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模拟电子线路习题习题答案
第一章
1.1在一本征硅中,掺入施主杂质,其浓度Nd=21014cm3。
P型或N型。
(1)求室温300K时自由电子和空穴的热平衡浓度值,并说明半导体为
(2若再掺入受主杂质,其浓度Na=31014cm3,重复
(1)。
(3)若ND=NA=1015cm3,,重复
(1)。
(4)若ND=1016cm3
,NA=1014cm3,重复
(1)。
解:
(1)已知本征硅室温时热平衡载流子浓度值ni=1.51010
cm3,施主杂质
14310
ND=210cm>>ni=1.510
cm
3,所以可得多子自由浓度为
143
n0ND=210cm
少子空穴浓度
2
卩0=^—=1.125106cm3n。
该半导体为N型。
(2)因为NaNd=11014cm
3
>>ni
,所以多子空穴浓度
p011014cm3
少子电子浓度
2
n0=—=2.25106cm
P0
该半导体为P型。
(3)因为Na=Nd,所以
103
p0=n0=ni=1.510cm
该半导体为本征半导体。
(4)因为NdNa=10161014=991014(cm3)>>ni,所以,多子自由电子浓度
143
n0=9910cm
空穴浓度
210、2
m(1.510)4/3、
P0=一=厂=2.2710(cm)
n09910
该导体为N型。
1.3二极管电路如图1.3所示。
已知直流电源电压为6V,二极管直流管压降为0.7V。
(1)试求流过二极管的直流电流。
(2)二极管的直流电阻Rd和交流电阻上各为多少?
6V
100
图1.3
解:
(1)流过二极管的直流电流也就是图1.3的回路电流,即
Rd=
60.7
100
A=53mA
0.7V
53103A
=13.2
Ut26103V
rD==3=0.49
Id5310A
1.4二极管电路如题图
1.4所示。
(1)设二极管为理想二极管,试问流过负载Rl的电流为多少?
UD(on)0.7V,试问流过负
(2)设二极管可看作是恒压降模型,并设二极管的导通电压
载Rl的电流是多少?
(3)设二极管可看作是折线模型,并设二极管的门限电压
UD(on)0.7V,rDon
20,
试冋流过负载的电流是多少?
(4)将电源电压反接时,流过负载电阻的电流是多少?
(5)
Rl
增加电源电压E,其他参数不变时,二极管的交流电阻怎样变化?
10VD
题图1.4
解:
(1)I
Rl
100mA
(2)I
E
UD(on)
94mA
Rl
(3)I
E
UD(on)
78.3mA
Rl
Rd
(4)IIs或10
(5)E增加,直流电流Id增加,交流电阻Ut下降。
ID
1.6在图1.6所示各电路中,设二极管均为理想二极管。
试判断各二极管是否导通,并求U。
的值。
<□)(fr)[cl
题图1.6
解:
⑴在图(a)中,V2导通,Vi截止,Uo=5V。
⑵在图(b)中,Vi导通,V2截止,Uo=0V。
⑶在图(c)中,Vi、V2均导通,此时有
ER4
Ri(R2//R3)R4
62
4(1//0.051)2
1.984V
1.7二极管限幅电路如图1.7(a)、(b)所示。
将二极管等效为恒压降模型,且UD(on)=0.7V。
若Ui=5sin3t(V),试画出U0的波形。
题图1.7
解:
(1)在图(a)中:
当Ui>—2.7V时,V管截止,閃=一2V;当ui<一2.7V时,V管导
通,U0=ui。
当ui=5sin®t(V)时,对应的U0波形如图答图1.7(a)所示。
⑵在图(b)中:
当u>1.3V时,V管截止,u0=ui;当ui<1.3V时,V管导通,u°=2V。
其相应波形如答图1.7(b)所示。
答图1.7
1.9在题图1.9(a)所示电路中,二极管等效为恒压降模型。
已知输入电压ui、U2的波形如
题图1.9(b)所示,试画出uo的波形。
题图1.9
解:
该电路为高电平选择电路,即山、U2中至少有一个为3V,则uo=3一0.7=2.3V。
U1、U2均为0时,uo=—0.7V。
其波形答图1.9(c)所示。
1.10在题图1.10所示电路中,设稳压管的Uz=5V,正向导通压降为
®t(V),试画出U0的波形。
0.7V。
若Ui=10sin
题图1.10
解:
当Ui>5V时,Vz击穿,u0=5V。
当ui<一0.7V时,Vz正向导通,uo=—0.7V。
当一0.7VVUi<5V时,Vz截止,uo=Ui。
由此画出的U0波形如答图1.10所示。
1.11稳压管电路如题图1.11所示。
(1)设Ui20(110%)V,稳压管Dz的稳定电压Uz=10V,允许最大稳定电流
Izmax=30mA,Izmin=5mA,Rlmin=800,Rlmax=。
试选择限流电阻R的值。
(2)稳压管的参数如
(1)中所示,R=100,Rl=250,试求Ui允许的变化范围。
(3)稳压管的参数如
(1)中所示,当Uz=10V时,其工作电流lZ=20mA,々=12
如Ui=20V不变,试求Rl从无穷大到1k时,输出电压变化的值U。
为多少?
