電工學(電子技術)習題答案第二部分第六版秦曾煌主編

電工學(電子技術)習題答案第二部分第六版秦曾煌主編 17.3典型例題 例17.1 一個負反饋放大電路其開環(huán)放大倍數A=1000,若要求電路的非線性失真從開 . . 環(huán)狀態(tài)的10減小到閉環(huán)狀態(tài)吼的1，試計算該電路的負反饋系數F及閉環(huán)放大倍數.AF。 解：由于引入負反饋可使非線性失真減小1+AF倍，因此根據題意有 .1%199 ?F?0.009 , 則. 101?AFA1000 . AF? . A1?AF . . ? 1000 ?100 1?1000?0.009 例17.2 電路如例17.2圖所示，試用瞬時極性法判斷電路中級間反饋的極性。 Uo Ui Uo (a) (b) 例17.2圖 解： 正、負反饋的判斷可用瞬時極性法。反饋的結果使凈輸入量減小的反饋為負反饋，使凈輸入量增大的反饋為正反饋。 在圖（a）所示電路中，電阻 R f1 引入級間交、直反饋；由于C2的隔直作用， R f2 引 入交流反饋。在T1的基極加一對“地”的瞬時極性為正的信號，并標上“?”，第一級為 一”共射組態(tài)，輸出與輸入反相，故T1的集電極信號電壓對“地”的瞬時極性為負，并標上“。 第二級也為共射組態(tài)，故T2集電極信號瞬時極性為“?”， 一”瞬時極性為“。 U e2 與 U b2 同相，即發(fā)射極 由于 UU e2 一”為“，經電阻 RR f1 一”饋送至T1管發(fā)射極的信號瞬時極性也為“，使T1 管b、e間的凈輸入信號增加，故 由于 為“?”，經電阻 R f2 f1 引入的級間反饋為正反饋。 c2 饋送至T1管發(fā)射極的信號瞬時極性也為“?”，使T1 f2 管b、e間的凈輸入信號減弱，故 R 引入的級間反饋為負反饋。 在圖（b）所示電路中，電阻R2引入級間交直流反饋。 運算放大器電路反饋極性的判斷同樣可采用瞬時極性法。運放通常有兩個輸入端，即反相輸入端U?和同相輸入端U?。前者和輸出U0相位相反，后者和輸出U0相位相同。設同相輸入端U?有一瞬時增量“?”，則A1的輸出U接到 01 瞬時極性為“?”，U 2 01 經 R 3 A 2 一”的反相輸入端。所以U0瞬時極性為“，經 R 饋送回A1反相輸入端，使凈 輸入信號（ U?U?U i i f ）增加，故引入的是正反饋。 例17.3 分析例17.3圖所示電路中級間反饋為何種組態(tài)。 +_ Uo + Us_ (b) (a) 例17.3圖 解： 通常反饋組態(tài)的討論是針對交流反饋而言的。 電壓反饋和電流反饋的判斷方法是：將 U0短路，若仍有反饋信號，為電流反饋；若無反饋信號存在，則為電壓反饋。 在圖（a）所示電路中，R1接在T1的發(fā)射極和T3的發(fā)射極之間。設T1管基極有一瞬時增量“?”，則T1管的集電極 一”極為“。 U C1 一”為“，T2管的集電極為“?”，T3管的發(fā)射 U e3 “?”經電阻R1和 R e1 饋送到 T 1 管發(fā)射極的信號也為“?”，使 T 1 管 b、e極間的凈輸入量減弱，故R1引入級間交、直流負反饋?，F(xiàn)如果輸出U0短路，經R1引回的負反饋信號仍然存在，故為電流反饋；其次，將R1接在電壓形式串聯(lián)在輸入回路，故為串聯(lián)反饋。 因此，R1引入的是級間交、直流電流串聯(lián)負反饋，能起到穩(wěn)定輸出電流的作用。 T 1 管的發(fā)射極，反饋量以 R 2 引入的是級間直流反饋（由 C e 將交流分量旁路）?？梢圆慌袆e其反饋組態(tài)，但要 判別反饋極性。當 T 1 管基極有一瞬時增量“?”， C e 開路時， T 2 管的發(fā)射極信號的瞬 一”時極性為“，經 R 2 一”返送到輸入端，其瞬時極性為“，減小了凈輸入信號，故 R 2 引 入級間直流負反饋，能起到穩(wěn)定第一級和第二級靜態(tài)工作點的作用。 