低频电子电路习题答案及指导.doc
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1、题图1-41-8 在题图1-4所示的硅二极管电路中,输入交流信号Vim为5mV,问输出交流电压Vom为多少?设电容C对交流信号的容抗可忽略不计。 【分析思路】 (1)从电路结构出发,在两个电源作用下,电路中每个元器件的电压和电流原则上均包含两部分响应,即不变的直流和变化的交流;(2)具体说来,电容所在支路因电容的存在不可能含直流电流的流动,即电阻上无直流电压降;(3)考虑到交流电压的变化范围较小,由此在各元件上引起的变化电压和电流也不会大,即相对于直流属于小信号。综合起来,该题可以采用在直流工作点下的小信号分析方法。【解答】(1)在令交流电压源为零条件下,画出原电路的直流通路如图1-8-1(a
2、)所示。 (a)题图1-4在Vim=0时的电路图 (b)直路分析图 (c)二极管分析模型图1-8-1 题图1-4的直流通路获取在只提供二极管为“硅管”信息条件下,我们能采用的最精确二极管模型也只有图1-8-1(c)的模型了。据此,得,;管子处于导通状态。(2)在令原图中直流电压源为零条件下,画出原电路的交流通路如图1-8-2(a)所示,在二极管用小信号电阻替代,容抗为零的电容用短路线替代后得小信号等效图(c)。 (a)令原图直流源为零时的电路 (b)整理后的交流通路 (c)小信号等效图图1-8-2 题图1-4的交流分析图获取 【结论】 在二极管直流压降,交流压降条件下,可知满足计算前的“小信号
3、分析”假设条件,因此分析合理,即。1-9 请思考下列说法是否正确:(1)二极管的结电容越大二极管允许的最高工作频率越高;(2)二极管的结电容与外加电压的关系是线性的;(3)二极管的结电容由势垒电容和扩散电容组成;(4)在反偏时主要由扩散电容起作用。1-10 在某电路保持不变的条件下,温度为20时测得二极管的电压VD=0.7V。当温度上升到40时,则VD的大小将增加还是减小。1-11 如何用万用表来判断二极管好坏、极性。1-12 电路如题图1-5所示,请在选用图1-3-7(b)的二极管模型,以及时,画出电路输入输出电压关系曲线。题图1-51-13 电路如题图1-6所示,已知稳压管VDZ的稳压值V
4、Z10V,稳定电流的最大值IZmax=20mA,稳定电流的最小值IZmin= 5mA,负载电阻RL2kW。要求当输入电压VI由正常值发生20%波动时,输出电压基本不变。试求:电阻R和输入电压VI的正常值。解:【分析思路】:根据精度选择的不同得到两种结果: 题图1-6 1-14 请从工程实现角度出发,思考代表数字信息1和0的电位要设定为有一定误差的电位范围,而非固定的电位值。1-15 电路如题图1-7所示,请在输入只能取+5V和0V条件下,给出输入、和输出的关系。 题图1-7【提示】:(1)在信息处理电路范畴内,该题的二极管模型选取原因与对应低频电子电路教材21页对应,即采用直折线电阻近似模型2
5、;(2)做题时采用列表方式给出不同输入与输出的对应结果。思考与练习2-1 晶体管的基区为什么必须很薄?发射区和集电区有哪些异同点?2-2 有一锗晶体管的ICBO=5mA,。试求它的ICEO与值。 【解答】 , 2-3 请在晶体管输入特性曲线图2-1-6(a)中,标注出截止区、放大区和饱和区的位置。2-4 锗PNP型晶体管作为放大应用时,其极间电压如何设置? 2-5 当温度升高时,晶体管参数ICBO、b、IC将如何变化?(提示:根据导电原理和二极管导电特性定性分析)2-6 问:(1)已知某电路中未损坏晶体管的各端电位如题图2-1(a)(b)所示,请判断该晶体管所处的工作状态;(2)处于放大状态的
6、晶体管各端电位如题图2-1(c)(d)所示,请标明该晶体管各电极名称、晶体管类型和制造晶体管的材料类型。题图2-1【解答】(a)根据图可知,晶体管的发射结正偏,集电结反偏,即处于放大状态;(b)(c)2-7 问:(1)测得一个硅PNP型晶体管的b、c、e三个电极对地电压分别为:,判断该管工作于什么状态;(2)测得NPN型晶体管的e、b、c三个电极对地电压分别为:,判断该管工作于什么状态。2-8 问:与PNP晶体管发射极电流最大相对应的直流是:0.02V、0.05V、0.10V、0.10V?题图2-22-9 请思考基区调宽效应对晶体管特性有何影响。2-10 电路如题图2-2所示,在每个输入信号均
