模拟电子解题指导与习题精华doc.docx
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电了技术的普及以其神奇的魅力在社会各行业中都起到了非常重要的作用。 对于很多初学者,往往感到基本概念、基本理论不易掌握,题型丰富而灵活。 为帮助广大初学者及电子兴趣爱好者学好《模拟电子技术》这门课,根据编者在多年在教学实践过程中对学生进行深入了解和分析后总结特编写了这本《模拟电子技术解题指导与习题》以享读者。 《模拟电了技术解题指导与习题》结合葛玉鹊主编的《模拟电了技术》(科学出版社,2005年8月第1版)配套使用。 《模拟电子技术解题指导与习题》全面总结、归纳了模拟电子技术的基木内容、基木概念、重点难点、各种分析方法和计算方法。 每一章都给出了该章的基本要求、基本内容、典型例题和自测习题。 例题屮解题方法结合知识点方法独特,易于理解,冇较强的针对性,口测习题覆盖木章知识耍点、题型多样且难度适当。 书的最后还给出了近年在各种考试中常见题型的模拟试题。 《模拟电子技术解题指导与习题》由江西赣江学院电子信息工程系石烽老师编写,王港元教授审稿。 限于编者水平冇限及编写时间仓促,书屮的不足和错误Z处在所难免,敬请使用木书的读者批评指止,也借此机会向齐位读者及在编写过程中关心和给予我帮助的各位领导、同事、朋友表示由衷的感谢。 偏希 课程特点学习方法3 第1章半导体器件 基本内容例题解析5 自测习题8 第2章基木放大电路 基本内容例题解析13 自测习题19 第3章放大电路中的反馈 基木内容例题解析23 自测习题28 第4章集成运算放大器的应用 基本内容例题解析32 口测习题37 第5章功率放大器 基本内容例题解析41 自测习题44 第6章•直流稳压屯源 基本内容例题解析48 自测习题52 模拟试题 (一)54 模拟试题 (二)60 模拟试题(三)64 课程的特点 一、“模拟电子技术“是一门技术基础专业课,本课程的理论教学强调基木原理和基木分析方法,为将來在各“带电”专业中的应用打好基础;它乂不 同于数、理、化等理论基础课,本课程更为接近实际,强调理论与实际相结合,着眼于解决错综复朵的实际问题。 所以常常采用一些独特的分析方法,这些方法是: 1、估算的方法: 在计算和分析时需要从实际情况出发,抓住主要孑盾,忽略次要因素,采用工程的观点进行近似估算。 如果不理解这种方法的重大实际意义,不愿做必要的近似忽略,片面追求数学上的精确和严密,那么必然使问题复杂化,甚至无从解决。 实际上一般电阻、电容的误差约为±5%〜±20%,电解电容误差更大,而且由于电子器件特性参数的分散性,任何严格的计算也不可能得到与实际完全相符的精确结果。 因此,过分苛求严密计算是不必要的。 2、等效的方法: 由于电子电路中含有非线性的电子器件,在一定条件下常常要将非线性电路转化为线性电路,再做进一步的定量估算,所以经常采用等效的方法。 3、图解的方法: 为了形象直观地分析全局,确定电子电路的工作状态或研究变化趋势,乂要在不破坏电了器件非线性特性的基础上,用作图的方法分析放大电路的工作原理和有关性能。 4、实验调整的方法: 对于实际的电子电路不能单纯靠理论分析看來解决问题,最后解决问题的决定性步骤是实验调整。 很显然,“模拟电子技术”课程所采用的“定性分析,定量估算,实验调整”相结合的分析方法,对初学者來说,是非常陌生的。 往往不习惯,不易掌握。 二、本课程具有不同于“电路基础”等课程一些特有的概念: 例如,电路基础课中基本上只讨论线性元件和电路,而“模拟电子技术”则主要与非线性元件打交道。 如果不加分析地搬用某些电路原理的分析方法(如欧姆定律)就会引起错误。 乂如,电路基础课屮对直流电路和交流电路是分开研究的,而低频电了线路都儿乎是交、直流共存于同一电路中,既自直流通路,乂有交流通路。 