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高等学校电子类辅导教材 电子线路学习指导书第1章 半导体器件的特性1.1知识点归纳1.杂质半导体与PN结在本征半导体中掺入不同杂质就形成N型和P型半导体。半导体中有两种载流子，自由电子和空穴，载流子因浓度而产生的运动成为扩散运动，因电位差而产生的运动成为漂移运动。在同一种本征半导体基片上制作两种杂质半导体，在它们的交界面上，上述两种运动达到动态平衡，就形成了PN 结。其基本特性是单向导电性。2.半导体二极管一个PN结引出电极后就构成了二极管，加上正向偏压时形成扩散电流，电流与电压呈指数关系，加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小。体现出单向导电性。3晶体管晶体管具有电流放大作用，对发射极正向偏置集电极反向偏置时，从射区流到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流，体现出对的控制，可将视为控制的电流源。晶体管有放大、饱和、截止三个工作区域。4.场效应管场效应管是电压控制器件，它通过栅-源电压的电场效应去控制漏极电流，因输入回路的PN结处于反向偏置或输入端处于绝缘状态因此输入电阻远大于晶体管。场效应管局又夹断区（即截止区）、横流区（即线性区）和可比阿安电阻区三个工作区域。学完本章后应掌握：1.熟悉下列定义、概念和原理：自由电子与空穴，扩散与漂移，复合，空间电荷区，PN结，耗尽层，导电沟道，二极管单向导电性，晶体管和场效应管的放大作用及三个工作区域。2.掌握二极管、稳压管、晶体管，场效应管的外特性，主要参数的物理意义。1.2习题与思考题详解1-1试简述PN结的形成过程。空间电荷压，阻挡层，耗尽层和势垒压等名称是根据什么特性提出来的。答：PN结的形成过程：当两块半导体结合在一起时，P区的空穴浓度高于N区，于是空穴将越过交界面由P区向N区扩散；同理，N区的电子浓度高于P区，电子越过交界面由N区向P区扩散。多子由一区扩散到另一区时，形成另一区的少子并与该区的多子复合，因此，在交界面的一侧留下带负电荷的受主离子，另一侧留下带正电荷的施主离子。于是在交界面附近形成一个空间电压区，即PN结。空间电荷压：在PN结内无可移动的带电荷之缘故。势垒层：在PN结中，N区电位高于P区电位，两区存在接触电位差之缘故。耗尽层：在PN结中，只有不能移动的数量相等的正负离子，而载流子因扩散和复合而消耗掉了之故。阻挡层：由于PN结中存在接触电势压，阻挡了电子扩散之故。1-2（1）在室温下，当硅二极管的反向电流达到其反向饱和电流IR(sat)的95%时，反向电压是多少?(2) 计算偏压为 0.1V时，相应的正向电流和反向电流的比值。（3）如果反向饱和电流为10nA，计算相应于电压为0.6时的正向电流，并说明这一结果与实际不符的原因。解：(1) 因为ID = IR(sat)( 1)所以VD = VTln = 26mvln0.95 = -1.33 mv(2)(3) 1-3在测量二极管的正向电阻时，用表的“R10”档测出的阻值小而用“R100”档测出大，原因何在？答：因为万用表“R10”档的内阻小，测量二极管的正向阻值小,而“R100”档的内阻大，测量的二极管的正向阻值大。1-4怎样用万能表判断二极管的极性和好坏？答：判断二极管的极性与好坏，选择万用表“R1K” 电阻档，此时黑表棒为正极，红表棒为电源负极。用黑红表棒接待测二极管两极，观察阻值大小，再反过来相接，观察阻值大小，若两次测量均大，说明二极管断路，若第一次测量阻值大，第二次测量阻值小，则测量值小的连接时，黑表棒接二极管的阳极，红表棒接二极管的阴极；并说明二极管是好的；若两次测量阻值均小，说明二极管被击穿。1-5限幅电路如图所示，设D为 理想二极管，输入电压vi为正弦波，其振幅大于，试给出输出电压为的波形。解：1-6双向限幅器如图所示，设为理想二极管，输入电压为正弦波，其振幅Vi=3，试给出输出电压的波形。1-7双向限幅器如图所示，设 为理想二极管，输入电压vi由0-100V作线性变化，给出相对于vi的输出电压 随时间变化的曲线。解：1-8求图所示各电路中的电流I和电压V（设电路中的二极管为理想二极管）解：对于管正向偏压，的偏压最大先导通，随之反偏截止。所以 =1V 均处于正向偏置状态，D1的偏置电压大先导通，则由于D1的导通反偏而截止。则1-9稳压管稳压电路如图示，已知稳压管稳定电压V=6V最大稳定电流25mA 限流电阻R=500 求：.时，电路工作是否正常？ .时，电路工作情况如何？ .开路，电路可能出现什么情况？为什么？解：(1). 则 所以电路正常工作(2). 稳压管无法稳压（3）稳压管可能会热击穿。1-10将两个二极管如图连接起来，是否与晶体管一样具有电流放大作用，为什么？答：不含。因为这样连接不会形成基区，不会产生复合现象，形成小电流对大电流的控制。