《电子技术习题答案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子技术习题答案.doc(47页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第1章 半导体晶体管和场效应管一 、重点和难点1. 半导体材料的导电特性半导体材料的导电特点决定了半导体器件的特点和应用场合,因此透彻的了解半导体的导电特点是学习电子技术的基础,也是本章的重点之一。2. PN结的单向导电性所有的半导体器件都是由一个或者多个PN结组合而成的,深刻理解PN结的单向导电性的特点是本章的重点。3. 二极管的参数二极管的参数中,有表示极限的参数,有表示优劣的参数,同时有直流参数,又有交流参数,有建立在时间积累效应基础上的电流参数,还有建立在雪崩效应和隧道效应基础上的瞬时电压参数,正确的理解二极管的参数是应用的前提和基础,掌握每个参数的意义是本章的重点,也是本章的难点,4
2、. 二极管的应用二极管的主要利用其单向导电性可以用来构成各种电路,二极管的应用是本章的重点。5. 三极管的结构三极管的是由两个相互关联的PN结构成的,三极管由于其内部载流子的运动规律难于形象描述而成为本章的难点。6. 三极管的特性三极管不论输入还是输出都是非线性的,故此其为本章的难点,由于了解管子的特性是对于管子应用的基础和前提,因此正确理解输入电流对输出电流的控制也是本章的重点。7. 三极管的应用三极管在日常生活中有着非常广泛的应用,模拟电子中主要用其放大作用,数字电子中主要用其开关作用。学习的目的主要是为了应用,因此是本章的重点。二、学习方法指导1.半导体材料的导电特性半导体材料的导电性能
3、介于导体和绝缘体之间,其导电特性包括:对温度反映灵敏(热敏性) ,杂质的影响显著(掺杂性) ,光照可以改变电阻率(光敏性)。2.自由电子和空穴当一部分价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子后,共价键中就留下相应的空位,这个空位被称为空穴。原子因失去一个价电子而带正电,也可以说空穴带正电。在本征半导体中,电子与空穴总是成对出现的,它们被称为电子空穴对。如果在本征半导体两端加上外电场,半导体中将出现两部分电流:一是自由电子将产生定向移动,形成电子电流;一是由于空穴的存在,价电子将按一定的方向依次填补空穴,亦即空穴也会产生定向移动,形成空穴电流。所以说,半导体中同时存在着两种载流子(运载电荷的粒子为载
4、流子)电子和空穴,这是半导体导电的特殊性质,也是半导体与金属在导电机理上的本质区别。3. PN结及其单向导电性若在纯净的硅晶体中掺入微量的五价元素(如磷),磷原子与硅原子组成共价键结构只需四个价电子,而磷原子的最外层有五个价电子,多余的那个价电子不受共价键束缚,只需获得很少的能量就能成为自由电子。自由电子是多数载流子(简称多子),空穴是少数载流子(简称少子),自由电子导电为主要导电方式的杂质半导体称为电子型半导体,简称N型半导体。在纯净的硅(或锗)晶体内掺入微量的三价元素硼(或铟),当它与周围的硅原子组成共价键结构时,会因缺少一个电子而在晶体中产生一个空穴,掺入多少三价元素的杂质原子,就会产生
5、多少空穴。因此,这种半导体将以空穴导电为其主要导体方式,称为空穴型半导体,简称P型半导体。在一块硅或锗的晶片上,采取不同的掺杂工艺,分别形成N型半导体区和P型半导体区。在他们的交界面附近就会形成一个空间电荷区,这个空间电荷区就是PN结。若在PN结两端外加电压,将会破坏PN结原有的平衡。加正向电压时,P区接电源正极,N区接电源负极,由于外电场的方向与内电场的方向相反,结果使空间电荷区变窄,内电场被削弱,有利于多数载流子的扩散运动,形成较大的正向电流。因此,加正向电压时,PN结呈低电阻而处于导通状态。若外接电压方向相反N区接电源正极,P区接电源负极,则外电场方向与内电场方向一致,空间电荷区变宽,P
6、N结呈高阻状态而处于反向截止。4. 二极管的参数及应用将PN结的两端加上电极引线并用外壳封装,就组成了一只晶体二极管。二极管IOM是二极管长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。URM是为了防止二极管反向击穿而规定的最高反向工作电压。一定要在极限参数允许的范围内工作,否则会损坏管子。利用二极管的单向导电性可以用来构成整流,限幅,检波,保护,开关等电路。5.特殊二极管稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管,反向击穿是稳压管的正常工作状态,稳压管就工作在反向击穿区。发光二极管也具有单向导电性。发光二极管的发光颜色取决于所用材料,目前有红、绿、黄、橙等色。光电二极管的结构与普通二极管类似,使用时光电二极
