作者：何丰,文凤,管春,杨志远(编)
出版社：人民邮电出版社
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低频电子电路习题指导与分析试读：
前言
本书为《低频电子电路》（普通高等教育“十一五”国家级规划教材，ISBN 978-7-115-25559-4）配套教材。在写作中，力求站在教学改革和系列课程整体优化的高度来分析问题，力求体现科学性、工程性和解题思路的拓展性。
1．分析定位
强调分析出发点、分析思路和基础知识的联系。构筑电路目标—信号需求—电路结构—电路信号演变过程—分析流程选定的分析基础思维模式。在学生掌握基本电路要点的前提下，为把握“电路模型”、“单元电路”和“结构电路”之间的联系和差异打下必要的基础。
2．分析中体现出的一般性概念（1）加强对非线性的统一认识，将具体非线性元、器件的运用看成特例，以利于学生在分离与集成、模拟与数字的运用中形成“比较认识”的观念。（2）强调定性分析、定量分析和逻辑思维之间的工程意义，使分析与实际情况结合更为紧密。（3）加强等效和等效条件的描述，强化分析方法选择与非线性元器件模型间的联系。（4）增强分析的模块化思维方法，为在日后课程中通过分层的方框图法，为理解电路需求和设计电路带来便利。（5）加强和拓展了电子电路服务于电子系统的观点，增加了对数字电路服务的基础知识。
本书涉及半导体元器件，基本放大电路，电流源电路，结构放大电路（差分放大器、乙类放大器、反馈放大器），电流模与滤波电路，比较电路，模拟运算电路，直流稳压电路，以及相关电路分析方法和分析方法选择等内容。同时，书中也涉及电路仿真、模拟和数字信号特点等相关问题。
本书由何丰、文凤、管春、杨志远编写。何丰负责全书的统稿工作，并编写了第4章、第5章、第7章，文凤编写了第1章、第2章、第3章，管春编写了第8章，杨志远编写了第6章。
由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请读者批评指正。编者2012年10月 重庆第1章半导体基础元件与非线性电路
本章的关键在于充分认识非线性二极管特性描述的多样性，以及多样性描述在相关电路分析和应用中的作用。
在现代电路运用分析和设计中，我们可能会通过分析软件来分析和设计电路，因此我们更注重的是电路功能的设计，选用的仿真软件通常是针对相关应用领域的专用设计和分析软件，因此，软件中默认值的问题通常都不用考虑。
在现代电路优化和集成内部电路设计中，我们可能更注重电路细节，因此，我们既要关心严格的计算分析，又要关注电路系统的信号目标，如针对数字系统，我们更注重二极管导通和截止区域的差异对电路功能的影响情况。
总之，对于初学者，我们在做题时应关心做题过程中每一步的依据，并透过依据的思考把握元器件模型选取、表达方式选取的精髓，为进入电路开发领域创造条件。
为了做题的方便，图1-1给出了常见二极管电阻特性的近似直折线模型。图1-1思考与练习
1-1 试求在偏压为0.02V、0.05V、0.10V 时，二极管的正向电流与反向电流的比值。
1-2 请定性画出不同温度情况下，二极管的电压电流关系曲线，以说明温度对导电能力的影响情况。
1-3 甲、乙、丙3 个二极管的正、反向特性如表1-1 所示，哪一个二极管的性能最好？表1-1 二极管正、反向特性【分析思路】（1）二极管特性包括电阻特性和电容特性两大类，已知提供的特性没有二极管电容特性的标志，因此，该题只能从电阻特性角度来讨论；（2）基于表1-1提供的数据只能包括二极管电阻特性的导通、截止和反向击穿中的前两个特性，即单向导电特性的内容；（3）从单向导电特性角度观察，“乙”更具有单向导电的优势。【答案】乙的性能最好。
