作者：李刚,林凌
出版社：电子工业出版社
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电子电路与元器件应用900问试读：
前言
作为“职场新生代实用电子技术问答系列”丛书之一的《电子电路与元器件应用900问》，主要是介绍有关电路的基本理论与常识、基本元器件和工艺的问题及其解答，如电路定理、定律的应用，数字电路与模拟电路，信号频率，电磁量的测量与量纲，电阻、电容和电感，各种各样的晶体管等。这些基础理论与常识的重要性是不言而喻的。实际上，一个电路高手就是在扎实的理论基础上，对元器件、电路、系统、仪器和测量的实际知识有全面而深刻的理解。虽然在学校学习期间，职场新生代已经学习并掌握了基本理论，但对基本元器件的知识和工艺的问题接触并不是太多，“基本理论如何联系实际”也往往是他们面对实际应用时无从下手的问题。本书的目的就是要帮助职场新生代尽快地了解和掌握元器件、电路、系统、仪器和测量的实际应用知识。
本书收集了高年级大学生、研究生在实验和课题研究工作中的电路基础理论与基本元器件问题，这些问题中的绝大多数是从事电子领域工作人员必然会遇到的。书中问题涉及面广、解答深入，对电子、机电、测控和仪器仪表类专业的大学生掌握电子电路的理论、提高实践能力有很大的帮助，同时对从事电子领域的工程技术人员也具有很高的参考价值。
本书收集的问题可能从不同的角度、层面提出，因而有不少的问题有相当程度的重叠。相应地，回答问题也有多种角度、不同的层面，这样可能更有助于读者理解和体会这些问题和相关知识。
本书共分5章，王金海教授编写了第1章，刘玉良副教授编写了第2章，乔晓艳副教授编写了第3章，曾锐利副教授编写了第4章，李家星博士编写了第5章。全书由林凌教授和李刚教授整理和统稿。
编者
于北洋园第1章 电路基本理论与常识001 相比于模拟电路，数字电路有何优势？
目前，越来越多地提到数字化，如数字化家电、数字化仪器等，就连食堂里也装上了数字电视机，这说明数字电路确实比模拟电路有优势。其中有一点，数字电路要比模拟电路功耗小。
数字电路中的晶体管都工作在开关状态，即工作在截止和饱和两种状态。截止时晶体管两端虽然电压很高，但流过晶体管的电流却基本为零，饱和时虽然有电流流过晶体管，但此时晶体管两端的电压却基本为零，所以管耗就极小。仅在两种状态互相转换时经过放大区的一瞬间有微不足道的功耗存在。另外，数字电路还常用单极型晶体管电路，即MOS电路，它是一种电压控制器件，在数字状态下工作管耗更小，模拟电路中的晶体管工作在放大区，晶体管两端的电压和流过晶体管的电流均较大，为防止信号在传输、放大过程中失真，还给晶体管建立静态工作点，所以功耗明显高于数字电路。
由于数字电路功耗低，因而可以有很高的集成度，功能也更强大。
另外，数字信号处理的优点是具有稳定，不需要调试、设置，修改方便，容易实现自适应处理等，这些都是数字电路比模拟电路优越的地方。002 频率是如何划分的？
直流：0Hz；
超低频：0.03～300Hz；
极低频：300～3000Hz；
甚低频：3～300kHz；
长波：30～300kHz；
中波：300～3000kHz；
短波：3～30MHz；
甚高频：30～300MHz；
超高频：300～3000MHz；
特高频：3～30GHz；
极高频：30～300GHz；
远红外：300～3000GHz。003 P型半导体、N型半导体带电吗？为什么？
P型半导体和N型半导体都是电中性的，对外不显电性。这主要是由于纯净的半导体和掺入的杂质元素都是电中性的，而且在掺杂的过程中既没有失去电荷也没有从外界得到电荷，只是在半导体中出现了大量可以运动的电子或空穴，并没有破坏整个半导体内正、负电荷的平衡状态。004 半导体分哪几种？各有什么特点？
半导体分为本征半导体、P型半导体和N型半导体。
