现代远程教育模拟电子课程学习指导.docx

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现代远程教育

《模拟电子》

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习

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导

书

第一章半导体器件基础

（一）本章学习目标

1．正确理解半导体中两种载流子以及扩散运动、漂移运动的概念。

2．掌握N型和P型两种杂质半导体的特点，理解PN结的构成和单向导电性。

3．熟练掌握半导体二极管的符号，单向导电的特性，伏安特性曲线和主要参数。

4．学会二极管的测试方法，典型应用电路。

熟悉稳压管的性能特点和应用。

5．掌握三极管的结构符号、工作特性和主要性能参数，理解三极管的电流分配原理。

6．了解场效应管的结构符号和特性参数。

（二）本章重点、要点

重点：

半导体中两种载流子，N型和P型两种杂质半导体，PN结的单向导电性，二极管的伏安特性曲线和主要参数，二极管的测试方法和典型应用电路，稳压二极管，三极管的电流分配原则、工作特性和主要性能参数。

要点：

1．完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。

半导体中存在两种载流子：

带负电的自由电子和带正电的空穴。

本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。

2．杂质半导体分为两类：

电子型（N型）半导体和空穴型（P型）半导体。

N型半导体中，自由电子为多数载流子，主要靠自由电子导电。

P型半导体中，空穴为多数载流子，主要靠空穴导电。

3．PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结正偏；P端接低电位，N端接高电位，称PN结反偏。

PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。

4．二极管是一个外加引线和管壳的PN结，同PN结一样具有单向导电性。

二极管外加反向电压时，反向电流很小（I≈-IS）。

IS值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。

普通二极管可用于开关、稳压、整流、限幅等电路。

稳压二极管工作于反向击穿区。

5．将指针万用表红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几KΩ以下），则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻值很大（几百KΩ以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极。

若用万用表测得二极管的反向电阻很大（几百KΩ以上），正向电阻很小（几KΩ以下），表明二极管性能良好。

若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。

若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。

6．半导体三极管又称晶体三极管，一般简称晶体管，或双极性晶体管。

三极管实现放大的外部条件是：

其发射结必须加正向电压（正偏），而集电结必须加反向电压（反偏）。

三极管的电流分配及放大关系式：

IE=IC+IB，IC=βIB。

三极管的输出特性分为三个工作区域：

截止、放大、饱和。

截止区：

发射结和集电结均反向偏置。

放大区：

三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。

饱和区：

三极管的发射结和集电结均正向偏置。

三极管是一种电流控制器件，它利用基极电流对集电极电流的控制作用来实现放大；而场效应管则是一种电压控制器件，它是利用电场效应来控制其电流的大小，从而实现放大。

场效应管工作时，内部参与导电的只有多子一种载流子，因此又称为单极性器件。

7．场效应管分为两大类，结型场效应管和绝缘栅场效应管。

为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用，结型场效应管在工作时，栅极和源极之间的PN结必须反向偏置。

场效应管的参数gm反映了场效应管栅源电压对漏极电流的控制及放大作用。

（三）本章练习题或思考题

1．如图1.1所示电路，判定电路中硅二极管的工作状态，并计算UAB的值。

设VD正向导通压降为0.7V。

图1.1图1.2

2．如图1.2稳压管稳压电路，若限流电阻R=1.6KΩ，UZ=12V，IZmax=18mA。

通过稳压管的电流IZ等于多少？

限流电阻的值是否合适？

3．如图1.3所示，二极管构成的各电路，设二极管的正向导通压降为0.7V。

（1）判定各电路中二极管的工作状态；

（2）试求各电路的输出电压Uo。

图1.3

4．如图1.4所示，当输入电压为ui=5sinωtV时，试对应输入电压ui画出输出电压uo的波形。

设二极管的正向导通压降为0.7V。

图1.4

5．如何用万用表确定一个二极管的极性和好坏？

6．稳压二极管稳压电路如图1.5所示，已知稳压管的稳定电压为UZ=8V，正向导通压降为0.7V，当输入电压为ui=15sinωtV时，试对应输入电压ui画出输出电压uo的波形。