它们既互相联系,又互相区别。 这就带来了分析上的复杂性再如,电路基础课中对受控源的研究不很多,而“低频电子线路”中由于输出信号受输入的控制通常涉及受控源。 电路基础课小研究电路输出对于输入的以来关系,不涉及输出对输入的反作用,而实际的电子电路却儿乎都带这样那样的反馈,从而构成了学习上的乂一个难点。 三、“模拟电子技术”是一门实践性很强的课程。 实践环节和动手能力的培养在课程中占有重要地位。 课程学习成绩优劣的最终检验标准应该是将來在实际工作屮能否解决有关电子电路的实际问题。 如果只能头头是道地从理论上对各种电子电路的原理进行分析,而一遇到即使是最简单、最基本的具休电路也朿手无策,甚至不敢动手,这样并不能认为是符合要求的。 所以要强调实践环节,通过实验课和实践课,倡导理论联系实际的精神,提高电子技术方面的动手能力,培养严谍的科学作风。 四、电子技术是一门发展迅速、不断更新、应用广泛的学科,因而内容庞杂繁多。 具休表现在: 器件种类多,电路形式多,概念、方法多。 初学者普遍感到内容不够系统,往往心中无数。 对此。 如果不和应的改进学习方法,就难 以掌握要领。 怎样学习“模拟电子技术” x>怦 (发表于“赣江学院报”2006年第30期) 《模拟电子技术》是“带电”专业的一门重要的专业基础课。 其理论知识在电类专业屮占有重要的地位,更重要的是该课程是联系公共基础课与专业课的一个重要桥梁。 《低频电子线路》耍求我们应该掌握电子线路方而的基本理论、基本分析方法和基本技能;逐步培养我们发现问题、分析问题和解决问题的能力。 但初次接触这个课程,又感到基木概念、基木理论不易掌握,解题往往无从下手。 所以学习方法尤其重要,在此我有几点体会供大家分享。 1、多画图、画好图 多画图、画好图是学好模拟电了技术的第一步。 通过多画图,可将一些经典电路(如共发射极、共基极和共集电极放大电路,OTL.0CL功率放大电路,串联型稳压电源,集成运放基本应用和电容三点式振荡器等)熟记于脑中,做到脑屮有图。 通过画好图,可培养自已认真、一丝不苟的学习习惯。 2、会比较、找区别 会比较、找区别就是学会找一些基本电路他们之间的联系和区别。 如: 基本差分放大电路从形式上可以看成是由两个单管共射放大电路结合而成。 0CL、0TL功率放大电路屮一个釆用双电源供电一个采用单电源供电。 它们的工作原理也基本上相同。 OCL、OTL功率放大电路的技术指标的计算也很相似。 通过比较分析电路的特点从而更好的掌握它们的工作原理。 3、重认知、会应用 重认知就是重在对电路的理解,认知是应用的前提,认知有深有浅,认知越深,应用越好。 认知应该由浅入深,认知顺序是: 电路元件作用->电路特点一电路估算一电路的应用场合一元件参数对电路性能的影响一电路的改进。 4、抓主要、略次要 《电路分析》等课程要求进行严密的分析,而《模拟电子技术》课程抓主要略次要。 例如近似估算电压放大倍数。 抓主要略次要也是一种科学的方法,我们也应掌握好。 5、重实践,多动手 《模拟电子技术》是一门实践性很强的课程,如果不重视实践操作,是很难 学好这门课程的。 所以要多动手,多接触电子元器件及电子电路,学会挑选元器件、制作电子电路、调试及改进电子电路,以提高解决实际问题的能力。 第1章半导体器件 基本要求 1.理解普通二极管、稳压管的外特性,主要参数; 2.了解特殊用途的二极管; 3.掌握普通二极管、稳压管的PN结; 4.了解双极性三极管的外特性,重要参数; 5.掌握三极管的电流放大作用和工作状态的判断。 基本内容 1.半导体基础知识 半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 木征半导体是一种无杂质、晶体结完整的导体。 