电子电路基础模电北京邮电大学林家儒第2版书后习题全解答.docx
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电子电路基础模电北京邮电大学林家儒第2版书后习题全解答
第一章思考题与习题
1.1.半导体材料都有哪些特性?
为什么电子有源器件都是由半导体材料制成的?
1.2.为什么二极管具有单向导电特性?
如何用万用表判断二极管的好坏?
1.3.为什么不能将两个二极管背靠背地连接起来构成一个三极管?
1.4.二极管的交、直流等效电阻有何区别?
它们与通常电阻有什么不同?
1.5.三极管的放大原理是什么?
三极管为什么存在不同的工作状态?
1.6.
如图P1-1(a)所示的三极管电路,它与图P1-1(b)所示的二极管有何异同?
1.7.稳压二极管为何能够稳定电压?
1.8.
三极管的交、直流放大倍数有何区别?
共射和共基电流放大倍数的关系是什么?
1.9.三极管的输入特性和输出特性各是什么?
1.10.如图P1-2所示,设IS=10-11A,UT=26mV,试计算ui=0,0.3V,0.5V,0.7V时电流I的值,以及ui=0.7V时二极管的直流和交流等效电阻。
解:
由I=IS*(exp(Ui/UT)-1)
当Ui=0时,I=0;
当Ui=0.3V时,I=1.026×10-6A;
当Ui=0.5V时,I=2.248×10-3A;
当Ui=0.7V时,I=4.927A;
直流等效电阻R=Ui/I=0.7V/4.927A=0.142Ω
∵exp(Ui/UT)>>1
∴交流等效电阻Rd=26/I=26/4927=5.277×10-3
Ω
1.11.
电路如图P1-3所示,二极管导通电压UD=0.7V,UT=26mV,电源U=3.3V,电阻R=1kΩ,电容C对交流信号可视为短路;输入电压ui为正弦波,有效值为10mV。
试问二极管中流过的交流电流有效值为多少?
解:
U=3.3V>>100mV,
I=(U-UD)/R=(3.3-0.7)/1k=2.6mA
交流等效电阻:
Rd=26/I=10Ω
交流电流有效值:
Id=Ui/Rd=1mA
1.12.
图P1-4(a)是由二极管D1、D2组成的电路,二极管的导通电压UD=0.3V、反向击穿电压足够大,设电路的输入电压u1和u1如图P1-4(b)所示,试画出输出uo的波形。
解:
1.13.
P1-5
R
+
-
uo
D2
D1
D3
D4
uo
t
如图P1-5所示电路,设二极管为理想二极管(导通电压UD=0,击穿电压UBR=∞),试画出输出uo的波形。
解:
1.14.如图P1-6所示电路,设稳压二极管导通电压UD=0.7V,D1稳压值UZ1=6.3V,D2稳压值UZ2=3.3V,试计算:
1.当输入电压Ui=12V时,输出Uo的值。
2.当输入电压Ui=6V时,输出Uo的值。
3.当输入电压Ui=3V时,输出Uo的值。
图P1-6
Uo
+
R
D1
D2
+
Ui
Uo
+
R
D1
D2
+
Ui
Uo
+
R
D1
D2
+
Ui
R
D1
+
Ui
Uo
+
D2
(a)
(d)
(c)
(b)
解:
(a)1.D2反向导通,D1正向导通,Uo=UZ2+UD=4V
2.Uo=UZ2+UD=4V
3.Ui=3V时,D2反向不导通,Uo=3V
(b)1.D1、D2均反向导通,Uo=UZ2+UZ1=9.6V
2.反向不导通,Uo=6V
3.Uo=3V
(c)1.D1、D2均正向导通,Uo=UD+UD=1.4V
2.Uo=UD+UD=1.4V
3.Uo=UD+UD=1.4V
(d)1.D2反向导通,D1不导通,Uo=3.3V
2.D2反向导通,D1不导通,Uo=3.3V
3.D1、D2均不导通,Uo=3V
图P1-7(a)
ui
t
(ms)
0
6V
-6V
uo
+
R
D1
D2
+
ui
图P1-7(b)
t
(ms)
0
4V
-4V
uo
如图P1-7(a)所示电路,设稳压二极管导通电压UD=0.7V,稳压值UZ=3.3V,输入电压波形如图P1-7(b)所示,试画出输出uo的波形。
解:
1.15.