7、管PN结工作在反向偏置状态,在光的照射下,反向电流随光照强度的增加而上升(这时的反向电流叫做光电流),所以,光电二极管是一种将光信号转为电信号的半导体器件。6.晶体管的结构目前使用的晶体管有PNP型和NPN型两种,他们在结构上都有三个区发射区、基区和集电区,两个PN结发射结和集电结组成。由三个区分别引出的三根电极分别称为发射极E、基极B和集电极C。为了使晶体管具有电流放大作用,在其内部结构上还必须满足两个条件:发射区的掺杂浓度最高,集电区掺杂浓度较低,基区掺杂浓度最低;基区做得很薄。晶体管可以工作在输出特性曲线的三个区域内,晶体管工作在放大区的主要特征是:发射结正向偏置,集电结反向偏置,IC与
8、IB间具有线性关系,即IC=IB。晶体管工作在截止区的主要特征是:IB=0,IC= 0,相当于晶体管的三个极之间都处于断开状态。晶体管工作在饱和区的主要特征是:UCEVBVE,对于PNP型BJT而言,其三极电位关系刚好相反,故由此可判断,不论是NPN型还是PNP型半导体,都有基极电位居中,显然本题中,B为基极,由于发射结正偏,其导通压降较低,故C为发射极,则A为集电极。显然本题中集电极电位最低,故应为PNP型BJT。2-2 电路如图2-001所示,设半导体三极管的 =80,试分析当开关S分别接通A、B、C三位置时,三极管分别工作在输出特性曲线的哪个区域,并求出相应的集电极电流IC。解:开关接通
9、C位置时,显然发射结零偏,故工作于截止区,开关接通于AB位置时,发射结正偏,工作于放大区与饱和区的临界饱和集电极电流IC12/4=3mA,对应最大基极电流为3/80=37.5,显然开关位于A时,工作于饱和区,开关位于B时,工作于放大区。2-3 试说明图2-002中各电路对交流信号能否放大?解:(b)(c)可以放大,(a)(d)(e)(f)不可以放大图2-002 习题2-3的图2-4 图2-003给出的是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UCC,静态电流IB、IC和管压降UCE的值;(2)电阻Rb、Rc的值;(3)输出电压的最大不失真幅度;(4)要使该电路
10、能不失真地放大,基极正弦电流的最大幅值是多少?解:(1)由直流负载线可得:UCC=6v,IB=20,IC=1m,UCE=3V(2)RbUCC/IB=300K,Rc=(UCC -UCE)/ IC=3 K(3)输出电压的最大值不超过电源电压的一半,即,最大值不超过3v(4)IcmaxUCC / Rc=2mA,IBMAX=ICMAX/=2/50=402-5 固定偏置放大电路如图2-004所示,已知,晶体管的电流放大系数=100,欲满足,的要求,试求RB、RC。解:Rc=(UCC -UCE)/ IC=16/2=8 KIB=IC/=20RbUCC/IB=1000K 图2-003 习题2-4的图 图2-0
11、04 习题2-5的图2-6 电路如图2-005所示,晶体管的b60,rbb=100 。(1)求电路的Q点、ri和ro;(2)设US10 mV(有效值),试求Ui、Uo分别为多少?若C3开路,则Ui、Uo又为多少?图2-005 习题2-6的图 解:静态分析由公式UCC=IB*RB+(1+)IB*RE可得IB=33IC=IB=2mAUCE=UCC-IC(RC+RE)=4V动态分析(该放大电路旁路电容开路和不开路时的微变等效电路可分别参考图2-15和图2-16)900=1.5 K当旁路电容C3不开路时,-60*15/9=-100rirbe=900ro=RC=3KUi=US* ri/(RS+ ri)=
12、3.1mVUo= Ui*Au=0.3V当旁路电容C3开路时,=-1.4551 KUi=US* ri/(RS+ ri)=9.6mVUo= Ui*Au=14 mV2-7 电路如图2-006所示,已知三极管的 =100,UBE=-0.7V。(1)试计算该电路的Q点;(2)画出微变等效电路;(3)求该电路的电压增益Au,输入电阻ri,输出电阻ro。(4)若uo中的交流成分出现如图2-54右半部分所示的失真现象,请问,它是截止失真还是饱和失真?为消除此失真,应调节电路中的哪个元件,如何调整? 图2-006 习题2-7的图解:(1)=40IC=IB=4mA,UCE=UCCICRC=4V(2)微变等效电路如