7、可以选择5V或0V的情况下,用列表方式给出3个输入端不同选择组合得到的输入输出信号对应关系。【讨论】二极管和晶体管的输入特性的导通电压不能近似等于零。2-11 场效应管的输出特性曲线如题图2-3所示,请画出相应的转移特性曲线,指出管子类型,写出饱和区转移特性表达式和相应的条件。题图2-3题图2-3(续)题图2-42-12 测得在放大状态下,MOS场效应管各管脚的电位如题图2-4所示,试判断这是一种什么类型的场效应管?并将相应的电路符号绘在图中,并标出各管脚的符号及衬底箭头。2-13 请问你能从题图2-5(a)(b)两图分别读出管子什么信息?请画出对应的管子电路符号,并思考管子安全区由什么参数确
8、定。题图2-52-14 请仿照图2-1-10对晶体管的大信号模型的构造,分析题图2-6所示场效应管的大信号模型,同时指出题图2-6(a)(b)两图各为什么管子的模型。(提示:图中电容为大信号变化引起的电容效应)题图2-6思考与练习2-1 晶体管的基区为什么必须很薄?发射区和集电区有哪些异同点?【解答】为了保证发射区来的绝大部分载流子能扩散到集电结边界,减少基区的复合机会,因而基区必须很薄。发射区和集电区掺入相同的杂质元素,发射区的掺杂的杂质浓度比集电区的高。2-2 有一锗晶体管的ICBO=5mA,。试求它的ICEO与值。 【解答】 , 2-3 请在晶体管输入特性曲线图2-1-6(a)中,标注出
9、截止区、放大区和饱和区的位置。【解答】标注如图:题图2-32-4 锗PNP型晶体管作为放大应用时,其极间电压如何设置?【分析思路】无论NPN管还是PNP管,若要放大应用,必须工作于放大状态,即必须满足发射结正偏,集电结反偏。对NPN管:VCVBVE 对PNP管:VCVB VEB(on), VEC VECS2-5 当温度升高时,晶体管参数ICBO、b、IC将如何变化?(提示:根据导电原理和二极管导电特性定性分析)【分析思路】温度升高时反向饱和电流ICBO增大(由少数载流子漂移运动形成的,少数载流子由本征激发产生,本征激发跟温度有关),温度每升高10 C ,ICBO 增大一倍;温度每升高1C, b
10、/b 增大(0.5 1)%,【解答】温度升高时,ICBO增大, b/b 增大,又因为IC =IB+(1+)ICBO, IC增大。2-6 问:(1)已知某电路中未损坏晶体管的各端电位如题图2-1(a)(b)所示,请判断该晶体管所处的工作状态;(2)处于放大状态的晶体管各端电位如题图2-1(c)(d)所示,请标明该晶体管各电极名称、晶体管类型和制造晶体管的材料类型。题图2-1(1)【分析思路】发射结正偏,集电结反偏,工作于放大状态;发射结和集电结都正偏工作于饱和状态;发射结和集电结都反偏工作于截止状态;【解答】对于(a)满足发射结正偏,集电结反偏,所以工作于放大状态;对于(b)满足发射结正偏,集电
11、结反偏,所以工作于放大状态。(2)【分析思路】无论NPN管还是PNP管,工作于放大状态,必须满足发射结正偏,集电结反偏。对NPN管:VCVBVE ; 对PNP管:VCVB4.74,所以4.7V对应的电极为基极,4V对应的电极是发射极,9V对应的电极是集电极。因VBE=0.7V,所以是硅管;又因为VCVBVE,所以是NPN管。对于(d)因-5-5.7-10,所以-5.7V对应的电极为基极,-5V对应的电极是发射极,-10V对应的电极是集电极。因VBE=-0.7V,所以是硅管;又因为VCVB 0,ID自漏极流向源极。 P沟道:VDS 0,ID自源极流向漏极。 2、VGS的极性取决于工作方式及沟道类
12、型,比较难记,结合转移特性曲线来记较易。即对N沟道管子:结型VGS(off)VGS VGS(th) 0对P沟道管子:结型VGS(off)VGS 0;耗尽型VGS可正、可负,也可为零;增强型VGS VGS(th)0,所以为N沟道管子,又因为vGS1V0,所以为增强型管子,其中vGS(th) =1V。管子类型为:N沟道增强型FET。饱和区转移特性表达式:(条件:vDS vGS vGS(th))(b)转移特性曲线的画法跟(a)一样。因为vDS0,所以为P沟道管子,又因为vGS-1V0,所以为增强型管子,其中vGS(th) =-1V。管子类型为:P沟道增强型FET。饱和区转移特性表达式:(条件:vDS
