電子線路-梁明理第五版全答案.doc

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。 第1章 半導(dǎo)體器件的特性 1.1知識(shí)點(diǎn)歸納 1.雜質(zhì)半導(dǎo)體與PN結(jié) 在本征半導(dǎo)體中摻入不同雜質(zhì)就形成N型和P型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體中有兩種載流子，自由電子和空穴，載流子因濃度而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)成為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因電位差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)成為漂移運(yùn)動(dòng)。在同一種本征半導(dǎo)體基片上制作兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體，在它們的交界面上，上述兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN 結(jié)。其基本特性是單向?qū)щ娦浴? 2.半導(dǎo)體二極管 一個(gè)PN結(jié)引出電極后就構(gòu)成了二極管，加上正向偏壓時(shí)形成擴(kuò)散電流，電流與電壓呈指數(shù)關(guān)系，加反向電壓時(shí)，產(chǎn)生漂移電流，其數(shù)值很小。體現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴? 3晶體管 晶體管具有電流放大作用，對(duì)發(fā)射極正向偏置集電極反向偏置時(shí)，從射區(qū)流到基區(qū)的非平衡少子中僅有很少部分與基區(qū)的多子復(fù)合，形成基極電流，而大部分在集電結(jié)外電場(chǎng)作用下形成漂移電流，體現(xiàn)出對(duì)的控制，可將視為控制的電流源。晶體管有放大、飽和、截止三個(gè)工作區(qū)域。 4.場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過(guò)柵-源電壓的電場(chǎng)效應(yīng)去控制漏極電流，因輸入回路的PN結(jié)處于反向偏置或輸入端處于絕緣狀態(tài)因此輸入電阻遠(yuǎn)大于晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管局又夾斷區(qū)（即截止區(qū)）、橫流區(qū)（即線性區(qū)）和可比阿安電阻區(qū)三個(gè)工作區(qū)域。 學(xué)完本章后應(yīng)掌握： 1.熟悉下列定義、概念和原理：自由電子與空穴，擴(kuò)散與漂移，復(fù)合，空間電荷區(qū)，PN結(jié)，耗盡層，導(dǎo)電溝道，二極管單向?qū)щ娦?，晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的放大作用及三個(gè)工作區(qū)域。 2.掌握二極管、穩(wěn)壓管、晶體管，場(chǎng)效應(yīng)管的外特性，主要參數(shù)的物理意義。 1.2習(xí)題與思考題詳解 1-1試簡(jiǎn)述PN結(jié)的形成過(guò)程。空間電荷壓，阻擋層，耗盡層和勢(shì)壘壓等名稱是根據(jù)什么特性提出來(lái)的。 答：PN結(jié)的形成過(guò)程： 當(dāng)兩塊半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，P區(qū)的空穴濃度高于N區(qū)，于是空穴將越過(guò)交界面由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散；同理，N區(qū)的電子濃度高于P區(qū)，電子越過(guò)交界面由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散。多子由一區(qū)擴(kuò)散到另一區(qū)時(shí)，形成另一區(qū)的少子并與該區(qū)的多子復(fù)合，因此，在交界面的一側(cè)留下帶負(fù)電荷的受主離子，另一側(cè)留下帶正電荷的施主離子。于是在交界面附近形成一個(gè)空間電壓區(qū)，即PN結(jié)。 空間電荷壓：在PN結(jié)內(nèi)無(wú)可移動(dòng)的帶電荷之緣故。 勢(shì)壘層：在PN結(jié)中，N區(qū)電位高于P區(qū)電位，兩區(qū)存在接觸電位差之緣故。 耗盡層：在PN結(jié)中，只有不能移動(dòng)的數(shù)量相等的正負(fù)離子，而載流子因擴(kuò)散和復(fù)合而消耗掉了之故。 阻擋層：由于PN結(jié)中存在接觸電勢(shì)壓，阻擋了電子擴(kuò)散之故。 1-2（1）在室溫下，當(dāng)硅二極管的反向電流達(dá)到其反向飽和電流IR(sat)的95%時(shí)，反向電壓是多少? (2) 計(jì)算偏壓為 ±0.1V時(shí)，相應(yīng)的正向電流和反向電流的比值。 （3）如果反向飽和電流為10nA，計(jì)算相應(yīng)于電壓為0.6時(shí)的正向電流，并說(shuō)明這一結(jié)果與實(shí)際不符的原因。 解：(1) 因?yàn)镮D = IR(sat)( －1) 所以VD = VTln = 26mv×ln0.95 = -1.33 mv (2) (3) 1-3在測(cè)量二極管的正向電阻時(shí)，用表的“R×10”檔測(cè)出的阻值小而用“R×100”檔測(cè)出大，原因何在？ 答：因?yàn)槿f(wàn)用表“R×10”檔的內(nèi)阻小，測(cè)量二極管的正向阻值小,而“R×100”檔的內(nèi)阻大，測(cè)量的二極管的正向阻值大。 1-4怎樣用萬(wàn)能表判斷二極管的極性和好壞？ 答：判斷二極管的極性與好壞，選擇萬(wàn)用表“R1K” 電阻檔，此時(shí)黑表棒為正極，紅表棒為電源負(fù)極。用黑紅表棒接待測(cè)二極管兩極，觀察阻值大小，再反過(guò)來(lái)相接，觀察阻值大小，若兩次測(cè)量均大，說(shuō)明二極管斷路，若第一次測(cè)量阻值大，第二次測(cè)量阻值小，則測(cè)量值小的連接時(shí)，黑表棒接二極管的陽(yáng)極，紅表棒接二極管的陰極；并說(shuō)明二極管是好的；若兩次測(cè)量阻值均小，說(shuō)明二極管被擊穿。 1-5限幅電路如圖所示，設(shè)D為 理想二極管，輸入電壓vi為正弦波，其振幅大于，試給出輸出電壓為的波形。 解： 1-6雙向限幅器如圖所示，設(shè)為理想二極管，輸入電壓為正弦波，其振幅Vi=3，試給出輸出電壓的波形。 1-7雙向限幅器如圖所示，設(shè) 為理想二極管，輸入電壓vi由0-100V作線性變化，給出相對(duì)于vi的輸出電壓 隨時(shí)間變化的曲線。 解： 1-8求圖所示各電路中的電流I和電壓V（設(shè)電路中的二極管為理想二極管） 解：ａ　對(duì)于管正向偏壓，的偏壓最大先導(dǎo)通，隨之反偏截 止。所以 =1V ． ｂ　均處于正向偏置狀態(tài)，D1的偏置電壓大先導(dǎo)通，則由于D1的導(dǎo)通反偏而截止。則 1-9穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖示，已知穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓V=6V最大穩(wěn)定電流＝25mA 限流電阻R=500 求：１.時(shí)，電路工作是否正常？ ２.時(shí)，電路工作情況如何？ ３.開(kāi)路，電路可能出現(xiàn)什么情況？為什么？ 解：(1). 