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模拟电路习题
第一章半导体器件基础
⒈ 讨论题与思考题
⑴PN结的伏安特性有何特点?
⑵二极管是非线性元件,它的直流电阻和交流电阻有何区别?
用万用表欧姆档测量的二极管电阻属于哪一种?
为什么用万用表欧姆档的不同量程测出的二极管阻值也不同?
⑶硅二极管和锗二极管的伏安特性有何异同?
⑷在结构上,三极管是由两个背靠背的PN结组成的,那么,三极管与两只对接的二极管有什么区别?
⑸三极管是由两个背靠背的PN结组成的,由很薄的基区联系在一起。
那么,三极管的发射极和集电极是否可以调换使用?
⑹场效应管的性能与双极型三极管比较有哪些特点?
⒉ 作业题
题1.1 在硅本征半导体中掺入施主杂质,其浓度为
分别求出在250K、300K、350K时电子和空穴的浓度。
题1.2 若硅PN结的
,
,求T=300K时PN结的内建电位差。
题1.3 流过硅二极管的电流ID=1mA时,二极管两端压降UD=0.7V,求电流ID=0.1mA和10mA时,二极管两端压降UD分别为多少?
题1.4电路如图题1.4中二极管是理想的,
:
① 画出该电路的传输特性;
②画出输出电压波形。
题图1.4
题1.5题图1.5中二极管是理想的,分别求出题图1.5(a)、(b)中电压U和电流I的值。
(a) (b)
题图1.5
题1.6在图题1.6所示电路中,取
V ①二极管是理想的,导通电压UD(on)=0.6V,画出传输特性曲线(UI~UO); ②若二极管的导通电压UD(on)=0.6V,导通电阻RD=100Ω,画出其传输特性曲线。 题图1.6 题1.7一PNP型晶体三极管,其ICBO=10μA。 工作在放大区且IE=3mA时,IC=2.98mA。 若连接成共发射极组态,调整发射结电压,使三极管IB=30μA,则此时的IC为多大? 题1.8 在图题1.8所示电路中,已知β=100,UI= 5V,VCC=10V,RC=4.66kΩ,UBE(on)=0.7V,试求晶体三极管进入饱和区所需RB的最大值。 题图1.8 题1.9两个三极管工作在放大区,看不出它们的型号,测得各管脚的电位分别如题图1.9所示,判断它们是NPN管还是PNP管,是硅管还是锗管,识别管脚并分别标上E、B、C。 题图1.9 题1.10题图1.10电路中,测得UE=-0.7V,若三极管β=50,求IE、IB、IC和UC。 题图1.10 第二章 放大器基础 ⒈讨论题与思考题 ⑴为什么放大电路能把小能量的电信号放大到所要求的程度? 试说明组成放大电路的基本原则? ⑵在阻容耦合放大电路中,耦合电容有何作用? 若耦合电容采用电解电容,其极性应如何安排? ⑶什么是放大电路的静态分析? 静态分析时依据什么电路? ⑷什么是放大电路的动态分析? 进行动态分析时依据什么电路? ⑸ 放大电路的输出动态范围也可以通过实验的方法测得。 怎样用示波器观察基本共射放大电路的最大不失真输出电压波形? ⑹场效应管的工作原理与普通三极管不同,那么场效应管放大电路的偏置电路有何特点? 它有几种偏置方式? ⑺为提高电压放大倍数和改善电路性能指标,放大电路中往往采用由多个单级放大电路级连而成的多级放大器。 多级放大器有那几种耦合方式? 它们各有什么特点和问题? ⑻为什么说频率响应是放大器的一项重要性能指标? ⒉作业题 题2.1单管放大电路与三极管特性曲线如题图2.1(a)、(b)所示。 1用图解法确定静态工作点Q; 2当RC由4kW增大到6kΩ时,工作点Q将怎样移动? 3当RB由200kW变为100kΩ时,工作点Q将怎样移动? 4 当-Vcc由-12V变为-6V时,工作点Q将怎样移动? (a) (b) 题图2.1 题2.2放大电路如题图2.2(a)所示,三极管的输出特性曲线如题图2.2(b)所示。 用图解法: 1画出直流负载线并确定工作点Q(设UBEQ=0.7V); 2画出交流负载线,并确定对应iB由0~100μA变化时,uCE的变化范围,并计算输出正弦电压有效值。 (a) (b) 题图2.2 题2.3题图2.3所示电路中,三极管β=100, 100Ω,UBEQ=0.7V。 