半导体冇热敏性、光敏性和杂敏性。 按所掺杂质元素的不同半导体和分为P型和N型半导体。 2.PN结的单向导电性 当PN结两端加正向电压,PN结的正向电阻很小,将形成较人的正向电流,此时,PN结处于导通状态;反Z,当PN结两端加反向电压,PN结的反向电阻很大,因而反向电流很小,PN结处于截止状态,所以PN结具冇单向导电特性。 3.半导体二极管 半导体•二极管是在一个PN结两端加上电极引线做成管心,并以管封装加固而成。 因此,单向导电性是半导体二极管最重要的特性。 4•二极管的伏安特性 二极管的伏安特性正向特性和反向特性,其中正向特性冇正向死区和正向导通区,反向特性有反向截止区和反向击穿区。 5.二极管的主要参数I,、Ur、Is 6.稳压二极管 稳压二极管是一种特殊的二极管,与一般的二极管不同的是,它的反向击穿电压较低,反向击穿特性很陡,击穿后除去反向电压乂能恢复正常,可利用它在反向击穿状态下的恒压特性进行稳压。 7.半导体三极管 半导体三极管又称品体三极管。 它有三个电极(基极、集电极、发射极)。 发射区与基区Z间的PN结称为发射结,集电区与基区Z间的PN结称为集电结。 晶体管按材料分有铭•管和硅管,按PN结组合方式分有PNP型和NPN型。 半导体三极管工作在放大状态时,通常在他的发射结加正向电压,集电结加反向电压。 正常工作时发射结正向压降变化不大,硅管约为0.7V,错管约为0.3VO 8.三极管的电流放大作用与电流分配关系 半导体三极管具有电流放大作用。 它是通过较小的基极电流的变化去控制较大的集电极电流的变化,即基极的电流控制作用。 因此,半导体三极管是一种电流控制型器件。 三极管在放大状态时的电流分配关系为: -=i8+icQ0% 9.三极管的特性曲线和三种工作状态 输入特性曲线类似于二极管的正向特性,也存在死区电压及发射结正向压降,半导体管的输入特性是非线性的。 通常把输出特性曲线分为截止、饱和、放大三个工作区来分析半导体的工作状态。 发射结和集电结均处于反向偏置时,半导体三极管处于截止状态;当反射结和集电结均处于正向偏置时,半导体三极管处于饱和状态;当发射结正向偏置,集电结反向偏置知,半导休三极管处于放大状态。 在放大区内,「=04,存在电流放大作用,集电极电流「仅受4的控制, 与卩吐无关,这时可以把三极管视为一个受基极电流匚控制的受控电流源。 例题解析 例题1.1判断下图1.1所示电路中二极管是否导通,并求A、B两端的电 压值。 设二极管正向压降件ys 19kO 6V-T- qB 图1.1 解二极管断开时,^^x6=0.3V<0.7V,将二极管接通后由于 设二极管正向压降为0.7Vo 图1.2 解: 二极管断开吋,Ug ■: 严4X0.7V,将二极管接通后由于 Uab=x6=0.3V+0.3=3.3V>0.7V,故二极管导通,此时UAB=0.7-3= -2.3VO 例题1.3将两个半导体二极管背靠背连接起来,时候能构成一个半导体三极管,为什么? 解: 不能。 以NPN半导体为例,虽三极管从结构上可以看成是两个背靠背 渡越时间很短,只有极少部分复合掉。 如把两个二极管背靠背连接起来时,少数载流子由一个二极管的负极到达其正极,述来不及到达另一个二极管的负极便全部复合掉,因而其电流放大系数将等于零,所以,不具备三极管放大作用这个基本功能。 例题1.4某位操作者手头有同种型号二极管三只,测得的数据如下表所示,问哪个管子性能好? 乙 100mA 2uA 200V 丙 50mA 6uA 80V 解: 乙管的性能最好,因为它耐压高,反压电流小,正向电压相同情况下,乙管止向电阻最小。 自测习题 1.1、判断下列说法是否正确,用“和“X”表示判断结果填入空内。 (1)在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改为P型半导体。 () (2)当二极管正偏时,其阳极接电源的正极。 () (3)二极管的导通电压因材料不同而不同。 () (4)特殊二极管不具有单向导电性。 () 1.2、选择题 (1)N型半导体的多数载流子是() A.电子B.空穴C.正离子D.负离子 (2)P型半导体小掺入的杂质的化合价为() A.+2B.+3C.+4D.+5 (3)在某种纯净的半导体中掺入以卞杂质可以形成N型半导体。 () A.含四价元索的杂质B.含空穴的杂质 C.三价元素镣D.五价元素磷 (4)稳压管的稳压区是其工作在() A.正向导通B.反向截止C.反向击穿D.正向死区 (5)当温度升高时,二极管的反向饱和电流将() A.增大B.减小C.不变D.不定 (6)工作在放大区的某三极管,当IB从20uA增大到40uA时,Ic从1mA变为2mA, 则它的B值约为()。 A.10B.50C.80D.100 (7)用直流电压表测得放大电路中某半导体管三个电极1,2,3的电位各为 t/j=2V,t/2=6V,f/3=2.7V,则()o A.1为E,2为B,3为CB.1为E,2为C,3为BC.1为B,2为E,3 为C (8)对放大电路中的三极管测量,各极对地的电压为q=2・7V,U2=2V,U3 二6V,则该管为()o A.Si材料NPN管B.Ge材料NPN管C.Ge材料PNP管D.Si材料PNP管 (9)品体三极管工作在放大区吋,具有的特点()。 A.发射结反偏集电结反偏B.发射结反偏集电结正偏 C.发射结正偏集电结正偏D.发射结正偏集电结反偏 (10)设某三极管工作在饱和状态,则它的三个电极间的电压关系正确的是()。 A. \U8E\^\UCE\B.\U8E\^\UCE\ 1.3、解答题 (1)欲使二极管具有良好的单向导电性,管子的正向电阻和反向电阻分别为人一些好,还是小一些好? 出输出波形。 图1.3 (3)二极管电路如下图1.4所示,判断图中各二极管是导通还是截止,并求出 A0两端电压UAB.设二极管是理想的。 VD VD 4 12V 图1.5 (5)假设一个二极管在50°C时的反向电流为10UA,试问它在20°C和80°C时的反向电流大约分别为多大? 已知温度每升高10°C,反向电流大致增加一倍。 (6)在晶体管放大电路中测得三个晶体管的各个电极的电位如图1.6所示。 试判断各品体管的类型(是PNP管述是NPN管,是硅管述是错管),并区分E、B、C三个电极。 图1.6 (7)测得某放大电路半导体晶体管的三个电极A、B、C的对地电位分别为匕二9V, Ub二&,C7c=6.2V,试分析A、B、C中哪个是基极B、发射极E、集电极C,并说明该半导体三极管是NPN管还是PNP管。 (8)某放大电路屮半导休三极管三个电极1、2、3的电流如下图1・7所示,用万 用表直流电流档测得人二-2mA,/2-0.04mA,/3-+2.04mA, 1分析1、2、3中哪个是基极B、发射极E、集电极C; 2 说明此管是NPN管述是PNP管; 图1.7 (9)测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图1.8所示。 在岡圈中画出管了,并分别说明它们是硅管还是错管。 图1.8 基本放大电路 基本要求 1. 2. 3. 4 5 6 第章 ■—■4 十X<1、 掌握放人电路的组成原理及工作原理,了解放人电路的一些基木概念;掌握放大电路的图解分析法和微变等效电路分析法;掌握三种基本组态放大电路的静态和动态分析及其他们的特点;了解放大电路的失真,并掌握改进措施;了解多级放大电路的级间耦合; 理解差分放大电路抑制零点漂移的原理 基本内容 1・放大电路的基本概念 将微弱的电信号(电压、电流、功率)增强,以满足负载需进的电路称为放大电路。 