1-4 计算图 1-2 所示电路中，流过二极管的电流 I。设二极管导D通时的正向压降V=0.7V。D图1-2【分析思路】（1）根据已知的“二极管导通时的正向压降 V=0.7V”，二极管可采用图1-3（a）所示的近似模型来分析；（2）D基于除二极管以外的电路为线性电路的特点，可以通过戴维南等效电路来简化。简化后的电路结构如图1-3（b）所示。图1-3【解答】图 1-2（a）所示的等效电阻R=3×2/(3+2) 1.2k=Ω，开路o电压V=−1V；在电源V=−1V作用下，二极管分得的电压必然为反ococ偏压；若二极管不反向击穿，二极管截止，则反偏压为1V，反偏电流I≈0A。D
显然，对于普通二极管来说，1V的反偏压是不足以击穿二极管的，因此前述结论可信。
图 1-2（b）所示的等效电阻R=3×2/( 3+2 )=1.2 kΩ，开路电压oV=4 V；二极管获得正偏压；若二极管导通，即V=0.7 V ，则ocDI=( 4−0.7 )/1.2=2.75mA。D
显然，对于正向2.75mA的电流来说，与计算前的二极管导通假设并不矛盾，即前述结论可信。
1-5 设二极管 VD 的正向压降可以忽略不计，反向饱和电流为 0.01mA，反向击穿电压为25V且击穿后管子开路，求图1-4所示各电路中的电流I。图1-4【分析思路】（1）仅从二极管电阻特性来分析，根据已知，该题二极管可采用图1-5所示的近似模型来分析；（2）由于二极管的导通、截止和反向击穿的差异明显，因此，在计算前最好能明确二极管所处的状态。图1-5【解答】图1-4（a）所示电路为串联电路，10V电压被分配在电阻和二极管上，具体分配数值应根据元件的参数和元件的具体电压电流关系来确定。
如不考虑具体分配电压的数值，二极管处于正偏。
假设二极管导通，即I=(10−V)/R，又在“二极管VD的正向压降on可以忽略不计”的条件下，I=(10−V)/R≈10/R=5mA。on
图1-4（b）所示电路为串联电路，VD正偏、VD反偏截止。从12定性来看，整个串联电路的电流受制于VD的截止，除非VD反向击22穿。另一方面，即使该电路的电压源电压全部加在VD上，都不足以2将其击穿，因此，I≈0.01mA。
图14（c）所示电路中VD导通、VD反偏，此时，电压源电压大12于VD的反向击穿电压，VD反向击穿；由于题中二极管不是专门利22用反向击穿特性的稳压二极管，因此可以说管子在反向击穿后，因瞬间大电流，引起散热问题而热击穿烧毁，烧毁后的稳定电流I=0A。
图1-4（d）所示电路，若将二极管VD和VD看成是一个整体单12元的话，则电路为串联电路，因此“整体单元”的电压是上正下负，即VD导通，VD截止（相对于VD来说，VD等效为开路），所以，1212I=(10−V)/R≈10/R=5mA。on
1-6 在如图1-6 所示电路中，v=1.0sinωt（V），直流电源分别i为-2V、0V、2V情况时，定性画出输出电压波形。设二极管VD具有理想的特性。图1-6【分析思路】该题要求“定性画出输出电压波形”，可以理解为在交流 v=1.0sinωt（V）作用下，画出因二极管导通和截止的巨大差异i带来的响应差异。因此，可以选用二极管理想模型来近似完成求解任务。【解答】在二极管选用理想模型条件下，设图17中，v=V+v，在i已知电源参数数值较小条件下，可以确定二极管不会反向击穿，所以二极管只有导通和截止两种状态。图1-7
当v>0时，即v>−V 时，二极管导通，否则二极管截止。i（1）当V =−2V时， v<0始终成立，即二极管截止， v≈0。o（2）当V=0V时，v>0，v>0，二极管导通，v≈v=v；ioi
v<0，v<0，二极管截止，v≈0。io（3）当V=2V时，v>0始终成立，二极管导通，v≈v=V+v。oi