本征半导体：我们把纯硅和纯锗晶体等称为本征半导体。硅和锗为四价元素，其晶体结构稳定。其中，锗的禁带宽度比硅晶体小，其导电性随温度的变化就比硅晶体显著。
P 型半导体：在四价本征半导体中掺入适当三价原子就形成了P 型半导体。由于三价原子在组成共价键时缺少一个电子，所以很容易从四价原子中获取一个电子而出现空穴。自由空穴浓度高于自由电子浓度。
N型半导体：在四价本征半导体中掺入适当的五价原子就形成了N型半导体。与P型半导体相似，五价原子容易释放一个电子成为自由电子。自由电子浓度高于自由空穴浓度。005 PN结的单向导电性在什么外部条件下才能显示出来？
PN结的单向导电性只有在外加电压时才显现出来。006 什么是采样和采样恢复？（1）对连续信号进行等间隔采样形成采样信号，采样信号的频谱是连续信号频谱以采样频率进行周期性的延拓而形成的。（2）信号的最高截止频率为f，采样频率为f，如果采样频率f≥mss2f，那么让采样信号通过一个截止频率为f的理想低通滤波器，可mm以唯一地恢复出原来的信号（这是奈奎斯特采样定律），否则会造成采样信号的频谱混叠现象，不可能无失真恢复原来的信号。
但考虑实际所采样的模拟信号的频谱不是锐截止的（理想的矩形特性），最高频谱的上面还有一些较小的高频分量，所以一般f取（5s～10）f。m007 采样率过低会出现什么现象？如何计算偏差？怎样解决？
采样率过低的结果是还原信号的频率与原始信号不同。这种信号畸变称为混叠。出现的混频偏差是输入信号的频率和最靠近采样率整数倍的差的绝对值。
例如，采样频率是100Hz，信号中含有510Hz的成分，那么混叠偏差就是F=|5×100-510|=10Hz。
为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去，这个滤波器就称为抗混叠滤波器。008 常用的窗函数有哪些？（1）矩形窗相当于间隔为1、0的窗口的叠加，数学表达式为
N 为窗口的长度，应用矩形窗相当于没有任何窗，因为矩形窗只能在有限的时间段内截断信号，而且矩形窗拥有最大的频谱泄露。矩形窗对分析瞬时现象很有用，即信号持续时间比矩形窗宽度短。（2）指数窗的窗口形状为一个衰落的指数图形，数学表达式为
这里的f是最终值，窗口的初值为1，逐渐衰减至f，f的值在0～1之间。指数窗对于分析信号瞬时现象很有用（信号持续时间短，但比窗口宽度长）。（3）海宁窗的形状为一正弦曲线，定义为
海宁窗应用于信号宽度比窗口宽度宽，并且用于一般目的的应用。（4）汉明窗是对海宁窗变换而得来的，其形状也是一条正弦曲线，定义为
可以看到海宁窗和汉明窗有些相像，但是从时域中看海宁窗在边界处趋近于零，汉明窗则没有。汉明窗主要应用于声音处理。（5）三角形窗的形状为三角形，定义为
该窗无特殊应用。009 在测控系统中，如何采用模拟电路或数字电路？
显然，数字电路比模拟电路具有明显的优势，但目前在绝大多数测控系统中模拟电路仍然是不可缺少的组成部分：绝大多数的被测信号是模拟量，而且可能是微弱的模拟信号，需要放大和经过模数转换为数字信号后才能由数字电路（嵌入式计算机）来处理。而很多被控制的对象也是模拟信号或需要模拟信号来控制的。因此，精心设计模拟电路在未来相当长的一段时间内依然是测控系统中特别关键的内容。在可能的情况下，尽量采用数字电路（数字信号处理）是提高测控系统性能、稳定性、工艺性、降低系统成本、使系统容易维护和升级的前提。010 常用的相位补偿技术有哪些？
相位补偿技术主要有以下四种方法。（1）加简单滞后电容补偿，牺牲带宽，以换取稳定性。（2）加密勒电容补偿，需要电容容量小，适合于集成电路。（3）加电阻与电容来补偿，在传递函数中增加一个零点，以消除一个极点。这种办法所牺牲的带宽要小一些。（4）在反馈网络中加电容，即在F（jω）中引入一导前相位，抵消A（jω）的滞后相位，从而达到改善稳定性的目的。011 窗函数有什么作用？