所以不具备电流放大效应。1-11为什么晶体管发射区掺杂浓度大，而基区掺杂程度小且做得很薄？答：发射区浓度大即多数载流子浓度大，便于发射进入基区，而基区掺杂浓度小，多数载流子少，复合后仍有大量的由发射区扩散到基区的多子到达集电区，即基压也做得较窄。1-12将一个PNP型晶体管接成共发射极放大电路，（1）画出电路，标出电源极性。（2）如果管子的=0.98要得到10mA集电极电路，问基极电流多大？（3）试分析内部载流子的运动情况。解 (1)（2）， （3）分析管内载流子运动情况（略）见书14页1-13一个晶体管的 IB=10A，IC=0.5mA ，在什么条件下，才能用这两个数据来计算这的交流电流放大倍数？答：在忽略 后，且输出特性曲线平行时，此时才可用IB, IC计算这的交流电流放大倍数。1-14若测得放大电路中晶体管三个电极对地的电压分别为V1= -6.2V,V2= - 6V,V3= - 9V,试判断晶体管的电极和类型。答：若晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电路反偏，再者各电路均为负值，所以该晶体管为PNP型，极性如图所示。1-15晶体管3DG8A的输出曲线 如图示，已知它的PCM=200mw，I=20mA, V(BR)CED=15V(1)定义安全工作区（2）定出放大区(3)当VCE=6V时，能否使IC工作在30mA，为什么？解：（1）阴影线外为过耗区，内为安全区。（2）VCESV(BR)CED之间为放大区，为饱和压降。（3）当VCE=6V时，不能使IC 工作在30mA 因为 ICM=20mA 第2章 放大器基础2.1 知识点归纳一、放大的概念放大实质上是将微弱的信号通过有源器件（晶体管或场效应管）对能量进行控制的过程，是将直流电源提供的能量转化为负载所获得的虽信号变化的能量。放大的前提是信号不失真。二、放大电路的组成原则1.放大电路的核心元件是有源器件，即晶体管或场效应管。2.正确的直流电源电压数值、极性与其它电路参数应保证晶体管工作在放大区，场效应管工作在恒流区，即建立起合适的静态工作点。保证电路中的信号不失真。三、放大器的主要性能指标：1.放大倍数A2.输入电阻3.输出电阻4.最大不失真输出电压5.下限截止频率，上限截止频率及同频带6.最大输出功率和效率。四、放大电路的分析方法分析放大电路的方法有两种，即图解法和微变等效电路法。图解法用于确定静态工作点和分析打信号工作的动态情况，微变等效电路法只适用于分析、计算低频小信号工作时电路的动态指标。分析电路应遵循“先静态，后动态”的原则，只有静态工作点合适，分析动态才有意义。五、晶体管和场效应管基本放大电路1.晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种组态。共射放大电路即有电流放大作用，又有电压放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适应于一般放大。共集放大电路之放大电流不放大电压，因输入电阻高而行作为多级放大器的输入端因疏忽电阻低而常作为多级放大器的输出级。又因电压放大倍数约等于1而用作信号的跟随。共基电路之放大电压而不放大电流输入电阻小，高频特性好适应于宽频带放大电路。 2.场效应管放大电路的共源接法，共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入阻抗高，噪声系数低，典雅放大倍数小适应于低电压放大电路的输入级。六、阻容耦合放大电路在中频段的放大倍数最大且为定值，当信号频率太高或太低时，放大倍数都要降低。七、多级放大器的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。直接耦合便于集成，既可放大交流又可放大直流信号，但必须解决好零点漂移问题。阻容耦合能克服零点漂移的问题，但低频响应差，不便于集成。变压器耦合有阻抗变换作用，但低频响应差，且体大笨重，只用于特殊场合。八、多级放大器的放大倍数为各级放大器放大倍数的乘积，通频带窄于单级放大器，级数越多，频带越窄。学完本章应达到下列要求：1.掌握以下基本概念和定义：放大、静态工作点、非线性失真、直流通路和交流通路、交、直流负载线、放大倍数，输出动态范围等。2.掌握各种形式的基本放大电路的工作原理及特点，能根据要求选择电路的类型。3.掌握放大电路的分析方法，能计算静态和动态的各种。2.2习题与思考题详解2-1图示各电路中的电容对信号可视短路，试定性分析各电路能否正常放大，为什么？ 答：（a）只要 取值适当使发射结正偏，集电结反偏，就可以放大信号。 （b）只要 取值适当使发射结正偏，集电结反偏，就可以放大信号 （c）使集电结反偏，不能正常放大。 （d） ，,故不能正常放大。2-2分别画出图示各电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电路及晶体管特性如图示 （1）作负载线，找出静态工作点Q和放大器的动态范围。