模拟电子技术基础,课后习题答案

模拟电子技术基础,课后习题答案 模拟电子技术基础 第一章 1.1 电路如题图1.1所示，已知ui?5sin?t?V?，二极管导通电压降UD?0.7V。试画出 ui和uo的波形，并标出幅值。 解：通过分析可知： (1) 当ui?3.7V时，uo?3.7V (2) 当?3.7V?ui?3.7V时，uo?ui (3) 当ui?3.7V时，uo?3.7V 总结分析，画出部分波形图如下所示： 1.2 二极管电路如题图1.2所示。（1）判断图中的二极管是导通还是截止？（2）分别用理想模型和横压降模型计算AO两端的电压UAO。 解：对于（a）来说，二极管是导通的。 采用理想模型来说，UAO?6V 采用恒压降模型来说，UAO?6.7V 对于（c）来说，二极管D1是导通的，二极管D2是截止的。 采用理想模型来说，UAO?0 采用恒压降模型来说，UAO?0.7V 1.3 判断题图1.3电路中的二极管D是导通还是截止？用二极管的理想模型计算流过二极管的电流ID? 解：（b）先将二极管断开，由KVL定律，二极管左右两端电压可求出： 25 ?15?1.5V 18?225?510 U右15?1V 140?10U左?10? 故此二极管截止，流过的电流值为ID0 （c）先将二极管断开，由KVL定律，二极管左右两端电压可求出： 52 2.5V，U左2.5?20?0.5V 25?518?210 U右15?1V 140?10U左115? 由于U右?U左?0.5V，故二极管导通。 运用戴维宁定理，电路可简化为 ID? 0.5 ?32.7A 15.3 1.6 测得放大电路中六只晶体管的电位如题图1.6所示，在图中标出三个电极，并说明它们是硅管还是锗管。 解： T1: 硅管，PNP，11.3V对应b, 12V对应e, 0V对应c T2: 硅管，NPN，3.7V对应b, 3V对应e, 12V对应c T3: 硅管，NPN，12.7V对应b, 12V对应e,15V对应c T4: 锗管，PNP，12V对应b, 12.2V对应e, 0V对应c T5: 锗管，PNP，14.8V对应b, 15V对应e, 12V对应c T6: 锗管，NPN，12V对应b, 11.8V对应e, 15V对应c 模拟电子技术基础 第二章 2.2 当负载电阻RL?1k?时，电压放大电路输出电压比负载开路（RL?）时输出电压减少20%，求该放大电路的输出电阻ro。 解：由题意知： UOC ?RL?0.8UOC ro?RL 解得ro?0.25k 2.5 电路如题图2.2所示，设BJT的UBE?0.6V，ICEO、ICES可忽略不计，试分析当开关 S分别接通A、B、C三位置时，BJT各工作在其输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流IC。 解：ICS?12/4?3mA，IBS?3/80?0.0375mA (1) 开关打在A上：IB? 12?0.6 ?0.285mA?IBS，故三极管工作在饱和区。 40 IC?ICS?3mA (2) 开关打在B上：IB? 12?0.6 ?0.0228mA?IBS，故三极管工作在放大区。 500 IC?IB?1.8mA (3) 开关打在C上：发射结和集电结均反偏，故三极管工作在截止区。 IC=0 2.9 题图2.6画出了某固定偏流放大电路中BJT的输出特性及交、直流负载线，试求： (1)电源电压VCC，静态电流IB、IC和管压降VCE的值； (2)电阻Rb、Rc的值; (3)输出电压的最大不失真幅值； (4)要使该电路不失真地放大，基极正弦电流的最大幅值是多少？ 解：(1)由输出特性图中可以读到： IB?20uA，IC?1mA，UCE?3V, VCC?6V。 (2) Rb? VCCV?UCE ?300k，RC?CC?3k IBIC (3) UOM?min(UCE?UCEQ,UCEQ?UCES)?min(4.5?3,3?0.8)?1.5V (4)要使电路能不失真地放大，基极正弦电流的最大幅值取20uA 2_11、单管放大电路如图题3.4.2所示已知BJT的电流放大系数50。（1）估算Q点； （2）画出简化 H参数小信号等效电路；（3）估算 BJT的朝人电阻 rbe；（4）如 ?VV?O输出端接入 4 k的电阻负载，计算AV?及AVS?O?。 ?iS 解（1）估算Q点 IB? VCC ?40?A IC?IB?2mA Rb VCE?VCC?ICRC?4V （2）简化的H参数小信号等效电路如图解3.4.2所示。 （3）求rbe rbc?200?(1?) 26mV26mV ?200?(1?50)?863? IE2mA ?V?(RC|RL)?R0L?（4）A?116 VrberbeVi ?V?V?VRiRb|rbe00? ?AVS?i?A?A?73 VVRi?RsRs?Rb|rbeVsViVs 2-14.