根据谱功率的定义，在对信号做功率谱分析时，要对无限长的信号进行分析。这在实际上是不可能的，只能进行有限长度的信号分析。截取的过程就是将无限长的信号乘以一个有限宽度的窗函数，对截取的信号进行功率谱分析得到近似谱，这个近似谱与真实谱之间是有区别的，这就不可避免地带来误差，这个误差与截取的宽度有关。对窗函数进行FFT运算就得到响应的频率窗。
应用窗函数的原因有很多种，例如，定义测量的持续时间，减少频谱泄漏，从频谱非常接近的信号中分离出幅度不同的信号。012 电路原理图中的DGND和AGND指什么？为什么两者是分开的？
DGND是数字地，是数字电路零电位的公共基准地，AGND是模拟地，是模拟电路零电位的公共基准地。二者都是作为零电位的公共基准地，但是由于数字电路工作在脉冲状态，且变化的速度比较快，因而数字地上的噪声比较大。而模拟电路的模拟信号既容易受外界干扰，又容易产生干扰，所以对地的要求也就比较严格。如果将数字地和模拟地混合使用，则模拟信号受数字信号的影响比较大。013 如何识别集成电路？
集成电路器件表面通常有生产厂家标志，并在显著位置标明型号。有的产品还标明了器件类别，如CPU、TTL等。而电路图中，集成电路大多用字母IC（Integrated Circuit），有时也用N、T、U等字母，字母后面是器件序号。电路图中，集成电路的图形符号较简单，往往是方形、矩形和三角形框，而在其周边画引脚。014 对于串联反馈电路来说，信号源的内阻是大还是小好？为什么？
对于串联反馈电路，它与输入信号在放大电路的输入端总是以电压形式做比较的，其信号源的内阻R越小越好，因为对于反馈电压Usf来说，信号源内阻R和输入电阻r是串联的，当R小时，U被分去的ssf部分也小，输入电压U的变化就大了，反馈效果好。i015 反馈深度与附加相位是什么关系？
由控制理论可知：反馈深度越深，则传递函数的阶数越高，相频特性曲线的趋近值越小，系统越不稳定，如二阶系统的相频曲线趋近-180°。016 什么是dB（分贝）？什么是功率电平？
在我们日常生活和工作中离不开自然计数法，但在一些自然科学和工程计算中，对物理量的描述往往采用对数计数法。从本质上讲，在这些场合用对数形式描述物理量是因为它们符合人的心理感受特性。这是因为，在一定的刺激范围内，当物理刺激量呈指数变化时，人们的心理感受是呈线性变化的，这就是心理学上的韦伯定律和费希纳定律。它揭示了人的感官对宽广范围刺激的适应性和对微弱刺激的精细分辨，好像人的感受器官是一个对数转换装置一样。
采用对数描述上述的物理量，一是用较小的数描述了较大的动态范围，特别有利于作图的情况。它也把某些非线性变化的量转换成线性量。另一个好处是把某些乘、除运算变成了加、减运算，例如，计算多级电路的增益，只要求各级增益的代数和，而不必将各级的放大/衰减倍数相乘。
零和小于零的负数是没有对数的，只有大于零的正数才能取对数，这样一来，原来的物理量经过对数转换后，原来的功率、幅度、倍数等这些非负数性质的量，它们的值域便扩展到了整个实数范围。这并不意味着它们本身变负了，而只是说明它们与给定的基准值相比，是大于基准值还是小于基准值，小于则用负对数表示，若大于则用正对数表示。
分贝的计算很简单，对于振幅类物理量，如电压、电流等，将测量值与基准值相比后求常用对数再乘以 20；对于它们的平方项的物理量，如功率，取对数后乘以 10 就行了；不管是振幅类还是平方项的物理量，变成分贝后它们的量级是一致的，可以直接进行比较、计算。
在电信技术中一般都是选择某一特定的功率为基准，取另一个信号相对于这一基准的比值的对数来表示信号功率传输变化情况，经常是取以10为底的常用对数和以e=2.718为底的自然对数来表示。其所取的相应单位分别为贝尔（B）和奈培（Np）。贝尔（B）和奈培（Np）都是没有量纲的对数计量单位。