图1.5

7．若测得放大状态中的三极管IB=0.025mA，取β=50。

试计算IC和IE的值。

8．两个双极型三极管：

A管的β＝200，ICEO=200μA；B管的β＝50，ICEO=50μA，其它参数相同，应选用哪一个？

9．一个工作在放大状态中的三极管，已经测得其三个引出端的电位分别为①3.5V、②6.6V和③2.8V。

试问此三极管为什么类型？

三个引出端分别对应管子的什么电极？

10．测得电路中三极管的各电极电位如图1.6所示，试判定各个三极管是工作在截止、放大还是饱和状态？

图1.6

第二章基本放大电路和多级放大电路

（一）本章学习目标

1．掌握基本放大电路的组成原则，理解放大电路主要性能指标的含义。

2．学会放大电路的图解分析法和微变等效电路分析法。

熟练掌握交、直流通路的画法，静态工作点Q的求法，微变等效电路的画法，动态参数Au、Ri、Ro的计算方法。

正确理解交流量、直流量及瞬时量的含义。

3．熟练掌握工作点稳定电路的组成及工作原理，学会分析电路的静态、动态参数。

4．掌握共集电极和共基极电路的结构，掌握共集电极电路的分析和计算，熟练掌握三种组态放大电路各自的性能特点。

5．了解场效应管放大电路的构成、特点和参数计算。

6．熟练掌握多级放大的耦合方式及特点，了解多级放大电路的分析计算方法。

7．正确理解频率响应的概念，掌握上限频率、下限频率、通频带的定义。

（二）本章重点、要点

重点：

放大电路的组成原则、主要性能指标，图解分析方法，微变等效电路分析方法，静点Q的估算，非线性失真，等效电路的画法，Au、Ri、Ro的计算，工作点稳定电路的构成、稳定Q的原理，稳定电路的分析计算，共集电极电路的构成与分析，三种组态放大电路的性能特点，多级放大电路的耦合方式，复合管的结构特点，频率响应的概念。

