電子電路基礎_劉京南_課后習題解答.pdf

第 1 頁 共 36 頁 各章內(nèi)容要點及學時分配 第一章 半導體器件概述 6 學時 1 熟悉二極管 三極管 場效應管的伏安特性 開關特性 2 熟悉二極管 三極管 場效應管及理想運放的主要參數(shù) 包括靜態(tài)參數(shù) 動態(tài)參數(shù)和極 限參數(shù) 3 掌握三極管 場效應管的微變等效電路模型及理想運放的電路模型 第二章 基本運算電路 7 學時 1 掌握 TTL 與非門電路原理 分析其電壓傳輸特性和主要參數(shù) 熟悉其它形式的 TTL 與非 門電路 2 掌握 CMOS 門電路的電壓傳輸特性 特點及參數(shù) 熟悉 CMOS 傳輸門 3 掌握理想運放組成的基本線性運算電路 包括比例 求和 微分 積分 對數(shù)運算等 第三章 基本放大電路 8 學時 1 掌握三極管 場效應管的基本偏置方法 包括分壓式偏置 電流源偏置 了解其它偏置 方式 2 掌握共基 共射 共集 共源 共漏五種基本組態(tài)放大電路的靜態(tài)及動態(tài)分析計算方法 3 掌握基本放大電路的高頻特性分析方法 了解低頻特性及其分析方法 第四章 組合放大電路 8 學時 1 掌握由五種基本組態(tài)組合而成的放大電路的靜態(tài)及動態(tài)分析 計算方法 2 掌握差動放大電路分析 計算方法及其傳輸特性 3 熟悉通用集成運放的電路原理 4 熟悉運放的主要參數(shù)及誤差分析模型 第五章 反饋電路及其穩(wěn)定性分析 8 學時 1 熟悉負反饋的基本概念及對放大電路性能的影響 2 掌握四種類型負反饋電路的判斷及估算 3 掌握負反饋電路穩(wěn)定性判據(jù)及滯后補償 超前滯后補償方法 4 了解針對特殊情況的補償方法 第六章 波形產(chǎn)生與整形電路 9 學時 1 熟悉正弦振蕩的平衡條件 起振條件及判斷方法 2 掌握 RC 文氏電橋振蕩器 三點式振蕩器 變壓器反饋式 LC 振蕩器的原理及分析估算方 法 熟悉石英晶體振蕩器的原理 3 熟悉集成電壓比較器 集成定時器的電路原理及功能 4 掌握由集成比較器 集成定時器構(gòu)成的波形產(chǎn)生及整形電路 并掌握電路的分析計算方 法 第七章 信號處理電路 8 學時 1 掌握低通二階有源濾波的電路實現(xiàn)方法及分析計算方法 熟悉二階高通 帶通 帶阻濾 波器的電路實現(xiàn)及計算方法 2 了解高階濾波器的工程設計方法 3 掌握對數(shù)運算模擬乘法器的電路原理及分析方法 熟悉變跨導集成模擬乘法器的電路原 理及應用 4 熟悉鎖相環(huán)電路的原理及集成鎖相環(huán)的應用 第 2 頁 共 36 頁 第八章 功率電路 10 學時 1 熟悉乙類功放電路的分析計算方法 2 熟悉集成功放電路的原理及應用 OTL OCL 電路 3 掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的分析計算方法 熟悉三端集成穩(wěn)壓器的電路原理及應用 4 掌握開關穩(wěn)壓電路的原理 熟悉無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電路的組成原理及分析計算方法 第一章例題分析 題 1 1 電路如題圖 1 1 所示 試判斷圖中二極管是導通還是截止 并求出 兩端的電壓 設二極管是理想的 解 分析 二極管在外加正偏電壓時是導通 外加反偏電壓時截止 正偏時硅管的導通壓降 為 0 6 0 8V 鍺管的導通壓降為 0 2 0 3V 理想情況分析時正向?qū)▔航禐榱?