1求三极管的静态工作点Q; 2求电压增益Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro。 题图2.3 题2.4题图2.4所示放大电路中,三极管β=100,UBEQ=0.6V,C1、C2、Ce可视为交流短路。 1求静态工作点Q; 2用等效电路法求电压增益Au=uo/ui、源电压 增益Aus=uo/us; 3求输入电阻Ri、输出电阻Ro。 题图2.4 题2.5三极管β=100,C1、C2可视为交流短路。 1求集电极直流电流IC和电位UC; 2求电压增益Au= 。 题图2.5 题2.6 题图2.6所示放大电路中,三极管β=100,UBEQ=0.6V , 200Ω。 1求电压放大倍数Au; 2求输入电阻Ri、输出电阻Ro。 题图2.6 题2.7在题图2.7所示放大电路中,已知管子β=50, 300Ω,UBEQ=0.7V,电容C1、C2、C3可视为交流短路,Rs=500Ω。 1计算电压增益Au1= 、Au2= 输入电阻Ri、输出电阻Ro1、Ro2。 2说明此放大电路的功能。 题图2.7 题2.8在题图2.8所示共集电路中,输出电压通过耦合电容C3加到RB3的下端,已知 300Ω, 1kΩ,gm=100mS,RB1=RB2=20kΩ,RB3=100kΩ,RE=RL=1kΩ,所有电容可视为短路, 、 可忽略, 求输入电阻Ri。 题图2.8 题2.9题图2.9中FET的UGS(off)= -2V,IDSS=1mA。 求: 1为使静态时IDQ= 0.64mA,源极电阻R应选多 大? 2电压放大倍数Au,输入电阻Ri,输出电阻Ro; 3若C3虚焊开路,则Au、Ri、Ro为多少? 题图2.9 2.10题图2.10所示放大电路中,场效应管跨导gm=2mS, 50kΩ,三极管的β=100, 1kΩ, =∞,电容C1、C2、C3、C4可 视为交流短路。 1画出放大器的微变等效电路; 2计算放大器的中频电压增益Au= 、输 入电阻Ri和输出电阻Ro。 题图2.10 题2.11已知单管放大器的中频电压增益 =-200,fL=10Hz,fH=1MHz,试 1画出放大器的渐近伯德图。 2f=fL和f=fH时,电压放大倍数的模 和相角φ各为多少? 题2.12 单管放大器如题图2.12所示,已知IC=2.5mA,β=50,Cμ=4pF, fT=50MHz, 50Ω,求放大器的下限频率fL和上限频率fH。 题图2.12 第三章集成运算放大器 ⒈讨论题与思考题 ⑴在集成电路中广泛使用各种具有很大交流电阻的电流源电路,三极管电流源电路的交流等效电阻与哪些参数有关? 如何改进? ⑵恒流源在集成电路中除作偏置电路外,还可作为放大电路的有源负载,以提高电压增益。 试说明恒流源作负载,对放大器的动态性能有何改善? ⑶ 集成运算放大器实际上是一个高增益的多级直接耦合放大电路,直接耦合放大电路存在零点漂移问题。 什么是零点漂移? 怎样衡量放大器的零点漂移? ⑷ 什么是差动放大电路? 差动放大电路有何特性? ⑸电流源电路在差动放大电路中起什么作用? ⑹通常集成运算放大器由哪几部分组成? 各部分电路具有哪些主要性能? ⑺集成运算放大器技术参数与选择方法? ⑻集成运放理想化的条件? ⒉作业题 题3.1在题图3.1所示的电路中,T1、T2、T3的特性都相同,且β1=β2=β3很大,UBE1=UBE2=UBE3=0.7V,请计算u1–u2=? 题图3.1 题3.2 对称三极管组成题图3.2所示的微电流源电路,设三极管β相等,UBE=0.6V,VCC=+15V。 1根据三极管电流方程导出工作电流IC1与IC2之间的关系式。 (设漏电流IS1=IS2) 2若要求IC1=0.5mA,IC2=20μA,则电阻R、RE各为多大? 题图3.2 题3.3在题图3.3所示的一种改进型镜像电流源中,设U1=U2=10V, R1=8.6kΩ,R2=4.7kΩ,三个晶体管的特性均相同,且β=50,UBE=0.7V。 求晶体管T2的集电极电位(对地)UC2。 题图3.3 题3.4在题图3.4的电路中,设+VCC=+12V,–VEE=–6V,RB=1kΩ,RC=15kΩ,RE=7.5kΩ,RW=200Ω且滑动端位于中点,RL=∞,晶体管T1、T2的特性相同,β=100, rbb’=300Ω,UBE=0.7V。 