模拟电子电路及技术基础第四章

模拟电子电路及技术基础第四章第一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

1.基本要求

(1)理解本征半导体、P型和N型半导体以及漂移电流和扩散电流等基本概念。

(2)掌握PN结的工作原理、单向导电性、击穿特性和电容特性等基本知识。

(3)掌握晶体二极管的伏安特性、常用参数、温度特性，能够应用简化模型对二极管基本应用电路(包括整流、限幅、电平选择和峰值检波电路)进行分析和计算。4.1基本要求及重点、难点第二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

(4)掌握稳压二极管特性及其应用电路的分析、计算，掌握包含二极管、稳压管和运放的电路(包括精密整流电路、输出限幅比较器、输出限幅且占空比可调的弛张振荡器等电路)的分析和计算。

(5)掌握双极型晶体三极管的工作原理、共射输出特性和输入特性曲线及主要参数，熟练掌握直流偏置下晶体管的工作状态分析、计算以及各种晶体管应用电路(包括对数、反对数、β值测量、恒流源电路)的分析和计算。

(6)掌握JFET和MOSFET的工作原理、输出特性和转移特性曲线及主要参数，熟练掌握直流偏置下FET的工作状态分析、计算以及各种FET应用电路(包括方波、锯齿波发生器，取样/保持电路，相敏检波电路)的分析和计算。

(7)了解双极型晶体管和场效应管的性能及参数比较。第三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

2.重点、难点

重点：PN结工作原理，晶体二极管应用电路及晶体三极管和场效应管的工作原理、特性曲线、主要参数及其应用电路的分析和计算。

难点：本章概念较多，晶体三极管尤其是场效应管的工作原理、特性曲线及其应用电路的分析和计算较难掌握，教学中应密切联系应用背景，引起学生的学习兴趣。第四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

1.半导体物理基础和PN结

作为原理基础篇的开始，本章涉及到许多新的概念，原理描述较多，引入了不少专有名词。应用时应该注意概念准确，原理描述简洁，专有名词拼写正确。同时，本章相对和相似的内容较多，如N型半导体和P型半导体，NPN型晶体管和PNP型晶体管，三种N沟道场效应管和三种P沟道场效应管，等等，学习时应该注意区分，避免混淆。4.2习题类型分析及例题精解

第五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-1】半导体中载流子通过什么物理过程产生？半导体电流与哪些因素有关？

答本征半导体中的载流子通过本征激发产生。杂质半导体中，多子的绝大部分由掺杂产生，极少部分由本征激发产生；少子则单纯由本征激发产生。

半导体电流分为漂移电流和扩散电流。漂移电流与电场强度、载流子的浓度和迁移率有关，扩散电流与载流子沿电流方向单位距离的浓度差即浓度梯度有关。第六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

2.二极管和稳压二极管

1)二极管的直流电阻和交流电阻

二极管的直流电阻利用其两端的直流电压和其中的直流电流直接计算，也可以利用伏安特性曲线通过图解法得到。图解法求交流电阻误差很大，一般利用热电压和直流电流计算，不加说明时，热电压取26mV。

【例4-2】二极管的伏安特性如图4-1所示，计算直流静态工作点Q处的直流电阻RD和交流电阻rD。

第七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-1例4-2特性曲线第八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解Q处直流电压UDQ=0.7V,直流电流IDQ=2.5mA，则直流电阻

交流电阻

第九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

2)二极管的管压降和电流

二极管中的电流即其所在支路的电流，如果电流已知，则可以利用外电路的电压分布间接计算管压降，反之，可以利用已知的管压降从外电路计算二极管中的电流。如果可以精确测量二极管两端的电压，其变化不大时，可以利用二极管的交流电阻线性外推二极管中的电流。

【例4-3】二极管电流测量电路如图4-2所示。当电源电压E=10V时，电流表读数ID1=9.7mA，则当E=20V时，估计电流表读数ID2。

第十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-2例4-3电路图第十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解二极管VD的管压降