則 所以電路正常工作 (2). 穩(wěn)壓管無(wú)法穩(wěn)壓 （3）穩(wěn)壓管可能會(huì)熱擊穿。 1-10將兩個(gè)二極管如圖連接起來(lái)，是否與晶體管一樣具有電流放大作用，為什么？ 答：不含。因?yàn)檫@樣連接不會(huì)形成基區(qū)，不會(huì)產(chǎn)生復(fù)合現(xiàn)象，形成小電流對(duì)大電流的控制。所以不具備電流放大效應(yīng)。 1-11為什么晶體管發(fā)射區(qū)摻雜濃度大，而基區(qū)摻雜程度小且做得很?。? 答：發(fā)射區(qū)濃度大即多數(shù)載流子濃度大，便于發(fā)射進(jìn)入基區(qū)，而基區(qū)摻雜濃度小，多數(shù)載流子少，復(fù)合后仍有大量的由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多子到達(dá)集電區(qū)，即基壓也做得較窄。 1-12將一個(gè)PNP型晶體管接成共發(fā)射極放大電路， （1）畫出電路，標(biāo)出電源極性。 （2）如果管子的=0.98要得到10mA集電極電路，問(wèn)基極電流多大？ （3）試分析內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況。 解 (1) （2）， （3）分析管內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)情況（略）見(jiàn)書14頁(yè) 1-13一個(gè)晶體管的 IB=10μA，IC=0.5mA ，在什么條件下，才能用這兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算這的交流電流放大倍數(shù)？ 答：在忽略 后，且輸出特性曲線平行時(shí)，此時(shí)才可用IB, IC計(jì)算這的交流電流放大倍數(shù)。 1-14若測(cè)得放大電路中晶體管三個(gè)電極對(duì)地的電壓分別為V1= -6.2V,V2= - 6V,V3= - 9V,試判斷晶體管的電極和類型。 答：若晶體管工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏，集電路反偏，再者各電路均為負(fù)值，所以該晶體管為PNP型，極性如圖所示。 1-15晶體管3DG8A的輸出曲線 如圖示，已知它的PCM=200mw，I=20mA, V(BR)CED=15V (1)定義安全工作區(qū) （2）定出放大區(qū) (3)當(dāng)VCE=6V時(shí)，能否使IC工作在30mA，為什么？ 解：（1）陰影線外為過(guò)耗區(qū)，內(nèi)為安全區(qū)。 （2）VCES～～V(BR)CED之間為放大區(qū)，為飽和壓降。 （3）當(dāng)VCE=6V時(shí)，不能使IC 工作在30mA 因?yàn)?ICM=20mA 第2章 放大器基礎(chǔ) 2.1 知識(shí)點(diǎn)歸納 一、放大的概念 放大實(shí)質(zhì)上是將微弱的信號(hào)通過(guò)有源器件（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）對(duì)能量進(jìn)行控制的過(guò)程，是將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)化為負(fù)載所獲得的雖信號(hào)變化的能量。放大的前提是信號(hào)不失真。 二、放大電路的組成原則 1.放大電路的核心元件是有源器件，即晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。 2.正確的直流電源電壓數(shù)值、極性與其它電路參數(shù)應(yīng)保證晶體管工作在放大區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，即建立起合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。保證電路中的信號(hào)不失真。 三、放大器的主要性能指標(biāo)： 1.放大倍數(shù)A 2.輸入電阻 3.輸出電阻 4.最大不失真輸出電壓 5.下限截止頻率，上限截止頻率及同頻帶 6.最大輸出功率和效率。 四、放大電路的分析方法 分析放大電路的方法有兩種，即圖解法和微變等效電路法。圖解法用于確定靜態(tài)工作點(diǎn)和分析打信號(hào)工作的動(dòng)態(tài)情況，微變等效電路法只適用于分析、計(jì)算低頻小信號(hào)工作時(shí)電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。 分析電路應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則，只有靜態(tài)工作點(diǎn)合適，分析動(dòng)態(tài) 才有意義。五、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路 1.晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種組態(tài)。共射放大電路即有電流 放大作用，又有電壓放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適應(yīng)于一般放大。共集放大電路之放大電流不放大電壓，因輸入電阻高而行作為多級(jí)放大器的輸入端因疏忽電阻低而常作為多級(jí)放大器的輸出級(jí)。又因電壓放大倍數(shù)約等于1而用作信號(hào)的跟隨。共基電路之放大電壓而不放大電流輸入電阻小，高頻特性好適應(yīng)于寬頻帶放大電路。 2.場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的共源接法，共漏接法與晶體管放大電路的共射、共集接法相對(duì)應(yīng)，但比晶體管電路輸入阻抗高，噪聲系數(shù)低，典雅放大倍數(shù)小適應(yīng)于低電壓放大電路的輸入級(jí)。 六、阻容耦合放大電路在中頻段的放大倍數(shù)最大且為定值，當(dāng)信號(hào)頻率太高或太低時(shí)，放大倍數(shù)都要降低。 七、多級(jí)放大器的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。直接耦合便于集成，既可放大交流又可放大直流信號(hào)，但必須解決好零點(diǎn)漂移問(wèn)題。阻容耦合能克服零點(diǎn)漂移的問(wèn)題，但低頻響應(yīng)差，不便于集成。變壓器耦合有阻抗變換作用，但低頻響應(yīng)差，且體大笨重，只用于特殊場(chǎng)合。 八、多級(jí)放大器的放大倍數(shù)為各級(jí)放大器放大倍數(shù)的乘積，通頻帶窄于單級(jí)放大器，級(jí)數(shù)越多，頻帶越窄。 學(xué)完本章應(yīng)達(dá)到下列要求： 1.掌握以下基本概念和定義：放大、靜態(tài)工作點(diǎn)、非線性失真、直流通路和交流通路、交、直流負(fù)載線、放大倍數(shù)，輸出動(dòng)態(tài)范圍等。 2.掌握各種形式的基本放大電路的工作原理及特點(diǎn)，能根據(jù)要求選擇電路的類型。 3.掌握放大電路的分析方法，能計(jì)算靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的各種。 2.2習(xí)題與思考題詳解 2-1圖示各電路中的電容對(duì)信號(hào)可視短路，試定性分析各電路能否正常放大，為什么？ 答：（a）只要 取值適當(dāng)使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，就可以放大信號(hào)。 （b）只要 取值適當(dāng)使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，就可以放大信號(hào) （c）使集電結(jié)反偏，不能正常放大。 （d） ，,故不能正常放大。 2-2分別畫出圖示各電路的直流通路和交流通路。 解：（a）直流通路 交流通路 （b）直流通路 交流通路 2-3電路及晶體管特性如圖示 （1）作負(fù)載線，找出靜態(tài)工作點(diǎn)Q和放大器的動(dòng)態(tài)范圍。若要獲得盡可能大的動(dòng)態(tài)范圍，應(yīng)取多大數(shù)值？ （2）電路其他參數(shù)不變，由變?yōu)椋琎點(diǎn)移到何處？ （3）電路其他參數(shù)不變，由變成，Q點(diǎn)移到何處？ （4）電路其他參數(shù)不變，由減到，Q點(diǎn)移到何處？ 解：(1)Q點(diǎn)： 直流負(fù)載線MN，M(0,4.5) N(9,0) 交曲線與Q(5.4,1.8). 動(dòng)態(tài)范圍：. 由圖分析可得最大動(dòng)態(tài)范圍,可得Q點(diǎn)（4.35，2.4）。則 (2) Q點(diǎn)沿曲線左移得(1.0,1.6). (3) ,Q點(diǎn)沿負(fù)載線下移至(7.2,1.0). (4) ,Q點(diǎn)移至（2,1.8）. 2-4放大電路和晶體管特性如2-3題圖 （1）求靜態(tài)工作附近的和. (2)畫出簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路，計(jì)算,,. 解：（1）. (2) h參數(shù)電路 2-5放大電路如圖示，，求： （1）計(jì)算不帶負(fù)載時(shí)點(diǎn)，畫出h參數(shù)等效電路，計(jì)算,,. (2)計(jì)算帶上負(fù)載后靜態(tài)點(diǎn)，畫出h參數(shù)等效電路，計(jì)算和. 解：（1）= 交流通路：h等效電路 （2） .則 2-6圖示電路輸入正弦信號(hào)時(shí)，若輸出波形如（b）(c),試問(wèn)他們?yōu)楹畏N失真？如何調(diào) 節(jié)才可能使輸出不失真？若改變滑變RB1的大小仍得不到完好正弦波輸出，為什么？ 解：（1）由波形分析可知 （b）為截止失真；減小有可能使輸出不失真。 （c）為飽和失真，增大有可能使輸出不失真 （2）改變值仍不能得到完好正弦輸出，可能是取值不當(dāng)之故。 2-7電路如圖，已知，電容容抗可忽略 求： （1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)， （2）畫出h參數(shù)等效電路，計(jì)算,和 解：（1） （2）h參數(shù)電路 2-8阻容耦合射極輸出器如圖，已知 （1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。 （2）畫出簡(jiǎn)化h參數(shù)電路，計(jì)算，和 解:(1) （2）h參數(shù)等效電路 2-9電路如圖示，電容的容抗均可忽略 （1） 畫出簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路，計(jì)算，和, （2） 當(dāng)時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)出電壓，在振幅和相位上有何關(guān)系？ 解：（1）h參數(shù)等效電路 （2）當(dāng)時(shí)，,幅度基本相等，相位相差 2-10電路如圖，已知=50,電容的容抗均可忽略 （1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) （2）畫出簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路，計(jì)算，和 解：（1） (2)h參數(shù)等效電路 2-11集電極-基極偏置放大電路如圖示。 T為硅管。 （1）計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。 （2）如果要求的值應(yīng)為多大？ （3）畫出簡(jiǎn)化為h參數(shù)等效電路，并用密 勒定理作進(jìn)一步簡(jiǎn)化。 （4）推導(dǎo)的表達(dá)式，并算出它的數(shù)值。 解： （3）h參數(shù)等效電路，并密勒定理簡(jiǎn)化。 密勒定理指出：具有N個(gè)獨(dú)立接點(diǎn)的任意網(wǎng)絡(luò)，如圖，N為參數(shù)接點(diǎn)，若接點(diǎn)1、2間接有阻抗E'。并已知節(jié)點(diǎn)電壓和之比(),斷開(kāi)阻抗E'在節(jié)點(diǎn)1與N之間接，節(jié)點(diǎn)2與N之間接，新網(wǎng)絡(luò)與原網(wǎng)絡(luò)等效。 密勒定理簡(jiǎn)化后：其中 （4） 2-12圖示源極輸出器，設(shè)gm=1ms,rd可略不計(jì)，是推導(dǎo)電壓放大倍數(shù)Av，和輸入電阻的表達(dá)式，并算出其數(shù)值。 解：等效電路如圖 2-13 MOS管放大電路如圖所示（a），放大管輸出特性如圖（b）,,所示 (1) 用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并求出工作點(diǎn)處的跨導(dǎo)gm (2) 畫出交流等效電路，求電壓放大倍數(shù)Av 解： （1） 畫負(fù)載線，時(shí)Q點(diǎn)，[8V,2mA] (2) 2-15圖示-一恒流源電路，試證： 證：由圖可得 2-16放大電路如圖，已知晶體管系數(shù) gm=60ms,,設(shè)的容抗很小，可視短路。 （1） 畫出低頻混合π等效電路，不考慮，推導(dǎo)出放大電路的下線效率，的表達(dá)式，并算出其值 （2） 不考慮，下線效率=？ （3） 同時(shí)考慮，畫出這一放大電路的低頻對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性 （4） 計(jì)算電路的上限頻率，并畫出高頻段的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性。 解：略（1）低頻混合π等效電路，不計(jì)作用： 2-17兩極放大電路如圖，設(shè) （1） 計(jì)算的靜態(tài)工作點(diǎn)和 （2） 計(jì)算放大器的中能電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。 解（1） （2） 兩極放大器的微變等效電路如圖示 第一級(jí)放大倍數(shù) 其中 第二級(jí)是射極輸出器，放大倍數(shù) 總電壓放大倍數(shù) 放大器的輸入電阻是第一節(jié)輸入電阻： 放大器的輸出電阻 2-18兩級(jí)直耦放大器如圖所示試分析這一放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及偏置的提供方法 設(shè)，試計(jì)算Av， 答：（1）該電路是兩極直接耦合電路，管分別為NPN，PNP型管，采用12電源供電，Q點(diǎn)相互牽連。 （2） 交流等效電路 第3章 集成運(yùn)算放大器 3.1知識(shí)點(diǎn)歸納 本章講述了集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電路組成，主要性能參數(shù)、種類及使用方法。 1.集成運(yùn)放實(shí)際上是一種好性能的直接耦合放大電路。通常由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等四部分組成，雙極型管組成的集成運(yùn)放，輸入級(jí)多用差分放大電路，中間級(jí)為共射電路，輸出級(jí)多用互補(bǔ)輸出級(jí)，偏置電路是多路電流源電路。 