1求静态电流ICQ1、ICQ2以及集电极静态电位(对地)UCQ1和 UCQ2。 2若ui1=20mV,ui2=15mV,且共模电压放大倍数的影响可忽略 不计,求两管集电极对地电压uC1(即uA)和uC2(即uB)。 题图3.4 题3.5在题图3.5所示的电路中,直流电流表的满偏电流为100μA,电表支路的总电阻为2kΩ,两管的β=50,rbb’=300Ω。 试计算: 1当ui=0时,每管的IB、IC各是多少? 2为使电流表指针满偏,需加多大的输入电压(直流)? 3如果ui=–0.7V,这时会发生什么情况? 试估计流过电流 表的电流大概有多少? 如果ui=2V,又会出现什么情况? 流 过电流表的电流有变化吗? 题图3.5 题3.6恒流源式差动放大电路如题图3.6所示,已知三极管的UBE=0.7V,ß=50,rbb’=100Ω,稳压管的UZ=+6V,+VCC=+12V,–VEE=–12V,RB=5kΩ,RC=100kΩ,RE=53kΩ,RL=30kΩ。 1简述恒流源结构的优点; 2求静态工作点Q(IBQ、ICQ、UCEQ); 3求差模电压放大倍数Aud; 4求差模输入电阻Rid与输出电阻Rod。 题图3.6 题3.7具有镜像电流源的差动放大电路如题图3.7所示。 已知VCC=VEE=15V,RB=10kΩ,RC=100kΩ,RL=150kΩ,RW=0.3kΩ,R=144kΩ,三极管T1~T4特性相同,UBE=0.6V, β=100,rbb’=100Ω,T3管的rce=100kΩ。 试计算: 1IC1、IC3、UCEQ1、UCEQ2、UCEQ3; 2差模输入电阻Rid、输出电阻Rod; 3差模电压放大倍数Aud; 4共模电压放大倍数Auc; 5当ui1=50mV、ui2=30mV时,uo=? uC1=? 题图3.7 题3.8差动放大电路如题图3.8所示。 已知三极管的β1=β2=50,β3=80,rbb’=100Ω,UBE1=UBE2=0.7V,UBE3=–0.2V,–VEE=–12V,当输入信号ui=0时,测得uo为零。 1估算T1、T2管的工作点IC1、IC2和电阻RE的大小。 2当ui=10mV时,估算输出电压uo的值。 3若要在T2管的集电极得到最大不失真输出幅度 Uo2max,对应的ui有效值为多少? 题图3.8 题3.9在题图3.9所示差动放大电路中,已知β=80,rbe=2kΩ,ui=20mV,电流源I=2mA。 求: 1输出电压uo=? 2输入电流ii=? 3最大不失真的输出电压幅值Uommax=? 题图3.9 题3.10恒流源差动放大电路如题图3.10所示,已知三极管参数: β=50,UBE=0.7V,rce3=100kΩ,其他元件参数如图所示。 试求: 1静态工作点(IC1、IC3、UCE1、UCE3); 2最大不失真的输出电压幅值Uommax; 3当us1=210mV,us2=200mV时,uo=? 题图3.10 题3.11题图3.11为恒流源差动放大电路。 已知T1、T2特性相 同,β1=β2=β3=β=50,T3管的rce3=200kΩ,稳压管DZ的稳 压值UZ=7.5V,其他元件参数如图所示。 试求: 1各三极管的静态工作点; 2分别计算单端输出、双端输出时,放大电路的 Aud、Auc; 3单端输出时共模抑制比KCMR。 题图3.11 题3.12恒流源式差动放大电路如题图3.12所示。 UZ=4V,VCC=VEE=9V,Rb=5kΩ,Rc=10kΩ,R1=5kΩ,R2=1kΩ,Re=8.5kΩ,RL=30kΩ,三极管: β=80,UBE=0.6V,rbb`=100Ω。 试计算: 1 各三极管的静态工作点Q1~Q3; 2差模电压放大倍数Aud; 3当ui1=28mV,ui2=–20mV时,uo=? 此时 uC1、uC2各为多少伏? 题图3.12 第四章集成运算放大器应用 ⒈ 讨论题与思考题 ⑴ 试说明“虚短”和“虚断”的概念? ⑵与同相放大器、加法器和差动放大器相对应是否有同相积分电路、求和积分电路和差动积分电路? 