要点：

1．基本放大电路有三种组态：

共射极、共集电极和共基极电路。

放大电路正常放大的前提条件是外加电源电压的极性要保证三极管的发射极正偏，集电结反偏；放大电路要有一个合适的静态工作点Q。

放大电路放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用。

对于一定的信号源电路，输入电阻Ri越大，放大电路从信号源得到的输入电压ui就越大，放大电路向信号源索取电流的能力也就越小。

当放大电路作为一个电压放大器来使用时，其输出电阻Ro的大小决定了放大电路的带负载能力。

Ro越小，放大电路的带负载能力越强。

2．分析三极管构成的放大电路时，通常用图解分析方法和微变等效电路分析方法。

3．静态是指放大电路的输入电压ui=0时，电路中各处的电压、电流均为固定直流量的状态。

静态也叫直流工作状态。

动态是指放大电路的输入电压ui≠0时，电路中各处的电压、电流便随ui处于变动的状态。

动态也叫交流工作状态。

画直流通路有两个要点：

①电容视为开路。

②电感视为短路。

估算电路的静态工作点Q时必须依据直流通路。

计算动态参数Au、Ri、R0时必须依据交流通路。

4．交流负载线和直流负载线在Q点相交。

交流负载线是动态工作点移动的轨迹。

正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。

三极管各电极的电压和电流瞬时值是在静态值的基础上叠加交流分量，但瞬时值的极性和方向始终固定不变。

5．非线性失真分为截止失真和饱和失真两种。

消除截止失真的办法是增大IBQ值，抬高Q点。

消除饱和失真的办法是减小IBQ值，增大UCEQ，降低Q点。

6．微变等效电路成立的前提条件是小信号（微变信号）。

等效电路中的受控电流源不能独立存在，其方向不能随意假定。

微变等效电路中的电压、电流量都是交流信号，电路中无直流量。

因此不能用等效电路来求解静态工作点Q的值。

NPN和PNP型三极管的微变等效电路一样。

7．当温度升高时，三极管的反向电流ICBO、ICEO增大，电流放大系数β增大。

固定偏置电路中Q点受温度影响大；分压偏置式工作点稳定电路可以稳定Q点。

8．共集电极电路又称为射极跟随器，它没有电压放大作用，Au≈1；电路的输入电阻比较大；而输出电阻比较小。

实际应用中，共集电极电路通常作为多级放大电路的输入级、输出级和缓冲级。

共基极电路具有电压放大作用，uo与ui同相位。

其输入电阻很小，输出电阻很大。

共基极电路的频率特性比较好，一般多用于高频放大电路。

9．在多级放大电路中常见的耦合方式有三种：

阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。

阻容耦合放大电路的特点：

各级放大电路的静态工作点相互独立；低频特性差，不适合放大直流及缓慢变化的信号，只能传递具有一定频率的交流信号；输出温度漂移比较小。

直接耦合电路的特点：

各级放大电路的静态工作点相互影响，不利于电路的设计、调试和维修；频率特性好，可以放大直流、交流以及缓慢变化的信号；输出存在温度漂移；电路中无大的耦合电容，便于集成化。

多级放大电路的电压放大倍数Au为各级电压放大倍数的乘积。

若以分贝为单位来表示电压放大倍数，总的电压增益为各级电压增益之和。

多级放大电路的输入电阻Ri等于第一级放大电路的输入电阻Ri1。

多级放大电路的输出电阻Ro等于最后一级（末级）放大电路的输出电阻。

10．复合管又称为达林顿管。

连接的基本规律为小功率管放在前面，大功率管放在后面。

复合管的类型与组成复合管的第一只三极管的类型相同。

如果第一只管子为NPN型，则复合管的管型也为NPN；若第一只管子为PNP型，则复合管的管型也为PNP。

复合管的电流放大系数β近似为组成该复合管的各三极管电流放大系数的乘积。

11．频率响应描述的是放大电路的放大倍数随频率变化的关系。

频率响应包含幅频响应和相频响应两部分。

当放大电路的放大倍数由Aum下降到0.707Aum时，所对应的两个频率分别叫做放大电路的下限频率fL和上限频率fH。

fL和fH之间的频率范围称为放大电路的通频带，用BW表示。

一个放大器的通频带越宽，表示其工作的频率范围越宽，频率响应越好。

下限频率主要由电路中的耦合电容和旁路电容所决定；上限频率主要由电路中三极管的极间电容所决定。

因为电路中耦合电容和旁路电容、极间电容等的存在，放大电路的放大倍数在低频区随频率的减小而下降；在高频区随频率的增高而减小。

多级放大电路的下限频率高于组成它的任一单级放大电路的下限频率；而上限频率则低于组成它的任一单级放大电路的上限频率；通频带窄于组成它的任一单级放大电路的通频带。

即对于多级放大电路，级数越多，其增益越大，频带越窄。

（三）本章练习题或思考题

1．三极管在放大电路中的三种连接方式是什么？

2．①如果一个放大电路的电压放大倍数为100倍，用分贝作单位其电压增益为多少分贝？

②若一个放大电路的电压增益为60分贝（dB），此放大电路的电压放大倍数有多少？

3．如图2.1共射放大电路，输出电压出现的是什么失真？

如何调整偏置电阻Rb的值

可减小此失真？

图2.1图2.2

4．如图2.2所示电路，已知UCC=10V，Rb=320KΩ，β=80，Rc=RL=2KΩ，试估算Q点的值，计算放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro。

