模拟电子技术基础习题及答案.docx
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模拟电子技术基础习题及答案
模拟电子技术基础习题答案
电子技术课程组
2016.9.15
目录
第1章习题及答案1
第2章习题及答案14
第3章习题及答案36
第4章习题及答案45
第5章习题及答案55
第6章习题及答案70
第7章习题及答案86
第8章习题及答案104
第9章习题及答案117
第10章习题及答案133
模拟电子技术试卷1146
模拟电子技术试卷2152
模拟电子技术试卷3158
第1章习题及答案
1.1选择合适答案填入空内。
(1)在本征半导体中加入元素可形成N型半导体,加入元素可形成P型半导体。
A.五价B.四价C.三价
(2)PN结加正向电压时,空间电荷区将。
A.变窄B.基本不变C.变宽
(3)当温度升高时,二极管的反向饱和电流将。
A.增大B.不变C.减小
(4)稳压管的稳压区是其工作在。
A.正向导通B.反向截止C.反向击穿解:
(1)A、C
(2)A(3)A(4)C
1.2.1写出图P1.2.1所示各电路的输出电压值,设二极管是理想的。
(1)
(2)(3)图P1.2.1
解:
(1)二极管导通UO1=2V
(2)二极管截止UO2=2V(3)二极管导通UO3=2V
1.2.2写出图P1.2.2所示各电路的输出电压值,设二极管导通电压UD=0.7V。
(1)
(2)(3)图P1.2.2
解:
(1)二极管截止UO1=0V
(2)二极管导通UO2=-1.3V(3)二极管截止UO3=-2V
1.3.1电路如P1.3.1图所示,设二极管采用恒压降模型且正向压降为0.7V,试判断下图中各二极管是否导通,并求出电路的输出电压Uo。
解:
二极管D1截止,D2导通,UO=-2.3V
图P1.3.1
1.3.2
电路如图P1.3.2所示,已知ui=10sinωt(v),试画出ui与uO的波形。
设二极管正向导通电压可忽略不计。
图P1.3.2
解:
当ui>0V时,D导通,uo=ui;当ui≤0V时,D截止,uo=0V。
ui和uo的波形如解图
1.3.2所示。
解图1.3.2
1.3.3电路如图P1.3.3所示,已知ui=5sinωt(V),二极管导通电压UD=0.7V。
试画出ui
与uO的波形,并标出幅值。
图P1.3.3解图1.3.3
解:
当ui>3.7V时,D1导通,D2截止,uo=3.7V;当-3.7V≤ui≤3.7V时,D1和D2均截止,uo=ui;当ui<-3.7V时,D1截止,D2导通,uo=-3.7V;ui和uo的波形如解图1.3.3所示。
1.3.4电路如图P1.3.4(a)所示,其输入电压uI1和uI2的波形如图(b)所示,二极管导通电压UD=0.7V。
试画出输出电压uO的波形,并标出幅值。
图P1.3.4
解:
对输入电压uI1和uI2的进行分情况讨论,共有四种组合,分别进行讨论:
(1)ui1=0.3V,ui2=0.3V,将两个二极管从电路中断开,可知D1、D2承受的正向电压不足以导通,所以均截止。
此时uO=0V;
(2)ui1=5V,ui2=0.3V,将两个二极管从电路中断开,可知D1承受正向电压导通,导通压降0.7V,此时uO=4.3V,且使D2管阳极(0.3V)比阴极(4.3V)电位低,D2承受反向电压而截止,结果是uO=4.3V;
(3)ui1=0.3V,ui2=5V,将两个二极管从电路中断开,可知D2承受正向电压导通,导通压降0.7V,此时uO=4.3V,且使D1管阳极(0.3V)比阴极(4.3V)电位低,D1承受反向电压而截止,结果是uO=4.3V;
(4)ui1=5V,ui2=5V,将两个二极管从电路中断开,可知D1、D2承受相同的正向电压,均处于导通状态,导通压降0.7V,此时uO=4.3V。
uO的波形如解图1.3.4所示。
解图1.3.4
1.3.5电路如图P1.3.5所示,二极管导通电压UD=0.7V,常温下UT≈26mV,电容C对交流信号可视为短路;ui为正弦波,有效值为10mV。
V=2V、5V、10V时二极管中的直流电流各为多少?