试画出其典型电路形式。 ⑶积分电路中,时间常数RC有何限制? 是否有更理想的改进型电路? ⑷微分电路中,输出电压正比于输入电压对时间的微分,说明输出对输入的变化量敏感。 是否也容易引入噪声而使信噪比下降呢? 如何解决? ⑸什么叫通带、阻带和截止频率? 按通带和阻带相互位置不同,有源滤波器通常可以分为哪几类? 它们的理想幅频特性如何? ⑹ 能否从二阶传递函数中直接看出,它是属于二阶低通、高通、带通、带阻或全通滤波器? 如能,试说明其规律。 ⑺试说明运放工作在非线性区时的特点? ⑻如何确认运放是工作在线性区或非线性区? ⒉作业题 题4.1 在题图4.1中,各集成运算放大器为理想的,试写出各输出电压的值。 (a) (b) 题图4.1 题4.2设题图4.2中的A为理想运算放大器,其共 模与差模输入范围都足够大,+VCC和–VEE同时也是 运放A的电源电压。 已知晶体三极管的rbe1=rbe2=1kΩ, β1=β2=50,I为理想恒流源,求电压放大倍数 Au=uo/ui=? 题图4.2 题4.3在题图4.3中,已知运算放大器是理想的,电阻R1=10kΩ,R2=R3=R5=20kΩ,R4=0.5kΩ,试求输出电压uo=f(ui)的近似表达式。 题图4.3 题4.4 电路如题图4.4所示。 请回答: 1欲实现uo=K(ui2-ui1)的运算关系(K为常数),电阻 R1、R2、R3、R4之间应有什么关系? 设A1、A2均为理想 运算放大器。 2在实际电路中,输入电压ui1、ui2的大小应受什么限 制? 题图4.4 题4.5电路如题图4.5(a)所示,A为理想运算放大器。 1求uo对ui1、ui2的运算关系式。 2若R1=1kΩ,R2=2kΩ,C=1μF,ui1和ui2的波形如图(b) 所示,t=0时uC=0,试画出uo(0≤t≤5ms)的波形图,并标明 电压数值。 (a) (b) 题图4.5 题4.6理想运放组成题图4.6(a)所示的电路,其中R1=R2=100kΩ,C1=10μF,C2=5μF。 图(b)为输入信号波形,分别画出uo1、uo相对于ui的波形。 (a) (b) 题图4.6 题4.7 理想运放组成题图4.7所示电路,导出uo=f(ui1,ui2) 的表达式,输入信号应满足什么条件? 题图4.7 题4.8试判断题图4.8中的各种电路是什么类型的滤波器(低通、高通、带通还是带阻滤波器,有源还是无源,几阶滤波)。 (a) (b) (c) (d) 题图4.8 题4.9二阶带通滤波电路如题图4.9所示,已知电路增益 表达式为: 式中, ; ; 。 在下述参数条件下,求出 Aup、f0、Q: 1R1=1.3kΩ,R2=2kΩ,R3=80kΩ,C=0.1μF; 2R1=1.6kΩ,R2=250kΩ,R3=160kΩ,C=0.5μF 题图4.9 题4.10 将正弦信号ui=Umsinωt分别送到题图4.10(a)、(b)和(c)三个电路的输入端,试分别画出它们的输出电压uo的波型,并在波形图上标 出各处电压值。 已知Um=15V,而且 1图(a)中稳压管的稳压值UZ=±7V; 2图(b)中稳压管参数同上,且参考电压UREF=6V,R1=R2=10kΩ; 3 图(c)中稳压管参数同上,且UREF=6V,R1=8.2kΩ,R2=50kΩ,RF=10kΩ。 (a) (b) (c) 题图4.10 题4.11在题图4.11所示电路中: 1分析电路由哪些基本单元组成; 2设ui1=ui2=0时,电容上的电压uC=0,uo=12V。 求当ui1=–10V、ui2=0时,经过多少时间uo由+12V变–12V; 3uo变成–12V后,ui2由0改为+15V,求再经过多少时间uo由–12V变为+12V; 4 画出uo1和uo的波形。 题图4.11 第五章反馈放大器 ⒈ 讨论题与思考题 ⑴ 什么是反馈? 如何判别电路有无反馈? ⑵如何判断反馈极性和组态? ⑶方框图分析法主要用途是什么? 结合实例说明求基本放大器输入电路和输出电路的原理和法则。 ⑷定性和定量分析反馈放大器应大致采取什么步骤? 