2.電流源電路不僅可為各級(jí)放大電路提供合適的靜態(tài)電流，又可作為有源負(fù)載，從而大大提高了運(yùn)放的增益。 3使用集成運(yùn)放應(yīng)注意調(diào)零、頻率補(bǔ)償及必要的電路保護(hù)。 學(xué)完本章應(yīng)達(dá)能到下列要求 1.熟悉集成運(yùn)放的組成及性能，正確理解主要指標(biāo)參數(shù)的物理意義及其使用注意事 項(xiàng)。 2.了解電流源電路的工作原理。 3.能讀懂集成運(yùn)放5G23，5G24的工作原理。 3.2 習(xí)題與思考題詳解 3-1．差分放大電路如圖所示 ,Rp為調(diào)零電位器，假設(shè)電路完全對(duì)稱，兩管的，求： （1）若電路作雙端輸出，即開(kāi)關(guān)S與1接通，試計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，差模放大倍數(shù)。共模放大倍數(shù)，共模抑制比，差模輸入電阻和輸出電阻 （2）若電路作單端輸出，即開(kāi)關(guān)S與2接通，試計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)， 解：（1）雙端輸出時(shí) 1) 電子電路對(duì)稱，兩管對(duì)應(yīng)的電流及電壓分別相等，即 直流通路如圖示：于流過(guò)的兩個(gè)電流大小相等，向相同，所以流過(guò)的直流電流2，當(dāng)于單管射極電流流過(guò)2 計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)： ∵,則 ∴ 2)差模較大時(shí)，一分為二， 由于中流過(guò)的電流的增量數(shù)值相等方向相反，所以上無(wú)變化的壓 。差模微變等電路如圖： ∵ ∴ 雙端差模電壓放大倍數(shù) 3)共模時(shí)上流過(guò)電流的增量相等，方向相反，即為沒(méi)管發(fā)射極電流流量的2倍，畫等效電路時(shí)把增加一倍即可。 ∵，則 雙端輸出共模電壓放大倍數(shù) 4)共模抑制比 5) 6)由共模微變電路可得 對(duì)于共模信號(hào)，兩輸入端是并聯(lián)的，因此整個(gè)差動(dòng)放大器的共模輸入電阻： 7) 雙端輸出的輸出電阻 (2)開(kāi)關(guān)K與2接通，電路做單端輸出： 靜態(tài)工作點(diǎn)除UCE1外，其他系數(shù)與（1）的靜態(tài)工工作點(diǎn)相同，即， 但是由于管的集點(diǎn)極有一負(fù)載接地，直流通路如圖， 利用戴維南定理，將左圖等效成右圖，其中： 3-2.簡(jiǎn)單的晶體管電路如圖所示，試用h參數(shù)等效電路（略去，但，不能忽略）推導(dǎo)出電流源的交流內(nèi)阻的表達(dá)式 解：恒流源等效電路如圖所示，為推導(dǎo)交流電阻，在AB端加一電壓得到電流由圖可得，則： 即用作恒流源的晶體管，其輸出特性曲線較為平坦，也就是>>1. 一般>>1成立， 得到： 3-3.圖為帶恒流源的差分放大器，設(shè)晶體管的， 1) 計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) 2) 若,利用3.3結(jié)果，計(jì)算恒流源的交流電阻 3) 計(jì)算電路 解：（1）計(jì)算的靜態(tài)工作點(diǎn)： ： 管是恒流源，其直流電阻小，交流電阻大，在計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)和差模輸入電阻時(shí)等效為直流電阻，忽略不計(jì);在計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)和共模輸入電阻時(shí)等效為交流電阻 管的輸入電阻 (∵>> ，忽略) 共模放大倍數(shù)： 共模抑制比： 差模輸入電阻： 共模輸入電阻： 輸出電阻 3-4共射共基差分電路如圖示，試導(dǎo)出其差模電壓放大倍數(shù)，并畫出將改為恒流源電路。 答：組成共射差動(dòng)電路，組成共基極電路。接在集電極上，由于共基極電路設(shè)有電流放大能力，則的集電極負(fù)載分別近似為，是雙入雙出差動(dòng)放大電路，其差模放大倍數(shù)與單管放大電路一樣。即。將,改為恒流源的差放電路如上圖示。 3-5.指出圖中哪些組合是合理的，哪些是不合理的。對(duì)于合理的復(fù)合管標(biāo)出其3個(gè)點(diǎn)極。并說(shuō)明是PNP管還是NPN管。 答： （a）圖合理，為NPN管，電極如圖標(biāo) (b) 圖合理，為PNP管，極性如圖標(biāo) （c）圖不合理，不符合三極管電流流向。 3-6.圖示電路中,晶體管為硅管，試計(jì)算的值和電路的電壓放大倍數(shù) 解：（1）先計(jì)算 由于。則靜態(tài)時(shí)： ∴ （2）計(jì)算電壓放大倍數(shù)。 管的輸入電阻 管組成雙入單出差放電路。則， 則 所以，總電壓放大倍數(shù)： 第4章 反饋放大器 4.1 知識(shí)點(diǎn)歸納 本章主要研究了反饋的基本概念、負(fù)反饋放大器的一般表達(dá)式，、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響和放大器電路穩(wěn)定性等問(wèn)題。闡明了反饋的判斷方法，深度負(fù)反饋條件下放大倍數(shù)的估算方法，根據(jù)需要正確引入負(fù)反饋的方法。 1.在電路中，將輸出量的一部分或全部通過(guò)一定的電路形式作用于輸入回路，去影響輸入量的措施稱為反饋。如使凈輸入量減少則為負(fù)反饋，若使凈輸入量增加則為正反饋。若反饋存在于直流通路中則為直流反饋，若反饋存在于交流 通路中則為交流反饋。反饋量取自于輸出電壓則為電壓反饋，若反饋量取自于輸出電流則為電流反饋。交流負(fù)反饋有四種形式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋，電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電流串聯(lián)負(fù)反饋，電流并聯(lián)負(fù)反饋。 2.電路中“有無(wú)反饋”，取決于輸出回路和輸入回路是否存在反饋通路；“直流反饋和交流反饋”決定與反饋通路存在于直流通路還是交流通路；“正、負(fù)反饋”的判定采用瞬時(shí)極性法，反饋結(jié)果使凈輸入量增加則為正反饋，減小則為負(fù)反饋。判斷“電壓反饋和電流反饋”可令輸出電壓等于零，若反饋量隨之為零，則為電壓反饋，若反饋量依然存在，則為電流反饋。“串聯(lián)和并聯(lián)”判定是，反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器是并聯(lián)連接的則為并聯(lián)反饋，若是串聯(lián)連接的則為串聯(lián)反饋。 3.反饋的作用效果與信號(hào)源內(nèi)阻RS有關(guān)，對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋，RS大時(shí)，反饋效果明顯，RS=0時(shí)，無(wú)反饋?zhàn)饔?；?duì)于串聯(lián)負(fù)反饋，RS越小，反饋效果越顯著，反之，RS=∞時(shí)，串聯(lián)反饋無(wú)效果。 4.對(duì)于滿足，利用的關(guān)系和的特點(diǎn)，求深度負(fù)反饋放大器增益。欲求電壓增益，除電壓串聯(lián)負(fù)反饋外，其它各類型的負(fù)反饋還需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 5.引入交流負(fù)反饋后，可以改善當(dāng)打電路多方面的性能，可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，改變輸入電阻和輸出電阻，展寬頻帶，減小非線性失真等。 