二极管中的交流电流有效值各为多少?
解:
(1)V=2V时二极管的直流电流
图P1.3.5
ID=(V-UD)/R=2.6mA
其动态电阻
rD≈UT/ID=10Ω
故动态电流有效值
Id=Ui/rD≈1mA
(2)V=5V时
二极管的直流电流
ID=(V-UD)/R=8.6mA
其动态电阻
rD≈UT/ID≈3.02Ω
故动态电流有效值
Id=Ui/rD≈3.3mA
(3)V=10V时
二极管的直流电流
ID=(V-UD)/R=20mA
其动态电阻
rD≈UT/ID≈1.3Ω
故动态电流有效值
Id=Ui/rD≈7.7mA
1.3.6电路如P1.3.6图所示,设Ui=10V,R=10kΩ。
若直流电源Ui变化±1V时,问相应的输出电压Uo将如何变化?
图P1.3.6
解:
由于直流电源不稳定,有±1V的波动,可以用一个理想的直流电压源Ui和一个变化范围为2V的交流电压源来等效,如解图1.3.6(b)所示。
这样电路中既有直流电源又有交流电源,所以分别加以考虑。
解图1.3.6模型电路
(a)恒压降模型电路(b)交流小信号模型电路
(1)静态分析。
二极管采用恒压降模型,等效电路如解图1.3.6(a)所示。
此电路中只有直流分量,称为直流通路,它反映电路的静态工作情况。
根据直流通路可知
I=10-0.7
D10⨯103
=0.93(mA)
(2)小信号工作情况分析。
二极管采用交流小信号模型,等效电路如解图1.3.6(b)所示。
此电路中只有交流分量,称为交流通路,它反映电路的动态工作情况。
二极管的交流等效电阻rd为:
d
r=UT=
ID
26⨯10-3
0.93⨯10-3
=27.96(Ω)
ΔUo
=rd
rd+R
⨯1=
27.9627.96+10⨯103
⨯1≈2.79(mV)
可知,当电源电压的变化为±1V时,相应的输出电压的变化比较小,只有±2.79mV。
1.3.7二极管电路如图P1.3.7(a)所示。
(1)判断二极管D1和D2是导通还是截止,并求出UAO。
(2)若将开关S1打开,S2合上,接通uI,其中波形如图P1.3.7(b)所示,试画出uo的波形。
设二极管均为理想二极管。
(a)(b)
图P1.3.6
解:
(1)二极管D1导通,D2截止,并求出UAO=18V;
(2)开关S1打开,S2合上时,假设D1D2均导通,则由回路方程可得
I=ui-16-18-ui=2ui-34
D1
ID2
555
=18-ui
5
可见,D1的导通条件是:
ui>17V
D2的导通条件是:
ui<18V
当ui≤17V时,D1截止,D2导通,uO=17V17V 图略 1.4.1现有两只稳压管,它们的稳定电压分别为6V和8V,正向导通电压为0.7V。 试问: (1)若将它们串联相接,则可得到几种稳压值? 各为多少? (2)若将它们并联相接,则又可得到几种稳压值? 各为多少? 解: (1)两只稳压管串联时可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四种稳压值。 (2)两只稳压管并联时可得0.7V和6V等两种稳压值。 1.4.2 已知稳压管的稳定电压UZ=6V,稳定电流的最小值IZmin=5mA,最大功耗PZM=150mW。 试求图P1.4.2所示电路中电阻R的取值范围。 解: 稳压管的最大稳定电流 IZM=PZM/UZ=25mA 电阻R的电流为IZM~IZmin,所以其取值范围为 R=UI-UZ IZ =0.36~1.8kΩ 图P1.4.2 1.4.3已知图P1.4.3所示电路中稳压管的稳定电压UZ=6V,最小稳定电流IZmin=5mA,最大稳定电流IZmax=25mA。 (1)分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值; (2)若UI=35V时负载开路,则会出现什么现象? 为什么? 图P1.4.3 解: (1)当UI=10V时,因为稳压管反接,所以先假设其稳压,UO=UZ=6V,则稳 D 压管的电流为I Z =(UI-UZ) R-UZ/RL=-8mA,小于其最小稳定电流,假设稳压不成 立,所以稳压管未击穿。 