若要获得尽可能大的动态范围，应取多大数值？ （2）电路其他参数不变，由变为，Q点移到何处？ （3）电路其他参数不变，由变成，Q点移到何处？ （4）电路其他参数不变，由减到，Q点移到何处？ 解：(1)Q点： 直流负载线MN，M(0,4.5) N(9,0) 交曲线与Q(5.4,1.8). 动态范围：. 由图分析可得最大动态范围,可得Q点（4.35，2.4）。则 (2) Q点沿曲线左移得(1.0,1.6). (3) ,Q点沿负载线下移至(7.2,1.0). (4) ,Q点移至（2,1.8）.2-4放大电路和晶体管特性如2-3题图 （1）求静态工作附近的和. (2)画出简化h参数等效电路，计算,. 解：（1）. (2) h参数电路 2-5放大电路如图示，求： （1）计算不带负载时点，画出h参数等效电路，计算,. (2)计算带上负载后静态点，画出h参数等效电路，计算和. 解：（1）= 交流通路：h等效电路 （2） .则 2-6图示电路输入正弦信号时，若输出波形如（b）(c),试问他们为何种失真？如何调节才可能使输出不失真？若改变滑变RB1的大小仍得不到完好正弦波输出，为什么？解：（1）由波形分析可知（b）为截止失真；减小有可能使输出不失真。（c）为饱和失真，增大有可能使输出不失真 （2）改变值仍不能得到完好正弦输出，可能是取值不当之故。2-7电路如图，已知，电容容抗可忽略 求：（1）计算静态工作点，（2）画出h参数等效电路，计算,和 解：（1）（2）h参数电路 2-8阻容耦合射极输出器如图，已知（1）计算静态工作点。（2）画出简化h参数电路，计算，和解:(1) （2）h参数等效电路2-9电路如图示，电容的容抗均可忽略（1） 画出简化的h参数等效电路，计算，和,（2） 当时，两个转出电压，在振幅和相位上有何关系？ 解：（1）h参数等效电路（2）当时，,幅度基本相等，相位相差2-10电路如图，已知=50,电容的容抗均可忽略 （1）计算静态工作点 （2）画出简化的h参数等效电路，计算，和解：（1） (2)h参数等效电路 2-11集电极-基极偏置放大电路如图示。 T为硅管。（1）计算静态工作点。（2）如果要求的值应为多大？（3）画出简化为h参数等效电路，并用密 勒定理作进一步简化。（4）推导的表达式，并算出它的数值。解：（3）h参数等效电路，并密勒定理简化。密勒定理指出：具有N个独立接点的任意网络，如图，N为参数接点，若接点1、2间接有阻抗E。并已知节点电压和之比(),断开阻抗E在节点1与N之间接，节点2与N之间接，新网络与原网络等效。密勒定理简化后：其中 （4）2-12图示源极输出器，设gm=1ms,rd可略不计，是推导电压放大倍数Av，和输入电阻的表达式，并算出其数值。解：等效电路如图2-13 MOS管放大电路如图所示（a），放大管输出特性如图（b）,所示(1) 用图解法确定静态工作点Q，并求出工作点处的跨导gm(2) 画出交流等效电路，求电压放大倍数Av解：（1） 画负载线，时Q点，8V,2mA(2)2-15图示-一恒流源电路，试证： 证：由图可得2-16放大电路如图，已知晶体管系数gm=60ms,设的容抗很小，可视短路。（1） 画出低频混合等效电路，不考虑，推导出放大电路的下线效率，的表达式，并算出其值（2） 不考虑，下线效率=？（3） 同时考虑，画出这一放大电路的低频对数幅频特性和相频特性（4） 计算电路的上限频率，并画出高频段的对数幅频特性和相频特性。解：略（1）低频混合等效电路，不计作用：2-17两极放大电路如图，设（1） 计算的静态工作点和（2） 计算放大器的中能电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解（1）（2） 两极放大器的微变等效电路如图示第一级放大倍数其中第二级是射极输出器，放大倍数总电压放大倍数放大器的输入电阻是第一节输入电阻：放大器的输出电阻 2-18两级直耦放大器如图所示试分析这一放大器结构特点以及偏置的提供方法设，试计算Av，答：（1）该电路是两极直接耦合电路，管分别为NPN，PNP型管，采用12电源供电，Q点相互牵连。（2） 交流等效电路第3章 集成运算放大器3.1知识点归纳本章讲述了集成运放的结构特点，电路组成，主要性能参数、种类及使用方法。1.集成运放实际上是一种好性能的直接耦合放大电路。通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成，双极型管组成的集成运放，输入级多用差分放大电路，中间级为共射电路，输出级多用互补输出级，偏置电路是多路电流源电路。2.电流源电路不仅可为各级放大电路提供合适的静态电流，又可作为有源负载，从而大大提高了运放的增益。3使用集成运放应注意调零、频率补偿及必要的电路保护。学完本章应达能到下列要求1.熟悉集成运放的组成及性能，正确理解主要指标参数的物理意义及其使用注意事项。2.了解电流源电路的工作原理。