學(xué)完本章后應(yīng)達(dá)到下列要求： 1能夠正確判斷電路中是否引入了反饋以及反饋的性質(zhì)。 2.正確理解負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)在不同反饋組臺(tái)下的物理意義，并能夠估算深度負(fù)反饋條件下的放大倍數(shù)。 3.掌握負(fù)反饋四種組態(tài)對(duì)放大電路性能的影響，并能根據(jù)需要在放大電路中正確的引入交流負(fù)反饋。 4.2 習(xí)題思考題詳解 4-1 在圖示電路中，指出反饋通路，判斷所引的反饋是正反饋還是負(fù)反饋，是交流反饋還是直流反饋，設(shè)電容的容抗可以忽略。 解： （a）反饋通路由，C, 構(gòu)成，反饋送至反相輸入端，屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，由于C交流接地，故為直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋。 （b） ，， 構(gòu)成反饋支路，是交直流負(fù)反饋，反饋信號(hào)取至非輸出端而送入輸入端，故為交直流電流并聯(lián)負(fù)反饋。 （c），，引入本級(jí)負(fù)反饋，引入交直流電流串聯(lián)負(fù)反饋，引入直流電流串聯(lián)負(fù)反饋；,, , , 引入兩級(jí)間反饋，是電壓串聯(lián)正反饋。 （d）R3引入本級(jí)電流串聯(lián)負(fù)反饋。，引入本級(jí)直流電流串聯(lián)負(fù)反饋。引入本級(jí)交直流電流串聯(lián)負(fù)反饋。，引入三級(jí)間交直流電流串聯(lián)負(fù)反饋。 4-3 判斷上圖所示各電路中交流負(fù)反饋分別是什么類型。（分析同4-2） 4-2 指出下面的說(shuō)法是否正確，如果有錯(cuò)，錯(cuò)在哪里？ 1.既然在深度負(fù)反饋的條件下，閉環(huán)放大倍數(shù)與放大器的系數(shù)幾 乎無(wú)關(guān)，因此，器時(shí)的系數(shù)就沒(méi)有什么實(shí)際意義了，于是可以隨便用一個(gè)管子，只要適當(dāng)選取，就能獲得恒定的且為所需大小的。 2.負(fù)反饋能展寬起帶，因此，可用低頻管代替高頻管，只要加上足夠深的負(fù)反饋即可。 解 （1）這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。因?yàn)樯疃蓉?fù)反饋閉環(huán)放大倍數(shù)的近似估算式為，首先是在的條件下得到的。而條件中的即開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)是由晶體管的系數(shù)和電路系數(shù)決定的，為與，，等系數(shù)有關(guān)。如隨便選擇晶體管，若滿足不了上述條件，則構(gòu)不成深度負(fù)反饋，也就不能使用的關(guān)系式了。 （2）這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。負(fù)反饋雖然能使放大器的通頻帶展寬，但是在原開(kāi)環(huán)電路通頻帶的基礎(chǔ)上有限的寬度，且有犧牲其增益為代價(jià)的，在一定條件下，其增益帶寬積是一常量。 4-3 試從物理概念上說(shuō)明電流負(fù)反饋使輸出電阻增加，電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增加，和并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小的道理。 答：電流負(fù)反饋主要是穩(wěn)定輸出電流，使輸出電流接近于恒流源，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，保持輸出電流穩(wěn)定，其效果就是增大了輸出電阻，輸出電阻越大，越接近恒流源。 電壓負(fù)反饋主要穩(wěn)定輸出電壓，使輸出電壓接近于恒流源，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電路保持輸出電壓穩(wěn)定，其效果就是減小了輸出電阻，輸出電阻越小，電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)，越接近于恒流源。 串聯(lián)負(fù)反饋由于反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)串聯(lián)，故輸入電阻增加。 并聯(lián)負(fù)反饋由于反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)并聯(lián)，故輸入電阻減小。 4-4當(dāng)放大器改變20%時(shí)，如果要求=100,而且的變化不大于1%， （1）試計(jì)算和F值。 （2）如果無(wú)反饋的，求引入反饋后的通帶. 解：（1），則 則帶入上式可得： 又 .則 (2) 。 4-5 試證明電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻,輸出電阻為 解：圖（a）為計(jì)算電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器輸入電阻框圖，可見(jiàn)： 無(wú)反饋時(shí)輸入電阻 有反饋時(shí)輸入電阻 而 ， , 圖（b）為計(jì)算電流串聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸出電阻 將信號(hào)源,保留內(nèi)阻，斷開(kāi),并且在輸出端施加一個(gè)交流電壓源得到電流，如圖所示。圖中為基本放大器輸出端點(diǎn)電路（）的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)移導(dǎo)納，忽略反饋網(wǎng)絡(luò)輸入端的降壓，有： 由圖可得： 得 4-6 試證明電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器的輸入電阻，輸出電阻 解：圖a為計(jì)算電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器輸入電阻的推圖，可見(jiàn)： 無(wú)反饋時(shí)輸入電阻 有反饋式輸入電阻 而 圖（b）為計(jì)算電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器輸出電阻框圖。 令=0，斷開(kāi)負(fù)載并且在輸出端施加一個(gè)交流電壓源，得到電流，圖中是負(fù)載開(kāi)路時(shí)基本放大器的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)移電阻。 由圖：， 而 4-7．電路如圖示；設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放， （1）合理連線，將信號(hào)源和正確的接入電路。使電路盡可能的高的輸入電阻。 （2）保證放大倍數(shù),問(wèn)：應(yīng)選多大的反饋電阻？ 解：（1）連接電路如圖示，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。 (2) , 4-8 圖示放大電路中，為分別實(shí)現(xiàn)下面幾個(gè)方面的要求，應(yīng)引入何種類型的負(fù)反饋，請(qǐng)畫上反饋電路： （1）要求元件的系數(shù)改變對(duì)的靜態(tài)某電極電壓影響較小。 （2）要求某電極電流的交流成份基本上不受改變的影響。 （3）要求在接上外加負(fù)載以后，電壓放大倍數(shù)基本不變。 （4）要求輸入端向信號(hào)源索取的電流比較小。 解：（1）穩(wěn)定集電極靜態(tài)電壓，須引入本級(jí)直流負(fù)反饋電路。為. (2 ) 若使的交流集電極電流不變，應(yīng)引入電流負(fù)反饋，例， （3）若引入負(fù)載后，電壓放大倍數(shù)基本不變，應(yīng)引入電壓負(fù)反饋，為 （4）輸入端向信號(hào)源索取電流較小，應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋，為。 綜上所述，引入反饋的電路網(wǎng)絡(luò)如圖所標(biāo)。 4-9，負(fù)反饋放大電路如圖示，設(shè)這些電路滿足深度負(fù)反饋條件，試運(yùn)用近似計(jì)算法計(jì)算它們的電壓放大倍數(shù)。 解：（1）（a)圖是電流并聯(lián)負(fù)反饋電壓放大電路，由于深度負(fù)反饋，則有： ，，則: , (2) (b)圖是電壓并聯(lián)負(fù)反饋電壓放大電路，由于深度負(fù)反饋，則有： ，，則： 故： 4-10．電路如圖： （1）要使電路中引入反饋為負(fù)反饋，開(kāi)關(guān)S應(yīng)置于（a）還是（b） （2）這個(gè)負(fù)反饋屬于何種負(fù)反饋？ （3）設(shè)電路滿足深度負(fù)反饋的條件電壓放大倍數(shù)大多是多少？ 解：（1）引入負(fù)反饋開(kāi)關(guān)應(yīng)置于(b) （2）這個(gè)負(fù)反饋屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋 （3）因?yàn)樯疃蓉?fù)反饋，則 4-11負(fù)反饋放大器如圖示，假設(shè)運(yùn)放的差模輸入電阻為無(wú)窮大，輸出電阻為零。 （1）寫出電壓反饋系數(shù)表達(dá)式 （2）如果基本放大器的開(kāi)環(huán)增益為，閉環(huán)電壓增益為，求出 （3）如果開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)減小20% ，那么閉環(huán)放大倍數(shù)將減少多少？ 解：（1）這是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路， 因?yàn)闉椴钅］斎腚娮锜o(wú)窮大，流入運(yùn)放反相端的電流反饋信號(hào)： 電壓反饋系數(shù) (2) 只考慮放大倍數(shù)的幅值時(shí)有： 則 而 所以 (3)由已知條件知，可知，放大器引入負(fù)反饋后放大倍數(shù)下降了10倍，即，其穩(wěn)定性提高了10倍，先開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)減小了20%，即，那么閉環(huán)放大倍數(shù)將減小2%，則 4-12.負(fù)反饋放大器如圖示 （1）利用近似計(jì)算法計(jì)算 （2）若基本放大器取開(kāi)環(huán)電壓增益，利用負(fù)反饋表達(dá)式計(jì)算 解：（1）各自組成射極輸出電路，輸入信號(hào)經(jīng)運(yùn)放放大后，正半周經(jīng)過(guò)，由射極輸出，射極輸出器電壓放大倍數(shù)近似為1。而管電路組成功放電路，將運(yùn)放信號(hào)近似不變的反饋到運(yùn)放的反相輸入端，則電壓反饋信號(hào)系數(shù)，那么 閉環(huán)放大倍數(shù) （2） 第5章 信號(hào)運(yùn)算電路 5.1 知識(shí)點(diǎn)歸納 本章主要研究了理想集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)，基本運(yùn)算電路和有源濾波電路。 1. 理想集成運(yùn)算放大器引入負(fù)反饋，則工作在線性區(qū)。凈輸入電壓為零，稱為“虛短”；凈輸入電流也為零，稱為“虛斷”，“虛短”和“虛短”是分析運(yùn)算電路和有源濾波電路的兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。 2.信號(hào)運(yùn)算電路的三種基本形式為：反相輸入運(yùn)算放大器、同相輸入運(yùn)算放大器和差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器。集成運(yùn)放引入負(fù)反饋后可以實(shí)現(xiàn)比例、加減、乘除、積分、微分、對(duì)數(shù)和指數(shù)等各種基本運(yùn)算。求解輸出電壓與輸入電壓運(yùn)算關(guān)系的方法有兩種： （1）接點(diǎn)電流法 列出運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端及其它關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電流方程，利用虛短和虛斷的概念，求出運(yùn)算關(guān)系。 （2）疊加原理 對(duì)于多信號(hào)輸入電路，可分別求出每個(gè)輸入電壓?jiǎn)为?dú)作用時(shí)的輸出電壓，然后將它們相加，就是所有信號(hào)同時(shí)輸入時(shí)的輸出電壓。 3.有源濾波電路通常由RC網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放構(gòu)成，立刻用它可以抑制信號(hào)中不必要的成分或突出所需要的成分。按幅頻特性的不同，有源濾波器可分為L(zhǎng)PF、HPF、BPF、BEF。潭門的主要性能是同帶放大倍數(shù)AVF、通帶截止頻率fP、通帶寬度BW。 學(xué)完本章后，能夠達(dá)到下列要求： （1）.掌握比例、加減、積分電路的工作原理及運(yùn)算關(guān)系，理解微分、乘除、 對(duì)數(shù)和指數(shù)電路的工作原理和運(yùn)算關(guān)系，，能夠運(yùn)用續(xù)斷、虛斷的概念分析各種運(yùn)算電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系，并能夠合理選擇電路。 （2）.能夠正確理解LPF、HPF、BPF和BEF的工作原理，了解它們的主要性能， 并能夠合理的選擇電路。 5.2 習(xí)題與思考題詳解 5-1 已知加法器的運(yùn)算關(guān)系為=－(5U+10U+0.2U),且反饋電阻=100。畫出電路圖，并計(jì)算電路中的各電阻值。 解:加法器運(yùn)算電路如圖. 電路傳輸函數(shù)方程為: =－( ++). R= R//R//R// R = 5. = 10. = 0.2. 則:R=== 20. R=== 10. R=== 500. R= R//R//R// R= 20//10//500//100 = 6.17 () 5-2.同相加法器電路圖如圖.試導(dǎo)出輸出電壓與輸入電壓之間函數(shù)關(guān)系: 解:根據(jù)“虛補(bǔ)”“虛斷”及線性疊加原理: I= I. U= U. 則: U= (1 +)U U = (1 +)U, U= (1+)U U= U+U+ U= (1+)U+ (1+)U+ (1+)U 5-3按下列要求設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)電路(要求畫出電路圖.并算出各元件值). (1) U=－5U. 放大器總的輸入電阻大于20. (2) U=－100 U放大器總的輸入電阻等于200,電路中各電阻值不許超過(guò)1. 解: (1) 傳輸函數(shù)說(shuō)明該電路是反相比例函數(shù)形式.如圖: 可導(dǎo)出 U=－ 則－=－5. R=5R. 若取 R=40. 則R=200. R= R// R= 40//200 =33.3. (2)若用上圖求解,得R=4.