晶体管低频放大电路有共发射极、共集电极、共基极三种组态。 常用的小信号低频交流放大电路多采用共发射极法。 对于共发射极接法基本交流放大电路,交流信号从基极输入,集电极输出,发射极是输入输出的公共端。 在这种电路屮,以公共端作为零电位参考点,因此,必须画出接“地”符号。 +ucc是对“地”的电位,也是该端与“地”Z间的电压。 放大交流信号时,输入端和输出端接有耦合电容q和c? 其作用是隔断直流通过交流。 因此,他们的容抗对交流信号一般很小,其上交流电压降可以忽略不计,可看成短路。 但是耦合电容上有直流电压,连接时要使电容器两端所加电压的极性和它本身的极性一致。 2•放大电路的静态分析 静态是放大电路没有输入信号时的工作状态。 静态分析是要确定放大电路的静态工作点Q值,即,Ic,Ib,Uce,%。 静态Q值是直流,故可用放大电路的直流通路来确定。 画直流通路时,电路小的电容器可视为开路。 用图解法也可以确立静态值,其一般步骤: 给出晶体管的输岀特性曲线一作直流负载线一由直流通路通过估算法求出偏置电流厶一作图得出合适的静态工作点找出对应的静态Q值。 3.放大电路的动态分析 动态是当放大电路有输入信号时的工作状态。 动态分析时在静态值确定后分析电压电流交流分量的传输情况,并计算电压放大倍数等。 动态分析使用的方法是微变等效电路法,用它來计算电路的电压放大倍数九、输入电阻尺和输出电阻等异 共发射极、共集电极和共基极三种基木放大喙路的性能各自特点,因而决定了它们在电路中不同的应用。 因此,在构成实际放人屯路吋,应根据要求合理选择电路,并适当进行组合,取长补短,以使放大电路的综合性能达到最佳。 4.直流放大电路 用来放大变化缓慢的信号或直流变化量的放大电路称为直流放大电路.直流放大电路既可以放大直流信号,也可以放大交流信号。 直流放人屯路级间采用直接耦合方式,因此,存在前后级静态工作点相互影响和零点漂移两个主要问题。 解决前后级静态工作点相互影响问题的主要措施是,提高后一级品体管发射极电位(对PNP管应降低)。 而解决零点漂移问题则常采用差动放大电路。 5.零点漂移 直流放人屯路输入信号为零吋(输入端对地短路)。 输出电压偏离其起始值的现象称为零点漂移,(简称零漂)。 造成零点漂移的原因是晶体管参数Go、5、随温度变化而变化,电源电压的波动,电路元件的老化等引起晶体管工作点发生变化等煤气中温度变化是产生零点漂移的主要原因。 采用热敏电阻进行温度补偿町以抑制零漂,但由于热敏电阻的温度特性不可能与晶体管的温度特性完全一致,所以很难获得满意的效果。 实际应用小常采用差动放人电路来抑制零点漂移。 6.并动放大电路 由于差动放人屯路具有很高的共模抑制比,因而广泛地应用于模拟集成电路中。 一般温度变化引起的工作点不稳定,以及电路元件参数误差造成的放大特性的变化等,都可以看做是一种共模信号。 差动放大电路对上述变化有良好的适应性,能保持工作状态和放大特性有较高的稳加度。 与单管放大电路相比,茅动放大电路还有另两个特点: 其一是在输入信号较小吋屯流与电压之间有很好的线性关系; 其二是当输入信号较大时,有很好的限幅特性。 对于差动放大电路的分析计算可采用所谓“半电路法”。 半电路法是将差动放大电路的两管的公共发射极反馈元件视为短路,将电路分为两半,每一半按单管电路来分析。 差动放人电路的输入端,有单端和双端两种输入方式;其输出端,有单端和双端两种输出方式。 电路的放人倍数只与输出方式有关,而与输入方式无关。 双端输出的电压放大倍数与单管电压放大倍数相同,单端输出时放大倍数减半o 差动放大电路的差模放大特性和共模放大特性的分析应注意以下问题: (1)对于差模输入信号的大小,一边(单个管)的并模输入电压在数值上是整个放人电路(两个管)差模输入屯压的一半。 