3.能读懂集成运放5G23，5G24的工作原理。3.2 习题与思考题详解3-1差分放大电路如图所示 ,Rp为调零电位器，假设电路完全对称，两管的，求： （1）若电路作双端输出，即开关S与1接通，试计算电路的静态工作点，差模放大倍数。共模放大倍数，共模抑制比，差模输入电阻和输出电阻（2）若电路作单端输出，即开关S与2接通，试计算电路的静态工作点，解：（1）双端输出时1) 电子电路对称，两管对应的电流及电压分别相等，即直流通路如图示：于流过的两个电流大小相等，向相同，所以流过的直流电流2，当于单管射极电流流过2计算静态工作点： ,则 2)差模较大时，一分为二，由于中流过的电流的增量数值相等方向相反，所以上无变化的压 。差模微变等电路如图： 双端差模电压放大倍数 3)共模时上流过电流的增量相等，方向相反，即为没管发射极电流流量的2倍，画等效电路时把增加一倍即可。，则双端输出共模电压放大倍数4)共模抑制比 5)6)由共模微变电路可得 对于共模信号，两输入端是并联的，因此整个差动放大器的共模输入电阻： 7) 双端输出的输出电阻 (2)开关K与2接通，电路做单端输出：静态工作点除UCE1外，其他系数与（1）的静态工工作点相同，即， 但是由于管的集点极有一负载接地，直流通路如图，利用戴维南定理，将左图等效成右图，其中：3-2.简单的晶体管电路如图所示，试用h参数等效电路（略去，但，不能忽略）推导出电流源的交流内阻的表达式解：恒流源等效电路如图所示，为推导交流电阻，在AB端加一电压得到电流由图可得，则： 即用作恒流源的晶体管，其输出特性曲线较为平坦，也就是1.一般1成立，得到：3-3.图为带恒流源的差分放大器，设晶体管的，1) 计算静态工作点2) 若,利用3.3结果，计算恒流源的交流电阻3) 计算电路解：（1）计算的静态工作点： 管是恒流源，其直流电阻小，交流电阻大，在计算差模电压放大倍数和差模输入电阻时等效为直流电阻，忽略不计;在计算共模电压放大倍数和共模输入电阻时等效为交流电阻管的输入电阻( ，忽略)共模放大倍数：共模抑制比：差模输入电阻：共模输入电阻：输出电阻3-4共射共基差分电路如图示，试导出其差模电压放大倍数，并画出将改为恒流源电路。答：组成共射差动电路，组成共基极电路。接在集电极上，由于共基极电路设有电流放大能力，则的集电极负载分别近似为，是双入双出差动放大电路，其差模放大倍数与单管放大电路一样。即。将,改为恒流源的差放电路如上图示。3-5.指出图中哪些组合是合理的，哪些是不合理的。对于合理的复合管标出其3个点极。并说明是PNP管还是NPN管。答： （a）图合理，为NPN管，电极如图标(b) 图合理，为PNP管，极性如图标（c）图不合理，不符合三极管电流流向。3-6.图示电路中,晶体管为硅管，试计算的值和电路的电压放大倍数解：（1）先计算由于。则静态时：（2）计算电压放大倍数。管的输入电阻管组成双入单出差放电路。则，则所以，总电压放大倍数： 第4章 反馈放大器4.1 知识点归纳本章主要研究了反馈的基本概念、负反馈放大器的一般表达式，、负反馈对放大器性能的影响和放大器电路稳定性等问题。阐明了反馈的判断方法，深度负反馈条件下放大倍数的估算方法，根据需要正确引入负反馈的方法。1.在电路中，将输出量的一部分或全部通过一定的电路形式作用于输入回路，去影响输入量的措施称为反馈。如使净输入量减少则为负反馈，若使净输入量增加则为正反馈。若反馈存在于直流通路中则为直流反馈，若反馈存在于交流 通路中则为交流反馈。反馈量取自于输出电压则为电压反馈，若反馈量取自于输出电流则为电流反馈。交流负反馈有四种形式：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。2.电路中“有无反馈”，取决于输出回路和输入回路是否存在反馈通路；“直流反馈和交流反馈”决定与反馈通路存在于直流通路还是交流通路；“正、负反馈”的判定采用瞬时极性法，反馈结果使净输入量增加则为正反馈，减小则为负反馈。判断“电压反馈和电流反馈”可令输出电压等于零，若反馈量随之为零，则为电压反馈，若反馈量依然存在，则为电流反馈。“串联和并联”判定是，反馈网络与基本放大器是并联连接的则为并联反馈，若是串联连接的则为串联反馈。3.反馈的作用效果与信号源内阻RS有关，对于并联负反馈，RS大时，反馈效果明显，RS=0时，无反馈作用；对于串联负反馈，RS越小，反馈效果越显著，反之，RS=时，串联反馈无效果。4.对于满足，利用的关系和的特点，求深度负反馈放大器增益。欲求电压增益，除电压串联负反馈外，其它各类型的负反馈还需进行转换。5.引入交流负反馈后，可以改善当打电路多方面的性能，可以提高放大倍数的稳定性，改变输入电阻和输出电阻，展宽频带，减小非线性失真等。学完本章后应达到下列要求：1能够正确判断电路中是否引入了反馈以及反馈的性质。2.正确理解负反馈放大电路放大倍数在不同反馈组台下的物理意义，并能够估算深度负反馈条件下的放大倍数。3.