根据图P1-8各电路中所测的电压值判断三极管的工作状态(放大、饱和、截止和损坏)。
解:
(a)发射极正偏压,集电极反偏压,IC不为零,是放大状态;
(b)发射极正偏压,集电极正偏压0.4V,为饱和状态;
(c)发射极正偏压,集电极反偏压,IC为零,而IE和IB不为零,损坏状态;
(d)发射极正偏压,集电极反偏压,但IC和IB为零,损坏状态;
(e)发射极无偏压,集电极反偏压,为截止状态;
(f)发射极正偏压,集电极反偏压,为放大状态。
1.16.
某三极管的输出特性曲线如图P1-9所示,试确定该三极管的直流和交流放大倍数。
解:
直流放大倍数=IC/IB=100
交流放大倍数=iC/iB=100
1.17.根据图P1-10电路中所测的电压值,试分别计算三极管的基极电流IB、集电极电流IC和放大倍数β值。
2k
2V
43k
0.7V
6V
12V
5k
-3V
Rb
-1.7V
-5V
-10V
1k
-1.01V
(a)
(b)
图P1-10
解:
(a)IB=(2-0.7)V/43K=30uA
IC=(12-6)/2=3mA
β=IC/IB=100
(b)IE=(0+1.01)/1=1.01mA
IC=(-5+10)/5=1mA
β=IC/IB=IC/(IE–IC)=100
第二章思考题与习题
2.1什么是放大?
电子电路中为什么要放大?
2.2什么是共射、共基、共集放大电路?
它们之间有何不同?
2.3什么是直流等效电路?
什么是交流等效电路?
二者有何区别?
2.4什么是放大电路的图解分析法?
什么是等效电路分析法?
它们各适用何种情况?
2.5放大电路的分析原则是什么?
为什么必须先分析放大电路的静态工作特性?
2.6放大电路的为什么要设置静态工作点?
它对放大电路的特性有何影响?
2.7什么是直流负载线?
什么是交流负载线?
二者有何区别?
2.8什么是直接耦合放大电路?
什么是阻容耦合放大电路?
它们各有什么特点?
2.9什么是截止失真?
什么是饱和失真?
主要原因是什么?
2.10
图P2-1(a)
图P2-1(b)
~
+
-
uS
RE
12V
RS
Rb2
Rb3
+
-
uo
RC
CE
C1
C2
Rb1
0
uCE
(V)
iC(mA)
40uA
3
iB=0
20uA
60uA
80uA
6
9
12
2
4
6
8
Q1
Q2
图图P2-1(a)所示电路(β值、各电容足够大),当Rb1=15.6kΩ、Rb2=5kΩ、Rb3=3.4kΩ、RE=500Ω、RC=2.5kΩ时,其工作点如图P2-1(b)中Q1所示,如何调整Rb1和RC使工作点由Q1变到Q2,调整后的Rb1和RC各为多少?
解:
Q2:
UEQ=RE*IE=500Ω*4mA=2V
UBQ=UEQ+0.7V=2.7V
UBQ=12V*Rb3/(Rb1+Rb2+Rb3)=3.4*12/(Rb1+5+3.4)=2.7V
故Rb1=6.7kΩ
又UCEQ=6V=12-4*(RC+0.5)
得RC=1(KΩ)
2.11基本阻容耦合放大电路及三极管输出特性曲线如图P2-2所示,三极管发射极的导通电压UD=0.7V、β=100,VCC=12V,Rb=282k,RC=RL=1.5k,各电容值足够大,试计算工作点、画出直、交流负载线。
解:
IBQ=(VCC-UBE)/RB=(12-0.7)/282k=40uA
ICQ=β*IBQ=4mA
UCEQ=VCC-ICQ*RC=12–4*1.5=6V
直流负载线:
UCE=VCC-IC*RC
交流负载R'L=RC‖RL=1.5/2=750Ω
交流负载线:
uCE=UCEQ+ICQ*R'L-iC*R'L
如图,斜率大的为交流负载线。
图P2-2
(a)
(b)
+
-
ui
~
uo
RC
+
-
Rb
VCC
RL
C1
C2
0
uCE
(V)
iC(mA)
40uA
3
iB=0
20uA
60uA
80uA
6
9
12
2
4
6
8
Q
2.12如图P2-3(a)所示的电路,试问
1.如果观测到的输出电压波形如图(b)所示,则该失真为何种失真?