UD(on)=E－ID1R=10V－9.7mA×1kΩ=0.3V

当E=20V时，电流表读数

第十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-4】二极管电压测量电路如图4-3所示。当电源电压E=13.6V时，电压表读数UD1=0.6V；E增大后，电压表读数UD2=0.63V,估计此时二极管VD中的电流ID2。

图4-3例4-4电路图第十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解当E=13.6V时，VD中的电流

VD的交流电阻

E增大后，VD两端的电压变化不大，即

ΔU=UD2－UD1=0.63V-0.6V=0.03V<<UD1

此时VD中的电流

第十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

3)二极管限幅电路

二极管限幅电路通过内部电路预设一个电压，二极管两端的电压为输入电压与预设电压的叠加。可以首先计算预设电压，结合二极管的导通电压，确定二极管处于导通和截止之间的临界状态时输入电压的临界值，之后再区分输入电压大于和小于临界值的情况，根据输入电压加到二极管上的方向，判断二极管的状态，确定输出电压。对带负载电阻的二极管限幅电路，需要根据电阻分压计算预设电压或输入电压的临界值。

【例4-5】二极管限幅电路如图4-4所示，其中二极管VD的导通电压UD(on)=0.7V，输入电压ui=5sinωt(V)，作出输出电压uo的波形。第十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-4例4-5电路图及波形图第十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解图4-4(a)中，电源电压E和电阻R的串联支路提供的预设电压为E=1V，ui的临界值为E+UD(on)=1V+0.7V=

1.7V。当ui>1.7V时，VD导通，uo=ui－UD(on)=ui－0.7V;当ui<1.7V时，VD截止，uo=E=1V。uo的波形如图4-4(c)所示。

图4-4(b)中，E提供的预设电压为－E=－1V，ui的临界值为－E+UD(on)=－1V+0.7V=－0.3V。当ui>－0.3V时，VD导通，uo=－E+UD(on)=－0.3V；当ui<－0.3V时，

VD截止，uo=ui。uo的波形如图4-4(d)所示。第十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-6】带负载电阻的二极管限幅电路如图4-5所示，其中二极管VD的导通电压UD(on)=0.3V，输入电压ui=3cosωt(V)，作出输出电压uo的波形。

解图4-5(a)中，电压源电压E经过电阻R和负载电阻RL分压后提供的预设电压为

ui的临界值为

第十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六当ui>－1.3V时，VD截止，

当ui<－1.3V时，VD导通，uo=ui+UD(on)=ui+0.3V。uo的波形如图4-5(c)所示。第十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-5(b)中，E提供的预设电压为E=1V，ui的临界值为

当ui>1.4V时，VD截止，

当ui<1.4V时，VD导通，uo=E－UD(on)=1V－0.3V=

0.7V。uo的波形如图4-5(d)所示。

第二十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-5例4-6电路图及波形图第二十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4)集成运算放大器精密二极管电路

此类电路中，输入电压输入到集成运放的一个输入端，另一个输入端电压取值固定，如接地。根据该固定电压把输入电压分为两个取值阶段，对两个阶段分别进行以下分析：首先假设二极管均不导通，运放处于开环状态(相当于电压比较器)，根据该阶段反相输入端和同相输入端的电压关系确定输出电压是正电压还是负电压，继而确定输出端二极管是导通还是截止。如果因为二极管导通而存在集成运放的负反馈，则集成运放作为放大器使用，具有“虚短”和“虚断”特点；如果不存在负反馈，则集成运放仍用作电压比较器。至此二极管的状态和集成运放的作用都已确定，可以继续分析该阶段输出电压与输入电压的关系。

第二十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-7】集成运放精密半波整流电路如图4-6(a)所示，分析其传输特性。