电路如图所示,设耦合电容和旁路电容的容量均足够大,对交流信号可视为短路. (1)求Au=Uo/Ui，ri，ro (2)求Au=Uo/Us (3)如将电阻Rb2逐渐减小,将会出现什么性质的非线形失真?画出波形图. (2) us (3) Rb2减小将会产生饱和失真 2.15 电路如题图2.11所示。 (1)画出放大电路的微变等效电路； UCC UB?Rb1 Rb1?Rb2 UB?UBE IE?1.2mA Re1?Re2 (2) 写出电压放大倍数Au1?(3)求输入电阻ri； (4)画出当Rc?Re时的输出电压uo1、uo2的波形（输入ui为正弦波，时间关系对齐） 解：（1） 26 rbe?rbb?1?2.5k? IE Rc Au?38 rbe?1?Re1 ri?Rb1/Rb2/?rbe?1?Re1? ro?Rc?6.8k? ri A?Au?34.5 ri?Rs Uo1Ui . . Au2? Uo2Ui . . 的表达式； 第三部分 习题与解答 习题1 客观检测题 一、填空题 1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。 2、当PN结外加正向电压时，扩散电流电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。 3、在N型半导体中，电子为多数载流子，为少数载流子。 二判断题 1、由于P型半导体中含有大量空穴载流子，N型半导体中含有大量电子载流子，所以P型半导体带正电，N型半导体带负电。（ ） 2、在N型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P型半导体。（ ） 3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。（ ） 4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。（ ） 5、PN结在无光照无外加电压时，结电流为零。（ ） 6、温度升高时，PN结的反向饱和电流将减小。（ ） 7、PN结加正向电压时，空间电荷区将变宽。（ ） 三简答题 1、PN结的伏安特性有何特点？ V 答：根据统计物理理论分析，PN结的伏安特性可用式ID?Is?(eVT?1)表示。 式中，ID为流过PN结的电流；Is为PN结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I的单位一致；V为外加电压； VT=kT/q，为温度的电压当量（其单位与V的单位一致），其中玻尔兹曼常数k?1.38?10?23J/K，电子电量 q?1.60217731?10?19C(库伦)，则VT?T(V)，在常温（T=300K）下，115.294 V VTVT=25.875mV=26mV。当外加正向电压，即V为正值，且V比VT大几倍时，e 是I?Is?eVVT?1，于，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN结为正向导通状 V VT态.外加反向电压，即V为负值，且|V|比VT大几倍时，e?1，于是I?Is，这时PN结 只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN结呈反向截止状态。PN结的伏安特性也可用特性曲线表示，如图1.1.1所示.从式(1.1.1)伏安特性方程的分析和图 1.1.1特性曲线（实线部分）可见：PN结真有单向导电性和非线性的伏安特性。 图 1.1.1 PN伏安特性 2、什么是PN结的反向击穿？PN结的反向击穿有哪几种类型？各有何特点？ 答：“PN”结的反向击穿特性：当加在“PN”结上的反向偏压超过其的击穿电压后，PN结发生击穿。 PN结的击穿主要有两类，齐纳击穿和雪崩击穿。齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结，一般反向击穿电压小于4Eg/q（EgPN结量子阱禁带能量，用电子伏特衡量，Eg/q指PN结量子阱外加电压值，单位为伏特）的PN的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。 雪崩击穿主要发生在“PN”结一侧或两侧的杂质浓度较低“PN”结，一般反向击穿电压高于6 Eg/q的“PN”结的击穿模式为雪崩击穿。击穿机理就是强电场使载流子的运动速度加快，动能增大，撞击中型原子时把外层电子撞击出来，继而产生连锁反应，导致少数载流子浓度升高，反向电流剧增。 3、PN结电容是怎样形成的？和普通电容相比有什么区别？ PN结电容由势垒电容Cb和扩散电容Cd组成。 势垒电容Cb是由空间电荷区引起的。空间电荷区内有不能移动的正负离子，各具有一定的电量。当外加反向电压变大时，空间电荷区变宽，存储的电荷量增加；当外加反向电压变小时，空间电荷区变窄，存储的电荷量减小，这样就形成了电容效应。