+
Uo
Uimax
Rmin
Uz
(2210)V
400
||
Zmax
1,.
1Lmin
30mA
式中,因RLmax
所以1Lmin=0,U
imax
20200.122V
U
imin
max
Uz
(1810)V457
―|
Zmin
Lmax
(512.5)mA
式中iLmax
10
12.5mA,Uimin
(20
200.1)V=18V
800
解:
(1)因为
选择R应满足:
400 10 ⑵当Rl250时,Il40mA。 250 当1z达到最大时,Uimax(|Zmax Il)RUz(3040)0.11017(V) 当Iz为IZmin时,Uimin(IZminIl)RUz(540)0.11014.5(V) 即Vj的变化范围是14.5~17V。 (3)当Rl时,Uo=10V。 当Rl1k时,Uo=10V Rl1000/、 L109.8814(V) rzRl121000 Uo 9.8814 10118.6(mV) 或 Uo UzrZ 12 10118.69(mV) r rZ100012 第二章 2.1已知晶体管工作在线性放大区,并测得个电极对地电位如题图2.1所示。 试画出各晶体 管的电路符号,确定每管的b、e、c极,并说明是锗管还是硅管。 0V0V C c >4V \ r >4V 3.7V z 9V 4.3V (b) (c) (d) 题图2.1 解: 题图(a): 0.7V■: L硅NPN 0V 题图(b): -0.7V a-8V 硅PNP 0V 题图(d): 4.3V 0 9V 锗NPN 4V 91V 题图(c): 3.7VQ一L锗PNP 4V 6.6 6 7V o12V 3V : *3DG8 d0V (a) (b) 题图2.3 (c)(d) 2.3已测得晶体管电极管各电极对地电位如题图2.3所示,试判别各晶体管的工作状态(放 大、饱和、截止或损坏) O8V 2.5V 3BX1 63V 4.7V(反偏),放大状 2.4所示,其中nbo表示平 解: 题图(a)3AX为PNP锗管,Ube0.3v(正偏),Uce态 题图(b): e结反偏,c结反偏,截止状态题图(c): e结正偏,c结正偏,饱和状态题图(d): e结开路,晶体管损坏 2.4NPN型晶体管基区的少数载流子的浓度分布曲线如题图 衡时自由电子的浓度。 (1)说明每种浓度分布曲线所对应的发射结和集电结的偏置状态。 np(x) N P \N 兔0 1 ■ O 1 X (a) (b) (2)说明每种浓度分布曲线所对应的晶体管的工作状态。 (c) (d) 题图2.4 解: (1)对于NPN晶体管, 当发射结(集电结) 正偏时,由于从发射区(集电区)向基 区注入了非平衡少子电子,所以 x0(xxj处P区边界上少子电子的浓度大于平衡的电 子浓度n®,当发射结(集电结)反偏时,在阻挡层两侧边界上的少子浓度趋向于零。 据此, 可以判别: (1)图(a): 发射结反偏,集电结反偏。 图(b): 发射结正偏,集电结反偏。 图(c): 发射结正偏,集电结正偏。 图(d): 发射结反偏,集电结正偏。 (2)图(a): 截止。 图(b): 放大。 图(c): 饱和。 图(d): 反向放大。 (1) (2) 解: 求lBQ=0.3mA时,Qi、Q2点的卩值。 2.6某晶体管的共射输出特性曲线如题图2.6所示 2.7硅晶体管电路如题图2.7所示。 设晶体管的UBE(on)0.7V, 作状态。 100。 判别电路的工 rhRB 470k J-iRc J2k Re 1k 15V 15V (b) 题图2.7 解: 在题图a 中,由于Ube 0,因而管子处于截止状态。 Uc 题图 (b): IBQ 15 Rb 1CQ1BQ Uceq15 处于放大状态 匚25 (1)Re 2.5mA 2.537.5(V) 题图(c): Ibq71A, Icq7.1mA Uceq157.1(21) 6.3(V) I^Rb」100k Rc 2k Re 1k (C) Ucc12V。 不可能,表明晶体管处于饱和状态。 2.8题图2.8(a)、(b)所示分别为固定偏置和分压式电流负反馈偏置放大电路。 两个电路中的晶体管相同,UBE(on)=0.6V。 在20°C时晶体管的B=50,55°C时,B=70。 试分别求两种电路在20oC时的静态工作点,以及温度升高到55oC时由于B的变化引起Icq的改变程度。 Rb 246k ——OUcc(12V) 七Rc {2.8k (b) Ucc(12V) 题图2.8 解: 题图2.8(a)为固定偏流电路。 (1)20。 