解集成运放A的同相端接地，电压u+=0，所以把输入电压ui分为大于零和小于零两个取值阶段。当ui>0时，A输出负电压，二极管VD1导通，VD2截止，A存在负反馈，用作放大器，电阻R2右端悬空，其上没有电流，输出电压uo=u－=u+=0；当ui<0时，A输出正电压，VD1截止，VD2导通，A存在负反馈，用作放大器，电路等效为反相比例放大器，uo=－(R2/R1)ui。传输特性如图4-6(b)所示。第二十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-6例4-7电路图及传输特性第二十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-8】集成运放精密全波整流电路如图4-7(a)所示，分析其传输特性。

解集成运放A2和二极管VD构成集成运放精密二极管电路。A2的反相端接地，电压u2－=0，所以把输入电压ui分为大于零和小于零两个取值阶段。当ui>0时，A2输出正电压，VD截止，A2不存在负反馈，用作电压比较器，电阻R1上没有电流，u1－=u1+=ui,uo=2u1－－ui=ui;当ui<0时，A2输出负电压，VD导通，A2存在负反馈，用作放大器，u1－=u1+=u2+=u2－=0,uo=2u1－－ui=－ui。传输特性如图4-7(b)所示。第二十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-7例4-8电路图及传输特性第二十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

5)稳压二极管电路

稳压二极管的工作电流与输入电压、限流电阻和负载电阻有关，工作电流的取值范围确定了上述三个参数的相互限制关系，给定其中的一个参数，则可以由第二个参数的变化范围确定第三个参数的变化范围。稳压二极管工作时加反相电压，当反相电压不到其稳定电压值时，稳压二极管处于截止状态；只有稳压二极管开路时，反相电压达到或超过其稳定电压值，稳压二极管才进入击穿状态，提供稳定电压。第二十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-9】稳压二极管电路如图4-8所示。稳定电压UZ=9V，工作电流IZ的范围为IZmax=100mA,IZmin=10mA，负载电阻RL=300Ω,输入电压ui的变化范围为17~22V。确定限流电阻R的取值范围，如果接入的R=300Ω，会出现什么情况？

解由

第二十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-8例4-9电路图

第二十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六得

考虑到ui的变化，上式改写为

第三十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六其中

所以R的取值范围为100~200Ω。

如果接入的R=300Ω，稳压二极管VDZ开路时，ui经过RL与R分压后提供的反相电压变化范围为

第三十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六则当ui在17V和18V之间时，反相电压0.5ui在8.5V和9V之间，此阶段VDZ截止，不起稳压作用，uo=［RL/(R+RL)］ui=0.5ui可变。第三十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

3.晶体管和场效应管

1)工作状态

晶体管的直流偏置电路中，首先根据晶体管的类型标出极电流的实际流向。发射极直接接地时，根据基极所接直流偏置电压源确定基极电压的极性，继而确定发射结正偏或反偏，需要注意NPN型晶体管和PNP型晶体管的发射结方向相反；发射极经过电阻接地时，需要在假设的放大状态下计算基极电流，按实际流向，如果基极电流的计算结果为正值，则发射结正偏，否则发射结反偏。发射结的偏置情况确定后，接下来的分析参见教材中的图4.1.1进行。直流偏置电路中，场效应管工作状态的判断参见教材中的图4.1.2进行，计算栅源极电压时需要注意栅极电流为零。

第三十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-10】晶体管直流偏置电路和有关参数如图4-9所示，判断晶体管的工作状态并计算极间电压UCE。

解在图4-9(a)中标出NPN型晶体管极电流的实际流向。发射极直接接地，基极所接直流偏置电压源为正电压，确定发射结正偏，晶体管处于导通状态。假设晶体管处于放大状态，则

UCC－IERC－IBRB－UBE(on)=UCC－(1+β)IBRC－IBRB－UBE(on)

=12V－(1+50)IB×2kΩ－IB×20kΩ－0.7V

=0

第三十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-9例4-10电路图第三十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六计算出IB=92.6μA。集电极电压

