种:
(增强型N沟道管))、(增强型P沟道管))、(耗尽型N沟道管)和(耗尽型P沟道管)。
3.结型场效应管发生预夹断后,管子将进入(恒流)区工作。
4.增强型PMOS管的开启电压(小于零)。
5.当场效应管的漏极直流电流ID从2mA变为4mA时,它的低频跨导gm将(增大)。
6.当UGS=0V时,能够工作在恒流区的场效应管有(结型管)、(耗尽型MOS管)。
二、判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
1.结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压,才能保证栅极电流iG≈0。
(√)
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