13、下图所示:(3)956=-133rirbe=956ro=RC=2K(4)右图出现的失真为饱和失真,是由静态工作点过高引起的,应当适当降低静态工作点。2-8 电压放大倍数是放大电路的一个重要性能指标,是否可以通过选用电流放大系数较高的三极管来获得较高的电压放大倍数?如果增大三极管的静态工作电流,能否提高电压放大倍数?解:可以通过适当提高放大系数来提高放大倍数,但是放大系数过高会带来较大的误差。静态工作点的提高不能提高电路的电压放大倍数。2-9 放大电路如图2-007所示,已知晶体管的 =100,RC=2.4 k,RE=1.5 k,UCC=12 V,忽略UBE。若要使UCE的静态值达到4.2 V,
14、估算RB1,RB2的阻值。解:IC=(12-4.2)/(2.4+1.5)=2mA,VBIC*RE=3V,可取RB1,RB2的值为30 K和10 K2-10 图2-008是集电极-基极偏置放大电路。(1)试说明其稳定静态工作点的物理过程。(2)设UCC =20 V,RB= 330 k,RC =10 k,=50,试求其静态值。 图2-007 习题2-9的图 图2-008 习题2-10的图解:(1) IBICUCUCBIB反之亦然(2)由UCC=(1+)IB*RC+IB*RB可得:IB=24UCEIB*RB=8V2-11 在图2-009所示的分压式偏置放大电路中,已知:UCC =12 V,RC=3.
15、3 k,RB1=33 k,RB2=10 k,RE1 =200 ,RE2 =1.3 k,RL=5.1k ,RS=600 ,晶体管为PNP型锗管。试计算该电路:(1) =50 时的静态值、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻;(2)换用 =100 的晶体管后的静态值和电压放大倍数。解:本题略,可见教材28页例2-3,带入数值即可。(a) 分压式偏置电路 (b) 微变等效电路图2-009 习题2-11的图2-12 在图2-010所示电路中,设晶体管的b=100,rbe=1kW,静态时。试求:(1) 输入电阻;(2) 若,求、;(3) 若,求、;(4) 将上述(1)、(2)、(3)的结果对比,说明射极输出
16、器有什么特点?解:本题略,可见教材31页例2-4,带入数值即可。2-13 两级阻容耦合放大电路如图2-011所示,晶体管的均为50,=,要求:(1) 用估算法计算第二级的静态工作点;(2) 画出该两级放大电路的微变等效电路;(3) 写出整个电路的电压放大倍数,输入电阻和输出电阻的表达式。 图2-010 习题2-12的图 图2-011 习题2-13的图解:本题略,分析思路:阻容耦合的放大电路,前后级可分别独立分析,分析过程分别见习题2-7,2-11,放大倍数为两级放大倍数的乘积,输入电阻为第一级的输入电阻,输出电阻为第二级的输出电阻。2-14 如图2-012所示的各电路的静态工作点均合适,分 别
17、画出它们的交流等效电路,并计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻ri和输出电阻ro的表达式。图2-012 习题2-14的图2-15 电路如图2-013所示。已知电压放大倍数为-100,输入电压ui为正弦波,T2和T3管的饱和压降UCES=1 V。试问:(1) 在不失真的情况下,输入电压最大有效值Uimax为多少?(2) 若Ui10 mV(有效值),则Uo为多少?若此时R3开路,则Uo为多少?若R3短路,Uo为多少?图2-013 习题2-15的图2-16 什么是零点漂移?产生零点漂移的主要原因是什么?为什么在直接耦合放大电路中零点漂移可能产生严重后果?解:零点漂移是直接耦合放大电路存在的一个特殊问