UC=UCC－IERC=UCC－(1+β)IBRC

=12V－(1+50)×92.6μA×2kΩ=2.55V

基极电压UB=UBE(on)=0.7V。因为UC>UB，所以集电结反偏，假设成立，晶体管处于放大状态，以上结果正确，UCE=UC=2.55V。

在图4-9(b)中标出PNP型晶体管极电流的实际流向。发射极经过电阻RE接地，所以假设晶体管处于放大状态，则

－UCC+IBRB－UBE(on)+IERE

=－UCC+IBRB－UBE(on)+(1+β)IBRE

=－12V+IB×100kΩ－(－0.7V)+(1+50)IB×2kΩ=0第三十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六计算出IB=55.9μA>0，确定发射结正偏，晶体管处于导通状态。假设晶体管处于放大状态，则集电极电压

UC=－UCC+ICRC=－UCC+βIBRC

=－12V+50×55.9μA×4kΩ

=－0.81V

基极电压

UB=－UCC+IBRB

=－12V+55.9μA×100kΩ

=－6.4V

因为UC>UB，所以集电结正偏，晶体管处于饱和状态，UCE=UCE(sat)。第三十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-11】场效应管直流偏置电路和有关参数如图4-10所示，判断场效应管的工作状态并计算极间电压UDS。

图4-10例4-11电路图第三十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解图4-10(a)中，UGS=0>UGS(off)=－5V，所以场效应管工作在导通区，ID=IDSS=3mA，UDG=UDS－UGS=UDS=UDD－IDRD=12V－3mA×1kΩ=9V>－UGS(off)=5V，所以场效应管工作在恒流区，UDS=UDG=9V。

图4-10(b)中，UGS=－UGG=－2V>UGS(th)=－3V，所以场效应管工作在截止区，

ID=0，

UDS=－UDD+IDRD=－UDD=－12V。第三十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

2)对数和反对数运算电路

基本的对数和反对数运算电路可以构成较复杂的模拟运算电路。对数运算电路中，输出电压和晶体管发射结电压有关，输入电压则和集电极电流有关，电流方程联系了发射结电压和集电极电流，从而确定了输出电压与输入电压的关系；反对数运算电路中，输出电压和输入电压分别与集电极电流和发射结电压有关，并且通过电流方程关联。

【例4-12】由对数运算电路构成的模拟运算电路如图4-11所示，推导输出电压uo的表达式。

第四十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-11例4-12电路图第四十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解由

得

由

得

第四十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六所以

第四十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

3)恒流源电路

处于放大状态的晶体管可以实现恒流输出。如果负载电阻变化，其上的电压会相应改变，继而引起晶体管输出电压的变化，于是工作点会沿输出特性曲线运动。应该保证工作点不超出放大区，即不进入饱和区或击穿区，这样就限制了负载电阻的取值范围。场效应管的工作点位于恒流区时，也可以实现输出电流为恒流，与场效应管输出电压的变化无关。第四十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-13】晶体管恒流源电路和相关的晶体管输出特性曲线分别如图4-12(a)和(b)所示，在负载电阻变化时，电路为其提供恒定电流。稳压二极管VDZ的稳定电压UZ=

6V，计算负载电阻RL上的输出电流IO，并确定允许接入的RL的取值范围。

第四十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-12例4-13电路图及输出特性曲线

第四十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解

由输出特性曲线可知，为了保证处于放大状态，晶体管的输出电压应满足

UCE(sat)<uCE=UCC-IO(RL+R2)<UBR(CEO)

即

0.1V<36V－20mA×(RL+300Ω)<25V

计算出RL的取值范围为550Ω<RL<1.79kΩ。第四十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-14】场效应管恒流源电路和相关的场效应管输出特性曲线分别如图4-13(a)和(b)所示，电压源电压在使用中逐渐减小时，电路为发光二极管提供恒定电流。场效应管的夹断电压UGS(off)=－2.5V，饱和电流IDSS=4mA，发光二极管VD的导通电压UD(on)=2.2V，计算VD上的输出电流IO，并确定电路可以工作时电压源电压UDD的最小值UDDmin。