13、 0,所以为N沟道管子,又因为vGS0,所以为结型场效应管,其中vGS(off) =-3.5V。管子类型为:N沟道结型FET。饱和区转移特性表达式:(条件:vDS vGS vGS(off))(d)转移特性曲线的画法跟(a)一样。因为vDS0,所以为N沟道管子,又因为vGS有正、有0、有负值,所以为耗尽型场效应管,其中vGS(off) =-1.5V。管子类型为:N沟道耗尽型FET。饱和区转移特性表达式:(条件:vDS vGS vGS(off))题图2-42-12 测得在放大状态下,MOS场效应管各管脚的电位如题图2-4所示,试判断这是一种什么类型的场效应管?并将相应的电路符号绘在图中,并标出各管
14、脚的符号及衬底箭头。【分析思路】绝缘栅型场效应管电路符号中除了三个电极之外,还有一个衬底,结型场效应管只有三个电极。另外场效应管要工作于放大状态,必须工作于饱和区,即要加合适的偏置电压才行:1、VDS的极性与漏极电流的流向取决于沟道类型: N沟道:VDS 0,ID自漏极流向源极。 P沟道:VDS 0,ID自源极流向漏极。 2、VGS的极性取决于工作方式及沟道类型,比较难记,结合转移特性曲线来记较易。即对N沟道管子:结型VGS(off)VGS VGS(th) 0对P沟道管子:结型VGS(off)VGS 0;耗尽型VGS可正、可负,也可为零;增强型VGS VGS(th)0,所以为N沟道管子,且vG
15、S=0所以为耗尽型场效应管。电路符号及管脚标注如图题图解2-4所示。2-13 请问你能从题图2-5(a)(b)两图分别读出管子什么信息?请画出对应的管子电路符号,并思考管子安全区由什么参数确定。题图2-5【解答】(a)由图可知,该图是三极管的输入特性曲线和输出特性曲线。由输入特性曲线知,该管的导通电压VBE(on)-0.2V,所以是PNP型的锗管;由输出特性曲线可得三极管的=iC/iB100,VCES-1V。管子的安全工作区域由:ICM、PCM、VBR(CEO)确定。(b)由图可知,该图是场效应管的输出特性曲线。因为vDS0,所以为P沟道管子,又因为vGS有正、有0、有负值,所以为耗尽型场效应
16、管,其中vGS(off) =0.75V。管子的安全工作区域由:IDM、PDM、VDS (BR)、VGS (BR)确定。2-14 请仿照图2-1-10对晶体管的大信号模型的构造,分析题图2-6所示场效应管的大信号模型,同时指出题图2-6(a)(b)两图各为什么管子的模型。(提示:图中电容为大信号变化引起的电容效应)图2-6【解答】(a)图是绝缘栅型管子的等效模型;(b)图是结型管子的等效模型。思考与练习3-8 在外接电容交流短路时,画出题图3-6所示电路的交流通路、小信号等效电路,写出电路的交流输入电阻。题图3-6 【分析思路】(1)交流输入电阻是指在交流小信号条件下,从电路输入端看入的低中频交
17、流等效电阻。(2)分析应按画出电路交流通路、画出小信号等效电路、求出输入电阻的步骤进行;(3)在求输入电阻时,我们会遇到含受控源的等效电阻求解问题,此时,应根据电量控制过程找出具体的解题方法。 【解答】(a):(1)根据已知“外接电容交流短路”,可以得出交流条件下,外接电容相当于短路线;以及直流电压源在交流条件下,也相当于短路线的结论,可得 (a) 交流通路 (b) 小信号等效电路图3-6-1 题图3-6(a)的交流分析图 (2)根据小信号等效电路的线性电路特征,利用“电路分析”原理求解如下。由图可知电路输入电流和场效应管d端电流都会流入电阻,为此,设电阻的压降为中间变量,于是 (3-8-1)
18、 又因为 (3-8-2) 所以 (3-8-3) 又因为 (3-8-4) 即 (3-8-5) 代入式(3-8-3),整理得 (3-8-6)(b):(1)画出交流通路和小信号等效电路如下 (a) 交流通路 (b) 小信号等效电路图3-6-2 题图3-6(b)的交流分析图1 (2)设电阻的压降为中间变量,于是 (3-8-7) 由小信号等效图可知,取决和。其中,取决,取决。相对来说,是通过作用形成的。 (a) 与和的交流分析图 (b) 与的交流分析图图3-6-3 题图3-6(b)的交流分析图2 由图3-6-3(a),得 (3-8-8) 解得 (3-8-9) 由图3-6-3(b),得 (3-8-10)
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