在圖（b）所示電路中，式如下： R f 接在 T 1 基極和 T 2 發(fā)射極之間。采用瞬時極性法，所得公 U b1 “?” ? U c1 一” ?“ U e2 一” “ U e2 一”“經電阻 R f 饋送到 T 1 管的基極，是 T 1 管的凈輸入信號減小，故為負反饋。 若將輸出U0短路，沒有反饋信號反饋回輸入回路，故為電壓反饋。反饋信號與輸入信號都接到T1的基極，反饋量以電流的形式影響輸入量，并為并聯(lián)反饋。 因此，圖（b）電路的級間反饋為電壓并聯(lián)負反饋，可穩(wěn)定輸出電壓。 例17.4 反饋放大電路如例17.4圖所示，分析電路中級間反饋的組態(tài)。 + (b) 例17.4圖 (a) 解： 圖（a）所示電路中，電路的輸出信號通過電阻Rf反饋到時極性法：設 T 2 的基極，采用瞬 T 1 一”的基極有一瞬時增量“?”，則T1集電極為“，接到運放A的反相 端。所以運放A輸出信號極性為“?”，經輸入 R L f 反饋到 T 2 基極，使 T、T 1 2 發(fā)射結的凈 U?U?U i i f 減少，為負反饋。當 R = 0時， U f = 0，故為電壓反饋。又因反饋 i 信號與輸入信號加在輸入回路的兩個輸入端上， X f 與 X 以電壓的形式加減，為串聯(lián)反 饋。 因此，圖（a）所示電路為電壓串聯(lián)負反饋。 圖（b）所示電路中，設反相輸入端 U ? 一”有一瞬時增量“?”，輸出U0為“。經 R 2 反饋回反相輸入端，使凈輸入量削若，為負反饋。而在輸入端以電流的形式影響輸入量，為并聯(lián)反饋。當 R L 短路時，雖然U0= 0，但仍有反饋信號，為電流反饋。故圖（b）所示電 路為嗲沒留并聯(lián)負反饋組態(tài)。 17.4練習與思考 練習與思考17.2.1 如果需要實現(xiàn)下列要求，在交流放大電路中應引入哪種類型的反饋？ 要求輸出電壓U0基本穩(wěn)定，并能提高輸入電阻。 要求輸出電流 要求輸出電流 II o 基本穩(wěn)定，并能減小輸入電阻。 基本穩(wěn)定，并能提高輸入電阻。 o 答： 串聯(lián)電壓負反饋。 并聯(lián)電流負反饋。 串聯(lián)電流負反饋。 練習與思考17.2.2 在上題（1）中，是否能同時提高輸出電阻？ 答： 不能，電壓反饋的放大電路使輸出電阻減小。 練習與思考17.2.3如果輸入信號本身已是一個失真的正弦量，試問引入負反饋后能否改善失真，為什么？ 答： 不能改善失真，負反饋只能改變環(huán)內引起的失真，它是利用失真了的輸出波形來改善放大器的失真，若輸入信號本身已失真，則與反饋的失真信號相減后，并不能使輸出信號的失真得到補償。 練習與思考17.2.4什么是深度反饋？怎樣理解“負反饋越深，放大倍數降低得多，但短路工作越穩(wěn)定”。 答：引入負反饋時的放大倍數Af? A ,(1?AF)為反饋深度，其值越大負反饋作 1?AF 用越強，若AF1， A f 1 ，此時為深度負反饋，相應Af僅與反饋電路的參數有關；F 負反饋越深，（1?AF）越大，| A f |也越小，即放大倍數降低的越多，但由 dAfAf ? dAf1dAdA1 ,可知僅為的，即放大倍數的穩(wěn)定性越好，電路工作越1?AFAA1?AFAf 穩(wěn)定。 練習與思考17.2.5在負反饋放大電路中，如果反饋系數F發(fā)生變化，閉環(huán)電壓放大倍數能否保持穩(wěn)定？ 答： 如果F發(fā)生變化，將使反饋深度發(fā)生變化，反饋越深，放大電路越穩(wěn)定。 練習與思考17.2.6對分壓式偏置放大電路（教材圖15.4.1）做試驗時，在接入旁路電容CE和除去CE的兩種情況下，用示波器觀察的輸出電壓波形在失真和幅值上有什么不同，為什么？ 