掌握负反馈四种组态对放大电路性能的影响，并能根据需要在放大电路中正确的引入交流负反馈。4.2 习题思考题详解4-1 在图示电路中，指出反馈通路，判断所引的反馈是正反馈还是负反馈，是交流反馈还是直流反馈，设电容的容抗可以忽略。解：（a）反馈通路由，C, 构成，反馈送至反相输入端，属于电压串联负反馈，由于C交流接地，故为直流电压串联负反馈。（b） ， 构成反馈支路，是交直流负反馈，反馈信号取至非输出端而送入输入端，故为交直流电流并联负反馈。（c），引入本级负反馈，引入交直流电流串联负反馈，引入直流电流串联负反馈；, , , 引入两级间反馈，是电压串联正反馈。（d）R3引入本级电流串联负反馈。，引入本级直流电流串联负反馈。引入本级交直流电流串联负反馈。，引入三级间交直流电流串联负反馈。4-3 判断上图所示各电路中交流负反馈分别是什么类型。（分析同4-2）4-2 指出下面的说法是否正确，如果有错，错在哪里？1.既然在深度负反馈的条件下，闭环放大倍数与放大器的系数几乎无关，因此，器时的系数就没有什么实际意义了，于是可以随便用一个管子，只要适当选取，就能获得恒定的且为所需大小的。2.负反馈能展宽起带，因此，可用低频管代替高频管，只要加上足够深的负反馈即可。解 （1）这种说法是错误的。因为深度负反馈闭环放大倍数的近似估算式为，首先是在的条件下得到的。而条件中的即开环放大倍数是由晶体管的系数和电路系数决定的，为与，等系数有关。如随便选择晶体管，若满足不了上述条件，则构不成深度负反馈，也就不能使用的关系式了。（2）这种说法是错误的。负反馈虽然能使放大器的通频带展宽，但是在原开环电路通频带的基础上有限的宽度，且有牺牲其增益为代价的，在一定条件下，其增益带宽积是一常量。4-3 试从物理概念上说明电流负反馈使输出电阻增加，电压负反馈使输出电阻减小，串联负反馈使输入电阻增加，和并联负反馈使输入电阻减小的道理。答：电流负反馈主要是稳定输出电流，使输出电流接近于恒流源，当负载变化时，保持输出电流稳定，其效果就是增大了输出电阻，输出电阻越大，越接近恒流源。 电压负反馈主要稳定输出电压，使输出电压接近于恒流源，当负载变化时，电路保持输出电压稳定，其效果就是减小了输出电阻，输出电阻越小，电路带负载能力越强，越接近于恒流源。 串联负反馈由于反馈信号与原输入信号串联，故输入电阻增加。并联负反馈由于反馈信号与原输入信号并联，故输入电阻减小。4-4当放大器改变20%时，如果要求=100,而且的变化不大于1%， （1）试计算和F值。 （2）如果无反馈的，求引入反馈后的通带.解：（1），则则带入上式可得：又.则(2) 。4-5 试证明电流串联负反馈放大器的输入电阻,输出电阻为解：图（a）为计算电流串联负反馈放大器输入电阻框图，可见： 无反馈时输入电阻 有反馈时输入电阻 而 ， , 图（b）为计算电流串联负反馈放大器的输出电阻将信号源,保留内阻，断开,并且在输出端施加一个交流电压源得到电流，如图所示。图中为基本放大器输出端点电路（）的开环转移导纳，忽略反馈网络输入端的降压，有： 由图可得： 得 4-6 试证明电压并联负反馈放大器的输入电阻，输出电阻解：图a为计算电压并联负反馈放大器输入电阻的推图，可见： 无反馈时输入电阻 有反馈式输入电阻 而 图（b）为计算电压并联负反馈放大器输出电阻框图。令=0，断开负载并且在输出端施加一个交流电压源，得到电流，图中是负载开路时基本放大器的开环转移电阻。由图：， 而 4-7电路如图示；设运放为理想运放，（1）合理连线，将信号源和正确的接入电路。使电路尽可能的高的输入电阻。 （2）保证放大倍数,问：应选多大的反馈电阻？解：（1）连接电路如图示，引入电压串联负反馈。(2),4-8 图示放大电路中，为分别实现下面几个方面的要求，应引入何种类型的负反馈，请画上反馈电路：（1）要求元件的系数改变对的静态某电极电压影响较小。（2）要求某电极电流的交流成份基本上不受改变的影响。（3）要求在接上外加负载以后，电压放大倍数基本不变。 （4）要求输入端向信号源索取的电流比较小。 解：（1）稳定集电极静态电压，须引入本级直流负反馈电路。为. (2 ) 若使的交流集电极电流不变，应引入电流负反馈，例， （3）若引入负载后，电压放大倍数基本不变，应引入电压负反馈，为 （4）输入端向信号源索取电流较小，应引入串联负反馈，为。综上所述，引入反馈的电路网络如图所标。4-9，负反馈放大电路如图示，设这些电路满足深度负反馈条件，试运用近似计算法计算它们的电压放大倍数。解：（1）（a)图是电流并联负反馈电压放大电路，由于深度负反馈，则有：，则:,(2) (b)图是电压并联负反馈电压放大电路，由于深度负反馈，则有：，则：故：4-10电路如图： （1）要使电路中引入反馈为负反馈，开关S应置于（a）还是（b）（2）这个负反馈属于何种负反馈？（3）设电路满足深度负反馈的条件电压放大倍数大多是多少？解：（1）引入负反馈开关应置于(b) （2）这个负反馈属于电压串联负反馈（3）因为深度负反馈，则4-11负反馈放大器如图示，假设运放的差模输入电阻为无穷大，输出电阻为零。