故 UO= RL R+RL ⋅UI ≈3.33V 同理,当UI=15V时,稳压管中的电流小于最小稳定电流IZmin,所以 UO= RLR+RL ⋅UI ≈5V Z 当UI=35V时,ID=(UI-UZ)R-UZ/RL=17mA,稳压管稳压,UO=UZ=6V。 D (2)I Z =(UI-UZ) R=29mA>IZM=25mA,稳压管将因功耗过大可能会损坏。 1.4.4电路如图P1.4.4(a)、(b)所示,稳压管的稳定电压UZ=3V,R的取值合适,uI的波形如图(c)所示。 试分别画出uO1和uO2的波形。 解: 波形如解图1.4.4所示 图P1.4.4 7 解图1.4.4 1.4.5 稳压电路如图P1.4.5所示。 已知UI=12V,稳压管的UZ=6V,负载电阻RL=1kΩ。 当限流电阻R=200Ω时,求稳定电流IZ和输出电压UO;当限流电阻R=11kΩ时,再求IZ和UO。 图P1.4.5 解: 由图P1.4.5可知,加反向电压UI时,稳压管可能处于击穿状态,也可能处于截止状态。 所以可以先把稳压管所在支路视为开路,计算外电路提供的电压能否使稳压管击穿,在进行相应状态下电路的分析和计算。 (1)当R=200Ω时,将稳压管断开,可知输出电压UO为 UO== UI R+RL ⨯RL =12200+1⨯103 ⨯1⨯103=10(V) 由于UO>UZ,所以稳压管处于击穿状态,可以计算稳定电流IZ和输出电压UO: I=I-I =UI-UO-UO =12-6-6 =24(mA) ZRL RRL 2001⨯103 UO=UZ=6(V) (2)当R=11kΩ时,分析同上,可知稳压管未击穿,处于反向截止状态,可以计算稳定电流IZ和输出电压UO: IZ=0 O I U=RL⋅U =1(V) R+RL 注意: 稳压管要稳压一定加反向电压,并达到UZ值,否则与普通二极管相同。 1.4.6 在图P1.4.6所示电路中,发光二极管导通电压UD=1.5V,正向电流在 5~15mA时才能正常工作。 试问: (1)开关S在什么位置时发光二极管才能发光? (2)R的取值范围是多少? 解: (1)S闭合。 (2)R的范围为 Rmin Rmax =(V-UD) =(V-UD) IDmax IDmin =233Ω =700Ω 图P1.4.6 1.5.1利用Multisim研究图题1.3.5所示电路在R的阻值变化时二极管的直流电压和交 流电流的变化,并总结仿真结果。 解: 本题目的: 1.学习在Multisim环境下搭建电路的方法。 2.学习直流电压和交流电流的测试方法。 3.进一步理解二极管对直流量和交流量表现的不同特点。 在Multisim2012的原理图编辑区连接原理图,如解图1.5.1所示。 解图1.5.1 1. 选择参数扫描分析(ParameterSweepAnalysis)方法测量R为不同值时二极管直流电压的变化。 参数设置解图1.5.2(a)所示,输出变量的设置如解图1.5.2(b)所示,仿真结果如解图1.5.2(c)所示。 (a) (b) (c)解图1.5.2 从仿真结果可以看出,二极管的直流电压随着R的阻值的增大而减小,这是因为R增 大使二极管中的直流电流减小,从而使直流电压减小。 2.采用加表法测量R为不同值时二极管交流电流的变化。 将万用表设置为交流电流档,改变电阻R的阻值,分别测得R=400Ω、R=600Ω、R=800Ω以及R=1000Ω时二极管的交流电流,如解图1.5.3所示。 解图1.5.3 从仿真结果可以看出,二极管的交流电流随着R的阻值的增大而减小,这是因为二极管的交流电压在R变化时基本不变,R的增大使二极管中的直流电流减小,从而使二极管的动态电阻rd增大,因而其交流电流减小。 1.5.2利用Multisim研究题P1.4.4所示电路的输出电压波形。 解: 题P1.4.4的图(a)的仿真电路如解图1.5.4所示。 信号发生器的设置如解图1.5.5所示。 解图1.5.4 解图1.5.5 用示波器观察输入输出波形,如解图1.5.6所示。 仿真结果与理论分析一致。 