不合提意.故采用T型網(wǎng)路代R.則有圖示: U= U=0 I=I=0. U=U (1) i=i = － (2). 聯(lián)解(1) (2)式得:A==- 為滿足要求.可將比值選放大一些. 選R=400. R=10. 已知R=40. A=100.則 R==87.8 R=R//(R+R//R)=36.4 5-4圖為一高輸入電阻及相放大器，稱為輸入電阻自舉擴(kuò)展及相放大器，A為主放大器。A為輔放大器。試推導(dǎo)放大器的輸入電阻表達(dá)式并證明此電路提高輸出電阻的原理。 解：根據(jù)虛補(bǔ)，虛斷，虛地概念，可知： U=－ U U=－U 則U=－（－） U=2 U R===== = = 該電路利用A構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路，形成電流I,減小了A的輸入電流i,從而提高了輸入電阻。 5-5能擴(kuò)展較多函數(shù)動(dòng)態(tài)范圍的反相放大器為圖示：通常函數(shù)所加電源電壓為15v，則其動(dòng)態(tài)范圍約為12v,輸出峰—峰值電壓為24v.采用圖示電路可將動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大一倍，試說(shuō)明工作原理。（此電路只適用于不接地的負(fù)載。即浮動(dòng)負(fù)載情況）。 解：該電路由兩級(jí)反相輸入函數(shù)組成。第二級(jí)輸入是第一級(jí)輸出信號(hào)。最后輸出是第二級(jí)輸出電壓和第一級(jí)輸出電壓之差：即： U=-U U=- U= U. U= U—U= U+U 若R=R.則。U=2U。 可見(jiàn)輸出是擴(kuò)展2倍。 為使電路平衡。 R= R// R. R= R// R= R. 5-6 差分放大電路如圖示。設(shè)輸入電壓U為三角波，變化范圍為0～3v,U為0～4v之間變化的方波。試畫出輸出電壓U的波形。并注明電壓變化范圍。 解：該電路是差動(dòng)輸入運(yùn)算放大器，輸出電壓與輸入差值電壓成正比， 即：U=代入數(shù)據(jù)得： 輸出波形如圖解示： 5-6 試畫出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)U=10 U—5 U+0.1 U的求和電路。 解： 由已知可得：=10 =0.1 =5 若令R=100 R=10 則 R===100 R===20 R===10 R= R// R// R=100//100//10=.49.75 R= R// R2// R=10//20//100=6.25 5-7 試求圖示電路輸出電壓U。圖示集成函數(shù)均滿足理想化條件。 解：(1).A為及相求和電路，輸出為： U=—（ U+ U+ U） =—（-5mv）+(10mv)+ (-2mv)=-65mv (2)A為同相加法運(yùn)算電路，電路中同相端的總電阻 R=R// R//R=10K//10K//10K=3.33 反相端的總電阻：R=R//R=10//5=3.33( A反相輸入端為“虛地”) R= R。函數(shù)兩輸入端直流電阻平衡，則輸出： U= R（+）=10（+）=－2mv (3)A為差動(dòng)輸入。實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，其輸出為同相與反相比例運(yùn)算的疊加。 5-8. 圖示為一個(gè)反相加法電路，運(yùn)放的電源電壓為12v，此電路能否正常工作，為什么？若不能正常工作，應(yīng)怎樣修改電路。 解：根據(jù)虛短 ，虛斷，虛地，U=U=0，I=I=0則 U=－（ U+ U）=－(100.5+101)=－15v U>電源電壓。不能正常工作。 應(yīng)改為U=－R=－12.則 R==== 80（）。 可將R改為80。則可以正常工作了。 5-9 反相串聯(lián)減法電路如圖示。試推導(dǎo)U與U，U的關(guān)系式： 解：A為反相比例運(yùn)算電路。A為反相加法電路 U=－U U =－R(+) =－R(－) U+) = U—U. 5-10雙運(yùn)放加減混合運(yùn)算電路如圖示，請(qǐng)推導(dǎo)出輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系式。 解：U=－（U+U） U=－R（ U+U+U） U= U+U—U—U 5-11．圖示（a）為一積分電路。運(yùn)放的電源電壓為15v.輸入信號(hào)的波形為（b）圖示 （1）試定性畫出輸出信號(hào)的波型。 （2）將積分電容改為0.01uF.輸出波形發(fā)生怎樣的變化? 解： （1）U==－=－1000 對(duì)于輸入的第一個(gè)矩形波：t=0時(shí)U=0 t=1ms時(shí)U=5v 同樣原理：對(duì)于輸入一串矩形波，可以相交輸出矩形為圖示。 （2）若C=0.01uF 當(dāng)U=0v. U=0v.當(dāng)U=5v，U=-5000t(v) 當(dāng)t=1ms, U=-50v.該情況不可能，固為運(yùn)放電源電壓只有15v. 若輸出電壓最大幅度約為電源電壓-15v，輸出波形為圖示，圖中斜線頂端對(duì)應(yīng)t軸數(shù)值為t===0.3ms. 5-12．同相輸入放大器如圖設(shè)函數(shù)為5Q23.其參數(shù)A=5Rid=100 ,R=4,試用反相放大器的分析方法。計(jì)算,Rif, Rof. 若函數(shù)是理想的，則=？因函數(shù)不理想而引起的相對(duì)誤差有多大？ 解：若函數(shù)是理想的，則， 5-13．圖示電路，設(shè)所用器件均具有理想特性，U>0.(1)分別寫出U和U的表達(dá)式。（2）指出該電路是何種電路。 解；（1）U=k U U U=A（ U—U） 聯(lián)解：U=A（ U—k U U） U= U= 可見(jiàn)U完成乘法運(yùn)算。U完成除法運(yùn)算。 5-14 電路如圖，設(shè)模擬乘法器和放大器都是理想條件，設(shè)電容器上的初始電壓為零，試寫出U，U及U表達(dá)式。 解： 5.15用乘法器可對(duì)兩個(gè)正弦波的相位差進(jìn)行測(cè)量見(jiàn)圖所示電路，設(shè),求u0的表達(dá)式和其中直流分量V0的表 5-16圖示一個(gè)一階低通有源濾波器電路，設(shè)A為理想運(yùn)算放大器，試導(dǎo)出電路的傳輸函數(shù)，并求低通截止頻率。 解： ， 當(dāng)通帶截止，此時(shí) 第6章 波形發(fā)生器 6.1 知識(shí)點(diǎn)歸納 本章主要介紹了正弦波發(fā)生器、電壓比較器和非正弦波發(fā)生器電路。 1.正弦波發(fā)生器 （1）正弦波發(fā)生器的組成一般應(yīng)由放大器，正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅緩解4個(gè)部分組成。 （2）振蕩的自激條件為 ， 又可分為振幅平衡條件 和相位平衡條件，起振的幅值條件是。 （3）振蕩頻率是由相位平衡條件決定的。RC串并聯(lián)式鎮(zhèn)弦波振蕩器中，振蕩頻率是： ；LC正弦波振蕩器有變壓器反饋式、電桿三端式和電容三端式等幾種，它們的振蕩頻率由諧振回路決定，即。 (4)判斷正弦波振蕩器能否振蕩的一般方法和步驟是： ①觀察電路是否具有放大、反饋、選頻、穩(wěn)幅四個(gè)基本環(huán)節(jié)。 ②檢查放大電路是否滿足放大條件，運(yùn)放的輸入端是否有直流通路，有無(wú)放大作用。 ③分析是否滿足相位平衡條件，方法是斷開(kāi)回路，引進(jìn)“輸入”，分析反饋信號(hào)是否同相，即。 ④在檢查是否滿足幅值平衡條件。 2.電壓比較器 （1）比較器是用來(lái)比較輸入信號(hào)電壓大小的電路。