模电课后习题答案

模电典型例题分析

第二章

题2．1 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;R １＝10k,R ｗ=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２．2 在题图所示的放大电路中，已知Ω=====k R R R R R 1087521，Ω===k R R R 201096∶

① 列出1O u 、2O u 和O u 的表达式；

② 设V u I 3.01=,V u I 1.02=,则输出电压?=O u

注：此图A 1的同相端、反相端标反。

解

分析:本题中,运放A １构成反相比例运用电路,A 2构成同相比例运用。而A ３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)

21111152221

610

10

10311202O I I I O I I I R u u u u R R u u u u R =-

=-?=-????

=+=+?= ? ????? 对A 3,1032222

810202

10203O O O I R u u u u u R R +=?===++

因为0133079u u u u R R ---=－ 332011

I I u u u u u -+===-

()()90313212712

20

10

23O I I I I I R u u u u u u u R u u -=-

-=---=+

(2）120.3,0.120.330.10.9I I O u V u V

u V ===?+?=

题２.３ 加减运算电路如图所示，求输出电压O u 的值。

R u

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。

1s u 单独作用：2s u 、 3s u 、4s u 接地，此时输出为O1u

F O11

1s R

u u R =- 2s u 单独作用:1s u 、 3s u 、4s u 接地,此时输出为O2u F

O222

s R u u R =-

3s u 单独作用：1s u 、 2s u 、4s u 接地，此时输出为O3u

45

p 3

453////s R R u u R R R =+ N P

N O3N

12F //u u u u u

R R R =-∴

=

F

O3N

12

(1)//R u u R R =+

45F

3

12453//(1)////s R R R u R R R R R =++

4s u 单独作用：1s u 、 2s u 、3s u 接地，此时输出为O4u

35F

O44

12354

//(1)////s R R R u u R R R R R =+

+

综合: O1O2O3O4 = u u u u u +++

题2.４ 电路如图所示，设1A 、2A 为理想运放,电容的初始电压(0)0c u =。 （1）写出0u 与1s u 、2s u 和3s u 之间的关系式;

（2)写出当电路中电阻123456R R R R R R R ======时,输出电压0u 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。1A 是差分减法器,2A 是两输入的积分电路。

（１)由于1A 是典型的差动减法电路，直接写出01u 与1s u 、2s u 的关系:

344

0112

1123

(1)s s R R R u u u R R R R =-+++

对2A 的分析用叠加原理:

3s u 单独作用,输出为'

u '

361

s u u dt

R C =-?

01u 单独作用,输出为''

u

''

0151

u u dt

R C =-?

综合：'

''00

3016511

s u u u u dt u dt

R C R C =+=-?-?

所以

'''

000

3443101615123511

(1)s s u u u R R R u dt u dt u dt R C R R C R R R R C =+=-

?+?-+??+

(2)

0312

123

111

1

()

s s s

s s s

u u dt u dt u dt RC R RC

u u u

dt

RC

=-?+?-?

=?--

题２．5 在题图所示电路中，已知uＩ1=4V,u I2=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u O的电位；

(２）设ｔ=0时S打开，问经过多长时间u O=0?

解:(1）U A=7V，U B＝4V,U C＝1V,U D＝-2V，uＯ＝2U D =－4V。

(2）因为u O＝2u D－uＯ３，2ｕＤ=-4V,所以uＯ3＝－４V时，u O才为零。即

mS

6.

28

4

7

10

10

50

1

1

6

3

A

1

O3

≈

-

=

?

?

?

?

-

=

?

?

-

=

-

t

t

t

u

C

R

u

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:

（1）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）?