解图1.5.6 题P1.4.4的图(b)所示电路的仿真电路如解图1.5.7所示。 用示波器观察输入输出波形,如解图1.5.7所示。 仿真结果与理论分析一致。 解图1.5.7 第2章习题及答案 2.1.1现有T1和T2两只三极管,T1的β=200,ICBO=200μA;T2的β=100, ICBO=10μA,其它参数大致相同。 你认为应选用哪只管子? 为什么? 解: 选用T2,因为T2的β适中、ICBO较小,因而温度稳定性较T1好。 2.1.2 已知两只三极管的电流放大系数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P2.1.2所示。 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。 图P2.1.2 解: 答案如解图2.1.2所示。 解图2.1.2 2.1.3图P2.1.3所示为某三极管的输出特性曲线,试确定ICM、PCM、U(BR)CEO以及β。 图P2.1.3解图2.1.3 解: ICM=23mA,U(BR)CEO=25V。 当IC=4mA时,UCE=5.7V,PC=4×5.7=22.8mW;当 ICM=1mA时,UCE=23V,PC=1×23=23mW;所以PCM≈23mW。 由输出特性曲线可以看到U(BR)CEO=25V; 集电极电流最大值,一般指UCE=1V时功耗最大对应的电流。 所以ICM≈23mA β=ΔiC ΔiB =1 0.01 =100。 2.1.4测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P2.1.4所示。 在圆圈中画出管子,并分别说明它们是硅管还是锗管。 图P2.1.4 解: 晶体管三个极分别为上、中、下管脚,答案如解表2.1.4所示。 解表2.1.4 管号 T1 T2 T3 T4 上 E C B B 中 B B E E 下 C E C C 管型 PNP NPN NPN PNP 材料 Si Si Ge Ge 2.1.5电路及参数如图P2.1.5所示,三极管的UBE=0.7V,β=60,输入电压uI取值 3V和-2V。 (1)当uI=3V时判断三极管的工作状态,并求出iC和uO的值。 (2)当uI=-2V时判断三极管的工作状态,并求出iC和uO的值。 图P2.1.5图P2.1.6 解: (1)当uI=3V时,发射结正偏,集电结反偏,三极管处于放大或饱和状态。 先求三极管的集电极临界饱和电流iCS =VCC Rc =5=0.5mA 10 基极临界饱和电流i =iCS=0.5=8.33μA BSβ60 假设三极管处于放大状态,根据电路可知 I(uI-UBE)(3-0.7) B== R b10 =230μA 由于IB>iBS,所以三极管工作在饱和状态,此时 uO=UCES=0.2V (2)当uI=-2V时,发射结反偏,集电结反偏,三极管处于截止状态。 此时,IB=0, IC=0,uO=VCC-ICRc=5V。 2.1.6电路如图P2.1.6所示,VCC=15V,β=100,UBE=0.7V。 试问: (1)Rb=50kΩ时,uO=? (2)若三极管T处于临界饱和,则Rb≈? 解: (1)Rb=50kΩ时,基极电流、集电极电流和管压降分别为 I=VBB-UBE=26μA BR b IC=βIB=2.6mA UCE=VCC-ICRC=2V 所以输出电压UO=UCE=2V。 (2)设临界饱和时UCES=UBE=0.7V,所以 C I=VCC-UCES Rc =2.86mA I=IC Bβ =28.6μA R=VBB-UBE bI ≈45.5kΩ B 2.1.7分别判断图P2.1.7所示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。 图P2.1.7 解: (a)可能(b)可能(c)不能,T的发射结会因电流过大而损坏。 