相當于 短路 反偏時由于反向電流很小 理想情況下認為截止電阻無窮大 相當于開路 分析二極管在電路中的工作狀態(tài)的基本方法為 開路法 即 先假設二極管所在支路 斷開 然后計算二極管的陽極 P 端 與陰極 N 端 的電位差 若該電位差大于二極管的 導通壓降 該二極管處于正偏而導通 其二端的電壓為二極管的導通壓降 如果該電位差小 于導通壓降 該二極管處于反偏而截止 如果電路中存在兩個以上的二極管 由于每個二極 管的開路時的電位差不等 以正向電壓較大者優(yōu)先導通 其二端電壓為二極管導通壓降 然 后再用上述 開路法 法判斷其余二極管的工作狀態(tài) 一般情況下 對于電路中有多個二極 管的工作狀態(tài)判斷為 對于陰極 N 端 連在一起的電路 只有陽極 P 端 電位最高的處 于導通狀態(tài) 對于陽極 P 端 連在一起的二極管 只有陰極 N 端 電位最低的可能導通 圖 a 中 當假設二極管的 VD 開路時 其陽極 P 端 電位 P U 為 6V 陰極 N 端 電位 N U 為 12V VD 處于正偏而導通 實際壓降為二極管的導通壓降 理想情況為零 相當 于短路 所以 VUAO6 圖 b 中 斷開 VD 時 陽極電位 VUP15 陰極的電位 VUN12 NP UU VD 處于反偏而截止 VUAO12 圖 c 斷開 VD1 VD2 時 第 3 頁 共 36 頁 VUP0 1 VUN12 1 11NP UU VUP15 2 VUN12 2 22NP UU VD1 處于正偏導通 VD2 處于反偏而截止 VUAO0 或 VD1 VD2 的陰極連在一起 陽極電位高的 VD1 就先導通 則 A 點的電位 VUAO0 而 ANP UUVU 22 15 VD2 處于反偏而截止 圖 d 斷開 VD1 VD2 VUP12 1 VUN0 1 11NP UU VUP12 2 VUN6 2 22NP UU VD1 VD2 均處于反偏而截止 題 1 4 電路如題圖 1 4 所示 穩(wěn)壓管 的穩(wěn)定電壓 8V 限流電阻 k3 設 sin15VtuI 試畫出 o u 的波形 解 分析 穩(wěn)壓管的工作是利用二極管在反偏電壓較高使二極管擊穿時 在一定的工作電流 限制下 二極管兩端的的電壓幾乎不變 其電壓值即為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 Uz 而穩(wěn)壓管如 果外加正向偏壓時 仍處于導通狀態(tài) 設穩(wěn)壓管具有理想特性 即反偏電壓只有達到穩(wěn)壓電壓時 穩(wěn)壓管擊穿 正偏時導通壓降為零 則 tui sin15 V Uz 8V 當 i u Uz 時 穩(wěn)壓管擊 穿而處于穩(wěn)定狀態(tài) uO Uz 而 0 i u 0V 現(xiàn)要求 o u 也為 0 問 2c R 應如何調(diào)節(jié) 增大或減少 若要求輸入電阻高 輸出電阻低 圖中的接線應作出哪些變動 若滿足深度負反饋 則接線變動后電壓放大倍數(shù) i o u u 是否也有變化 估算出其前后 第 25 頁 共 36 頁 的大致數(shù)值 解 1 0 i u0 21 bb uu mA R VU I E EEBE 2 2 7 6 015 Re mAIII E RCC 12 2 1 2 1 32 2 VRIU CCRC 10101 222 mA R UU II E BERC EC 1 3 3 68 010 3 32 33 3 利用瞬時相性法可知 當 432 OECC uuuu 要降低 O u 只要提高 2C u 的電壓 而 CCC Vu 222CC RI 在 CC V 2C I 不變時 減小 2C R 可提高 2C u 的電位 在 0 i u 時 要使 0 O u 應減小 2C R 的值 4 要求輸入電阻高 輸出電阻低 顯然應引入電壓串聯(lián)負反饋 原圖中F R 引入的為電 壓并聯(lián)負反饋 