主要由何种原因造成的?
如何调整Rb1来解决?
2.如果观测到的输出电压波形如图(c)所示,则该失真为何种失真?
主要由何种原因造成的?
如何调整Rb1来解决?
解:
图(b)中电压顶部削平,相当于电流底部削平,是截止失真。
原因是静态工作点太低,应增大IB,即减小Rb1;
图(c)中电压底部削平,相当于电流顶部削平,是饱和失真。
原因是静态工作点太高,应减小IB,即增大Rb1;
+
-
ui
~
uo
RC
+
-
Rb
VCC
C1
C2
VBB
图P2-4(a)
-0.11V
0
t
0.11V
ui
图P2-4(b)
2.13设如图P2-4(a)所示的放大电路,Rb=200kΩ,RC=2kΩ,UD=0.7V,β=100,VCC=12V,VBB=2.7V,各电容值足够大,输入、输出特性曲线分别如图P2-4(c)、(d)所示,试
1.计算印静态工作点,画出负载线
2.画出中频交流等效电路
3.设输入电压ui如图P2-4(b)所示,试用图解法画出输出uo的波形
4.输出主要产生何种失真,如何改善
+
-
ui
~
uo
RC
+
-
Rb
解:
1.IBQ=(VBB-UBQ)/Rb=(2.7-0.7)/2=10uA
ICQ=β*IBQ=1mA
UCEQ=VCC-ICQ*RC=12–1*2=10V
2.中频交流等效电路
3.
4.输出主要产生截止失真,
应增大静态工作电流IBQ,即增大VBB,或减小Rb。
2.14设在图P2-5(a)所示电路中,三极管的输出特性曲线如P2-5(b)所示,RS=500Ω,Rb1=9.3k,Rb2=2.7k,rbb'=100Ω,VCC=12V,RE1=100Ω,RE=400Ω,RC=1.5k;三极管的导通电压UD=0.7V、β=100。
试
1.计算静态工作点、画出直、交流负载线。
2.画出该电路的h参数等效电路
3.计算电压放大倍数Au、源电压放大倍数AS、输入电阻Ri、输出电阻Ro
图P2-5(a)
图P2-5(b)
~
+
-
uS
RE1
VCC
RL
RS
Rb1
Rb2
+
-
uo
RC
C1
C2
CE
RE2
0
uCE
(V)
iC(mA)
40uA
3
iB=0
20uA
60uA
80uA
6
9
12
2
4
6
8
Q
解:
1.UBQ=VCC*Rb2/(Rb1+Rb2)=12*2.7/(9.3+2.7)=2.7V
UEQ=UBQ-UBEQ=2V
ICQ≈IEQ=UEQ/(RE1+RE2)=2/(100+400)=4mA
IBQ=ICQ/β=40uA
UCEQ=VCC-ICQ*RC-UEQ=12-4*1.5-2=4V
直流负载线:
UCE=VCC-IC*(RE1+RE2+RC)
交流负载R'L=RC+RE1=1.5+0.1=1.6kΩ
交流负载线:
uCE=UCEQ+ICQ*R'L-iC*R'L
如图,斜率大的为交流负载线。
~
+
-
uS
Rb
RC
iB
βiB
rbe
RS
uo
+
-
Ri
Ro
iC
i1
RE1
ui
-
+
2.h参数等效电路
3.Rb=Rb1||Rb2=9.3||2.7≈2.09kΩ
rbe=rbb'+26/IBQ=100+26/0.04=750Ω
Ri=Rb||{rbe+(1+β)RE1}=2.09||{0.75+101*0.1}=1.75kΩ
Ro=RC=1.5k
Au=uo/ui=-βRC/[rbe+(1+β)RE1]=-100*1.5/10.85≈-13.8
ui=uS*Ri/(Rs+Ri)
图P2-6
-
~
+
-
ui
uo
RC
+
Rb1
Rb2
VCC
RL
AS=uo/uS=uo/ui*ui/uS=Au*Ri/(Rs+Ri)=-13.8*1.75/(0.5+1.75)=-10.75
2.15在图图P2-6所示的直接耦合
放大电路中,三极管发射极的导通
电压UD=0.7V、β=100,rbb'=100Ω,
VCC=12V,Rb1=15.91k,Rb2=1kΩ,
RC=4kΩ,RL=12kΩ,试
1.计算静态工作点
2.画出该电路的h参数等效电路