“垫垒电容”大小随外加电压改变而变化，是一种非线性电容，而普通电容为线性电容。在实际应用中，常用微变电容作为参数，变容二极管就是势垒电容随外加电压变化比较显著的二极管。 扩散电容Cd是载流子在扩散过程 中的积累而引起的。PN结加正向电压 时，N区的电子向P区扩散，在P区形 成一定的电子浓度(Np)分布，PN结边缘 处浓度大，离结远的地方浓度小，电子 浓度按指数规律变化。当正向电压增加 时，载流子积累增加了Q；反之，则减 图1.3.3 P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累 小，如图1.3.3所示。同理，在N区内 空穴浓度随外加电压变化而变化 的关系与P区电子浓度的变化相同。因此，外加电压增加V时所出现的正负电荷积累变化Q，可用扩散电容Cd来模拟。Cd也是一种非线性的分布电容。 综上可知，势垒电容和扩散电容是同时存在的。 PN结正偏时，扩散电容远大于势垒电容；PN结反偏时，扩散电容远小于势垒电容。势垒电容和扩散电容的大小都与PN结面积成正比。与普通电容相比，PN结电容是非线性的分布电容，而普通电容为线性电容。 习题2 客观检测题 一、填空题 1、半导体二极管当正偏时，势垒区漂移电流。 2、 在常温下，硅二极管的门限电压约，导通后在较大电流下的正向压降约 V；锗二极管的门限电压约，导通后在较大电流下的正向压降约V。 3、在常温下，发光二极管的正向导通电压约， 考虑发光二极管的发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在 510 mA。 4、利用硅PN结在某种掺杂条件下反向击穿特性陡直的特点而制成的二极管，称为 普通（稳压）二极管。请写出这种管子四种主要参数，分别是 最大整流电流 、 反向击穿电压 、 反向电流 和 极间电容。 二、判断题 1、二极管加正向电压时，其正向电流是由（ a ）。 a. 多数载流子扩散形成 b. 多数载流子漂移形成 c. 少数载流子漂移形成 d. 少数载流子扩散形成 2、PN结反向偏置电压的数值增大，但小于击穿电压，（ c ）。 a. 其反向电流增大b. 其反向电流减小 c. 其反向电流基本不变 d. 其正向电流增大 3、稳压二极管是利用PN结的（ d ）。 a. 单向导电性b. 反偏截止特性 c. 电容特性 d. 反向击穿特性 4、二极管的反向饱和电流在20时是5A，温度每升高10，其反向饱和电流增大一倍， 当温度为40时，反向饱和电流值为（ c ）。 a. 10A b. 15A c. 20A d. 40A 5、变容二极管在电路中使用时，其PN结是（ b ）。 a. 正向运用b. 反向运用 三、问答题 1、温度对二极管的正向特性影响小，对其反向特性影响大，这是为什么？ 答：正向偏置时，正向电流是多子扩散电流，温度对多子浓度几乎没有影响，因此温度对二极管的正向特性影响小。但是反向偏置时，反向电流是少子漂移电流，温度升高少数载流子数量将明显增加，反向电流急剧随之增加，因此温度对二极管的反向特性影响大。 2、能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？ 答：根据二极管电流的方程式 I?IS?eqV/KT?1? 将V=1.5V代入方程式可得： I?20?10?12?e1500/26?1?20?10?12?e1500/26 1500lgI?lg20?12?lge?14.3426 故I?2.18?1014 ?A? 虽然二极管的内部体电阻、引线电阻及电池内阻都能起限流作用，但过大的电流定会烧 坏二极管或是电池发热失效，因此应另外添加限流电阻。 3、有A、B两个二极管。它们的反向饱和电流分别为5mA和0.2?A，在外加相同的正向电压时的电流分别为20mA和8mA，你认为哪一个管的性能较好？ 答：B好，因为B的单向导电性好；当反向偏置时，反向饱和电流很小，二极管相当于断路，其反向偏置电阻无穷大。 4、利用硅二极管较陡峭的正向特性，能否实现稳压？若能，则二极管应如何偏置？ 答：能实现稳压，二极管应该正向偏置，硅二极管的正偏导通电压为0.7V；因此硅二极管的正向特性，可以实现稳压，其稳压值为0.7V。 5、什么是齐纳击穿？击穿后是否意味着PN结损坏？ 答：齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结，其空间电荷区较窄，击穿电压较低（如5V以下），一般反向击穿电压小于4Eg/q（EgPN结量子阱禁带能量，用电子伏特衡量，Eg/q指PN结量子阱外加电压值，单位为伏特）的PN的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。 发生齐纳击穿需要的电场强度很大，只有在杂质浓度特别大的PN结才能达到。击穿后并不意味着PN结损坏，当加在稳压管上的反向电压降低以后，管子仍然可以恢复原来的状态。