若输出电压uo出现截止失真，如何调整偏置电阻Rb可以减小此失真？

5．如图2.3所示，已知β=50，试估算电路的静点Q，计算电阻rbe，画出电路的中频等效电路，并求解Au、Ri、R0。

图2.3

6．如图2.4所示的放大电路，已知三级管的UBE=0.7V，β=50。

（1）试分别画出电路的直流通路、交流通路和小信号等效电路；

（2）估算电路的静态工作点Q；

（3）求解电路的Au、Aus、Ri、Ro。

图2.4图2.5

7．如图2.5分压式工作点稳定电路，已知β=60。

（1）估算电路的Q点；

（2）求解三级管的输入电阻rbe；

（3）用微变等效电路分析法，求解电压放大倍数Au；

（4）求解电路的输入电阻Ri及输出电阻Ro。

8．在图2.5中，若Rb1=20KΩ，Rb2=10KΩ，Re=2KΩ，Rc=2KΩ，RL=2KΩ，UCC=12V，UBE=0.6V，β=100，试计算放大电路的Q值和电路的Au、Ri、Ro。

9．如图2.6所示，已知β=60，UBE=0.7V

（1）估算Q

（2）计算rbe

（3）用微变等效电路分析法求Au、Ri、Ro

（4）若Rb2逐渐增大到无穷，会出现怎样的情况？

图2.6图2.7

10．如图2.7所示电路，电路为什么组态放大电路？

已知UCC=10V，Rb=320KΩ，β=60，Rc=2KΩ，Re=2KΩ，RL=2KΩ，RS=500Ω。

试估算Q点的值，计算放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro。

11．如图2.8所示电路，电路的输入电阻是多大？

输出电阻是多大？

图2.8

图2.9

12．如图2.9所示两级阻容耦合放大电路。

若Rb1=20KΩ，Rb2=10KΩ，Rc=2KΩ，Re1=2KΩ，Rb=200KΩ，Re2=1KΩ，RL=2KΩ，β1=50，β2=100，UCC=12V。

（1）判定VT1、VT2各构成什么组态电路？

（2）分别估算各级的静态工作点。

（3）计算放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri和输出电阻Ro。

13．复合管的电流放大系数β和组成该复合管的各管电流放大系数之间具有怎样的关系？

14．影响放大电路低频响应、高频响应的主要因素是什么？

15．如图2.10所示阻容耦合放大电路的幅频特性，由图可知，电路的中频电压增益是多大？

下限频率fL处的电压放大倍数为多少？

上限频率fH处的电压放大倍数为多少？

电路的通频带为多少？

图2.10图2.11

16．如图2.11所示，此图为直接耦合放大电路的幅频响应，则此电路的通频带为多少？

电路的中频电压增益为多少分贝？

对应fH处的电压增益为多少分贝？

第三章差动放大电路和集成运算放大器

（一）本章学习目标

1．理解零点漂移的概念。

2．掌握差动放大电路的基本构成特点和抑制零漂的原理。

3．掌握差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻的概念和估算方法。

4．理解共模输入信号、共模电压放大倍数、共模抑制比的概念。

5．理解集成运算放大器的组成、主要性能指标的含义。

（二）本章重点、要点

重点：

零点漂移，差动放大电路的电路结构、抑制零漂的原理，差模电压放大倍数和共模电压放大倍数的估算，共模抑制比的概念，集成运算放大器的主要性能指标。

要点：

1．零点漂移是指放大电路在没有输入信号时，输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。

产生零点漂移的主要原因是因为晶体三极管的参数受温度的影响。

零漂是直接耦合电路存在的主要问题。

抑制零点漂移，最有效的措施是采用差动放大电路。

2．差动放大电路是一种具有两个输入端且电路结构对称的放大电路。

差动放大电路具有放大差模信号、抑制共模信号的特点。

定义差模信号为差放两个输入信号之差，共模信号为两个输入信号的算术平均值。

任意一对输入信号都可以分解为一对差模信号和一对共模信号的和。

例如，ui1=10mV，ui2=0mV，则：

uid=10mV，uic=5mV。

差放对共模信号的抑制作用，实际上就是对零点漂移的抑制作用。

差动放大电路具有四种不同的工作状态：

双端输入，双端输出；单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出。

差动放大电路双端输出时的差模电压放大倍数和单边电路的电压放大倍数完全相同。

单端输出时是双端输出的一半；差模输入电阻为单边电路输入电阻的两倍。

理想情况下，差动放大电路双端输出时的共模电压放大倍数为0。

共模抑制比KCMR是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数的比值，KCMR越大，差动放大电路的性能越好。