答： 接入旁路電容 C E 時，不存在交流負反饋，只有直流負反饋，因此輸出電壓波 形失真程度大些，電壓放大倍數降低的少些，因而幅度也較大些； 除去 C E 時，存在直流負反饋和交流負反饋，輸出波形的失真得到更大補償，失真程 度較小些，但電壓放大倍數降低的多，因而幅度會小些。 練習與思考17.2.7在教材圖17.1.3的分立元件放大電路中，發(fā)射極電阻何種類型的交流負反饋？ 答： 引入的是串聯(lián)電流負反饋。 練習與思考17.3.1試說明振蕩條件、振蕩建立和振蕩穩(wěn)定三個問題。 答： 振蕩條件：相位條件： R E 上引入 U . f 與 U . i 同相，即必須是正反饋；幅度條件： U f = U i ， AF u ?1. 振蕩建立：起振時必須 AF u 以?1， AF u ?1到 AF u ?1是振蕩建立過程， 反饋電壓和輸出電壓的幅值不斷增大（正反饋，到達穩(wěn)定。 振蕩穩(wěn)定：這是由于反饋元件或晶體管的非線性，使振蕩幅度自動穩(wěn)定下來。 練習與思考17.3.2從程中哪個量減小了？ 答： 以 AF u ?1到 AF u ?1，是自激振蕩的建立過程，在此過 AF u ?1起振時起，隨著振蕩幅度的增大， A u 自動減小，直到 A u ?3或 AF u ?1時，振蕩幅度達到穩(wěn)定。 練習與思考17.3.3正弦波振蕩電路中為什么要有選頻電路?沒有它是否也能產生振 第14章 晶體管起放大作用的外部條件，發(fā)射結必須正向偏置，集電結反向偏置。 晶體管放大作用的實質是利用晶體管工作在放大區(qū)的電流分配關系實現(xiàn)能量轉換。 2晶體管的電流分配關系 晶體管工作在放大區(qū)時，其各極電流關系如下： IC?IB IE?IB?IC?(1?)IB ? ICIB ? ?IC?IB 3晶體管的特性曲線和三個工作區(qū)域 （1）晶體管的輸入特性曲線： 晶體管的輸入特性曲線反映了當UCE等于某個電壓時，IB和UBE之間的關系。晶體管的輸入特性也存在一個死區(qū)電壓。當發(fā)射結處于的正向偏壓大于死區(qū)電壓時，晶體管才會出現(xiàn)IB，且IB隨UBE線性變化。 （2）晶體管的輸出特性曲線： IC隨UCE變化的關系曲線。 晶體管的輸出特性曲線反映當IB為某個值時，在不同的IB下， 輸出特性曲線是一組曲線。IB=0以下區(qū)域為截止區(qū)，當UCE比較小的區(qū)域為飽和區(qū)。輸出特性曲線近于水平部分為放大區(qū)。 （3）晶體管的三個區(qū)域： 晶體管的發(fā)射結正偏，集電結反偏，晶體管工作在放大區(qū)。此時，IC=?Ib，IC與Ib成線性正比關系，對應于曲線簇平行等距的部分。 晶體管發(fā)射結正偏壓小于開啟電壓，或者反偏壓，集電結反偏壓，晶體管處于截止工作狀態(tài)，對應輸出特性曲線的截止區(qū)。此時，IB=0，IC=ICEO。 晶體管發(fā)射結和集電結都處于正向偏置，即UCE很小時，晶體管工作在飽和區(qū)。此時，IC雖然很大，但IC?Ib。即晶體管處于失控狀態(tài)，集電極電流IC不受輸入基極電流IB的控制。 143 典型例題 例141 二極管電路如例141圖所示，試判斷二極管是導通還是截止，并確定各電路的輸出電壓值。設二極管導通電壓UD=0.7V。 256 10V (a)(b) D1 (c)(d) 例14.1圖 1圖（a）電路中的二極管所加正偏壓為2V，大于U解：=0.7V，二極管處于導通狀態(tài)，D 則輸出電壓U0=UAUD=2V0.7V=1.3V。 2圖（b）電路中的二極管所加反偏壓為-5V,小于UD，二極管處于截止狀態(tài)，電路中電 流為零，電阻R上的壓降為零,則輸出電壓U0=-5V。 