但是反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率时，就可能由电击穿变为热击穿，而造成永久性的破坏。电击穿PN结未被损坏，但是热击穿PN结将永久损坏。 主观检测题 2.1.1试用电流方程式计算室温下正向电压为0.26V和反向电压为1V时的二极管电流。（设IS?10?A ） 解：由公式 ID?IS?qVDe/KT?1?IS?DVeT/V?1? 由于IS?10?A， VT=0.026V 正向偏置VD=0.26V时 ID?ISe?VD/VT?1?10?e0.26/0.026?1?10?e10?1?220264?A?0.22A ? 当反向偏置VD?1V时 ID?IS?10?A 题1.1 （1）杂质浓度，温度（2）呈电中性，呈电中性（3）等于，大于，变窄，小于，变宽（4）反向击穿（5）增大，增大，减小（6）左移，上移，加宽（7）、发射结，集电结（8）一种载流子参与导电，两种载流子参与导电，压控，流控。 题1.2 二极管电路如图T1.2所示，判断图中二极管是导通还是截止，并确定各电路的输出端电压UO 。设二极管的导通压降为UD=0.7V。 (a) (b) (c)(d) 图 T1.2 解：（a）UO=UAUD=5V0.7V=5.7V （b）UO=UB=UC=5V （c）UO=UA=0.7V （d）UO=UA=9.3V 题1.3 二极管电路如图T1.3 (a) 所示，已知ui?10sin?t(mV) ，E?1.2V， 电容C和直流电源E对交流视为短路，二极管的伏安特性曲线如图T1.3(b)所示，R?100?， 求二极管两端的电压和流过二极管的电流。 解： iD?ID?id?(5?1.92sin?t)mA uD?UD?ud?(0.7?0.01sin?t)V 题1.4 设图T1.4中的二极管D为理想二极管，试通过计算判断它们是否导通？。 iD 8D? uD (a) (b) 图 T1.3 (a)(b) 图 T1.4 解：(a) UA?10? 41 ?(?20)?9V 4?61?45 UB?20?10V,UA?UB, 二极管导通； 5?525 (b) UA?10?(?15)?4V 2?185?201 UB?15?1V,UA?UB, 二极管截止。 1?14 (a)题1.5 在图T1.5所示电路中，已 知ui=10sint(V),二极管的正向压降和反向电流均可忽略。分别画出它们的输出波形和传输特性曲线uO=f(ui)。 解： (b)图T1.5 uo 5 5 uooo uououo (a) (d) 题1.6 有两只硅稳压管DZ1、DZ2，它们的正向导通电压U D=0.7V，稳压值分 别为UZ1=6V，UZ2=9V。试问： （1） 将它们串联相接时可以得到几种稳压值，各为多少？ （2） 将它们并联相接时又可以得到几种稳压值，各为多少？ 解：（1）6.7V，9.7V，15V； （2）0.7V，6V。 UI?10V,题1.7 已知稳压管DZ的稳压值UZ?6V，最小稳定电流IZmin=5mA， 求图T1.7所示电路中UO1和UO2的值。 ? ? UO1? O2? 图 T1.7 解：(a)假设稳压管DZ能够稳压则：IZ?IR?IRL? 假设成立，所以UO1=6V ； (b)若稳压管DZ能够稳压则：IZ?IR?IRL? UI?UZUZ ?5mA?IZmin， RRL UI?UZUZ?1mA?IZmin， RRL RL ?5V。 RL?R 假设不成立，稳压管不导通，所以Uo2?UI? 解：假设稳压管能够稳压，则: DZ E?UZUZ IZ?I1?I2?12.5mA?IZmin, R1R2 假设成立，且IZ?IZmax,IZ?12.5mA，如果R2断开，稳压管中电流过大将被烧坏；IZ?I1?I2? 图T1.8 E?UZUZ ?IZmax ，R2的最大值为2k。 R1R2 题1.9测得放大电路中的两个晶体管的两个电极电流如图T1.9所示。 （1） 另一个电极的电流，并在图中标出实际方向； （2） 判断它们的管型，并标出e、b、c极； （3） 估算它们的值和?值。 mAmA (b)(a) 图T1.9 解：图（a）：（1）2mA，流入电极，（2）NPN型管，上e左c右b ，（3）=100，=0.99； 图（b）：（1）0.3mA，从电极流出，（2）PNP型管，上c左b右e ，（3）=40， =0.975。 题1.10 有两只晶体管，A管的?=200，ICEO?200A；B管的?=50， ICEO=10A，其它参数大致相同，用作放大时最好选用哪只管？ 解：B管。（选用BJT时，一般希望极间反向饱和电流尽量小些，以减小温度对BJT性能的影响）。 题1.11 在放大电路中，测得三只晶体管各个电极的电位如下， A管：2V，2.7V，6V B管：2.2V，5.3V，6V C管：4V，1.2V，1.4V 试判断晶体管的类型、材料、电极。 解：A管：NPN型，硅，e，b，c； B管：PNP型，硅，c，b，e； C管：PNP型，锗，c，e，b。 题1