3.计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri、
输出电阻Ro
解:
1.UBEQ=UD=0.7V
IBQ=(VCC-UBEQ)/Rb1-UBEQ/Rb2=(12-0.7)/15.91-0.7/1=10uA
ICQ=IBQ*β=1mA
UCEQ=VCC-ICQ*RC=6V
2.h参数等效电路
3.rbe=rbb'+26/IBQ=100+26/0.01=2700Ω
Au=uo/ui=-β(RC‖RL)/rbe=100*3/2.7≈-111
Ri=rbe‖Rb1=2.7‖15.91≈2.3kΩ
Ro=RC=4kΩ
图P2-7
-
~
+
-
ui
uo
RE
+
Rb1
Rb2
VCC
RL
2.16##在图图P2-7所示的直接耦合共集放大电路中,三极管发射极的导通电压UD=0.7V、β=99,Rbb'=100Ω,VCC=12V,Rb1=4k,Rb2=5kΩ,RE=100Ω,RL=1.4k,试
1.计算静态工作点
2.画出该电路的h参数等效电路
3.计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri、
输出电阻Ro
解:
1.UBEQ=UD=0.7V
UB=(VCC-UBEQ)/(Rb2/(Rb1+Rb2))
=(12-0.7)/(12.6/(10+12.6))≈6.7V
IEQ=(UB-UBEQ)/(RE+RL)=4mA
IBQ=IEQ/(1+β)=4/(1+99)=0.04mA
UCEQ=VCC-IEQ*(RE+RL)=12-4*1.5=6V
βiB
~
+
-
uS
Rb1
iB
rbe
Rb2
ui
-
+
uo
-
+
Ri
Ro
iE
i1
RL
RE
2.h参数等效电路
3.rbe=rbb'+26/IBQ=100+26/0.04=750Ω
Ri=Rb1‖[rbe+(1+β)*(RL+RE)]=10‖(0.75+100*1.5)=9.38kΩ
Au=uo/ui=(1+β)*RL/[rbe+(1+β)*(RL+RE)]=101*1.4/(0.75+100*1.5)
=0.93
Ro=RE+(rbe+Rb1‖Rb2)/(1+β)=0.1+(0.75+4‖5)/100≈130Ω
2.17
图P2-8
~
+
-
uS
RE
+
-
VCC
C2
RL
C1
RS
Rb
uo
图P2-8所示的阻容耦合共集放大电路中,VCC=12V,RS=1kΩ,Rb=530kΩ,RE=RL=6kΩ;三极管的导通电压UD=0.7V,rbb'=400Ω,β=99。
试
1.计算静态工作点
2.画出该电路的h参数等效电路
3.计算电压放大倍数Au、源电压放大倍数AS、输入电阻Ri、输出电阻Ro
解:
1.VCC=IBQ*RB+UBEQ+(1+β)*IBQ*RE
IBQ=(Vcc-UBEQ)/{RB+(1+β)RE}=(12-0.7)/(100*6+530)=10uA
IEQ=IBQ*(β+1)≈1mA
UCEQ=VCC-IEQ*RE=12-1*6=6V
βiB
~
+
-
uS
Rb
RE
iB
rbe
RS
ui
-
+
uo
-
+
Ri
Ro
RL
2.h参数等效电路
3.rbe=rbb'+26/IBQ=400+26/0.01=3kΩ
R'i=rbe+(1+β)*(RL‖RE)=3+100*(6‖6)=303kΩ
Ri=Rb||R'i=530||303kΩ≈193kΩ
Au=uo/ui=(1+β)*(RL‖RE)/R'i=100*3/303=0.99
As=uo/uS=uo/ui*ui/uS=Au*Ri/(RS+Ri)=0.99*193/(1+193)=0.985
Ro=RE||(rbe+Rb‖RS)/(1+β)=6||(3+530‖1)/101≈40Ω
2.18图P2-9所示的共基放大电路中,VCC=12V,稳压管D1的稳压值UZ1=3V,D2的稳压值UZ2=3.9V,设稳压管的交流等效电阻为0,RE=200Ω,RC=3kΩ,rbe=1.3kΩ,β=100。
