工学模电习题课

模电典型例题分析第二章题2.1分别选择“反相”或“同相”填入下列各空内。（1）比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地，而比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。（2）比例运算电路的输入电阻大，而比例运算电路的输入电阻小。（3）比例运算电路的输入电流等于零，而比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻中的电流。（4）比例运算电路的比例系数大于1，而比例运算电路的比例系数小于零。解：（1）反相，同相（2）同相，反相（3）同相，反相（4）同相，反相题2.2现有电路：A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路D.微分运算电路E.加法运算电路F.乘方运算电路选择一个合适的答案填入空内。（1）欲将正弦波电压移相＋90O，应选用。（2）欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用。（3）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用。（4）欲实现Au＝－100的放大电路，应选用。（5）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用。（6）欲将方波电压转换成尖顶波波电压，应选用。解：（1）C（2）F（3）E（4）A（5）C（6）D题2.3-1如图所示电路，已知集成运放开环差模电压增益为∞，其电源电压VCC=14V，Ui=1V；R1＝10k,Rw=100k。请问：当Rw滑动端分别在最下端、最上端和中点时时，输出Uo＝？V；解：14V,1V,6V题2.3-2电路如图所示，集成运放输出电压的最大幅值为±14V，uI为2V的直流信号。分别求出下列各种情况下的输出电压。（1）R2短路；（2）R3短路；（3）R4短路；（4）R4断路。解：（1）（2）（3）电路无反馈，uO＝－14V（4）题2.4在题图所示的放大电路中，已知，∶列出、和的表达式；设，，则输出电压注：此图A1的同相端、反相端标反。解分析：本题中，运放A1构成反相比例运用电路，A2构成同相比例运用。而A3则构成了一个减法电路，由于可将运放当作理想器件，又在线线场合下使用，所以可使用“虚短”及“虚断”的两个基本概念来对电路进行分析。（1）对A3，因为（2）题2.3加减运算电路如图所示，求输出电压的值。分析：本题中运放A构成了差分减法电路，由于运放可作理想器件，且工作在线性区，可用“虚短”和“虚断”的基本概念来分析电路。此电路的同相和反相端分别有两个输入信号，因此可用叠加原理来分析。单独作用：、、接地，此时输出为单独作用：、、接地，此时输出为单独作用：、、接地，此时输出为单独作用：、、接地，此时输出为综合：题2.4电路如图所示，设、为理想运放，电容的初始电压。（1）写出与、和之间的关系式；（2）写出当电路中电阻时，输出电压的表达式。分析：利用运放工作在线性区满足“虚短”和“虚断”的概念来分析电路功能。是差分减法器，是两输入的积分电路。（1）由于是典型的差动减法电路，直接写出与、的关系：对的分析用叠加原理：单独作用，输出为单独作用，输出为综合：所以（2）题2.5在题图所示电路中，已知uI1＝4V，uI2＝1V。回答下列问题：图P7.19（1）当开关S闭合时，分别求解A、B、C、D和uO的电位；（2）设t＝0时S打开，问经过多长时间uO＝0？解：（1）UA＝7V，UB＝4V，UC＝1V，UD＝－2V，uO＝2UD＝－4V。（2）因为uO＝2uD－uO3，2uD＝－4V，所以uO3＝－4V时，uO才为零。即题2.6图示电路中，A1～A5都是理想运放。试求：1.当开关S闭合时，分别计算、、、及的值。2.当t＝0时，将S打开，问经多少时间，＝0V？解：1．，，，，2．，代入数据，求得：t=30ms题2.7图示电路中，A1～A4都是理想运放，电源电压VCC=14V。