模拟电子技术期中考试试卷参考答案.pdf

1 北京交通大学期中考试试题 参考答案 课程名称：模拟电子技术 2013-2014 学年第二学期 出题教师： 班级：电信学院 12 级 学生姓名_ 学号_ 题号 一 二 三 四 五 总分 得分 阅卷人 一一、判断正误题（共、判断正误题（共 10 分，每题分，每题 1 分）分） 1. 电压串联负反馈不仅能够稳定输出电压也能稳定输出电流。 （ ） 2. 负反馈能够抑制基本放大电路产生的非线性失真。 （ ） 3. 级联放大电路的输入电阻原则上取决于第一级放大电路。 （ ） 4. 三极管有两个 PN 结，所以用两个二极管可以连成一个三极管。 （ ） 5. 场效应管的跨导增益 gm为常数，与漏极电流等其他参数无关。 （ ） 6. 三极管共射组态电流增益与频率无关。 （ ） 7. 三极管结电容影响放大电路的高频增益特性。 （） 8. 负反馈放大电路环路增益大于 1 时可能会产生自激。 （） 9. 并联负反馈将使放大电路的输入电阻减小。 （ ） 10.电压负反馈将使放大电路的输出电阻减小。 （ ） 二二、填空题（共、填空题（共 10 分，每题分，每题 1 分）分） 1. P 型半导体是在本征半导体掺入_三价元素_。 2. 温度升高时， 三极管的发射结压 UBE降将_减小_， 三极管的共射电流增益将_增大_， 三极管的集电极和发射极间的穿透电流 ICEO将_ 增大_，二极管的反向饱和电流 IS将 增 大_。 3. 晶体三极管在饱和状态时，发射结_正偏_、集电结_正偏_。 4. 结型场效应管工作在恒流区时，栅极和源极之间应该加_反偏_电压。 5. 当放大电路的放大倍数的值下降到最大值的_0.707_倍时，称为截止频率。 6 . 若得到电流-电压转换电路，即希望转换放大电路的输出电阻小、输入电阻小，应在转换 放大电路中引入_电压并联负_反馈。 三三、简答简答题（共题（共 30 分，每题分，每题 5 分）分） 1. 整流二极管、稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、光电二极管、发光二极管在正 2 常工作状态下，分别工作在正偏压还是反偏压状态？ 答：整流二极管正偏、稳压二极管反偏、变容二极管反偏、肖特基二极管正偏、光电二极管 反偏、发光二极管正偏。 2. 放大电路中的三极管可能工作在那三种放大状态？三种工作状态下发射结和集电结分别 具有怎样的特点？ 答：放大状态，发射结正偏，集电结反偏； 饱和状态，发射结正偏，集电结正偏； 截止状态，发射结发偏，集电结反偏。 3. 三极管工作在 CC、CE、CB三种组态下，试比较三种组态放大电路的放大极性（同相放 大或反相放大） 、电压增益、电流增益、输入电阻、输出电阻和频响特性。 答：影响如下： 电压增益 电流增益 输入电阻 输出电阻 频率响应 CE 大 大 较大 较大 一般 CC 小 大 大 小 较 CE 略好 CB 大 小 小 大 较 CE 好 4. 场效应管工作在共漏、共源、共栅三种方式下，试比较三种连接方式放大电路的放大极 性、电压增益、电流增益、输入电阻、输出电阻特性。 答： 放大极性 电压增益 电流增益 输入电阻 输出电阻 共漏放大电路 正 高 NA 高 较高 共源放大电路 负 低 NA 高 低 共栅放大电路 正 高 NA 低 较高 5. 负反馈对放大电路的哪些性能有怎样的影响？ 答： （1）负反馈提高了增益的稳定性； （2）负反馈可展宽放大器的频带宽度； （3）负反馈可改善了放大器的非线性失真； （4）负反馈对放大器输入阻抗有影响，并联负反馈减小输入电阻，串联负反馈反之。 （5）负反馈对放大器输出阻抗有影响，电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈反之。 6. 级间放大电路的耦合方式有哪四种？请简要说明各自的特点。 答： （1） 阻容耦合： 优点：结构简单，各级放大电路工作点互不影响，放大效果好； 。 缺点：不能传送变化缓慢的信号或直流信号。不适宜集成化。 3 （2） 变压器耦合： 优点：1）变压器耦合可隔除直流，传递一定频率的交流信号，因此各级的静态工多 点 Q 互相独立，便于调试。2）可以实现输出级与负载的阻抗变换，以获得有效的 功率传输。 不足：低频特性差，笨重、体积大，不能集成化。 （3） 直接耦合 优点：具有良好的低频特性，可放大变化缓慢的信号，无耦合大电容，便于集成。 