试
1.计算静态工作点
2.画出该电路的h参数等效电路
3.计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro
图P2-9
RE
+
-
ui
~
D2
uo
+
-
VCC
RC
R1
D1
R2
解:
1.UBQ=UZ2=3.9V
UEQ=UBQ-UBEQ=3.2V
IEQ=(UEQ-UZ1)/RE
=(3.2-3)/0.2=1mA
IBQ≈IEQ/β=10uA
UCQ=VCC-ICQ*RC≈12-1*3=9V
UCEQ=UCQ-UEQ=9-3.2=5.8V
+
-
uo
RC
iE
βiB
rbe
iC
RE
ui
-
+
Ri
Ro
iB
2.h参数等效电路
3.reb=rbe/(1+β)=1.3/101=12.9Ω
Ri=RE+reb=212.9Ω
Ro=RC=3kΩ
Au=uo/ui=β*RC/[rbe+(1+β)*RE]=100*3000/[1.3+101*212.9]≈14
第三章思考题与习题
3.1.什么是低通电路?
什么是高通电路?
如何用波特图来描述它们的频率特性?
3.2.三极管的高频放大倍数下降的原因是什么?
3.3.什么是三极管的截止频率?
什么是三极管特征频率?
二者有何关系?
3.4.高频混合π等效电路各参数的物理意义是什么?
它们与三极管的工作电压、电流有何关系?
3.5.
图P3-1
-
~
+
-
uS
uo
RC
+
Rb1
Rb2
VCC
影响放大电路的高频特性的因素是什么?
影响放大电路的低频特性的因素是什么?
3.6.放大电路如图P3-1所示,设三极管VT的rbb’=100Ω、β0=100、fβ=4.5MHz、Cob=3pF、导通电压UD=0.7V,VCC=12V,Rb1=15.69kΩ、Rb2=1kΩ、RC=3kΩ,试
1.计算静态点
2.画出单向化后高频混合π等效电路
3.计算该电路的频率特性、画出波特图
解:
1.IBQ=(VCC-UD)/Rb1-UD*Rb2=(12-0.7)/15.69-0.7=20uA
ICQ=β0*IBQ=2mA
UCEQ=VCC-ICQ*RC=12-2*3=6V
2.gm=ICQ/26=0.077S
rb'e=26β0/ICQ=2600/2=1300Ω
rbe=rb'e+rbb'=1400Ω
略去UCEQ对Cb'c的影响得Cb'c=Cob=3pF
Cb'e=gm/2πβ0*fβ-Cb'c=770/2π*4.5-3=24.23pF
CM=(1+gm*RC)*Cb'c=(1+0.077*3000)*3=695pF
iC
Rb1
RC
~
+
-
uS
Rb2
uo
-
+
rb'e
Cb'e
+
ub'e
-
gmub'e
CM
ui
+
-
rbb'
Ri
R'
单向化后高频混合π等效电路
3.Ri=Rb1//rbe=15.69//1.4=1.285kΩ
Ausm=uo/uS=uo/ui*ui/uS=-Ri/(Rb1+Ri)β0*RC/rbe
=-1.285100*3/1.4/2.285=-120
R'=rb'e//(rbb'+Rb1//Rb2)=1.3//(0.1+1||15.69)=578Ω
fH=1/2πR'(Cb'e+CM)=383kHz
fH
180︒
135︒
f
φ
fH
10fH
0.1fH
90︒
0
f
20lg|AuS|(dB)
-20dB/十倍频
41.6
AuS=Ausm/(1+jf/fH)
3.7.
-
RB
+
RS
~
+
-
uS
RC
VCC
C
RL
uo
图P3-2
放大电路如图P3-2所示,设三极管的rbb’=100Ω、rb'e=1.3kΩ、C'=Cb'e+CM=240pF、β0=100导通电压UD=0.7V,VCC=12V,C=10uF,RB=15.69kΩ,RS=1kΩ,RC=RL=3kΩ,试
1.计算静态点
2.画出该电路的单向化后
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