根據(jù)反饋類型構(gòu)成的特征 只需要將F R 聯(lián)接 b1 改為 b2 端即構(gòu)成了串聯(lián) 但由瞬時相性法可知 此時為電壓串聯(lián)正反饋 要在總的放大 反饋環(huán)路中在改一次相位 將 VT3 的基極從 VT2 的集電極改為引到 VT1 的集電極即可 5 改接前 電路微電壓并聯(lián)負反饋 在滿足深度負反饋前提下 FO F G Ru i F 1 F G Rf R F A 1 10 1 10 11 B F Bi O i O uf R R Ri u u u A 改接后 電路為電壓串聯(lián)負反饋 2 2 B FB O F G R RR u u F 第 26 頁 共 36 頁 11 1 1011 2 2 B FB ui O uf R RR Fu u A 電路改接后 其放大倍數(shù)數(shù)值變化不大 但相位發(fā)生了變化 有改接前的反相放大變?yōu)楦慕?后同相放大 題 5 10 在題圖 5 10 所示電路中 計算在未接入 3 T 且 0 i u 時 1 T 管的 Q1C U 和 EQ U 設 100 21 7 0 2BEQ1BEQ UU V 計算當 mV5 i u 時 1C u 2C u 各是多少 給定 k8 10 be r 如接入 3 T 并通過 3 c 經(jīng) F R 反饋到 2 b 試說明 3 b 應與 1 c 還是 2 c 相連才能實現(xiàn)負反饋 在第 3 小題情況下 若 1 FA 試計算 F R 應是多少才能使引入負反饋后的電壓放大 倍數(shù) 10 uf A 解 1 0 i u 時 0UB1Q 7V 0UU BE1QEQ mA5 0 E I mAIII ECC 25 0 2 1 21 VRIVU CQCCCQC 72025 012 111 2 當從 1C u 或 2C u 輸出時為差動 放大電路單端輸出方式 7 84 8 101 2 20100 2 1 1 1 beb L i C ud rR R u u A mVmVuAu iudC 5 42357 84 11 mVuu CC 5 423 12 3 利用瞬時相性法可知 3 b 應與1 c 相連才能實現(xiàn)負反饋 4 因為電路構(gòu)成了電壓串聯(lián)負反饋 1011 1 22 2 F b F b Fb uf R R R R RR F A KRF9 第六章例題分析 6 2 電路如題圖 6 2 所示 判斷電路是否滿足相位平衡條件 分析電路參數(shù)能否滿足起振條件 電路的振蕩頻率 0 如果希望改變 0 的大小 哪些參數(shù)可以調(diào)節(jié) 第 27 頁 共 36 頁 如果要求改善輸出波形 減小非線性失真 應如何調(diào)整參數(shù) 解 該電路中 放大部分由兩級共射組態(tài)電路組合而成 總相移為 0 或 360 反饋選 頻網(wǎng)絡為 RC 串并網(wǎng)絡 在 1 RC 時 相移角為 0 所以滿足正弦波振蕩的平衡相位 條件 起振條件應為 1AF 因為 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡在 1 RC 時 其傳遞系數(shù)為 1 3F 達到最大 因此要求此 時的 3A 放大電路為電壓串聯(lián)負反饋電路 在深度負反饋的條件下 其放大倍數(shù)為 1 1 1 4 7 2 72 743 FE ARR 所以該電路參數(shù)不能滿足電路的起振條件 振蕩頻率即為 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡的特征頻率 0 3 00 365 1 11 21 25 3 10 2 3 14 3 100 01 102 3 14 3 10 RC