试求：集成运放A1、A2、A3、A4各组成何种基本应用电路（如反向比例，同向比例，差动比例，求和，积分，微分，过零比较，滞回比较等等）？设U11=U12=U13=1V，试分别求出U01、U02、U03和U04（T=5S后）的表达式和值。第三章题3.1电路如题图所示，试判断图中二极管是导通还是截止，并求出ＡＯ两端的电压ＵＡＯ。设二极管是理想的。解：分析：二极管在外加正偏电压时是导通，外加反偏电压时截止。正偏时硅管的导通压降为0.6～0.8V。锗管的导通压降为0.2～0.3V。理想情况分析时正向导通压降为零，相当于短路；反偏时由于反向电流很小，理想情况下认为截止电阻无穷大，相当于开路。分析二极管在电路中的工作状态的基本方法为“开路法”，即：先假设二极管所在支路断开，然后计算二极管的阳极（P端）与阴极（N端）的电位差。若该电位差大于二极管的导通压降，该二极管处于正偏而导通，其二端的电压为二极管的导通压降；如果该电位差小于导通压降，该二极管处于反偏而截止。如果电路中存在两个以上的二极管，由于每个二极管的开路时的电位差不等，以正向电压较大者优先导通，其二端电压为二极管导通压降，然后再用上述“开路法”法判断其余二极管的工作状态。一般情况下，对于电路中有多个二极管的工作状态判断为：对于阴极（N端）连在一起的电路，只有阳极（P端）电位最高的处于导通状态；对于阳极（P端）连在一起的二极管，只有阴极（N端）电位最低的可能导通。图（a）中，当假设二极管的VD开路时，其阳极（P端）电位为-6V，阴极（N端）电位为-12V。VD处于正偏而导通，实际压降为二极管的导通压降。理想情况为零，相当于短路。所以；图（b）中，断开VD时，阳极电位，阴极的电位，∵∴VD处于反偏而截止∴；图（c），断开VD1,VD2时∵∴VD1处于正偏导通，VD2处于反偏而截止；或，∵VD1，VD2的阴极连在一起∴阳极电位高的VD1就先导通，则A点的电位，而∴VD2处于反偏而截止图（d），断开VD1、VD2，∵；∴VD1、VD2均处于反偏而截止。题3.2电路如题图所示，稳压管ＤＺ的稳定电压ＵＺ=8V，限流电阻Ｒ=，设，试画出的波形。解：分析：稳压管的工作是利用二极管在反偏电压较高使二极管击穿时，在一定的工作电流限制下，二极管两端的的电压几乎不变。其电压值即为稳压管的稳定电压Uz。而稳压管如果外加正向偏压时，仍处于导通状态。设稳压管具有理想特性，即反偏电压只有达到稳压电压时，稳压管击穿。正偏时导通压降为零，则(V)Uz=8V当Uz时，稳压管击穿而处于稳定状态，uO=Uz；而0<<8V时，稳压管处于反偏而截止，uO=；当时，稳压管将处于正偏而导通，uO=0。第四、五章题4.1测得工作在放大电路中几个半导体三极管三个电极电位、、分别为下列各组数值，试判断它们是ＮＰＮ型还是ＰＮＰ型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。①，，；②，，；③，，；④，，解：分析：工作在放大电路中的三极管应满足发射结正偏，集电结反偏的条件。且有PN节正偏特性可知，其正偏结电压不会太大。硅管的～，锗管的～。所以首先找出电位差在0.1～0.3V或0.5～0.7V的两个电极，则其中必定一个为发射极，一个为基极，另一个电位相差较大的必定为集电极。由PN结反偏特性可知，若集电极电位最高，则该管必定为NPN型三极管；若集电极电位最低，则该管必定为PNP型三极管。若为NPN型三极管，则发射极电位必定为最低电位；若为PNP型三极管，则发射极电位必定为最高电位。由此即可确定发射极。电位值处于中间的一个电极必定为基极。由此可知：(1).,，结论：硅NPN型三极管（），，(2).,，结论：锗NPN型三极管（），，(3).，结论：硅PNP型三极管（），，(4).，结论：锗PNP型三极管（），，题4.2已知题图(a)—(f)中各三极管的均为50，，试分别估算各电路中三极管的和，判断它们各自工作在哪个区(放大区，截止区或饱和区)，并将各管子的工作点分别画在题图(g)的输出特性曲线上。解：分析：三极管在发射结正偏时，管子可能工作在放大区或者饱和区，取决于其基极电流是否超过基极临界饱和电流，若，则三极管工作在饱和区；若，则三极管工作在放大区，且。