解场效应管的转移特性为

其中

uGS=－iDR=－iD×50Ω第四十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-13例4-14电路图及输出特性曲线

第四十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六以上两式联立求解，计算出IO=ID=3.46mA。

工作点位于恒流区和可变电阻区的交界处时，uDS最小，

UDG=UDSmin－UGS=－UGS(off)

则

UDSmin=UGS－UGS(off)=－IDR－UGS(off)

=－3.46mA×50Ω－(－2.5V)=2.33V

UDDmin=UDSmin+IDR+UD(on)

=2.33V+3.46mA×50Ω+2.2V=4.7V第五十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4)无触点电子开关电路

NPN型晶体管用作开关时，如果基极电压为高电平，则晶体管处于饱和状态，集电极和发射极之间电阻很小，等效为它们之间开关闭合；如果基极电压为低电平，则晶体管处于截止状态，集电极和发射极之间电阻很大，等效为它们之间开关打开。N沟道场效应管用作开关时，根据栅极电压为高电平还是低电平，决定漏极和源极之间开关是闭合还是打开。

【例4-15】晶体管开关电路和基极电压ub的波形分别如图4-14(a)和(b)所示，电容C的初始电压为零，定性画出输出电压uo的波形。

第五十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-14例4-15电路图及波形图第五十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解ub为低电平时，晶体管处于截止状态，电路等效为反相积分器，uo随时间线性上升；ub为高电平时，晶体管处于饱和状态，C通过晶体管放电，uo瞬间减小到零。uo的波形如图4-14(c)所示。第五十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

【例4-16】场效应管开关电路、输入电压ui和栅极电压uG的波形分别如图4-15(a)和(b)所示，电容C的初始电压为零，定量画出输出电压uo1和uo2的波形。

第五十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图4-15例4-16电路图及波形图第五十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解uG=0时，场效应管工作在恒流区，节点A处电压为零，集成运放A1构成反相比例放大器，

A2构成反相积分器，uo2随时间线性上升。t=2ms时，uo2最大为

uG=－5V时，场效应管工作在截止区，A处电压为ui，uo1=ui，uo2随时间线性下降。t=4ms时，uo2最小为uo2min=0。uo1和uo2的波形如图4-15(c)所示。第五十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-1本征半导体中，自由电子浓度

空穴浓度；杂质半导体中，多子的浓度与

有关。

答等于；掺杂浓度。4.3习题解答

第五十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-2扩散电流与

有关，而漂移电流则取决于

；PN结正偏时，耗尽区

,扩散电流

漂移电流。

答载流子浓度差，电场强度；变窄，大于。

第五十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-3二极管的伏安特性如图P4-3所示。求点A、B处的直流电阻RD和交流电阻rD。

解A点处电压UDA=0.6V，电流IDA=3mA，则直流电阻

交流电阻

第五十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-3第六十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

B点处电压UDB=0.6V，电流IDB=6mA，则直流电阻

交流电阻

第六十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-4如图P4-4所示，某发光二极管导通电压为2.5V，工作电流范围为18~20mA。外接12V直流电压源时，需要给二极管串联多大的电阻？

解电阻R的压降UR=12V－2.5V=9.5V，电流极值IRmin=18mA，IRmax=20mA，则R的最大值

其最小值

所以，发光二极管正常工作时要求串联电阻的取值范围为475Ω≤R≤528Ω。

第六十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-4

第六十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-5某二极管电路如图P4-5所示。当E=4V时，电流表读数I=3.4mA，当E增加到6V时，I的测量结果如何？另一二极管UD=0.65V时，测得ID0=13mA，当UD=0.67V时，ID应该是多少？

解根据图示电路，有

所以

UD(on)=E－IR=4V－3.4mA×1kΩ=0.6V第六十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