一般说来,四种类型的负反馈放大器的主要分析内容是什么? ⑸试用物理概念说明,负反馈为什么可以扩展频带? ⑹ 试说明负反馈对放大器对输入电阻和输出电阻有何影响? ⑺深度负反馈条件下,估算增益的方法? ⑻负反馈放大器产生自激振荡的条件是什么? 常用的消振方法是什么? ⒉作业题 题5.1判断题图5.1(a)~(d)所示电路中哪些是负反馈? 哪些是正反馈? 哪些是交流反馈? (a) (b) (c) (d) 题图5.1 题5.2判断题图5.2中各电路所引反馈的极性及交流反馈的组态。 (a) (b) (c) 题图5.2 题5.3反馈放大电路如题图5.3所示。 1判断图中级间反馈的极性或组态(负反馈应讨论组态)。 2若满足深度负反馈条件,则Auf=uo/ui、Rif、Rof各为多 少? 题图5.3 题5.4设题图5.4所示电路中的运放是理想的,试问电路中存在何种极性和组态(类型)的级间反馈? 推导出Auf=uo/ui的表达式。 题图5.4 题5.5在题图5.5所示电路中: 1计算在未接入T3且ui=0时,T1管的UC1Q和 UEQ(设β1=β2=100,UBEQ1=UBEQ2=0.7V)。 2计算当ui=+5mV时,uC1、uC2各是多少? 给 定rbe=10.8kΩ。 3如接入T3并通过c3经RF反馈到b2,试说明 b3应与c1还是c2相连才能实现负反馈。 4在第③小题情况下,若| |>>1,试计算RF 应是多少才能使引入负反馈后的电压放大倍数 =10。 题图5.5 题5.6由差动放大器和运算放大器组成的反馈放大电路如题图5.6所示。 回答下列问题: 1 当ui=0时,UC1=UC2=? (设UBE=0.7V) 2要使由uo到b2的反馈为电压串联负反馈,则c1和c2 应分别接至运放的哪个输入端(在图中用+、–号标出)? 3引入电压串联负反馈后,闭环电压放大倍数Auf=uo/ui 是多少? 设A为理想运放。 4若要引入电压并联负反馈,则c1、c2又应分别接至运放 的哪个输入端(在图中标出)? Rf应接到何处? 若Rf、Rb数 值不变,则Auf=? 题图5.6 题5.7已知负反馈放大器的开环增益A为105,若要求获得100倍的闭环增益,问其反馈系数F应取多大? 如果由于制造误差,其开环增益A减小为103,则此时的闭环增益Af变为多少? 相应的闭环增益的相对变化量 是多少? 题5.8 已知某电压串联负反馈放大电路的开环频率特性如题图5.8所示。 1写出基本放大器电压放大倍数 的表达式。 2 若反馈系数 =0.01,判断闭环后电路是否能稳定工作? 如能稳定,请写出相位裕度;如产生自激,则求出在45o相位裕度下的 。 题图5.8 题5.9某集成运放的直流开环增益为104,相应的极点频率分别为fp1=200kHz,fp2=2MHz,fp3=20MHz,已知产生第一个极点频率fp1电路的等效输出电阻Ro1=20kΩ。 为保证放大器稳定工作,采用简单的电容滞后补偿技术。 试问: 1若要求在闭环增益为10时稳定工作,则要求外接最小电容Cφ是多大? 2若要求实现单位增益时稳定工作,则补偿电容Cφ应取多大? 第六章功率放大电路 ⒈讨论题与思考题 ⑴ 功率放大器有何特点? 对其有何基本要求? ⑵功率放大电路的选管原则? ⑶ 分析乙类互补对称电路的传输特性及波形失真,说明减少或消除失真的方法? ⑷ 如何计算复合管的共射电流放大系数和输入电阻? ⒉ 作业题 题6.1在图6.1(c)所示的OCL电路中,已知VCC=20V,RL=8Ω,ui为正弦电压。 求: 1在输入信号Ui=10V(有效值)时,电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。 2在UCE(sat)≈0和ui的幅度足够大的情况下,负载可能得到的最大输出功率和效率。 3 每个管子的PCM至少应为多少? 4每个管子的耐压|U(BR)CEO|至少应为多少? 题图6.1 题6.2一互补推挽式OTL电路如题图6.2所示,设其最大不失真功率为6.25W,晶体管饱和压降及静态功耗可以忽略不计。 1电源电压VCC至少应取多少? 2T2、T3管的PCM至少应选多大? 3若输出波形出现交越失
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