3．集成运算放大器实际上是一个高增益的多级直接耦合放大电路，具有输入电阻高、输出电阻小等特点。

内部主要由输入级、中间级、输出级以及偏置电路组成。

集成运放的技术指标是其各种性能的定量描述，也是选用运放产品的主要依据。

（三）本章练习题或思考题

1．直接耦合放大电路存在零点漂移的主要原因是什么？

2．如图3.1差放电路，已知β1＝β2＝β，rbe1=rbe2=rbe，则电路的AuD、AuC、R0分别是多少？

3．在图3.2所示差动放大电路中，已知UCC=UEE=12V，三极管的=50，Rc=30K，Re=27K，R=10K，RW=500,设RW的活动端调在中间位置，负载电阻RL=20K。

试估算放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数Aud、差模输入电阻rid和输出电阻rod。

图3.1

图3.2

4．如图3.3所示电路，参数理想对称，1=2=，rbe1=rbe2=rbe。

试写出Aud和Auc的表示式。

5．差动放大电路，若输入信号ui1=20mV,ui2=10mV，则电路的共模输入电压uic=?

差模输入电压uid=?

6．集成运算放大器内部电路主要有哪几部分组成？

每一部分电路有什么特点？

图3.3

第四章反馈放大电路

（一）本章学习目标

1．理解反馈的概念，掌握反馈的一般表达式。

2．熟练掌握各种反馈类型及其判定方法，掌握四种组态负反馈的特点。

3．熟练掌握负反馈的引入对放大电路性能所产生的影响。

4．学会根据放大电路的要求正确引入负反馈。

5．学会估算深度负反馈放大电路电压增益的方法。

（二）本章重点、要点

重点：

反馈的概念，反馈的一般表达式，反馈的类型及其判定方法，反馈的四种组态，负反馈的引入对放大电路性能的影响，放大电路引入负反馈的一般原则，深度负反馈放大电路的估算。

要点：

1．将电子系统输出量（电压或电流）的部分或全部，通过元件或电路送回到输入回路，从而影响输出量的过程称为反馈。

反馈电路可以用方框图表示，其闭环增益的一般表达式为：

。

2．按照不同的分类方法，反馈有正反馈、负反馈；交流反馈、直流反馈。

交流反馈中有电压反馈、电流反馈；串联反馈、并联反馈。

电路中常用的交流负反馈有四种组态：

电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。

电压串联负反馈的特点为：

输出电压稳定，输出电阻减小，输入电阻增大，具有很强的带负载能力。

电压并联负反馈的特点为：

输出电压稳定，输出电阻减小，输入电阻减小。

电流串联负反馈的特点为：

输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻增大。

电流并联负反馈的特点为：

输出电流稳定，输出电阻增大，输入电阻减小。

3．负反馈的引入可以全面改善放大电路的性能。

如直流负反馈可以稳定静态工作点，交流负反馈可以提高放大倍数的稳定性、减小非线性失真、抑制噪声干扰、扩展频带、改变输入和输出电阻等。

放大电路引入负反馈后，其增益下降越多，通频带展宽越多。

反馈放大电路中，输入电阻的变化与反馈信号在输出端的采样信号是电压还是电流无关，它只取决于反馈信号在输入回路与输入信号的连接方式。

串联负反馈使放大电路的输入电阻增大；而并联负反馈使输入电阻减小。

电路中引入负反馈后，输出电阻的变化只取决于反馈信号在输出端的采样方式是电压还是电流。

电压负反馈使放大电路的输出电阻减小；而电流负反馈使输出电阻增大。

4．放大电路可以根据要求正确引入负反馈。

如要稳定放大电路的静态工作点Q，应该引入直流负反馈。

要改善放大电路的动态性能（如增益的稳定性、稳定输出量、减小失真、扩展频带等），应该引入交流负反馈。

要稳定输出电压，减小输出电阻，提高电路的带负载能力，应该引入电压负反馈。

