电子电路基础第1章习题解答.docx

电子电路基础第1章习题解答第一章习题解答 题1.1 电路如题图1.1所示，试判断图中二极管是导通还是截止，并求出两端的电压。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0.60.8V。锗管的导通压降为0.20.3V。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与阴极的电位差。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：对于阴极连在一起的电路，只有阳极电位最高的处于导通状态；对于阳极连在一起的二极管，只有阴极电位最低的可能导通。 图中，当假设二极管的VD开路时，其阳极电位UP为-6V，阴极电位UN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UAO=-6V； 于短路。所以V，阴极的电位UN=-12V， 图中，断开VD时，阳极电位UP=-15N P VD处于反偏而截止 U<U AO； 图，断开VD1,VD2时 U=-12VU=-12V UP1>UN1 UP1=0V N1 UP2=-15V N2 P2 VD1处于正偏导通，VD2处于反偏而截止 U=-12VU<UN2 UAO=0V； 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UAO=0V， N2而 P2 VD2处于反偏而截止 图，断开VD1、VD2， U=-15V<U=UA U=0V UP1<UN1 UP1=-12V N1 UP2=-12V N2 VD1、VD2均处于反偏而截止。 U=-6VUP2<UN2； 题1.2 试判断题图1.2中的二极管是导通还是截止，为什么？ 解： 分析：在本题的分析中应注意二个问题： 电位都是对固定的参考点之间的压差，参考点就是通常所称的接地点； 求电位时注意各电压的方向。 图，设图中电阻25K与5K的连接点为C， 则，当假设VD开路时， 10´15=1V140+10 52UB=UC+UBC=´15+´10=2.5+1=3.5V5+2518+2 U=UB UP=UA NUA= VD处于反偏而截止 图，同样设图中电阻25K与5K的连接点为C， 假设VD断开， UP<UN 10´15=1V140+10则： 52UB=UC-UCB =´15-´10=2.5-1=1.5VBC5+2518+2 UA<UB UA= VD处于反偏而截止； 图，设图中25K与5K的连接点为C，假设VD断开， 则：UA=10´15=1V140+10 UUB=UC+BC=CB 52´15-´20=2.5-2=0.5V5+2518+2 UA>UB VD处于正偏导通状态 题1.3 己知在题图1.3中，uI=10sinwt(V),RL=1kW，试对应地画出二极管的电流、电压以及输出电压的波形，并在波形图上标出幅值。设二极管的正向压降和反向电流可以忽略。 解： 分析：二极管在外加正偏电压时导通，外加反偏电压时截止。如果忽略二极管正向导通压降及反向漏电流，则二极管相当于一个理想的开关。即：正偏时相当于开关“闭合”，截止时相当于开关“断开”。 (1). 在ui正半周，二极管正偏而导通， uD=0 uO=ui=10sinwt(V) ui=10sinwt uOiD=RL(mA) (2). 在ui负半周，二极管反偏而截止， iD=0 uO =0 uD =-ui=-10sinwt(V) 题1.4 电路如题图1.4所示，稳压管的稳定电压=8V，限流电阻=3kW，设=10sinwtuI=15sinwt(V)，试画出uo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ui=15sinwt(V) Uz=8V 当ui³Uz时，稳压管击穿而处于稳定状态，uO =Uz； 而0<ui<8V时，稳压管处于反偏而截止，uO =ui； 当ui£0时，稳压管将处于正偏而导通，uO=0。 RL=1kW，R=200W，题1.5 在题图1.5中，已知电源电压V=10V，稳压管的UZ=6V，试求 稳压管中的电流IZ=？ 当电源电压升高到时，IZ将变为多少？ 当仍为，但RL改为2kW时，IZ将变为多少？ 解： 分析：由稳压管的特性可知，在稳压管处于反向击穿时，流过的电流可以有较大的变化，而其两端电压几乎不变。 (1). UO=UZ=6V Uo 6 = = 6mA I R = L R L 1 UR=U-UZ=10-6=4V (2). 当U升高至12V时， UR4=20mAR0.2k IZ=IR-IRL=20-6=14mAIR=UO=UZ=6V不变， U6IRL=R=6mARL1 UR=U-UZ=12-6=6V UR6=30mAR0.2k IZ=IR-IRL=30-6=24mAIR= (3). 当RL=2KW时， U=10V IRL=UR6=3mARL2 U-UZ10-6=20mAR0.2k IZ=IR-IRL=20-3=17mAIR= 题1.6 测得工作在放大电路中几个半导体三极管三个电极电位U1、U2、U3分别为下列各组数值，试判断它们是型还是型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。 V； U1=3.5V，U2=2.8V，U3=12V； U1=3V，U2=2.8V，U3=12V； U1=6V，U2=11.3V，U3=12V U1=6V，U2=11.8V，U3=12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UBE=0.50.7V，锗管的UBE=0.10.3V。所以首先找出电位差在0.10.3V或0.50.7V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： U=12V， (1). U1=3.5V, U2=2.8V, 3 结论：硅NPN型三极管 U®c U1®b， U2®e， 3U=12V， (2). U1=3V, U2=2.8V, 3 结论： 锗NPN型三极管 U®c U1®b， U2®e， 3U=12V (3). U1=6V, U2=11.3V， 3 结论：硅PNP型三极管 U®e U1®c， U2®b， 3U=12V (4). U1=6V, U2=11.8V， 3 结论：锗PNP型三极管 U®e U1®c， U2®b， 3题1.7 测得某电路中几个三极管的各极电位如题图1.7所示，试判断各三极管分别工作在放大区、截止区还是饱和区。 解： 分析：根据不同的偏置特征，三机管将工作在不同的区域： 放大区：发射结正偏，集电结反偏； 饱和区：发射结正偏，集电结正偏 或者零偏； 截止区：发射结反偏或偏压小于开启电压，集电结反偏。 如以NPN型三极管为例，其偏压方式与工作状态的关系如图所示： 对图，NPN型三极管 UBE=0.7V>0, 工作在放大区； 图，NPN管， UBC=0.7-5=-4.3<0 UBE=2-12=-10V<0, UBC=12-12=0， 工作在截止区 图，NPN管，UBE=-5.3-(-6)=0.7V>0， 工作在放大区； UBC=-5.3-0=-5.3<0 V>0， 图，NPN管，UBE=10.75-10=0.75UBC=10.75-10.3=0.45>0 工作在饱和区； 图，PNP管，UBE=0.3-0=0.3V>0， 工作在截止区 UBC=0.3-(-5)=5.3>0 图，PNP管，UBE=4.7-5=-0.3V<0, 工作在饱和区 UBC=4.7-4.7=0 图，PNP管，UBE=-1.3-(-1)=-0.3V<0， UBC=-1.3-(-10)=8.7>0 工作在放大区； 图，PNP管， UBE=11.7-12=-0.3V<0 UBC=11.7-8=3.7>0 工作在放大区； 题1.8 已知题图1.8 (a)(f)中各三极管的b均为50，UBE=0.7V，试分别估算各电路中三极管的IC和UCE，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1.8(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IBS，若IB>IBS，则三极管工作在饱和区；若IB<IBS，则三B。 极管工作在放大区，且C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，发射结正偏，且 I=bI2-0.7=0.065mA=65mA20K 10 - U CES 10 » = 0 mA I BS = . 