fRCHz 如果希望改變 0 f 的大小 只要同步調(diào)節(jié) RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡中的電阻或電容 首先 為了保證電路滿足起振條件 應滿足 1 1 3 FE ARR 1 2 FE RR 從這個角度分析 1 2 FE RR 且越大越好 但F R 過大 或1E R 過小 振蕩波形的質(zhì) 量較差 慧出現(xiàn)較大的非線性 所以一般可采用具有負溫度系數(shù)的F R 或正溫度系數(shù)的1E R 可以改善輸出波形 減小非線性失真 6 5 判斷下列電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩 若不能 請予修改 并說明屬于哪一類振蕩 電路 第 28 頁 共 36 頁 解 圖 a 電路結(jié)構(gòu)屬于 LC 三點式振蕩電路 與發(fā)射極相連的是兩個電感 不與發(fā)射極相 連的是電容 所以這是一個電感三點式振蕩電路 但該電路中 電源 cc V 通過電感1 L 接至發(fā) 射極 使該電路的靜態(tài)工作不正常 所以不能正常工作 可在電感中間反饋到發(fā)射極之間串 接一個隔直電容 就可以解決問題 圖 b 不滿足相位條件 可將1 C 和L位置互換 構(gòu)成LC電容三點式振蕩電路 為了 保證放大電路靜態(tài)工作點正常 可在電感支路中串聯(lián)一個小電容隔直 圖 c 不滿足相位條件 可將1 C 和L位置互換 構(gòu)成電容三點式振蕩電路 圖 d 滿足相位條件 但是場效應管漏級直接接電源 cc V 相當于交流接地 漏即沒 有信號輸出 放大狀態(tài)不正常 可在電源 cc V 和電容2 C 漏級交點之間串接一個高頻扼流 圈 使漏級交流信號不被電源短路 圖 e 不滿足相位條件 可將運放的同相端和反相端互換 就構(gòu)成了電感三點式振蕩 電路 圖 f 滿足相位條件 是電容三點式振蕩電路 可產(chǎn)生正弦波振蕩 6 7 題圖 6 7 表示收音機中常用的振蕩器電路 說明三只電容 C1 C2 C3 在電路中分別起什么作用 指出該振蕩器所屬的類型 標出振蕩器線圈原 副方繞組的同名端 已知 C3 100PF 若要使振蕩頻率為 700KHz 諧振回路的電感 L 應為多大 解 該電路為變壓器反饋式 LC 振蕩電路 放大部分式三極管共基級組態(tài) 變壓器的原邊是 集電極負載 副邊與 3 C 構(gòu)成諧振選頻網(wǎng)絡 1 C 的作用是讓基極交流接地 減小信號的損失 而保證直流電路正常工作 2 C 的作用是作為隔直通路 使諧振頻率時交流信號能通過2 C 耦合給三極管發(fā)射極 構(gòu) 成共基級放大 3 C 的與變壓器副邊繞組構(gòu)成諧振選頻網(wǎng)絡 以確定要產(chǎn)生的正弦波振蕩頻率值 該電路為變壓器反饋式正弦波振蕩電路 利用瞬時極性法及振蕩器的相位平衡條件可 知 變壓器由原邊下端和副邊上端為同名端 因為振蕩頻率為LC諧振回路的諧振頻率 即 0 1 2fLC 所以 3 2223 212 0 11 0 52 10 0 52 44 700 10 100 10 LHmH f C 第 29 頁 共 36 頁 6 13 如圖所示 設 DZ 的穩(wěn)定電壓 UZ 4V 正向電壓降 0 6V 試分析電路的功能 并畫 出其傳輸特性 解 圖示電路為雙門限比較器或稱為窗口比較器 兩個運放通過兩個二極管1 VD 和2 VD 構(gòu)成 并聯(lián) 結(jié)構(gòu) 完成 線與 關系 即 只 要其中有一個運放輸出高電平 相對應的二極管就導通 從而使Z VD 擊穿 輸出為 0Z uU 而只有兩個運放輸出都為低電平時 二極管都截止 