若三极管发射结反偏或者零偏，则该三极管一定工作在截止区。对图（a），发射结正偏，且∵∴三极管工作在放大区且图（b），∵∵∴三极管工作在放大区且：图（c），∵∵∴三极管工作在饱和区图（d），∵发射结反偏，∴三极管处于截止状态图（e），∵三极管发射结零偏，∴三极管处于截止状态图（f），∵,∴三极管工作在放大区且题4.3题图所示放大电路中，输入正弦信号，输出波形出现失真，如题图(b)、(c)所示，问分别是什么失真？怎样才能消除失真？分析：因为该放大电路是由NPN管构成的共射组态电路，对图（b）所示输出信号波形出现了顶部失真。表明在三极管的集电极电压到了可能的最大值。显然，共射组态中，集电极电位可能的最大值是电源电压VCC，意味着出现失真时集电极电位等于电源电压。此时集电极电阻RC中没有电流流过。而集电极电流为零表明三极管工作在截至状态，所以图（b）的顶部失真为截至失真。由三极管输出特性曲线可知，出现截至失真表明电路的工作点设置过低，即ICQ较小而引起的。消除截至失真可提高工作点电流ICQ，电路上可通过改变基极偏置电阻RB，当RB减小时，基极电流增大，所以也将增大。同理分析图（c）所示输出波形表明集电极电位已经升到了可能的最低电位，而电路中集电极可能的最低电位即为饱和压降，所以此时三极管出现的失真为饱和失真。显然饱和失真是由于三极管的静态工作点设置偏高而造成的，所以可以通过增大RB而使减小，从而使变小，来消除饱和失真。题4.4电路如图所示，已知晶体管＝50，在下列情况下，用直流电压表测晶体管的集电极电位，应分别为多少？设VCC＝12V，晶体管饱和管压降UCES＝0.5V。（1）正常情况（2）Rb1短路 （3）Rb1开路（4）Rb2开路（5）RC短路解：设UBE＝0.7V。则基极静态电流（2）由于UBE＝0V，T截止，UC＝12V。（3）临界饱和基极电流实际基极电流由于IB＞IBS，故T饱和，UC＝UCES＝0.5V。（4）T截止，UC＝12V。（5）由于集电极直接接直流电源，UC＝VCC＝12V题4.5在图示电路中，已知VCC＝12V，晶体管的＝100，＝100kΩ。填空：要求先填文字表达式后填得数。（1）当＝0V时，测得UBEQ＝0.7V，若要基极电流IBQ＝20μA，则和RW之和Rb＝≈kΩ；而若测得UCEQ＝6V，则Rc＝≈kΩ。（2）若测得输入电压有效值=5mV时，输出电压有效值＝0.6V，则电压放大倍数＝≈。若负载电阻RL值与RC相等，则带上负载后输出电压有效值＝＝V。解：（1）。（2）。题4.6题图电路的两个输出端分别接负载、。若三极管的，试求：①静态工作电流；②电压放大倍数及；③两个输出端的输出电阻及。分析：该电路分别接有两个输出no1和no2，而输入信号均在基极，uo1为发射级输出，构成共集电路组态，而uo2在集电极输出，构成共射极组态。（1）静态工作点与输出端的接法无关。因为输出均有隔直电容。其直流通路如图所示：(2)交流通路及微变等效电路如图：与模值相等，但相位相反！（3），本题中因无信号源内阻，若将ui短路，则＝0题4.7如题图所示为两级放大电路：①画出放大器微变等效电路；②求电压增益、输入电阻和输出电阻。解：①放大器的微变等效电路为：②由图可得，两级放大电路的第一级为共集电极放大电路，它的电压放大倍数接近于1，整个放大器的电压放大倍数取决于它的第二级，也就是共发射级放大电路的电压放大倍数。放大器的静态工作点为：，由微变等效电路可知它的电压放大倍数为：所以放大电路的电压增益放大电路第二级的输入阻抗为：把放大电路第二级的输入阻抗作为第一级的负载，整个放大电路的输入电阻为：放大电路的输出电阻为：题4.8题图所示放大电路中，场效应管跨导，，三极管的，，，电容、、、可视为交流短路：画出放大器的微变等效电路；计算放大器的中频电压增益、输入电阻和输出电阻。解：其交流通路和微变等效电路如图所示：（2）分析：本题为一共源组态放大电路与共基组态放大电路的组态。二级放大电路之间采用了直接耦合的方式。由于第一级的漏极电流与第二级的射极电流相同。所以在电阻R2中流过的电流近似为场效应管的漏极电流。