分贝（dB）的英文为decibel，它来源于拉丁文decimus，意思是1/10，decibel就是1/10贝尔。分贝一词于1924年首先被应用到电话工程中。
在 1926 年国际长途电话咨询委员会召开的第一次全体会议上，讨论并通过了使用传输单位的建议，贝尔和奈培正式在通信领域中普遍使用。分贝的代号也有过多种形式：DB、Db、db、dB。1968年国际电报电话咨询委员会（CCITT）第四次全会，考虑到在通信领域里同时使用两种传输单位非常不方便，而当时无线电领域中却只使用着一种传输单位dB，因此全会一致通过了第B4号建议，规定在国际上只使用分贝一种传输单位，并统一书写为dB。
我们知道，测量海拔高低的基准点是位于青岛的黄海水准点，测量温度高低的基准点是纯水在一个大气压时的结冰点，测量电信号（功率、电压、电流）的基准点就是人为选择的特定基准，这个基准我们暂且把它称为“零电平”。这个特定的功率基准就是取1mW（毫瓦）功率作为基准值，这里要特别强调的是：这1mW基准值是在600Ω（欧姆）的纯电阻上耗散1mW功率，此时电阻上的电压有效值为 0.775V（伏），所流过的电流为 1.291mA（毫安）。取为基准值的 1mW、0.707V、1.291mA分别称为零电平功率、零电平电压和零电平电流。
利用功率关系所确定的电平可以称为功率电平（需要计量的功率值和功率为 1mW 的零电平功率比较），用数学表达式描述为
式中 P——功率电平；m
P——需要计量的绝对功率值，单位为mW，零电平功率为1mW；
dBm——以1mW为基准的功率电平的分贝值。
不同的绝对功率值所对应的以1mW为基准的功率值如表1-1所示。表1-1 用dBm表示的绝对功率017 什么是电压电平？
利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平，简称电压电平，用公式表示为
式中 P——电压电平值；v
U——需要计量的绝对电压值，单位为V。
特别要注意的是：根据电压电平的定义，其零电平电压必须是0.775V有效值，不能随意用其他电压值作为基准来定义电压电平，否则容易引起混乱。018 功率电平和电压电平是什么关系？
功率电平和电压电平之间有着非常密切的关系，从实质上讲，它们是一致的。但现在世界上不同国家使用的习惯却是不一样的，如英国（包括英联邦国家）等主要使用功率电平，而有的国家，如法国、俄罗斯等国家却主要使用电压电平。这样一来，那些专门生产测量仪器的厂家（如惠普、马可尼、摩托罗拉、西门子等公司）就要按照不同国家用户的需要来供货，既可以提供以功率电平定标的仪器，也可以提供以电压电平定标的仪器。在我国，这两种定标读数的测量仪器都在使用。造成这种混乱现象的原因，一是因为我国在计量领域没有严格立法；二是因为各自为政地引进国外的测量仪器。
功率电平和电压电平之间可用下面公式来换算：
其中，P=20lg（U/0.775）（dB）。功率电平P的计量单位是vmdBm，电压电平P的计量单位是dB。v
当阻抗 Z=600Ω 时，10lg（600/Z）=0，此时 P=P ，即功率电mv平与电压电平相等。当 Z≠600Ω时，即使是同一功率，用功率电平表来测，读数是P，用电压电平表来测却是P，两者读数不相等。表mv1-2更直观地给出功率电平与电压电平的数量关系。表1-2 功率电平与电压电平的数量关系
我国现在使用的测量仪器中，有以1mW功率为0电平刻度的功率电平表，也有以电压0.775V为0 电平刻度的电压电平表，我们在使用这些测量仪器时，要留心这一点，否则，出现了测量差错，还以为是仪器性能不好。
对于同样是以0.775V为0dB来刻度的电压电平表，在测量时（如测量天线的灵敏度、天线的增益、接收机的灵敏度）还要注意仪器的测量端子与被测设备、电路端口的阻抗是否匹配，否则会产生反射损耗，引起测量误差。