18、题。输入电压为零(ui=0)而输出电压(uo=0)不为零,且缓慢地、无规则地变化的现象,称为零点漂移现象。在直接耦合放大电路中,漂移电压和有效信号电压混杂在一起被逐级放大,特别是第一级的漂移影响最大,因为第一级的漂移会被后面各级逐级放大。在漂移现象严重的情况下,往往会使有效信号“淹没”,使放大电路不能正常工作。2-17 有甲、乙两个直接耦合放大电路,它们输出端的零点漂移电压都是400 mV,但甲的电压放大倍数为,乙的电压放大倍数为,它们的零点漂移指标是否一样?对于ui= 0.4 mV的电压信号,两个放大器都能进行正常放大吗?为什么?解:本题是错题,两放大倍数一致。2-18 典型差动放大电路是如
19、何抑制零点漂移的?它是如何放大差模信号的?解:典型的差动放大电路,其电路示意图如下图所示由于电路的对称性,无论是温度的变化还是电源电压的波动,都会引起两个三极管集电极电流和电压的相同变化,因为采用双端输出的形式,相同的变化量互相抵消,从而抑制了零点漂移。当输入差模信号时,左边增加时右边减少,故放大倍数是单端输出的2倍。2-19 理想运算放大器组成如图2-014所示电路。要求:(1)试导出和的关系式;(2)说明电阻的大小对电路性能的影响。 图2-014 习题2-19的图 解:UO/Ui=(-R2/R1)*(-R4/R3)=(R2/R1)*(R4/R3)越大,则电路的输入电阻越大。2-20 理想运
20、放构成电路如图2-015所示。(1)已知=20,=50,=,写出和的关系式,画出曲线。(2)若要实现图2-016所示的特性曲线,电路应作何修改,画出相应的电路,并标明元件参数值。 图2-015 习题2-20的图 图2-016 习题2-20的图解:(1)-4V Ui4V时,工作于线性区,Uo=-2.5Ui其他时刻,工作于饱和区,U0保持最大值不变。(2)若要实现如图特性,需要改动两点,第一点,把反相比例运算放大电路改为同相,且把放大倍数改为3倍,第二点,把双向稳压管的稳定电压改为12V。2-21 画出能实现下列运算关系的运算电路,并计算电路的各电阻值。(1) (设RF=30 k);(2) (设R
21、F= 40k);(3)uo=5ui (设RF=20 k);(4) uo= 0.5ui (设RF=10 k)。解:本题略,提示:若采用单级放大电路,则可分别采用反相比例,反相加法,同相比例和同相比例电路。2-22 在信号处理电路中,当有用信号频率低于10 Hz时,可选用 滤波器;有用信号频率高于10 kHz时,可选用 滤波器;希望抑制50 Hz的交流电源干扰时,可选用 滤波器;有用信号频率为某一固定频率,可选用 滤波器。解:低通,高通,带阻,带通2-23 电路如图2-017所示,电阻RE引入的反馈为 ( )。(A) 串联电压负反馈(B) 串联电流负反馈(C) 并联电压负反馈(D) 串联电压正反馈
22、图 2-017 习题2-23的图2-24 理想运算放大器的两个输入端的输入电流等于零,其原因是( )。(A) 同相端和反相端的输入电流相等而相位相反(B) 运放的差模输入电阻接近无穷大(C) 运放的开环电压放大倍数接近无穷大2-25 电路如图2-018所示,运算放大器的电源电压为,稳压管的稳定电压为8 V,正向压降为0.6 V,当输入电压 ui=-1 V时,则输出电压 uo等于( )。(A) -12 V (B) 0.7 V(C) -8 V 2-26 理想运放组成如图2-019所示电路,要求:(1)说明电路的功能;(2)画出电压传输特性曲线,并标明有关参数。设DZ的稳压值+UZ=+6 V,正向导
23、通压降为0.7 V。 图2-018 习题2-25的图 图2-019 习题2-26的图2-27 理想运放组成如图2-020所示电路,要求:(1)说明运放入端二极管D1、D2的作用;(2)画出曲线,并标明有关参数。解:D1D2主要是起保护作用,避免输入电压过大,本题为电压比较器,其中门限电压为-2V,输出电压为7V。曲线可参考教材56页图2-572-28理想运放组成如图2-021所示的增益可调的反相比例运算电路。已知电路最大的输出UOMAX=,R1=100,R2=200,RW=5,U1=2 V,求在下述三种情况下,Uo各为多少?(1)RW滑动头在顶部位置;(2)RW滑动头在正中部位置;(3)RW滑动头在底部位置。 图2-81 习题2-020的图 图2-82 习题2-021的图解:RW滑动头在顶部位置时,即为简单的反相比例运算放大器,UO=-4V;RW滑动头在正中部位置时,位为VO1,则VO1=-4v,U0=-8VRW滑动头在底部位置时,放大器饱和,输出为-15v。第3章 模拟电子电路的工程应用一、重点和难点1、
链接地址:https://www.31doc.com/p-2714598.html