而对于共模输入信号的人小,一边的共模输入电压和整个放大电路共模输入电压则是指的是同一个数。 (2)对于差模输入电阻的数值,一边的差模输入电阻是整个放大电路(两边看进去)差模输入电阻的一半。 .而对于共模输入电阻,则一边的共模输入电阻和整个放大电路的共模输入电阻都是指的同一数值,取一边的输入电阻值•放大电路两管发射极所接公共电阻,不影响差模输入电阻,但对于共模输入电阻[Jill应焙仔亏佐出丿in大——信來彳+耸 '(3〕对于羞动放大电路的穆模输出电压,双端输出是单端输出的两倍;而对于共模输出电压,双端输出一般比单端输出小得多.在电路两边完全对称的情况下,双端输出的共模输出电压为零.当电路丙边有微小的不对称时,差模输出屯压和单端共模输出电压变化都不人.但双端输出时,共模输出屯压将随不对称的程度不同而发生很大的变化。 例题解析 例题2.1判断三极管组成电路电路能不能对输入的交流信号进行正常放大应注意的问题。 答: ①判断三极管是否满足发射结正偏、集电结反偏的条件,具备合适的静态工作点。 对NPN型晶体管构成的电路,集电极电源5(•的正极接集电极C,负极接“地”;对PNP型晶体管构成的电路,集电极电源t/g的负极接集电极C, 正极接“地”。 2判断有无完善的直流通路。 3判断有无完善的交流通路。 4在前三步判断得到肯定的结果时,再根据电路给出的参数计算,判断三极管是否工作在放人区。 例题2.2某三极管的输出特性曲线如下图2.1所示。 求三极管的电流放大倍数B、穿透电流Icbo、反向击穿电压U{RR}CE0集电极最大电流/cm。 解: AZfi=60uA-40uA=0.02mAo从图上可以看岀对应的ZVC=2.9mA-1.9mA=lmA AIC 瓦 =50 由公式比二0厶+可知, 当人二0时,乙=【CEO, 由图屮可以看岀厶二0的那条输出曲线所对应的集电极电流为10uA,故 1cbo一10UA。 U{BR)CEO为棊极开路(厶二0时)、集电极与发射极之间的击穿电压。 从厶二0的那条曲 线可以看出,UCE>50V时/c迅速增大,所以U(br)ceo为50V。 例题2.3当输入电压为正弦交流波时,分析下图2.2各电路是否具有电压放 大作用? 什么? Ci +°_I\~ Uo Rc C2匚+ Uo °+Ucc (b) 图2.2 解: (a)(b)均没有电压放人作用。 Q)电路中,静态情况下发射结无正向偏置,电路没有合适的静态工作点,不具备放大作用。 (b)电路中,电容器有隔直流作用,不能保证集电结反偏,故也不具备 放人作用。 例题2.4在下图2.3固定偏置放大电路屮,三极管的输出特性及交直流负载线如图所示,求: ①电源电压Ucc,静态电流厶、乙和管压降"ce的值。 ②电阻心、心的值。 解: ①由图解法知,直流负载线与输出特性横坐标的交点的电压值即是“CE值的人小。 由图可得«20HA,Uy=6Vo由Q点分别向横、纵轴作垂线,得Ic=lmA,Uce=37。 ②由真流通路基极冋路得: Rb=^==300x103QRc==3kn IR20xIO-6A/c 例题2.5电路如下图2.4所示,已知t/cc=12v,弘二20kQ,他2=60kQ, R°=2kG,R(=3kG,设P=50,UBEQ=0.7V。 1佔算静态工作点,bq、Icq、ceq 2 画出图一的微变等效电路③写出免、出、心计算表达式。 解: ①rti该屯路的直流通路分析得: U必产—————Ucc°心+心 7Ueq-%q %~Re IJ-I] ]〜I〜UBQUBEQ*Q~1eq~Re Uceq"cc—Icq(Rc+叮%吟 彳弋入数据计算得Icq=厶。 二1•1
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