当E=6V时，测量结果为

由ID0=13mA，得二极管的交流电阻

UD的增加量ΔUD=0.67V－0.65V=0.02V很小，所以ID可以线性近似得到

第六十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-5第六十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-6计算图P4-6所示电路中节点A、B的电压，已知二极管导通电压UD(on)=0.7V。

解图P4-6(a)中，二极管VD导通，电阻R1和R2的总压降为

根据串联分压的比例关系，R1的压降

所以节点A的电压

第六十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-6第六十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六R2的压降

所以节点B的电压

图P4-6(b)中，二极管VD截止，电路中没有电流，R1和R2的压降为零，所以UA=E=5V，UB=－E=－5V。第六十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-7高输入阻抗绝对值电路如图P4-7所示。已知匹配条件为R1=R2=Rf1=0.5Rf2，推导输出电压uo与输入电压ui的关系表达式。

解当ui>0时，二极管VD1导通，VD2截止，第一级放大器的输出电压uo1=u1－=u1+=ui，集成运放A2的输入电压u2－=u2+=ui，所以电阻R2和Rf2中无电流，输出电压uo=u2－=ui。

第七十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六当ui<0时，VD1截止，VD2导通，此时第一级放大器构成同相比例放大器，有

u2－=u2+=ui，R2和Rf2中的电流i=(uo1－u2－)/R2=ui/R2,故

根据以上分析，在任意时刻，uo=|ui|。第七十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-7第七十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-8二极管限幅电路如图P4-8所示。输入电压ui=5sint(V)，画出输出电压uo的波形。

解以下分析中，设二极管VD的导通电压UD(on)=0.7V。

图P4-8(a)中，ui的临界值为E－UD(on)=2V－0.7V=

1.3V。当ui>1.3V时，VD截止，uo=E=2V；当ui<1.3V时，VD导通，uo=ui+UD(on)=ui+0.7V。uo的波形如图P4-8′(a)所示。

第七十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-8(b)中，ui的临界值为－E－UD(on)=－2V－0.7V

=－2.7V。当ui>－2.7V时，VD截止，uo=ui；当ui<

－2.7V时，VD导通，uo=－E－UD(on)=－2.7V。uo的波形如图P4-8′(b)所示。

图P4-8(c)中，ui的临界值为E+UD(on)=3V+0.7V=3.7V。当ui>3.7V时，VD导通，uo=ui－E－UD(on)=ui－3.7V；当ui<3.7V时，VD截止，uo=0。uo的波形如图P4-8′(c)所示。第七十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-8第七十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-8第七十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-8(d)中，ui的临界值为UD(on)－E=0.7V－3V=

－2.3V。当ui>－2.3V时，VD导通，uo=ui+E=ui+3V；当ui<－2.3V时，VD截止，uo=0。uo的波形如图P4-8′(d)所示。

图P4-8(e)中，ui的临界值为

当ui>1.7V时，VD导通，uo=ui-UD(on)=ui－0.7V；当ui<1.7V时，VD截止，

uo的波形如图P4-8′(e)所示。

第七十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-8(f)中，ui的临界值为

当ui>3.4V时，VD导通，uo=UD(on)+E=0.7V+1V=1.7V；当ui<3.4V时，VD截止，

uo的波形如图P4-8′(f)所示。第七十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-9电路和输入电压ui的波形如图P4-9所示。设二极管是理想二极管，画出输出电压uo的波形。

解图P4-9(a)中，当ui>0时，二极管VD导通，集成运放的输入电压u－=u+=ui，则

当ui<0时，VD截止，u+=0，电路构成反相比例放大器，有

根据以上分析，在任意时刻，uo=|ui|，波形如图P4-9′(a)所示，电路实现全波整流。

第七十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-9第八十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-9′第八十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-9(b)中，当ui>0时，二极管VD导通，uo=u－=u+=0；当ui<0时，VD截止，电路构成反相比例放大器，有