3圖（c）電路中的二極管D所加反偏壓為（-3V），二極管D2截止。二極管D1所加正2 偏壓為9V，大于UD，二極管D1處于導通狀態(tài)。二極管D1接在B點和“地”之間，則D1導通后將B點電位箝位在（-0.7V），則U0=UB=-0.7V。 4如果分別斷開圖（d）電路中的二極管D和D，D處于正偏壓為15V，D處于正1122 偏壓為25V，都大于UD。但是，二極管D2所加正偏壓遠大于D1所加正偏壓，D2優(yōu)先導通并將A點電位箝位在UA=-10V+0.7V=-9.3V, 實際上，二極管D1處于反偏壓，處于截止狀態(tài)。則輸出電壓U0=UA=-9.3V。 例142 電路如例142圖所示，已知Ui=5sin(?t)（V），二極管導通電壓UD=07V，試畫出Ui與Uo的波形，并標出幅值。 解：在Ui正半周，當Ui大于37V時，二極管D1處于正偏壓而導通，輸出電壓箝位在Uo=37V，此時的二極管D2截止。 當Ui小于37V時，二極管D1和D2均處于反偏壓而截止，輸出電壓Uo=Ui。 在Ui的負半周，當Ui小于（-37V），二極管D2處于正偏壓而導通，輸出電壓 Uo=-37V，二極管D1截止。 257 當Ui大于(-37V)時,二極管D1和D2均處于反偏壓而截止,輸出電壓Uo=Ui。 t R t 例14.2圖 例14 3 電路如例143（a）圖所示，設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓U2=10V，試畫出 0V?Ui?30V范圍內的傳輸特性曲線Uo=f(Ui)。 解：當UiU, U為正。 CBCB 2UU，U為正。 BEBE 3UU，U為正。 CECE 258 PNP管的各項結論同NPN管的各項結論相反。 例145 用直流電壓表測量某電路三只晶體管的三個電極對地的電壓分別如例 145圖所示。試指出每只晶體管的C、B、E極。 -2.3V-3V-0.7V5V5.7V-6V 例14.5圖 1為C級，2為B極，3為E極。 解：T1管： 1為B極，2為E極，3為C極。 T2管： 1為E極，2為B極，3為C極。 T3管： 例146 在例146圖中，晶體管T1、T2、T3的三個電極上的電流分別為： 例14.6圖 1 I=0.01mA I2=2mA I3= 2.01mA 1 2 I=2mA I2= 0.02mA I3= 1.98mA 1 3 I= 3mA I2=3.03mA I3= 0.03mA 1 試指出每只晶體管的B、C、E極。 1為B級，2為C極，3為E極。 解：T1管： 1為E極，2為B極，3為C極。 T2管： 1為C極，2為E極，3為B極。 T3管： 14.4 練習與思考 練習與思考14.1.1 電子導電和空穴導電有什么區(qū)別，空穴電流是不是自由電 子遞補空穴所形成的？ 259 答：電子導電是指在外電場的作用下，自由電子定向運動形成的電子電流。空穴導電是指在外電場作用下，被原子核束縛的價電子遞補空穴形成空穴電流。由此可見，空穴電流不是自由電子遞補空穴所形成的。 練習與思考14.1.2 雜質半導體中的多數載流子和少數載流子是怎樣產生的？為什么雜質半導體中少數載流的子的濃度比本征載流子的濃度小？ 答：雜質半導體中的多數載流子是由摻雜產生的，少數載流子是由本征激發(fā)產生的。本征激發(fā)產生電子空穴對，其中有一種載流子和多數載流子相同，歸于多數載流子，所以少數載流子的濃度比本征載流子的濃度小。 練習與思考14.1.3N型半導體中的自由電子多于空穴，而P型半導體的空穴多于自由電子，是否N型半導體帶負電，而P型半導體帶正電？ 答：整個晶體呈電中性不帶電，所以 _N型半導體帶負電和P型半導體帶正電。 第14章 晶體管起放大作用的外部條件，發(fā)射結必須正向偏置，集電結反向偏置。 晶體管放大作用的實質是利用晶體管工作在放大區(qū)的電流分配關系實現(xiàn)能量轉換。 