2.2.1若已知信号源的有效值为10mV,内阻1KΩ,测得放大电路输入电压的有效值为8mV,负载开路时输出电压的有效值为0.8V,带负载RL=3KΩ后输出电压的有效值为0.5V,求电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。 解: Au=Uo/Ui=100;AuL=Uo/Ui=62.5; Ri Ui=UsR+R Ri=4kΩ =⎛U' si -⎫⋅ ç Ro oU 1⎪RL RO=1.8kΩ ⎝o⎭ 2.2.2叙述如何测量一个放大电路的频带宽度。 解: 在放大电路的输入端接入中频输入电压,示波器观察输出无失真,用晶体管毫伏表测量输出电压Uo;减小输入信号的频率,不改变幅值,再测量输出电压,当输出电压为原来输出电压的0.707倍对应的频率为下限频率;同理增大输入信号的频率,不改变幅值, 测量输出电压,当输出为原来输出电压的0.707倍对应的频率为上限频率;上下限频率的差即为频带宽度。 2.3.1试画出用PNP型三极管组成的单管共发射极基本放大电路,标出电源和隔直电容的极性、静态电流IB和IC的实际流向以及静态电压UBE和UCE的实际极性。 2.3.2试分析图P2.3.2所示的各电路是否能够正常放大正弦交流信号,简述理由。 设图中所有的电容对交流信号均可视为短路。 图P2.3.2 解: 根据放大电路的组成原则可知道: (a)不能。 因为输入信号被VBB短路。 (b)可能。 (c)不能。 因为直流通路中输入信号短路,VBB不能使发射结正偏,交流信号不能驮载在直流信号上。 (d)不能。 晶体管将因发射结电压过大而损坏。 (e)不能。 因为输入信号被C2短路。 (f)不能。 因为输出信号被VCC短路,恒为零。 2.3.33分别改正图P2.3.3所示各电路中的错误,使它们有可能放大正弦波信号。 要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。 图P2.3.3 解: 根据放大电路的组成原则可知道: (a)将+VCC改为-VCC。 (b)在+VCC与基极之间加Rb。 (c)将VBB反接,且在输入端串联一个电阻或串联一电容。 2.4.1放大电路如图P2.4.1所示。 已知: VCC=12V,Rc=3kΩ,β=40,UBE=0.7V。 求: 当 IC=2mA时IB、UCE以及Rb的值。 图P2.4.1图P2.4.2 解: IBQ =ICQ b =2mA=50μA40 VCC-UBE Rb =50μA⇒12V-0.7V=50μA Rb ⇒Rb =226kΩ UCEQ=VCC-ICQRc=6V; 2.4.2放大电路如图P2.4.1所示,其三极管的输出特性曲线如图P2.4.2所示。 已知: VCC=12V,Rc=3kΩ,Rb=300kΩ,UBE可以忽略不计。 要求: (1)画直流负载线,求静态工作点; (2)当Rc由3kΩ变为4kΩ时,工作点将移向何处? (3)当Rb由300kΩ减小到200kΩ时,工作点将移向何处? (4)当VCC由12V减小到6V时,工作点将移向何处? (5)当Rb变为开路时,工作点将移向何处? (6)若负载电阻RL=3kΩ,试分别画出有负载和无负载 时的交流负载线,并说明两种情况下最大不失真输出电压的幅值Uom为多大。 解: (1)估算IBQ =VCC-UBE Rb =40μA 画直流负载线UCEQ=VCC-ICQRc=12V-3000ICQ,横轴交点(12V,0),纵轴 交点(0,4mA)如解图2.4.2 (1)所示,与IBQ的交点即为Q1点: ICQ=2mA, UCEQ=6V 解图2.4.2 (1) (2)当Rc由3kΩ变为4kΩ时,工作点将移到Q2处,ICQ=2mA,UCEQ=4V (3)当Rb由300kΩ减小到200kΩ时,工作点将移向Q3处,ICQ=3mA,UCEQ=3V (4)当VCC由12V减小到6V时,工作点将移向何Q4处,ICQ=1mA,UCEQ=3V (5)当Rb变为开路时,工作点将移向Q5处: ICQ=0mA,UCEQ=12V (6)如解图2.4.2 (2)所示 解图
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