輸出 0 0u 所以當21IREFREF uUU 時 1 VD 截止 2 VD 導通 0Z uU 當12IREFREF uUU 時 1 VD 導通 2 VD 截止 0Z uU 當21REFIREF uUU 時 1 VD 2 VD 均截止 0 0u 其傳輸特性如下 0 uV I uV 6 15 電路如圖示 設 DZ 的雙向限幅值為 6V 試畫出該電路的傳輸特性 如果輸入信號 uI 波形如圖 b 所示 試畫出輸出電壓 u0 t 的波形 解 該電路為一施密特觸發(fā)器 比較器 電路 其中利用雙向限幅穩(wěn)壓二極管使運放工作在線性狀態(tài)下 第 30 頁 共 36 頁 根據(jù)虛斷 虛短特征 u u 所以 3RZ uU 根據(jù)虛斷 23 0 3 1530 69 30 Z RR uUV R 當 0 9uV 時 3uV 3 T UV 當IT uU 時 0 u 從 9V 翻轉(zhuǎn)為 9V 當 0 9uV 時 3uV 3 T UV 當IT uU 時 0 u 從 9V 翻轉(zhuǎn)為 9V 傳輸特性如圖 輸出電壓波形為 注意在 3 I uV 時才發(fā)生跳轉(zhuǎn) 6 25 題圖 6 25 所示為一個由 555 定時器構(gòu)成的鋸齒波發(fā)生器 其中 D1 R1 R2 及晶體 管 T 構(gòu)成恒流源給電容 C 提供恒定的充電電流 在 555 內(nèi)放電管截止的情況下 電容電壓 隨時間線性增長 試分析電路原理并畫出 u0 uC 波形圖 解 555 集成定時器的功能表如下所示 見最后 在電源電壓加上的瞬間 由于電容兩端電壓不能突變 所以 0 c u 由上表可知 此 時VT截止 輸出 0 5uV 由12 VDRR 和VT對電容C恒流充電 使 c u 線性上升 當 c u 上升到 2 3 cc V 之前 其輸出 0 5uV 一直保持不變 當 2 3 ccc uV 時 由下表可知 555 第 31 頁 共 36 頁 中的三級管VT導通 使電容 C 通過該導通管迅速放電 同時 其輸出 0 u 翻轉(zhuǎn)到 0 0u 當 c u 從 2 3 cc V 快速放電到 1 3 cc V 時 555 中的三極管VT又處于截止狀態(tài) 停止放電 同時 輸出 0 u 翻轉(zhuǎn)到 0 5uV 電容C又開始恒流充電 c u 線性上升 重復上述過程 使 0 u 輸出 一個矩形波 而 c u 輸出一個鋸齒波 表如下 輸入 輸出 R TH TR VT 0 u 0 導通 0 1 2 3 cc V 1 3 cc V 截止 1 1 2 3 cc V 1 3 cc V 導通 0 1 2 3 cc V 1 3 cc V 不變 不變 波形輸出如圖 第七章例題分析 題 7 2 試寫出題圖 7 2 所示各電路的傳遞函數(shù) 并說明各是什么類型的濾波器 第 32 頁 共 36 頁 解 圖 a 運放 A 構(gòu)成電壓跟隨的形式 1 1 oi S C UsUsUsU s RS C 1 1 oi A sUsU s SRC 一階低通濾波器 圖 b 利用理想運放的線性特征 虛斷 虛短 1 1 io F U sUs R R SC 11 1 111 1 11 FFF o i oF FF RRR Us SCSCSC A s U sRR AR RSR CSR C 其中 1 F o R A R 一階低通有源濾波電路 圖 c 利用理想運放在線性區(qū)間的特征 1 io U sUs RSCR 1 1 o i UsRSRC A s U sRSCSRC 一階高通有源濾波器 題 7 13 電路如題圖 7 13 所示 試求輸出電壓 u0的表達式 解 由圖可知 運放 A 構(gòu)成反向比例應用電路 兩個乘法器構(gòu)成三次方電路 設第二個乘法器的輸出端電位為1 