根据以上分析，在任意时刻，uo的波形如图P4-9′(b)所示，电路实现半波整流。第八十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-10稳压二极管电路如图P4-10所示。已知稳定电压UZ=10V，工作电流范围为IZmax=100mA，IZmin=2mA，限流电阻R=100Ω。

(1)如果负载电阻RL=250Ω，求输入电压ui的允许变化范围；

(2)如果ui=22V，求RL的允许变化范围。第八十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-10第八十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解(1)由

得

当IZ=IZmax=100mA时，Ui的最大值

第八十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六当IZ=IZmin=2mA时，ui的最小值

所以ui的允许变化范围为14.2V≤ui≤24V。

(2)由

得

第八十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六当IZ=IZmax=100mA时，RL的最大值

当IZ=IZmin=2mA时，RL的最小值

所以RL的允许变化范围为84.7Ω≤RL≤500Ω。

第八十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-11图P4-11所示电路中，已知稳压二极管VDZ1和VDZ2的稳定电压分别为UZ1=6V，UZ2=4V，导通电压UD(on)均为0.7V。确定每个电路的传输特性。

图P4-11第八十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解图P4-11(a)中，当ui>UZ1+UZ2=6V+4V=10V时，VDZ1和VDZ2都击穿，uo=UZ1+UZ2=10V；当ui<－2UD(on)=－2×0.7V=－1.4V时，VDZ1和VDZ2都导通，uo=

－2UD(on)=－1.4V；而当－2UD(on)=－1.4V<ui<UZ1+UZ2

=10V时，VDZ1和VDZ2都截止，uo=ui。

根据以上分析，该电路的电压传输特性如图P4-11′(a)所示。

第八十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-11′第九十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-11(b)中，当ui>UZ1+UD(on)=6V+0.7V=6.7V时，VDZ1击穿，VDZ2导通，uo=UZ1+UD(on)=6.7V；当ui<－(UZ2+UD(on))=－(4V+0.7V)=－4.7V时，VDZ1导通，VDZ2击穿，uo=－(UZ2+UD(on))=－4.7V；而当－(UZ2+UD(on))=－4.7V<ui<UZ1+

UD(on)=6.7V时，VDZ1和VDZ2都截止，uo=ui。根据以上分析，该电路的电压传输特性如图P4-11′(b)所示。第九十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-11(c)中，当ui>2UD(on)=2×0.7V=1.4V时，VDZ1和VDZ2都导通，uo=2UD(on)=1.4V；当ui<－(UZ1+UZ2)=

－(6V+4V)=＝10V时，VDZ1和VDZ2都击穿，uo=－(UZ1

+UZ2)=－10V；而当－(UZ1+UZ2)=－10V<ui<2UD(on)=1.4V时，VDZ1和VDZ2都截止，uo=ui。根据以上分析，该电路的电压传输特性如图P4-11′(c)所示。第九十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-12求图P4-12所示电路的输出电压UO,已知稳压二极管VDZ1和VDZ2的稳定电压分别为UZ1=6V,UZ2=7V,导通电压UD(on)均为0.7V。

图P4-12第九十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解图P4-12(a)中，因为UZ1<UZ2，所以VDZ1首先击穿，其两端电压为UZ1，该电压使VDZ2反偏而又不致击穿，所以处于截止状态，UO=UZ1=6V。

图P4-12(b)中，VDZ2导通，其两端电压为UD(on)，该电压使VDZ1反偏而又不致击穿，所以处于截止状态，UO=UD(on)=0.7V。第九十四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-13推导图P4-13所示电路的输出电压uo的表达式。

解图P4-13(a)中，当稳压二极管VDZ1和VDZ2都截止时，集成运放的输入电压

第九十五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-13第九十六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六经过VDZ1和VDZ2的限幅，uo的最大值uomax=6V+2V=