这与一单级共源组态放大电路很相似。所以这一电路的电压放大倍数与单级共源组态放大电路的放大倍数应近似相同。题4.9某放大电路的对数频率特性如图3所示，由图可知，该电路的中频电压放大倍数＝倍。上限频率fH＝Hz，下限频率fL＝Hz。题5.1电路如图所示，T的输出特性如图P1.22所示，分析当uI＝4V、8V、12V三种情况下场效应管分别工作在什么区域。解：根据图P1.22所示T的输出特性可知，其开启电压为5V，根据图P1.23所示电路可知所以uGS＝uI。当uI＝4V时，uGS小于开启电压，故T截止。当uI＝8V时，设T工作在恒流区，根据输出特性可知iD≈0.6mA，管压降uDS≈VDD－iDRd≈10V因此，uGD＝uGS－uDS≈－2V，小于开启电压，说明假设成立，即T工作在恒流区。当uI＝12V时，由于VDD＝12V，必然使T工作在可变电阻区。题5.2改正图P2.20所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波电压。要求保留电路的共漏接法。解：（a）源极加电阻RS。（b）漏极加电阻RD。（c）输入端加耦合电容。（d）在Rg支路加－VGG，＋VDD改为－VDD改正电路如解图P2.20所示。解图P2.20题5.3题图场效应管放大电路中，FET的，：①为使静态时，源极电阻应选多大？②求电压放大倍数，输入电阻，输出电阻；③若虚焊开路，则、、为多少？解：首先求静态工作点，确定UGSQ和IDQ①②由电路可知，漏极极限电流为所以第二组数据不合题意。第六章题6.1差动放大电路如题图所示。已知us1=600mv,us2=800mv，差模电压放大倍数Aud=-20，共模电压放大倍数Auc=0。分别加在该电路两个输入端上的差模输入信号为usd1=？usd2=？共模输入信号usc1=usc2=？输出电压=？；如果采用单端输出方式，计算该电路的差模电压放大倍数Aud和共模电压放大倍数Auc各为多少。解：题6.2在题图所示电路中：①计算在未接入且时，管的和。设，V；②计算当时，、各是多少？给定;③如接入并通过经反馈到，试说明应与还是相连才能实现负反馈；④在第3小题情况下，若，试计算应是多少才能使引入负反馈后的电压放大倍数？解：（1）时∴∵，∴∴（2）当从或输出时为差动，放大电路单端输出方式。∴（3）利用瞬时相性法可知，应与相连才能实现负反馈（4）因为电路构成了电压串联负反馈∴∴题6.3差动放大电路如题图所示。已知三极管的，，，，，，当输入信号时，测得输出端电压为零。估算T1、T2管的工作点、和电阻的大小；当mV时，估算输出电压的值；若要在T2管的集电极得到最大不失真输出幅度，对应的有效值是多少？解：本题为由VT1与VT2构成的差动放大电路及VT3构成的共射组态放大电路组合而成。（）。因为当输入信号时测得输出端电压为零。实际就是指出了该电路的静态状态。当时，估算输出电压的值，实际就是要求整个电路的放大倍数。第一级为单端输出差动电路。第二级为VT3构成的共射组态电路。由（2）分析可知，要使集电极达到最大不失真，则在电路的输入最大幅度对应的有效值为第七章题7.1已知交流负反馈有四种组态：A．电压串联负反馈B．电压并联负反馈C．电流串联负反馈D．电流并联负反馈选择合适的答案填入下列空格内，只填入A、B、C或D。（1）欲得到电流－电压转换电路，应在放大电路中引入；（2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入；（3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入；（4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入。解：（1）B（2）C（3）A（4）D题7.2电路如图所示，已知集成运放的开环差模增益和差模输入电阻均近于无穷大，最大输出电压幅值为±14V。填空：电路引入了（填入反馈组态）交流负反馈，电路的输入电阻趋近于，电压放大倍数Auf＝△uO/△uI≈。设uI＝1V，则uO≈V；若R1开路，则uO变为V；若R1短路，则uO变为V；若R2开路，则uO变为V；若R2短路，则uO变为V。