u 則由乘法器性質(zhì)知 2 001 K K u uu 又由運放特性 1 xu RR 1 ux 所以 3 2 0 K ux 3 0 2 x u K 構(gòu)成開立方運算電路 第 33 頁 共 36 頁 第八章例題分析 題 8 4 一互補推挽式 OTL 電路如題圖 8 4 所示 設其最大不失真功率為 8 25W 晶體管飽 和壓降及靜態(tài)功耗可以忽略不計 電源電壓 VCC至少應取多大 T2 T3管的 PCM至少應選多大 若輸出波形出現(xiàn)交越失真 應調(diào)節(jié)哪個 電阻 若輸出波形出現(xiàn)一邊有小的削峰失真 應調(diào)節(jié)哪個電阻來消除 解 圖示電路是一單電源 OTL 電路 忽略 CES U 及靜態(tài)功耗時 max 2 occ UV maxmax ooL IUR 2 maxmax max 222 oocc o L UIV P R max 22 8 8 2511 5 ccLo VR PV 取 12 cc VV 1max2maxmax 0 20 2 8 251 65 TTo PPPW 1 65 CM PW 交越失真表明 2T V 和 3T V 管的工作點偏低 可適當增大電阻4 R 使4 R 兩端壓降增大 以使2 VT 和 3 VT 管的BE U 值加大 從而消除 交越失真 輸出波形出現(xiàn)一邊有小的削峰失真 說明輸出沒有保證對稱的動態(tài)范圍 即2T V 和 3T V 的 發(fā)射極沒有處于中點電壓 2 cc V 調(diào)節(jié)電阻1 R 或2 R 改變1 VT 管的工作點電流 使電阻 3 R 上的壓降發(fā)生改變 以調(diào) 整輸出端的電位 一般保證2 VT 和 3 VT 管的靜態(tài)電位為電源電壓的一半 即中點電位 以 保證輸出達到最大動態(tài)范圍 第 34 頁 共 36 頁 題 8 8 OCL 互補電路及元件參數(shù)如題圖 8 8 所示 設 T4 T5的飽和壓降 UCE sat 1V 試回 答 指出電路中的級間反饋通路 并判斷反饋為何種組態(tài) 若 RF 100k RB2 2k 估算電路在深度反饋時的閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 求電路的最大不失真輸出功率 在條件同 的情況下 當負載 RL上獲得最大不失真輸出功率時 輸入 uI的有效值約 為多大 解 該電路由三級電路組合而成 輸入級采用差分電路形式 由1 VT 和2 VT 構(gòu)成單端輸入單端輸出的差分電路 經(jīng)過第二級由 3 VT 構(gòu)成的共射放大電路 進一步提高電壓放大倍數(shù)和電壓驅(qū)動能力 通過4 VT 和 5 VT 構(gòu)成互補對稱推挽功放電路 輸出足夠大的電壓 電流和功率 電路中存在反饋 由輸出電壓通過F R 及2B R 反饋到輸入端 由反饋組態(tài)判斷方法可知 該反饋是電壓串 聯(lián)負反饋 2 2 B BF R F RR 2 1100 1151 2 F uf B R A FR 由互補功放電路性質(zhì)可知 omcc UV omomLccL IURVR 22 max 9 1 7 22 2422 omomcc o L UIV PW R oom uf iim uU A uU 9 0 18 51 omcc im ufuf UV UV AA 第 35 頁 共 36 頁 0 13 2 im i U UV 題 8 11 具有整流濾波和放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路如題圖 8 11 所示 分析電路中各個元件的作用 從反饋放大電路的角度來看哪個是輸入量 1 T 2 T 各起 什