（1）写出电压反馈系数表达式（2）如果基本放大器的开环增益为，闭环电压增益为，求出（3）如果开环放大倍数减小20% ，那么闭环放大倍数将减少多少？解：（1）这是一个电压串联负反馈电路，因为为差模输入电阻无穷大，流入运放反相端的电流反馈信号：电压反馈系数 (2) 只考虑放大倍数的幅值时有： 则 而 所以(3)由已知条件知，可知，放大器引入负反馈后放大倍数下降了10倍，即，其稳定性提高了10倍，先开环放大倍数减小了20%，即，那么闭环放大倍数将减小2%，则4-12.负反馈放大器如图示 （1）利用近似计算法计算（2）若基本放大器取开环电压增益，利用负反馈表达式计算解：（1）各自组成射极输出电路，输入信号经运放放大后，正半周经过，由射极输出，射极输出器电压放大倍数近似为1。而管电路组成功放电路，将运放信号近似不变的反馈到运放的反相输入端，则电压反馈信号系数，那么闭环放大倍数（2）第5章 信号运算电路5.1 知识点归纳本章主要研究了理想集成运算放大器的特点，基本运算电路和有源滤波电路。1. 理想集成运算放大器引入负反馈，则工作在线性区。净输入电压为零，称为“虚短”；净输入电流也为零，称为“虚断”，“虚短”和“虚短”是分析运算电路和有源滤波电路的两个基本出发点。2.信号运算电路的三种基本形式为：反相输入运算放大器、同相输入运算放大器和差动输入运算放大器。集成运放引入负反馈后可以实现比例、加减、乘除、积分、微分、对数和指数等各种基本运算。求解输出电压与输入电压运算关系的方法有两种：（1）接点电流法列出运算放大器的输入端和输出端及其它关键节点的电流方程，利用虚短和虚断的概念，求出运算关系。（2）叠加原理对于多信号输入电路，可分别求出每个输入电压单独作用时的输出电压，然后将它们相加，就是所有信号同时输入时的输出电压。3.有源滤波电路通常由RC网络和集成运放构成，立刻用它可以抑制信号中不必要的成分或突出所需要的成分。按幅频特性的不同，有源滤波器可分为LPF、HPF、BPF、BEF。潭门的主要性能是同带放大倍数AVF、通带截止频率fP、通带宽度BW。学完本章后，能够达到下列要求：（1）.掌握比例、加减、积分电路的工作原理及运算关系，理解微分、乘除、对数和指数电路的工作原理和运算关系，能够运用续断、虚断的概念分析各种运算电路输出电压与输入电压之间的关系，并能够合理选择电路。（2）.能够正确理解LPF、HPF、BPF和BEF的工作原理，了解它们的主要性能，并能够合理的选择电路。5.2 习题与思考题详解5-1 已知加法器的运算关系为=(5U+10U+0.2U),且反馈电阻=100。画出电路图，并计算电路中的各电阻值。解:加法器运算电路如图. 电路传输函数方程为:=( +).R= R/R/R/ R= 5. = 10. = 0.2.则:R= 20.R= 10.R= 500.R= R/R/R/ R= 20/10/500/100 = 6.17 ()5-2.同相加法器电路图如图.试导出输出电压与输入电压之间函数关系: 解:根据“虚补”“虚断”及线性叠加原理: I= I. U= U.则: U= (1 +)U U = (1 +)U, U= (1+)UU= U+U+ U= (1+)U+ (1+)U+ (1+)U5-3按下列要求设计一个函数电路(要求画出电路图.并算出各元件值).(1) U=5U. 放大器总的输入电阻大于20.(2) U=100 U放大器总的输入电阻等于200,电路中各电阻值不许超过1.解: (1) 传输函数说明该电路是反相比例函数形式.如图: 可导出 U= 则=5. R=5R.若取 R=40. 则R=200. R= R/ R= 40/200 =33.3.(2)若用上图求解,得R=4.不合提意.故采用T型网路代R.则有图示: U= U=0 I=I=0.U=U (1)i=i = (2). 联解(1) (2)式得:A=- 为满足要求.可将比值选放大一些. 选R=400. R=10. 已知R=40. A=100.则R=87.8 R=R/(R+R/R)=36.4 5-4图为一高输入电阻及相放大器，称为输入电阻自举扩展及相放大器，A为主放大器。A为辅放大器。试推导放大器的输入电阻表达式并证明此电路提高输出电阻的原理。解：根据虚补，虚断，虚地概念，可知：U= UU=U 则U=（） U=2 UR= = 该电路利用A构成反相比例运算电路，形成电流I,减小了A的输入电流i,从而提高了输入电阻。5-5能扩展较多函数动态范围的反相放大器为图示：通常函数所加电源电压为15v，则其动态范围约为12v,输出峰峰值电压为24v.采用图示电路可将动态范围扩大一倍，试说明工作原理。（此电路只适用于不接地的负载。即浮动负载情况）。解：该电路由两级反相输入函数组成。第二级输入是第一级输出信号。最后输出是第二级输出电压和第一级输出电压之差：即： U=-U U=- U= U. U= UU= U+U若R=R.则。U=2U。 