它的輸入電壓是模擬量，輸出電壓通常只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 （2）通常用電壓傳輸特性來(lái)描述電壓比較器輸出電壓與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系。電壓闡述特性具有三個(gè)要素：一是輸出高低電平，它決定于集成運(yùn)放輸出電壓的最大幅度或輸出端的限幅電路；二是閾值電壓，它是使集成運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端電位相等的輸入電壓；三是輸入電壓過(guò)閾值電壓時(shí)輸出電壓的躍變方向，它決定于輸入電壓是作用于即晨昏運(yùn)放的反向輸入端，還是同相輸入端。 （3）單限比較器只有一個(gè)門限電壓，雙限比較器和滯回比較器各有兩個(gè)門限電壓值。 3.非正弦波發(fā)生器 （1）矩形波發(fā)生器由具有卡關(guān)特性的器件（帶有正反饋的滯回比較器），反饋網(wǎng)絡(luò)（能把輸出信號(hào)恰當(dāng)?shù)木哂虚_(kāi)關(guān)特性的器件，使其輸出改變狀態(tài)），延時(shí)環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)時(shí)間的延時(shí)和所需要的振蕩頻率，常用有源和無(wú)源RC電路實(shí)現(xiàn)）3個(gè)部分組成。在三角波和鋸齒波發(fā)生器中除了上述部分還應(yīng)加積分環(huán)節(jié)。 （2）判斷非正弦波發(fā)生器起振的條件是：接通電源，開(kāi)關(guān)器件的輸出電壓應(yīng)迅速為高電平或低電平，在經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間后，又能使比較器改變輸出狀態(tài)。 （3）分析電路時(shí)要注意比較器輸出電壓跳變的臨界條件和RC電路的瞬態(tài)過(guò)程，由此來(lái)確定肺正弦波的振蕩周期。 學(xué)完本章應(yīng)達(dá)到如下要求： 1.熟悉掌握電路產(chǎn)生正弦波振蕩的幅值平衡條件和相位平衡條件，以及RC正弦波振蕩電路的組成、起振條件和振蕩頻率，了解LC正弦波振蕩器的工作原理，理解其振蕩頻率與電路參數(shù)的關(guān)系，能根據(jù)相位平衡條件判斷電路是否可產(chǎn)生正弦波振蕩。 2.正確理解有集成運(yùn)放構(gòu)成的矩形波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路的工作原理、波形分析和有關(guān)參數(shù)。 6.2 習(xí)題與思考題詳解 6-1. 什么是振蕩器，它與放大器最本質(zhì)的區(qū)別是什么？ 答：（1）不需要輸入信號(hào)，自己就能產(chǎn)生各種周期性波形輸出的電路則為振蕩器。 （2）振蕩器與放大器本質(zhì)的區(qū)別在于不需要外加輸入信號(hào)的激勵(lì)。 6-2．正弦波振蕩器由哪幾部分組成。在正弦振蕩器中若無(wú)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，輸出將會(huì)出現(xiàn) 什么現(xiàn)象？ 答：（1）正弦波振蕩器由放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四部分組成。 （2）沒(méi)有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)只能靠放大器中晶體管的非線性來(lái)穩(wěn)定輸出信號(hào)幅度，輸出 波形會(huì)失真。 6-3.RC文氏橋正弦波振蕩器電路如圖，試指出哪個(gè)電路能產(chǎn)生自激振蕩，哪個(gè)不能，并說(shuō)明理由。 解： A.根據(jù)相位平衡條件，可知，相移=，是負(fù)反饋，故無(wú)振蕩。 B. 根據(jù)相位平衡條件，可知，相移=，是正反饋，可能振蕩。 C. 根據(jù)相位平衡條件，可知，相移=，是正反饋，可能振蕩。 D. 根據(jù)相位平衡條件，可知，相移=，是負(fù)反饋，故無(wú)振蕩。 6-4. RC文氏橋正弦波振蕩器如圖： (1).寫出同相輸入端和輸出端的電壓傳輸系數(shù) (2).試分析這一電路中的正負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)由哪些元件組成 (3).寫出輸出端到同相輸入端的反饋系數(shù) (4).寫出振蕩器振蕩頻率的表達(dá)式 (5).根據(jù)起振條件，試求的值 (6).為了穩(wěn)定振幅，又使輸出波形不失真，對(duì)反饋電阻有什么要求？ 解：（1）= （2）正反饋由RC文氏電橋組成；負(fù)反饋由熱敏電阻和電阻組成。 （3） 當(dāng)時(shí) （4）當(dāng)，。 （5）起振幅值條件。 即，。 （6）應(yīng)是具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，當(dāng)流過(guò)的電流減小，其阻值增大，當(dāng)流過(guò)的電流增大，其阻值減小，這樣才能起到穩(wěn)幅作用，輸出波形基本不失真。 6-5.圖示RC相移式正弦振蕩器電路，該電路的反饋網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)分別由哪些元件組成，試分析這一電路產(chǎn)生正弦振蕩的原理。 解：（1）三只電容器C和兩個(gè)電阻R組成三級(jí)RC相移反饋網(wǎng)絡(luò)，兩只穩(wěn)壓二極管、組成穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，輸出電壓幅度為V。 （2）三節(jié)RC網(wǎng)絡(luò)在某一頻率下產(chǎn)生相移。而運(yùn)算放大器輸出經(jīng)三節(jié)RC相移電路反饋輸入端，而運(yùn)放相移也是，即，滿足振蕩相位平衡條件，只要放大器有足夠的放大倍數(shù)，電路就能振蕩輸出振蕩正弦波形。 振蕩頻率 6-6.LC正弦波振蕩電路如圖示，試判斷它們是否可能振蕩，若不能試修改電路。 答：（A）該電路不能振蕩。電路是變壓器反饋式LC振蕩器，反饋網(wǎng)絡(luò)的同名端錯(cuò)了不應(yīng)畫在下端，才能使，滿足相位平衡條件，另外，反饋網(wǎng)絡(luò)缺少一個(gè)隔離電容，使電位經(jīng)接地，晶體管截止。基極與之間應(yīng)串接一個(gè)隔離電容C。 （B）反饋信號(hào)反饋到基極回路形成負(fù)反饋，故不振蕩。應(yīng)改點(diǎn)為電感三點(diǎn)式振蕩器。即將從基極斷開(kāi)，改接于發(fā)射極。 （C）旁路電容將反饋信號(hào)短路到地了，應(yīng)去掉即可。 （D）將直接接入發(fā)射極，故晶體管截止， 不能振蕩?？稍凇㈤g抽頭線中串接一個(gè)隔離電容即可。 6-7.LC正弦波振蕩器如圖，試分別算出回路電容和頻率的變化范圍。 解：當(dāng)為7PF時(shí)、串聯(lián)電容最?。? 此時(shí)振蕩頻率最大： =4.55MHz 當(dāng)為270PF時(shí)，串聯(lián)電容值最大： 。 振蕩頻率為最小值： 所以LC回路總電容的變化范圍為6.8PF----142PF 電路振蕩頻率范圍：4.55MHz---1MHz。 6-8.電路如圖示 （1）應(yīng)將石英晶體接在哪兩點(diǎn)它才可能產(chǎn)生正弦波振蕩。 （2）接好石英晶體后，試畫出交流通路，并分析其振蕩頻率。 解：（1）石英晶體接在三極管B、C極之間電路才有可能產(chǎn)生振蕩。如圖： （2）該電路是并聯(lián)型石英晶體振蕩電路，晶體等效為電感，它與、組成電容三點(diǎn)式振蕩電路，等效電路如上圖所示。 反饋系數(shù) 負(fù)號(hào)表示，