C时 1BQ UCCUBEon RB 120.6 246 0.046mA IcqIbq500.0462.32mA UCEQ Ucc IcqRc122.322.85.5(V) (2)55OC时 50501%(5520)67.5 IcqIbq67.50.0463.105mA UCEQ UCC IcqRc12V3.1052.8V3.306V Icq的变化为 CQ CQ 3.1052.32 2.32 图2.8(b)为分压式电流负反馈偏置电路。 (1)20oC时 UBB Rb2 —Ucc 10 123(V) RB1R 30 10 B2 Rb RB1〃RB2 30//10 7.5(k ) 1 UbbU BE(on) 3 0.6 2.09(mA) 1CQ RB/3 Re 7.5/ 501 UCEQ Ucc1 CQRC Re 12 2.09(1.81)6.15(V) (2) 55oC时 UbbU BE(on) 30.6 1CQ 2.16mA QRb/3 Re 7.5/67.5 1 UCEQUCC1 1CQRC Re12 2.16181 5.95V CQ的变化为 △Iq2.162.09 3.3(%) 1CQ 2.09 2.9晶体管电路如题图2.9所示。 已知3=100,Ube=0.3V (1)估算直流工作点Icq、Uceq。 (2)若偏置电阻Rbi、Rb2分别开路,试分别估算集电极电位Uc值,并说明各自的工作状 ^态。 ⑶若Rb2开路时要求Icq=2mA,试确定Rbi应取多大值。 解: 1)URB2 RB2 1CQ URB2 RB1 0.3 UCEQ Re UECQ u RB2 2.90.3 1.3 2mA UCC1CQ(Re&) 当RB2开路时,则有 IB(sat) 因为IB Ucc0.3 Rb1(1~~)rE UccUCE(sat) (ReRc) 1B(sat), 120.3 471011.3 120.3 (1.32)100 所以晶体管处于饱和 UCCUCB(sat) Uc RcRe ⑶当Rb2开路时,由于 UCCUBE Rb1(1~~)R ICQ Rc 120.3 21.3 100 0.066mA 0.035mA 状态。 此时 7.1V 12 RB11011.3 0.3 2mA 由此解得RB1=454K 2.10设计一个分压式电流负反馈偏置放大电路。 技术要求是: 温度在 -55~125 c范围内变 化时,要求1mAlc1.15mA和5VUCE 6V,Rc1.5k ,Ucc 12V。 BJT 的参数是: T55oC时, 60, UBE 0.88V;T125C时, 150, UBE0.48V。 解: (1)Re的估算。 根据题意,当 T55 C时, 电流Ic应是最低值1mA,Uce应是最大 值,因为Rc已给出,故可写出: UCEQUCCICQ RcRe 解得 6V12V1mA 1.5k Re Re4.5k 如果Rc未知,可以根据Ucc的数值假设uEIcqRe某一数值,本题设 1 ICQRE3Ucc4V,则Re 3 414(k)。 (2)Rb的估算。 因为 1CQ U RbBRe BBUBE(on) 所以将T55C和T125C时各参数值代入可得: 1mA Ubb0.88V Rb604.5k (T55C时) 1.15mA Ubb0.48V Rb_15。 —4.5k (T125C时) 联立求解上述两式,可得: Ubb5・9V,Rb32k 如果不利用上述关系式运算,也可以利用经验公式,比如选取Rb(5〜10)Re去求解。 例如设Rb10Re45k,则Ubb 0.8814.56.13(V),当T=125oC时的 60 CQ 6.130.48 451504.5 1.177(mA),此时Icq 1.15mA的技术要求,因此还需要重新选取 Rb值,直至满足要求为止。 (3)Rb1和Rb2的计算。 ±cRb Ubbb rRb1 RB2 RB1Rb RB1 12 5.9 Rb 32k 65k 65 65 32 32k63k (4)核算T=125oC时的UCE值。 UceUcc Rc Re 12V-1.151.5 4.5V5.1V 可见,上述结果在允许的范围内,表明设计有效。 2.13电路如题图2.13所示。 设ui是正弦信号,晶体管工作在放大区,各电容对信号可视作短路。 (1)试画出与Ui相对应的UBE、iB、iC和UCE的波形。 (2)将图中的晶体管改成PNP管,Ucc改成负电源,重复 (1)。 Ui Cl Rb Rc C2 Rl Uo 题图2.13 解: (1)波形如图2.13(b)所示。 Vi (2)晶体管改成PNP,Ucc改成负电源后,波形如图2.13(C)所示。 2.17放大电路如图2.17(a)所示,正常工作时静态工作点为Q。 (1)如工作点变为图 2.17(b)中的Q'和Q",试分析是由电路中哪一元件参数改变而引起的? (2)如工作点变为图2.17(c)中Q和Q的,又是电路中哪一元件参数改变而引起的? Ci rI + Ui : Rb 7 Rc Kt Ucc C2 RlUo ⑻ UCE (C) UCE 题图2.17 解: (1)UCC不变,Rb不变,Ibq不变,而Rc变化,工作点的变化可见图2.13(b)。 若原工作点为Q,Rc减小时,移至Q',Rc增加时,移至Q'。 (2)Rc不变,负载线斜率不变,和同时变化,工作点的变化如图2.13(c)所示。 如原 工作点为Q,Ucc增加,Rb也增加,工作点可移至Q',反之,Ucc下降,Rb也下降,工 作点可移至Qo 2.23试计算题图2.23所示共射放大电路的静态工作点 UCEQ,源电压放大倍数Aus Uo 输入电阻Ri和输出电阻R。 。 设基极静态电流Ibq20A,Rc2k,Rl2k Ucc9V,Rs150,%0,厄尔利电压Ua100V,100,C为隔直、耦 合电容。 + Uo 题图2.23 解: (1)计算工作点和rbe、rce。 已知 则Icq 1BQ1000.022(mA) UCEQ UiruiUceq CCCCCCQ RlRc UCEQ 2-2(V) 由以上关系式可以看出,因电路输出端没有隔直电容, 负载电阻 R与工作点有关。 由上式 解得 UCEQ2・5V rb'e Ut 1EQ Ut 1CQ 26 100— 2 1.3(k) ua 1CQ 100 2 50(k (2)计算源电压放大倍数 Aus。 先画出图2.13电路的小信号等效电路如下图所示。 + Uo rb'e AusUt? U; rce//Rc//Rl Rs rb'e rce//Rc//Rl? rb'e'RSrbe; …50〃2〃2“ 10069 0.151.3 (3)计算输入电阻 Ri、输出电阻 Ro。 Ri %1.3k Ro Rc//rceRc 2k UZ6V,此时晶体管的Icq5.5mA。 试问: (1)将Dz反接,电路的工作状态有何变化? Icq又为多少? (2)定性分析由于Dz反接,对放大电路电压增益、输入电阻的影响。 题图2.24 解: (1)Dz反接,Icq 102°7A14.3mA,艰5V, 24//24 电路仍工作在放大区 (2)Dz反接,Icq增加Icq21cq, gm增加,rbe下降,Ri下降, Av增大 即使考虑正向二极管的 一,结论亦同上 1CQ 2.25测得放大电路中某晶体管三个电极上的电流分别为: 2mA、2.02mA、0.02mA。 己知 该管的厄尔利电压|Ua|=120V,Cbe60pF,Cbc5pF,rbb200。 (1)试画出该晶体管的H参数交流等效电路,确定等效电路中各参数值。 (2)画出高频混合n型交流等效电路,确定等效电路中各参数值。 解: ⑴ IC2 100 IB0.02 26“ ——13 2 re Ut 1EQ hie rbb (1)re200101131500 hie 100 hoe 1CQ 20.017mS Ua 120 H参数等效电路如图P223(a)所示。 ⑵ rbb 200,Cbe6pF rce 1 160k hce 0.017 rbc rce 100606M,Cbc 5pF ICQ 2 gm 80ms Ut 26 rbe (1 )re (1)出101 互1300 Icq 2 咼频混合 n型等效电路如下图所示 。 b + * ■ 4- H ►C 4 %X 气 1H lr-, 2.28在题图2.28(a)所示的共集放大电路(为基极自举电路),已知晶体管的rbb'300 rb'ek,rce,gm100mS;RB1Rb220k,RB3100k ReRl1k,电容C1、C2、C3对信号可视为短路。 试画出该电路的交流通路,求 输入电阻Ri和输出电阻Ro的值。 解: 其交流通路如图2.28(b)所示。 gmrbe1001100 因为 RB3rbb'rbe 所以 Rirbbrbe (1)(Rb1〃Rb2〃Re〃Rl) 0.31(1100)(20〃20〃1〃1) 49.4(k) rbb'rbe Ro上匹〃Rb1〃Rb2〃Re 13 //20//20//11.27() 101 2.30在题图2.30所示的共基放大电路中,晶体管的3=50, rbb'50.RB1=30kQ,Ucc=12V,Ro=3kQ,RB2=15kQ,Re=2kQ,Rl=3kQ 题图2.30 解: 心斤丄3H54V 1CQ Ub UBE 4 0.7 1.65mA Re 2 UCEQ Ucc 1CQ(RC Re) 121.65 (23)3.75V 26 c26 ⑵「be rbb 50 50- 838 1CQ 1.65 Au Uo R 50 (3〃3)-89.5
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