P6.12解：电压串联负反馈，无穷大，11。11；1；14；14；1。题7.3判断图所示各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈，则判断是正反馈还是负反馈；若引入了交流负反馈，则判断是哪种组态的负反馈，并求出反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数或。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。（e）解：图（a）所示电路中引入了电流串联负反馈。反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数分别为式中RL为电流表的等效电阻。图（b）所示电路中引入了电压并联负反馈。反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数分别为图（c）所示电路中引入了电压串联负反馈。反馈系数和深度负反馈条件下的电压放大倍数分别为图（d）所示电路中引入了正反馈。图（e）所示电路中引入了交流电流串联负反馈题7.4电路如图所示。（1）合理连线，接入信号源和反馈，使电路的输入电阻增大，输出电阻减小；（2）若，则RF应取多少千欧？解：（1）应引入电压串联负反馈，如解图所示。（2）题7.5判断图所示各电路中是否引入了反馈，是直流反馈还是交流反馈，是正反馈还是负反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。解：图（a）所示电路中引入了直流负反馈。图（b）所示电路中引入了交、直流正反馈。图（c）所示电路中引入了直流负反馈图（d）、（e）、（f）、（g）、（h）所示各电路中均引入了交、直流负反馈。题7.6电路如图所示，要求同题7.5。解：图（a）所示电路中引入了交、直流负反馈图（b）所示电路中引入了交、直流负反馈图（c）所示电路中通过Rs引入直流负反馈，通过Rs、R1、R2并联引入交流负反馈，通过C2、Rg引入交流正反馈。图（d）、（e）、（f）所示各电路中均引入了交、直流负反馈。图（g）所示电路中通过R3和R7引入直流负反馈，通过R4引入交、直流负反馈。题7.7分别判断图6.4（d）～（h）所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数。解：各电路中引入交流负反馈的组态及反馈系数分别如下：（d）电流并联负反馈（e）电压串联负反馈（f）电压串联负反馈（g）电压串联负反馈（h）电压串联负反馈题7.8分别判断图P6.5（a）（b）（e）（f）（g）所示各电路中引入了哪种组态的交流负反馈，并计算它们的反馈系数。解：各电路中引入交流负反馈的组态及反馈系数分别如下：（a）电压并联负反馈（b）电压并联负反馈（e）电流并联负反馈（f）电压串联负反馈（g）电流串联负反馈题7.8估算题图7.4（d）～（h）所示各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数。解：各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下：题7.9估算题图7.5（e）（f）（g）所示各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数。解：各电路在深度负反馈条件下的电压放大倍数如下：题7.10分别说明题图7.4（d）～（h）所示各电路因引入交流负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化。只需说明是增大还是减小即可。解：图（d）所示电路因引入负反馈而使输入电阻减小、输出电阻增大。图（e）～（h）所示各电路均因引入负反馈而使输入电阻增大，输出电阻减小。题7.11分别说明题图7.5（a）（b）（c）（e）（f）（g）所示各电路因引入交流负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化。