由此分析，可以画出相应情况下的定性输出波形，如图1-8所示。图1-8【讨论】二极管不会反向击穿是基于该题图中的二极管为普通二极管，以及普通二极管反向击穿电压一般很大的实际情况。此外，题中也无依据涉及二极管可能会热击穿的情况。
1-7 试判断下列二极管的伏安特性表达式是否正确：（1）；（2）；（3）；（4）。【答案】（4）【讨论】该题除了考察对二极管电压电流指数解析表达方式外，还考察了“瞬时值”和“交流值”书写形式的熟悉程度。
1-8 在图1-9 所示的硅二极管电路中，输入交流信号V为5mV，im问输出交流电压V为多少？设电容C对交流信号的容抗可忽略不om计。图1-9【分析思路】（1）从电路结构出发，在两个电源作用下，电路中每个元器件的电压和电流原则上均包含两部分响应，即不变的直流和变化的交流；（2）具体说来，电容所在支路因电容的存在不可能含直流电流的流动，即25Ω电阻上无直流电压降；（3）考虑到交流电压的变化范围较小，由此在各元件上引起的变化电压和电流也不会大，即相对于直流属于小信号。综合起来，该题可以采用在直流工作点下的小信号分析方法。【解答】（1）在令交流电压源为零条件下，画出原电路的直流通路如图1-10（a）所示。图1-10
在只提供二极管为“硅管”信息条件下，我们能采用的最精确二极管模型也只有图1-10（c）所示的模型了。据此，得Vo直=6−0.7=5.3 V ， I=5.3/5.1=1.04mA；管子处于导通状态。D直（2）在令原图1-9中直流电压源为零条件下，画出原电路的交流通路如图1-11（a）所示，在二极管用小信号电阻替代，容抗近似为零的电容用短路线替代后得小信号等效图，如图1-11（c）。图1-11【结论】在二极管直流压降V=5.3V，交流压降V=2.5mV条D直d交m件下，可知满足计算前的“小信号分析”假设条件，因此分析合理，即V≈2.5mV。om
1-9 请思考下列说法是否正确：（1）二极管的结电容越大二极管允许的最高工作频率越高；（2）二极管的结电容与外加电压的关系是线性的；（3）二极管的结电容由势垒电容和扩散电容组成；（4）在反偏时主要由扩散电容起作用。【解答】（1）不对，因结电容越大，在高频工作时会失去“单向导电”的二极管的代表特色；（2）不对，二极管属于非线性元件；（3）对；（4）不对。
1-10 在某电路保持不变的条件下，温度为20℃时测得二极管的电压V=0.7V。当温度上升到40℃时，V的大小将增加还是减小。DD【解答】因温度上升，原子的外层电子活跃性增强，降低了原子核的约束，即外电压引起的导电能力增强。可见，在电流不变条件下，温度上升时正偏二极管的V将减小。D
1-11 如何用万用表来判断二极管好坏、极性。【原理】利用万用表内部的电源，通过电阻挡，以及非反向击穿条件下，通过表笔的交换完成正偏和反偏导电能力的测试。
1-12 电路如图1-12 所示，请在选用图1-10（c）所示的二极管模型，以及V=0.6V时，画出电路输入输出电压关系曲线。on图1-12【提示】在题目未给二极管击穿依据条件下，我们应在二极管不会击穿条件下来开展分析。图1-12（a）、（b）所示电路的关键在于找出二极管导通与否的输入电压边界。
1-13 电路如图 1-13 所示，已知稳压管 VD的稳压值V＝10V，ZZ稳定电流的最大值I= 20mA，稳定电流的最小值I= 5mA，负ZmaxZmin载电阻R＝2kΩ。要求当输入电压V由正常值发生±20%波动时，输LI出电压基本不变。试求：电阻 R和输入电压V的正常值。I图1-13【分析思路】根据题意，梳理清楚不同情况下各相关元件的电压电流变化的定性情况，即在没有开展定量分析前，应根据电路开展一个定性的电压电流制约关系分析（这对“电子电路”的学习非常重要）。