1mA = 100 b ´ 2 K 50 ´ 2 IB=BS B 三极管工作在放大区 I<I且 IC=bIB=50´0.065=3.3mA UCE=10-IC´2K=10-3.3´2=3.4V 10-UCES10IBS=»=0.1mA=100mAb´250´2图， IB=10-0.7=0.0465mA=46.5mA200 BS B 三极管工作在放大区 I<I且： IC=bIB=50´0.0465»2.3mA UCE=10-2.3´2=5.4V 10-UCES10IBS=»=0.1mA=100mAb´250´2图， 10-0.7=0.465mA=465mA20 I>IBS BIB= 三极管工作在饱和区 图，发射结反偏，三极管处于截止状态 IC=ICS=bIBS=5mA UCE=UCES»0V IC=0UCE=VCC=10V 图，三极管发射结零偏，IB=0 三极管处于截止状态 IC=0UCE=VCC=10V 图，BS, 三极管工作在放大区 I®¥IB=10-0.7=0.0465mA=46.5mA200 IC=bIB=2.3mA且 UCE=VCC=10V 题1.9 一个的转移特性曲线如题图1.9所示，试问 它是沟道还是沟道的？ 它的夹断电压UGS(off)和饱和漏极电流IDSS各是多少？ 解 分析：JFET是一种耗尽型器件，在栅源之间没有外加电压时，其沟道已经存在，且此时加上一特定的外加漏源电源时，所形成的电流即为IDSS，饱和漏极电流。当栅源加反偏电压时，沟道变窄，使同样的漏源电压而漏极电流变小。而当栅源反偏电压大到一特定值 UGS时，沟道夹断，漏源电流为零。 有图可以看出，转移特性曲线在UGS<0区域，而uGS又处于反偏，所以栅极一定为P型材料，即该特性曲线描述的是N沟道JFET。 UGS=-4V，IDSS=3mA 题1.10 已知一个沟道增强型场效应管的漏极特性曲线如题图1.10所示，试作出UDS=15V时的转移特性曲线，并由特性曲线求出该场效应管的开启电压UGS(th)和IDO值，以及当时的跨导gm。 解 分析：转移特性曲线是指在一定的UDS下，uGS与iD的关系，只要在输出特性曲线上以UDS=15V作一条垂线，与各条不同的uGS值下的iD曲线相交，对应的画在uGS与iD的坐标中。 由转移特性曲线可以看出，其开启电压UGS约为2V，而IDO表示UGS=2 UGS时的ID值，即当UGS=4V时的。所以IDO=2.5mA。 æuöGSiD=IDOç-1÷çUGS(th)÷èø 由MOS特性曲线2gm=diDduGSuDS=常数=2IDOéuGSùêúUGSUëGSû2´2.5éuGSù-1úê2ë2ûæuö=2.5çGS-1÷è2ø 跨导(uGS³UGS(th) 不同的uGS对应不同的gm值。 题1.11 试根据题图1.11所示的转移特性曲线，分别判断各相应的场效应管的类型结型或绝缘栅型，沟道或道沟，增强型或耗尽型。如为耗尽型，在特性上标注出其夹断电压UGS(off)和饱和漏极电流IDSS；如为增强型，标注出其开启电压UGS(th)。 解 分析：根据场效应管的结构可总结出一些相关的特性 N-JFET P-JFET N-MOS增强型 N-MOS耗尽型 uGS <0 >0 >0 任意 uDS >0 <0 >0 >0 <0 <0 iD >0 <0 >0 >0 <0 <0 开启 夹断 P-MOS增强型 <0 P-MOS耗尽型 任意 、因为uGS>0，iD>0，所以N-MOS增强型 存在开启电压UGS，IDO为UGS2 UGS时的iD值 、因为uGS>0，iD<0，uGS=0时有iD，一定为耗尽型器件P-JFET 存在夹断电压UGS，IDSS为UGS=0时的iD。 、uGS可正可负，且iD>0，所以该器件为N-MOS耗尽型 存在夹断电压UGS，且在UGS=0时的iD即为IDSS 、uGS<0,iD<0，且UGS=0时iD0无沟道，所以该器件为P-MOS增强型 存在开启电压UGS，当UGS=2UGS时的iD即为IDO。 题1.12 已知一个沟道增强型场效应管的开启电压UGS(th)=3V，IDO=4mA，请示意画出其转移特性曲线。 解 分析：N-MOS管的特性曲线为一个平方率关系 æuöGSiD=IDOç-1÷çUGS(th)÷èø 即 当已知 UGS=3V，IDO=4mA 2æuöiD=4çGS-1÷è3ø 其示意曲线 2题1.13 已知一个沟道耗尽型场效应管的饱和漏极电流IDSS=-2.5mA，夹断电压UGS(off)=4V，请示意画出其转移特性曲线。 解 分析：P-MOS耗尽型特性曲线表达式为 æuGSö÷iD=IDSSç1-çUGS(off)÷èø 已知IDSS=-2.5mA,UGS(off)=4V 2æuöiD=-2.5ç1-GS÷4ø è所以其示意曲线为 2