可见输出是扩展2倍。为使电路平衡。 R= R/ R. R= R/ R= R.5-6 差分放大电路如图示。设输入电压U为三角波，变化范围为03v,U为04v之间变化的方波。试画出输出电压U的波形。并注明电压变化范围。解：该电路是差动输入运算放大器，输出电压与输入差值电压成正比，即：U=代入数据得： 输出波形如图解示：5-6 试画出一个能实现U=10 U5 U+0.1 U的求和电路。解：由已知可得：=10 =0.1 =5若令R=100 R=10 则 R=100 R=20 R=10R= R/ R/ R=100/100/10=.49.75R= R/ R2/ R=10/20/100=6.255-7 试求图示电路输出电压U。图示集成函数均满足理想化条件。解：(1).A为及相求和电路，输出为：U=（ U+ U+ U） =（-5mv）+(10mv)+ (-2mv)=-65mv(2)A为同相加法运算电路，电路中同相端的总电阻R=R/ R/R=10K/10K/10K=3.33反相端的总电阻：R=R/R=10/5=3.33( A反相输入端为“虚地”)R= R。函数两输入端直流电阻平衡，则输出：U= R（+）=10（+）=2mv(3)A为差动输入。实现减法运算，其输出为同相与反相比例运算的叠加。 5-8. 图示为一个反相加法电路，运放的电源电压为12v，此电路能否正常工作，为什么？若不能正常工作，应怎样修改电路。解：根据虚短 ，虚断，虚地，U=U=0，I=I=0则 U=（ U+ U）=(100.5+101)=15vU电源电压。不能正常工作。应改为U=R=12.则R= 80（）。可将R改为80。则可以正常工作了。5-9 反相串联减法电路如图示。试推导U与U，U的关系式：解：A为反相比例运算电路。A为反相加法电路 U=U U =R(+)=R() U+) = UU.5-10双运放加减混合运算电路如图示，请推导出输出电压与输入电压之间的关系式。解：U=（U+U） U=R（ U+U+U）U= U+UUU5-11图示（a）为一积分电路。运放的电源电压为15v.输入信号的波形为（b）图示（1）试定性画出输出信号的波型。（2）将积分电容改为0.01uF.输出波形发生怎样的变化?解：（1）U=1000对于输入的第一个矩形波：t=0时U=0 t=1ms时U=5v同样原理：对于输入一串矩形波，可以相交输出矩形为图示。（2）若C=0.01uF当U=0v. U=0v.当U=5v，U=-5000t(v)当t=1ms, U=-50v.该情况不可能，固为运放电源电压只有15v.若输出电压最大幅度约为电源电压-15v，输出波形为图示，图中斜线顶端对应t轴数值为t=0.3ms.5-12同相输入放大器如图设函数为5Q23.其参数A=5Rid=100,R=4,试用反相放大器的分析方法。计算,Rif, Rof.若函数是理想的，则=？因函数不理想而引起的相对误差有多大？解：若函数是理想的，则，5-13图示电路，设所用器件均具有理想特性，U0.(1)分别写出U和U的表达式。（2）指出该电路是何种电路。解；（1）U=k U U U=A（ UU） 联解：U=A（ Uk U U） U= U= 可见U完成乘法运算。U完成除法运算。5-14 电路如图，设模拟乘法器和放大器都是理想条件，设电容器上的初始电压为零，试写出U，U及U表达式。解：5.15用乘法器可对两个正弦波的相位差进行测量见图所示电路，设,求u0的表达式和其中直流分量V0的表 5-16图示一个一阶低通有源滤波器电路，设A为理想运算放大器，试导出电路的传输函数，并求低通截止频率。解： ，当通带截止，此时第6章 波形发生器6.1 知识点归纳本章主要介绍了正弦波发生器、电压比较器和非正弦波发生器电路。1.正弦波发生器（1）正弦波发生器的组成一般应由放大器，正反馈网络、选频网络和稳幅缓解4个部分组成。（2）振荡的自激条件为 ， 又可分为振幅平衡条件 和相位平衡条件，起振的幅值条件是。（3）振荡频率是由相位平衡条件决定的。RC串并联式镇弦波振荡器中，振荡频率是：；LC正弦波振荡器有变压器反馈式、电杆三端式和电容三端式等几种，它们的振荡频率由谐振回路决定，即。(4)判断正弦波振荡器能否振荡的一般方法和步骤是：观察电路是否具有放大、反馈、选频、稳幅四个基本环节。检查放大电路是否满足放大条件，运放的输入端是否有直流通路，有无放大作用。分析是否满足相位平衡条件，方法是断开回路，引进“输入”，分析反馈信号是否同相，即。在检查是否满足幅值平衡条件。2.电压比较器（1）比较器是用来比较输入信号电压大小的电路。它的输入电压是模拟量，输出电压通常只有高电平和低电平两个稳定状态。（2）通常用电压传输特性来描述电压比较器输出电压与输入电压之间的函数关系。电压阐述特性具有三个要素：一是输出高低电平，它决定于集成运放输出电压的最大幅度或输出端的限幅电路；二是阈值电压，它是使集成运放同相输入端和反相输入端电位相等的输入电压；三是输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，它决定于输入电压是作用于即晨昏运放的反向输入端，还是同相输入端。