1-14 请从工程实现角度出发，思考代表数字信息 1 和 0 的电位要设定为有一定误差的电位范围，而非固定的电位值。【分析思路】理论上，代表数字信息1和0的电位设定为固定值时，在工程实现中是不可能的。由此，我们如何根据 1、0 的巨大差距，让电路实现更容易就成为我们思考的基础，当然，随着社会发展，对 0、1 处理电路的与日俱增，我们可能对该问题的思考会更深入。
1-15 电路如图1-14 所示，请在输入只能取+5V和0V条件下，给出输入v、v和输出v的关系。ABY图1-14【提示】（1）在信息处理电路范畴内，该题的二极管模型选取原因与《低频电子电路》教材21页所讲的对应，即采用图1-1所示直折线电阻近似模型（b）或（c）；（2）做题时，采用列表方式给出不同输入与输出的对应结果，可以较好地和直观地展现分析的结果。练习题
一、单选题
1．在N型半导体中，电子浓度______空穴浓度。
① 等于
② 不确定
③ 大于
④ 小于
2．在图1-15所示二极管电路中，当电源E=5V时，测得电阻上的电流I=1mA。若把电源电压调整到E=10V，则电流I的大小将______。图1-15
① 小于2mA
② 等于2mA
③ 大于2mA
④ 不能确定
3．在常温下，锗二极管死区电压约______伏。
① 0.1
② 0.2
③ 0.5
④ 0.7
4．二极管的反向饱和电流I在环境温度升高时，其变化的趋势S是______。
①不变
② 增大
③ 减小
④ 不确定
5．二极管的结电容______。
① 越大二极管允许的最高工作频率越高
② 与外加电压的关系是线性的
③ 由势垒电容和扩散电容组成
④ 在反偏时主要由扩散电容起作用
6．电路如图116所示，D的稳定电压为8V，D的稳定电压为z1z26V，则V=______。（D、D均是硅管）。0z1z2图1-16
① 1.4V
② 14V
③ 8.7V
④ 6.7V
7．稳压二极管______越好。
① 动态电阻越小
② 稳定电压越大
③ 稳定电流越大
④ 额定功率越小
二、多选题
1．由两种以上半导体构成的半导体元器件具有______。
① 线性伏安特性
② 不理想的温度特性
③ 非线性伏安特性
④ 电容特性
⑤ 线性电容特性
2．二极管反偏时，具有______特点。
① N极电位高于P极
② 势垒电容小于扩散电容
③ 势垒电容大于扩散电容
④ P极电位高于N极第2章半导体受控器件基础
本章是在第1章的非线性二极管基础上，进一步讲解非线性晶体管和场效应晶体管的特性。
对于初学者，必须注意把握非线性的区域特性、区域描述方法和区域特性成立的条件等相关内容。思考与练习
2-1 晶体管的基区为什么必须很薄？发射区和集电区有哪些异同点？【解答】为了保证发射结外加电压诱导来的载流子能到达集电结边界，从而到达控制集电结少数载流子浓度，因而基区必需很薄。发射区和集电区同为N型或P型半导体；发射区掺杂浓度大于集电区，集电结的面积要大于发射结面积。
2-2 有一锗晶体管的I=5μA，α=0.98。试求它的I与β值。CBOCEO【解答】，I=(1+β)I=250μACEOCBO
2-3 请在晶体管输入特性曲线中，标注出截止区、放大区和饱和区的位置。【解答】图2-1标出了NPN晶体管输入特性曲线的不同区域。图2-1
2-4 锗PNP 型晶体管作为放大应用时，其极间电压如何设置？【分析思路】一般来说，无论NPN管还是PNP管，管子处于放大状态的条件均是发射结正偏，集电结反偏，即对NPN管：v>v>v；对PNP管：v
2-5 当温度升高时，晶体管参数 I、β、I将如何变化？（提示：CBOC根据导电原理和二极管导电特性定性分析）【解答】温度升高时反向饱和电流 I增大（由少数载流子漂移CBO运动形成，少数载流子由本征激发产生，本征激发跟温度有关）；此外，温度升高，β会因基区少数载流子活跃性提升而增大，I会因PNB结导电能力提升而增大（参见习题1-10的解答）。