8V，根据上式求得此时ui=－1V；uo的最小值uomin=－6V

+2V=－4V，对应的ui=5V。根据以上分析，uo的表达式为

图P4-13(b)中，当ui>0时，二极管VD截止，集成运放A1的输入电压u1－=u1+=ui，输出电压

第九十七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六当ui<0时，VD导通，A1构成反相比例放大器，有

根据以上分析，在任意时刻，uo=|ui|。第九十八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-14电路如图P4-14所示。设电容C的初始电压为零。

(1)说明集成运放A1、A2和A3的功能；

(2)当输入电压ui=8sinωt(V)时，画出各级输出电压uo1、uo2和uo的波形。第九十九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-14第一百页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解(1)A1构成反相比例放大器，A2构成反相过零简单比较器，A3构成反相积分器。

(2)

当uo1<0时，uo2=6V；当uo1>0时，uo2=－6V。uo2=6V时，电容C充电，uo

随时间线

性下降；uo2=－6V时，C放电，uo随时间线性上升。根据以上分析，uo1、uo2

和uo

的波形如图P4-14′所示。第一百零一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-14′第一百零二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-15定性画出图P4-15中弛张振荡器的输出电压uo和电容电压uC的波形。

解图P4-15(a)中，当uo=UoH=6V时，二极管VD截止，uo通过电阻R5对电容C充电；当uo=UoL=-6V时，VD导通，C通过R4∥R5放电。根据以上分析，该电路的充电速度慢，放电速度快，uo和uC的波形如图P4-15′(a)所示，其中设t=0时，C上的电量为零。

图P4-15(b)中，当uo=UoH=6V时，二极管VD导通，uo通过电阻R4对电容C充电；当uo=UoL=-6V时，VD截止，C通过R4+R5放电。根据以上分析，该电路的充电速度大于放电速度，uo和uC的波形如图P4-15′(b)所示，其中设t=0时，C上的电量为零。

第一百零三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-15第一百零四页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-15′第一百零五页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-16电路如图P4-16所示，画出输出电压uo和电容电压uC的波形。

图P4-16第一百零六页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-16′第一百零七页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六解集成运放A1构成反相积分器，A2构成同相迟滞比较器。当uo=UoH=6V时，电容C恒流充电，uC随时间线性下降，当

时，uo=UoL=－6V，C恒流放电，uC随时间线性上升。根据以上分析，uo和uC的波形如图P4-16′所示，其中设t=0时，C上的电量为零。第一百零八页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-17判断图P4-17中晶体管和场效应管的工作状态。

解图P4-17(a)中，可以确定发射结正偏，所以晶体管处于放大状态或饱和状态。假设其处于放大状态，则IBRB+UBE(on)+(1+b)IBRE=UCC，即IB

370k+0.6V+(1+100)IB

2k=12V，计算出IB=20A，则IC

=bIB=10020A=2mA。

所以集电结反偏，假设成立，晶体管处于放大状态。

第一百零九页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-17(b)中，UGS=0<UGS(off)，所以场效应管工作在恒流区或可变电阻区，且ID=IDSS=－4mA。

所以场效应管工作在恒流区。

第一百一十页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-17第一百一十一页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-18实验测得图P4-18中两个放大状态下的晶体管三极的电位分别为

(1)U1=3V，U2=6V，U3=3.7V；

(2)U4=－2.7V，U5=－2V，U6=－5V。

判断每个晶体管的类型，标出其基极、发射极和集电极。

解(1)NPN型晶体管，U1为发射极，U2为集电极，U3为基极；

(2)PNP型晶体管，

U4为基极，U5为发射极，U6为集电极。第一百一十二页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六图P4-18第一百一十三页，共一百三十三页，编辑于2023年，星期六

4-19实验测得图P4-19中两个放大状态下的晶体管的极电流分别为

(1)I1=－5mA，I2=－0.04mA，I3=5.04mA；

(2)I4=－1.93mA，I5=1.9mA，I6=0.03mA。