（3）单限比较器只有一个门限电压，双限比较器和滞回比较器各有两个门限电压值。3.非正弦波发生器（1）矩形波发生器由具有卡关特性的器件（带有正反馈的滞回比较器），反馈网络（能把输出信号恰当的具有开关特性的器件，使其输出改变状态），延时环节，为实现时间的延时和所需要的振荡频率，常用有源和无源RC电路实现）3个部分组成。在三角波和锯齿波发生器中除了上述部分还应加积分环节。（2）判断非正弦波发生器起振的条件是：接通电源，开关器件的输出电压应迅速为高电平或低电平，在经过一定的延迟时间后，又能使比较器改变输出状态。（3）分析电路时要注意比较器输出电压跳变的临界条件和RC电路的瞬态过程，由此来确定肺正弦波的振荡周期。学完本章应达到如下要求：1.熟悉掌握电路产生正弦波振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件，以及RC正弦波振荡电路的组成、起振条件和振荡频率，了解LC正弦波振荡器的工作原理，理解其振荡频率与电路参数的关系，能根据相位平衡条件判断电路是否可产生正弦波振荡。2.正确理解有集成运放构成的矩形波、三角波和锯齿波发生电路的工作原理、波形分析和有关参数。6.2 习题与思考题详解6-1. 什么是振荡器，它与放大器最本质的区别是什么？答：（1）不需要输入信号，自己就能产生各种周期性波形输出的电路则为振荡器。 （2）振荡器与放大器本质的区别在于不需要外加输入信号的激励。6-2正弦波振荡器由哪几部分组成。在正弦振荡器中若无稳幅环节，输出将会出现什么现象？答：（1）正弦波振荡器由放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节四部分组成。 （2）没有稳幅环节只能靠放大器中晶体管的非线性来稳定输出信号幅度，输出波形会失真。6-3.RC文氏桥正弦波振荡器电路如图，试指出哪个电路能产生自激振荡，哪个不能，并说明理由。解： A.根据相位平衡条件，可知，相移=，是负反馈，故无振荡。B. 根据相位平衡条件，可知，相移=，是正反馈，可能振荡。C. 根据相位平衡条件，可知，相移=，是正反馈，可能振荡。D. 根据相位平衡条件，可知，相移=，是负反馈，故无振荡。6-4. RC文氏桥正弦波振荡器如图：(1).写出同相输入端和输出端的电压传输系数(2).试分析这一电路中的正负反馈网络由哪些元件组成(3).写出输出端到同相输入端的反馈系数(4).写出振荡器振荡频率的表达式(5).根据起振条件，试求的值(6).为了稳定振幅，又使输出波形不失真，对反馈电阻有什么要求？解：（1）=（2）正反馈由RC文氏电桥组成；负反馈由热敏电阻和电阻组成。（3） 当时（4）当，。（5）起振幅值条件。即，。（6）应是具有负温度系数的热敏电阻，当流过的电流减小，其阻值增大，当流过的电流增大，其阻值减小，这样才能起到稳幅作用，输出波形基本不失真。6-5.图示RC相移式正弦振荡器电路，该电路的反馈网络稳幅环节分别由哪些元件组成，试分析这一电路产生正弦振荡的原理。解：（1）三只电容器C和两个电阻R组成三级RC相移反馈网络，两只稳压二极管、组成稳幅环节，输出电压幅度为V。（2）三节RC网络在某一频率下产生相移。而运算放大器输出经三节RC相移电路反馈输入端，而运放相移也是，即，满足振荡相位平衡条件，只要放大器有足够的放大倍数，电路就能振荡输出振荡正弦波形。 振荡频率6-6.LC正弦波振荡电路如图示，试判断它们是否可能振荡，若不能试修改电路。 答：（A）该电路不能振荡。电路是变压器反馈式LC振荡器，反馈网络的同名端错了不应画在下端，才能使，满足相位平衡条件，另外，反馈网络缺少一个隔离电容，使电位经接地，晶体管截止。基极与之间应串接一个隔离电容C。（B）反馈信号反馈到基极回路形成负反馈，故不振荡。应改点为电感三点式振荡器。即将从基极断开，改接于发射极。（C）旁路电容将反馈信号短路到地了，应去掉即可。（D）将直接接入发射极，故晶体管截止， 不能振荡。可在、间抽头线中串接一个隔离电容即可。6-7.LC正弦波振荡器如图，试分别算出回路电容和频率的变化范围。解：当为7PF时、串联电容最小：此时振荡频率最大：=4.55MHz当为270PF时，串联电容值最大：。振荡频率为最小值：所以LC回路总电容的变化范围为6.8PF-142PF电路振荡频率范围：4.55MHz-1MHz。6-8.电路如图示 （1）应将石英晶体接在哪两点它才可能产生正弦波振荡。（2）接好石英晶体后，试画出交流通路，并分析其振荡频率。解：（1）石英晶体接在三极管B、C极之间电路才有可能产生振荡。如图：（2）该电路是并联型石英晶体振荡电路，晶体等效为电感，它与、组成电容三点式振荡电路，等效电路如上图所示。
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