又因为I=βI+( 1+β) I，因此，温度升高时，晶体管I 将增大。CBCBOC
2-6 问：（1）已知某电路中未损坏晶体管的各端电位如图 2-2（a）、（b）所示，请判断该晶体管所处的工作状态；（2）处于放大状态的晶体管各端电位如图 2-2（c）、（d）所示，请标明该晶体管各电极名称、晶体管类型和制造晶体管的材料类型。图2-2（1）对于图2-2（a）、（b）两图【分析思路】基于总体上有：“发射结正偏、集电结反偏时，管子处于放大状态；发射结和集电结都正偏管子处于饱和状态；发射结和集电结都反偏管子处于截止状态”。【解答】对于图2-2（a），满足发射结正偏，集电结反偏，所以管子工作于放大状态；对于图2-2（b），满足发射结正偏，集电结零偏，所以管子工作于放大状态。（2）对于图2-2（c）、（d）两图【分析思路】（1）这两图并未给出管子类型和电极的具体名称等信息，因此，必须通过提炼不同类型晶体管的共有特性和差异等细节，才能有效确定题中管子，完成解答。（2）无论 NPN 还是 PNP，晶体管处于放大时，基极电位都处于三个电极电位的中间，因而可以通过已知电位，率先判断出基极；又因处于放大状态下的发射结正偏压，并且取值只有0.7V或0.2V左右的两种情况，以及一般情况下，发射结正偏压小于集电结的反偏压，不难确定发射极和集电极。【解答】对于图2-2（c）因9>4.7>4，所以4.7V对应的电极为基极，4V对应的电极是发射极，9V对应的电极是集电极。因v=0.7V，BE所以是硅管；又因为v>v>v，所以是NPN管。CBE
对于图2-2（d）因−5>−5.7>−10 ，所以−5.7 V对应的电极为基极，−5 V对应的电极是发射极，−10V对应的电极是集电极。因v=BE−0.7V，所以是硅管；又因为v 2-7 问：（1）测得一个硅PNP型晶体管的b、c、e三个电极对地电压分别为：V=−3.2V ，V=−2.5V ， V=−7V，判断该管工作于什BEC么状态；（2）测得NPN型晶体管的e、b、c三个电极对地电压分别为：V=3.2 V ， V=2.5 V， V=7 V ，判断该管工作于什么状态。EBC【分析思路】同题2-6（1）【解答】对于（1）满足发射结正偏，集电结反偏，所以工作于放大状态；对于（2）满足发射结反偏，集电结反偏，所以工作于截止状态。 2-8 问：与PNP 晶体管发射极电流最大相对应的直流V是：BE0.02V、−0.05V、0.10V、−0.10V？【分析思路】因PNP与NPN管的导电原理类似，因此，PNP管的输入特性关系曲线如图2-3所示。图2-3【解答】0.10V和0.02V为发射结反偏，即发射极电流很小；−0.05V 和−0.10V 为发射结正偏，即发射极电流可能因导通而较大，在给定管子的前提下，显然因−0.10V正偏大，对应的发射极电流最大。 2-9 请思考基区调宽效应对晶体管特性有何影响。【解答】对NPN管来说，由于基区调宽效应的影响，管子进入放大区后，集电极电流i会随v的增加而略有增加，相应的基极电流iCCEB会略有下降，即管子的β略增大。 2-10 电路如图 2-4 所示，在每个输入信号均可以选择5V或0V的情况下，用列表方式给出3个输入端不同选择组合得到的输入输出信号对应关系。图2-4【分析思路】（1）该题中的输入二极管部分与 1-15题的对应电路图1-14（b）的类似，即利用本书1-14题、1-15题的思路来近似计算分析。（2）通常将VD、VD、VD的阳极连接在一起的情况称为共123阳极连接。共阳极二极管输入阴极电位低的二极管可能导通，其他二极管则不导通。【解答】
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]