（2）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A Ｏ两端的电压U ＡO 。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P U 为-6Ｖ,阴极(Ｎ端)电位N U 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

V U AO 6-=；

图(ｂ）中，断开V Ｄ时，阳极电位V U P 15-=，阴极的电位V U N

12-=,

∵ N P

U

U <

∴ VD 处于反偏而截止

∴ V

U AO 12-=；

图（c)，断开ＶD １,VD2时

∵ V U P 01= V U N 121

-= 11N P U U >

V U P 152-= V U N 122-= 22

N P U U

<

∴ VD1处于正偏导通，V Ｄ2处于反偏而截止

V U AO 0=；

或，∵ VD １，VD ２的阴极连在一起

∴ 阳极电位高的ＶD1就先导通,则A 点的电位

V U AO 0=,

而 A N P U U

V U =<-=22

15

∴ VD2处于反偏而截止 图（d ）,断开VD １、ＶD ２,

∵ V U P 121-= V U N 01

= 11N P U U <

V U P 122-= V

U N 62-= 22N P U U <；

∴ ＶＤ1、V Ｄ2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U Z =８Ｖ,限流电阻R=Ωk 3,设)(sin 15V t u I ω=，试画出o u 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t u i ωsin 15=(Ｖ)

Ｕz=8Ｖ 当≥i u Ｕｚ时,稳压管击穿而处于稳定状态，ｕO =Uz;

而０＜i u <8V 时,稳压管处于反偏而截止,u O =i u ；

当0≤i u 时,稳压管将处于正偏而导通，u O ＝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1U 、2U 、3U 分别为下列各组数值，试判断它们是ＮP Ｎ型还是ＰＮP 型？是硅管还是锗管?并确定e 、b 、c 。

① V U 5.31=,V U 8.22=，V U 123=; ② V U 31=,V U 8.22=,V U 123=； ③ V U 61=，V U 3.112=，V U 123=； ④ V U 61=，V U 8.112=，V U 123=

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5.0=BE U ~V 0.7

，锗管的1.0=BE U ~V 0.3。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P Ｎ结反偏特性可知，若集电极电位最高，则该管必定为N ＰN 型三极管；若集电极电位最低，则该管必定为P ＮＰ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). ,5.31V U = V U 8.22=, V U 123

=，

结论:硅NP Ｎ型三极管(V U U U 7.08.25.32112=-=-=）

b U →1， e U →2,

c U →3

(2). ,31V U = V U 8.22=, V U 123

=，

结论: 锗NPN 型三极管(V U U U 2.08.232112=-=-=）

b U →1， e U →2，

c U →3

(3). ,61V U = V U 3.112=， V U 123

=

结论：硅ＰNP 型三极管（

V U U U 7.0123.113223-=-=-=)

c U →1， b U →2， e U →3

(4). ,61V U = V U 8.112=， V U 123

=

结论:锗PNP 型三极管(V U U U 2.0128.113223-=-=-=）

c U →1， b U →2, e U →3

题4.2 已知题图（a)—(f)中各三极管的β均为50，V U BE 7.0=,试分别估算各电路中三极管的C I 和CE U ,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BS I ，若BS B

I I >,则三极管工作在饱和区;若BS B I

I <,则三极管工作在放大区,且B C I I β=。

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

A mA K I

B μ65065.0207

.02==-=

A

mA K U I CEB BS μβ1001.025010210==?≈?-= ∵ BS B I I < ∴ 三极管工作在放大区 且 mA I I B C 3.3065.050=?==β

V K I U C CE 4.323.310210=?-=?-=

图（ｂ）,∵ A

mA U I CES BS μβ1001.025010210==?≈?-=

A mA I

B μ5.460465.02007

.010==-=

∵ BS B I I < ∴ 三极管工作在放大区 且:

mA I I B C 3.20465.050≈?==β

V U CE 4.523.210=?-=

图（ｃ），∵ A

mA U I CES BS μβ1001.025010210==?≈?-=

A mA I

B μ465465.0207

.010==-=

∵ BS B I I > ∴ 三极管工作在饱和区

mA I I I BS CS C 5===β V U U CES CE 0≈=

图(d ），∵发射结反偏，∴三极管处于截止状态

V V U I CC CE C 100

===

图（e ）,∵三极管发射结零偏，0=B I ∴ 三极管处于截止状态

V V U I CC CE C 100

===

图(f ），∵∞

→BS I , A mA I B μ5.460465.02007

.010==-=

∴ 三极管工作在放大区

且 V V U mA

I I CC CE B C 103.2====β

题4.３ 题图所示放大电路中，输入正弦信号i u ,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?