只需说明是增大还是减小即可。解：图7.5（a）（b）（c）（e）（f）（g）所示各电路因引入交流负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化如下：（a）输入电阻减小，输出电阻减小。（b）输入电阻减小，输出电阻减小。（c）输入电阻增大，输出电阻增大。（e）输入电阻减小，输出电阻增大。（f）输入电阻增大，输出电阻减小。（g）输入电阻增大，输出电阻增大。第八章题8.1一互补推挽式OTL电路如题图所示，设其最大不失真功率为8.25W，晶体管饱和压降及静态功耗可以忽略不计。①电源电压VCC至少应取多大？②T2、T3管的PCM至少应选多大？③若输出波形出现交越失真，应调节哪个电阻？④若输出波形出现一边有小的削峰失真，应调节哪个电阻来消除？解：①图示电路是一单电源OTL电路。忽略及静态功耗时取②③交越失真表明，和管的工作点偏低。可适当增大电阻，使两端压降增大，以使和管的值加大，从而消除交越失真。④输出波形出现一边有小的削峰失真，说明输出没有保证对称的动态范围，即和的发射极没有处于中点电压。调节电阻（或），改变管的工作点电流，使电阻上的压降发生改变，以调整输出端的电位。一般保证和管的静态电位为电源电压的一半（即中点电位），以保证输出达到最大动态范围。题8.2OCL互补电路及元件参数如题图所示，设T4、T5的饱和压降UCE(sat)≈1V。试回答：①指出电路中的级间反馈通路，并判断反馈为何种组态？②若RF=100kΩ，RB2=2kΩ,估算电路在深度反馈时的闭环电压放大倍数。③求电路的最大不失真输出功率。④在条件同②的情况下，当负载RL上获得最大不失真输出功率时，输入uI的有效值约为多大？解：该电路由三级电路组合而成。输入级采用差分电路形式，由和构成单端输入单端输出的差分电路。经过第二级由构成的共射放大电路，进一步提高电压放大倍数和电压驱动能力。通过和构成互补对称推挽功放电路，输出足够大的电压、电流和功率。①电路中存在反馈。由输出电压通过及反馈到输入端。由反馈组态判断方法可知，该反馈是电压串联负反馈。②③由互补功放电路性质可知④题8.3电路如图所示，已知T1和T2的饱和管压降│UCES│＝2V，直流功耗可忽略不计。图T9.2回答下列问题：（1）R3、R4和T3的作用是什么？（2）负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率η各为多少？（3）设最大输入电压的有效值为1V。为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V，电阻R6至少应取多少千欧？解：（1）消除交越失真。（2）最大输出功率和效率分别为（3）电压放大倍数为R1＝1kΩ，故R5至少应取10.3kΩ。题8.4在图示电路中，已知VCC＝15V，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝1V，集成运放的最大输出电压幅值为±13V，二极管的导通电压为0.7V。图P9.10（1）若输入电压幅值足够大，则电路的最大输出功率为多少？（2）为了提高输入电阻，稳定输出电压，且减小非线性失真，应引入哪种组态的交流负反馈？画出图来。（3）若Ui＝0.1V时，Uo＝5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？解：（1）输出电压幅值和最大输出功率分别为（2）应引入电压串联负反馈，电路如解图P9.10所示。解图P9.10（3）在深度负反馈条件下，电压放大倍数为R1＝1kΩ，所以Rf≈49kΩ。第九章题9.1试将T图所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。解：④、⑤与⑨相连，③与⑧相连，①与⑥相连，②与⑦相连。如解图所示。题9.2电路如题图所示，稳压管DZ起稳幅作用，其稳定电压±UZ＝±6V。试估算：（1）输出电压不失真情况下的有效值；（2）振荡频率。解：（1）输出电压不失真情况下的峰值是稳压管的稳定电压，故其有效值（2）电路的振荡频率