2晶體管的電流分配關系 晶體管工作在放大區(qū)時，其各極電流關系如下： IC?IB IE?IB?IC?(1?)IB ? ICIB ? ?IC?IB 3晶體管的特性曲線和三個工作區(qū)域 （1）晶體管的輸入特性曲線： 晶體管的輸入特性曲線反映了當UCE等于某個電壓時，IB和UBE之間的關系。晶體管的輸入特性也存在一個死區(qū)電壓。當發(fā)射結處于的正向偏壓大于死區(qū)電壓時，晶體管才會出現(xiàn)IB，且IB隨UBE線性變化。 （2）晶體管的輸出特性曲線： IC隨UCE變化的關系曲線。 晶體管的輸出特性曲線反映當IB為某個值時，在不同的IB下， 輸出特性曲線是一組曲線。IB=0以下區(qū)域為截止區(qū)，當UCE比較小的區(qū)域為飽和區(qū)。輸出特性曲線近于水平部分為放大區(qū)。 （3）晶體管的三個區(qū)域： 晶體管的發(fā)射結正偏，集電結反偏，晶體管工作在放大區(qū)。此時，IC=?Ib，IC與Ib成線性正比關系，對應于曲線簇平行等距的部分。 晶體管發(fā)射結正偏壓小于開啟電壓，或者反偏壓，集電結反偏壓，晶體管處于截止工作狀態(tài)，對應輸出特性曲線的截止區(qū)。此時，IB=0，IC=ICEO。 晶體管發(fā)射結和集電結都處于正向偏置，即UCE很小時，晶體管工作在飽和區(qū)。此時，IC雖然很大，但IC?Ib。即晶體管處于失控狀態(tài)，集電極電流IC不受輸入基極電流IB的控制。 143 典型例題 例141 二極管電路如例141圖所示，試判斷二極管是導通還是截止，并確定各電路的輸出電壓值。設二極管導通電壓UD=0.7V。 256 10V (a)(b) D1 (c)(d) 例14.1圖 1圖（a）電路中的二極管所加正偏壓為2V，大于U解：=0.7V，二極管處于導通狀態(tài)，D 則輸出電壓U0=UAUD=2V0.7V=1.3V。 2圖（b）電路中的二極管所加反偏壓為-5V,小于UD，二極管處于截止狀態(tài)，電路中電 流為零，電阻R上的壓降為零,則輸出電壓U0=-5V。 3圖（c）電路中的二極管D所加反偏壓為（-3V），二極管D2截止。二極管D1所加正2 偏壓為9V，大于UD，二極管D1處于導通狀態(tài)。二極管D1接在B點和“地”之間，則D1導通后將B點電位箝位在（-0.7V），則U0=UB=-0.7V。 4如果分別斷開圖（d）電路中的二極管D和D，D處于正偏壓為15V，D處于正1122 偏壓為25V，都大于UD。但是，二極管D2所加正偏壓遠大于D1所加正偏壓，D2優(yōu)先導通并將A點電位箝位在UA=-10V+0.7V=-9.3V, 實際上，二極管D1處于反偏壓，處于截止狀態(tài)。則輸出電壓U0=UA=-9.3V。 例142 電路如例142圖所示，已知Ui=5sin(?t)（V），二極管導通電壓UD=07V，試畫出Ui與Uo的波形，并標出幅值。 解：在Ui正半周，當Ui大于37V時，二極管D1處于正偏壓而導通，輸出電壓箝位在Uo=37V，此時的二極管D2截止。 當Ui小于37V時，二極管D1和D2均處于反偏壓而截止，輸出電壓Uo=Ui。 在Ui的負半周，當Ui小于（-37V），二極管D2處于正偏壓而導通，輸出電壓 Uo=-37V，二極管D1截止。 257 當Ui大于(-37V)時,二極管D1和D2均處于反偏壓而截止,輸出電壓Uo=Ui。 t R t 例14.2圖 例14 3 電路如例143（a）圖所示，設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓U2=10V，試畫出 0V?Ui?30V范圍內的傳輸特性曲線Uo=f(Ui)。 解：當UiU, U為正。 CBCB 2UU，U為正。 BEBE 3UU，U為正。 CECE 258