不足：直流工作点相互影响，零点漂移现象严重。 （4） 光电耦合 特点：抗干扰性强。输入输出不共地, 解决地线干扰。 四、分析计算题 （50 分） 1(4 分)分析如题 4-1 图所示各电路能否正常放大，并说明理由。 RG1 RD Ci CO VDD + ui - + uo - RG2 T RB RC T VCC + ui - + uo - (a) (b) 图 3-1 解答： （a） 电路不能正常放大，对于 P 沟道结型场效应管,当珊源两端加反偏电压时, 漏极和源 极之间应加负偏压，保证漏极和栅极时间为反偏。图(a)中 N 沟道 JFET 在珊源反偏 时漏极和源极之间加了正偏电压，可能导致沟道和栅极之间的 PN 结正向导通。 （b） 电路不能正常放大，没有合适的直流偏置电路，当交流信号 ui为零时，三极管发射 结也为零，缺少输入耦合电容。 2(2 分) 某 LED 发光二极管驱动电路采用电阻驱动电路如图所示 3-2 所示，如果 LED 管 的额定电流为 2mA，发光时的正向压降为 1V， 请设计调节电路 R 的阻值。 解答： 若两个放光二极管的电流为 2mA 时，压降为 1V 时，调节电阻为 52 1V 1 5k 2 mA)（ R. 4 D1 5V + - D2 R 图 3-2 3. (4 分分) 测得放大电路中三极管和场效应管各电极的电位，试 （1） 判断(a)所示三极管的管型（NPN、PNP） 、管脚（E、B、C 极）以及所用材料（硅或锗） ， （2） 判断(b)所示的场效应管的管型和工作状态。 -1.7V -1V -1.3V 3V 0V 10V (a) (b) Uth(off)/ Uth(on)= 2V 图 3-3 解答： （a）管为 PNP 管，为硅管，管脚如下图所示； （b）管为增强型 N 沟道场效应管，工作在恒流区。 5 -1.7V -1V -1.3V 3V 0V 10V (a) (b) Uth(off)/ Uth(on)= 2V B C E 4 4. .若某级联放大电路的电压增益函数为(15 分分) 5 U 56 10 j 1+j1+j 1010 A （1）试画电压增益幅频特性和相频特性的波特图的渐进线； （8 分） （2）截止频率是多少？通频带带宽是多少？通频带电压增益为多少？（3 分） （3）如果引入负反馈后，闭环增益为 20dB 时，判断闭环笔画电路是否稳定？（4 分） 解答： 整理电压增益函数为标准式如下： 5 U 56 10 j 1+j1+j 1010 A （1） 幅频特性和相频特性波特图的渐近线如下图所示。(8 分) 下图中的初始 20lg|A（jw）|(dB)值应为 100，以后 w 每增长一格，下降 20dB。 6 （2） 截止频率是 4 H H 10 1 59kHz 22 f. ，通频带带宽是1 59kHz.，通频带增益为 100dB。 （3） 引入闭环增益时，要求在 相位交界频率 f C 处，要求幅度裕量幅度裕量 20lgjj0 C m ff GAf Bf 即要求 1 20lgj20lg 20lgj C C ff ff Af Bf , 深度反馈情况下， Uf 1 j j Af Bf ，已知 Uf 1 20lgj20lg=20dB j Af Bf ， 与频率无关。 7 由幅频特性和相频特性图可知，相位交界频率的最大值为 40dB,即 显然不满足 1 20lgj20lg 20lgj C C ff ff Af Bf 所以引入负反馈的变化电路不稳定。 5. (15 分分)两级放大电路如图 3-4 所示。 （1） 写出静态工作点的计算表达式；（4 分） （2） 画级联放大电路的低频小信号等效电路图；（4 分） （3） 试写出放大电路的输入电阻 ri和输出电阻 ro的表达式及电压增益 o Us s A u u 的表达 式；（4 分） （4） 若在电路中加入电压串联负反馈，请在电路中画出增加的反馈网络，并给出闭环放 大电路的电压增益 oo UfUfs is AA uu uu 和的计算表达式。 （3 分） +VCC + uo - RL Co + RS RC2 T2 ri ro RB1 RB2 C1 RC1 Ci T1 RE1 + RB RE2 us + ui - 图 3-4 解答： （1） 第一级放大电路 CCBE1Q B1Q Bfe1E1 C1Qfe1B1Q CE1QCCC1QC1fe1B1QE1CCC1QC1E1 V + 1+ V- 1V U I RhR Ih I UIRhIRIRR 8 第二级放大电路 B1 B2CC B1B2 B2BE2Q B1B2fe2E2B2Q fe2E2 C2Q2B2Q EC2QCCC2QC2E2 1+ 1+ V R UV RR UU RRhRI hR II UIRR 当当/时时， (2)(2) 利用晶体三极管低频小信号简化模型，低频小信号等效电路如下图示。 + uo - RL ri ro RB + ui - RS + us - + uo1 - RC2 B1C1 B2C2 E2 第一级放大电路第二级放大电路负载 ri2 ib1 hfe1ib1 hie1 hie2 ib2 RE1 E1 hfe2ib2 RC1 RB1/RB2 RE2 （3）输入电阻 iBie1fe1E1 1rR / / hhR 输出电阻 oC2 rR 其中放大电路的第二级输入电阻 i2B1B2ie2fe2E2 1rR/ R/ hhR 不考虑信号源内阻时，级联放大电路的电压增益为 UU1U2 AA A 其中 o1fe1C1i2 U1 iie1fe1E1 = + 1+ uh ( R/ r ) A uhhR ofe2C2L U2 o1ie2fe2E2 = + 1+ uh ( R/ R ) A uhhR 考虑信号源内阻时， uuR uuRR oii1 UsU sisi1 A=A + （4）在电路中加入电压串联负反馈后，电路如下图所示。 9 级联放大电路满足深度负反馈条件时， 闭环放大电路的电压增益为 o Uf iU A u uB 1 反馈系数 R RR E1 U E1f B + 所以 f Uf E1 A R R 1 电压串联负反馈放大电路输入电阻 ifBifififB rR / r ,r,rR 所以 考虑信号源内阻时电压增益的计算表达式为 uuRRR A uuRRRRR oiBBf UfsUf siSBSBE1 =A1 + +VCC + uo - RL Co + RS RC2 T2 RB1 RB2 C1 RC1 Ci T1 RE1 + RB RE2 us + ui - Rf + - - + 6. (10 分分) 共射放大电路如图 3-5 所示，已知晶体三级管的=100，gm=100mS，rbb=100； rbe=100k；rce=, Cbe=100pF, Cbc=3pF。 （1） 试画电路的高频微变等效电路图； （5 分） （2） 试用密勒近似法估算该电路的上限截止频率fH。（5 分） 10 RB 500k RL + VCC + Us - + Uo - RS Ce C1 Re RC 2k 10F C2 10F 10F + 0.9k + VT 图 3-5 解答： （1） 高频微变等效电路如下图所示。 RB + ui - RS + us - + uo - bc gmube rbe e RC/RL rbb b Cbe Cbc (3)(3) 利用戴维南等效定理，将高频等效电路整理如下图所示， RS1 + us1 - + uo - b c gmube e RC/RL b rbb rbe Cbc 其中 B s1s SB S1SB R uu , RR RR / R 再次利用戴维南等效定理，将高频等效电路整理如下图所示， 11 RS2 + us2 - + uo - b c gmube e RC/RL CiCo 其中：其中 S2S1bbbe ()/RRrr， S1SB RR / R , cbLmcbebi ) (1CCRgCCC O ， 由此可得 s2beB sSBsie = urR uRRRh 此时电压增益为 oobe Us2 s2bes2 j uuu A uuu be be22 2222 111 111 i ss sisissi / j Cu Uuu R/ j Cj R Cuj R C Us2 22 2beB Us 2SBsie2 11 11 omCL ssiLO osmCL sssiLO ug ( R / / R ) A( j) uj R C )(j R C uurg ( R / / R )R A ( j) uuRRRh(j R C )(j R C （） ） 此为高频增益函数，放大电路具有低通特性。 上限截止角频率为 12 2 11 HH siLO R CR C 、中的最小值； 上限截止频率为 12 2 11 22 HH siLO ff R CR C 、中的最小值； 其中 S1SB=0