要稳定输出电流，增大输出电阻，应该引入电流负反馈。

要提高电路的输入电阻，减小电路向信号源索取的电流，因该引入串联负反馈。

要减小电路的输入电阻，要引入并联负反馈。

5．深度负反馈条件下，在反馈放大电路中有反馈量Xf近似等于输入量Xi，电路的闭环增益可用

估算。

深度负反馈条件下，闭环放大倍数Af只取决于反馈系数F，和基本放大电路的放大倍数A无关。

（三）本章练习题或思考题

1．已知反馈放大电路的A=100，F=0.2，则闭环放大倍数Af为多少？

2．一个负反馈放大电路，如果反馈系数F=0.1，闭环增益Af=9，试求开环放大倍数A=？

3．判定图4.1中各电路Rf引入的级间反馈组态；估算图（a）电路深负反馈下的电压增益；说明图（b）反馈的引入对输入电阻及输出电阻的影响。

4．如图4.2电路，判定各图的级间反馈组态；估算图A电路深负反馈下的电压增益；说明图A电路反馈的引入对输入电阻及输出电阻的影响。

图4.1

图4.2

5．已知某开环放大电路的放大倍数A=1000，由于某种原因，其变化率为

。

若电路引入负反馈，反馈系数为F=0.009，这时电路放大倍数的变化率为多少？

6．如图4.3所示，根据电路的要求正确连接反馈电阻Rf。

（1）希望负载发生变化时，输出电压能够稳定不变，Rf应该与点J、K和M、N如何连接才可满足要求？

（2）希望电路的输入电阻减小，Rf应该与点J、K和M、N如何连接？

7．如图4.4所示负反馈放大电路，试估算电路的电压增益，并说明负反馈的引入对电路输入电阻、输出电阻所产生的影响。

图4.3

图4.4图4.5

8．如图4.5所示负反馈放大电路。

估算电路的电压增益，并定性说明此反馈的引入对电路输入电阻和输出电阻的影响。

9．如图4.6所示反馈放大电路，判定电路的反馈组态，估算电路的电压增益。

图4.6图4.7

10．如图4.7所示深度负反馈放大电路，试判定电路的级间反馈组态，估算电路的电压放大倍数。

如果输入信号电压ui=100mV，输出电压uo=？

第五章功率放大电路

（一）本章学习目标

1．理解功率放大电路的特点及工作状态的分类。

2．掌握典型功率放大电路的组成、工作原理。

3．学会OCL和OTL功率放大电路最大不失真输出功率、最大管耗的估算方法。

4．理解功放管的选择原则。

（二）本章重点、要点

重点：

功率放大电路的特点，功放管工作状态的分类，OCL和OTL互补对称电路的组成，最大不失真输出功率、最大管耗的估算方法，功放管的选择。

要点：

1．功放电路要能够向负载提供足够的输出功率、具有较高的效率、有较小的非线性失真。

功放电路的主要技术指标为：

最大输出功率Pomax和效率。

功放管的工作状态可以分为甲类、乙类和甲乙类三种。

2．功放电路主要有双电源互补对称电路（OCL）和单电源互补对称电路（OTL）两种结构形式。

对于单电源互补对称电路，计算输出功率、效率、管耗和直流电源提供的功率时，只需将OCL电路计算公式中的UCC用UCC/2代替即可。

OCL乙类互补对称电路输出电压存在交越失真。

OCL互补对称功率放大电路最大不失真输出功率为：

OTL互补对称功率放大电路最大不失真输出功率为：

最大管耗为：

3．选取功放管时，要求每只管子的最大管耗PT1max=0.2Pomax

三极管上的最大集电极电流UCC/RL

OCL电路三极管的UCEO>2UCC。

（三）本章练习题或思考题

1．OCL互补对称功率放大电路，若电源电压为12V，则功放管的UCEO至少要多大？

2．已知一个OCL互补对称功率放大电路的最大输出功率为9W，负载电阻为8欧姆，功放管的饱和压降UCES=0V。

则每只管子的最大管耗约为？

三极管上的最大集电极电流约为？

电源电压约为？

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