这些测量仪器的面板上或挡位上常标有 600Ω、300Ω、150Ω、75Ω、50Ω 的不同阻抗，这是提供在阻抗匹配的条件下做终端测量时用的，其仪表面板的读数都是电压电平。
有线通信系统和设备常采用600Ω的输入/输出端口，无线通信系统和设备的平衡输入/输出端口常采用 300Ω的阻抗，电视、图像、视频系统的输入/输出端口常采用 75Ω的阻抗，无线通信系统和设备的射频不平衡输入/输出端口往往采用50Ω的标准阻抗。表1-3给出dBm-mV/μV的换算表。表1-3 dBm-mV/μV换算表续表019 广播站使用的扬声器与用白铁皮制成的圆锥形简制扬声器在实现声音放大时的原理有什么区别？
前者使用模拟放大器，利用电池提供的能量将人声（使用声音传感器转换为输入电信号）放大后输出（传出电信号驱动鼓盆发声）；后者利用声波的叠加放大原理实现人声放大。020 什么是保持时间？
保持时间就是在时钟脉冲触发沿到来之后，输入信号需要维持的时间。021 什么是集成电路？它有哪些特点？
集成电路是一种将管、路紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采取专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成电路体积小、重量轻、耗电少、可靠性高，已成为现代电子器件的主体。集成电路的特点如下。（1）集成电路中元器件是在相同的工艺条件下做出的，邻近器件具有良好的对称性，受环境温度和干扰的影响后变化相同，有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成工艺制造电阻、电容数值范围有一定限制，电阻是使用半导体材料的体电阻制成，难以造得很大，一般在十几～几十千欧，集成电路的电容是用PN结的结电容制成，一般不超过100pF，集成电感只限于微亨级的小数值，一般尽量避免使用。
集成电路在结构形式上有以下特点。（1）用元器件参数对称性来提高电路稳定性。（2）利用有源元件代替无源元件，尽量多用晶体管、场效应管，少用大电阻、电容（如用晶体管接成电流源来代替大电阻）。（3）采用直接耦合（因为无大电感、电容，不宜用阻容耦合、变压器耦合）。（4）采用复杂电路结构。（5）适当利用外接分立元件。022 计算交流电路的平均功率时会涉及一个功率因数cosφ，它在实际中会产生哪些问题，如何解决？
交流电路的平均功率计算公式为 P=UI cosφ。当电压与电流之间有相位差时，即功率因数不为 1时，电路中发生能量互换，出现无功功率，引起以下两个问题。（1）发电设备的容量不能充分利用。由P=UI cosφ可知，当NNcosφ＜1时，因为发电机的电压、电流不容许超过额定值，功率因数越小，发动机发出的有用功率越低，而无用功率Q=UIsinφ越大，则发动机发出的能量就不能充分利用。（2）增加线路和发动机绕组的功率损耗问题。功率因数的提高能使发电设备的容量得到充分利用，同时也能使电能得到大量节约。
功率因数不高，根本原因就是由于电感性负载的存在。提高功率因数的常用方法就是与电感性负载并联静电电容器。023 串、并联谐振电路的特性如何？
串联谐振电路：当外来频率加于一串联谐振电路时，它有以下特性。（1）当外加频率等于其谐振频率时，其电路阻抗呈纯电阻性，且有最小值，它这个特性在实际应用中称为陷波器。（2）当外加频率高于其谐振频率时，电路阻抗呈感性，相当于一个电感线圈。（3）当外加频率低于其谐振频率时，这时电路呈容性，相当于一个电容。
并联谐振电路：当外来频率加于一并联谐振电路时，它有以下特性。（1）当外加频率等于其谐振频率时，其电路阻抗呈纯电阻性，且有最大值，它这个特性在实际应用中称为选频电路。（2）当外加频率高于其谐振频率时，电路阻抗呈容性，相当于一个电容。（3）当外加频率低于其谐振频率时，这时电路呈感性，相当于一个电感线圈。
所以，当串联或并联谐振电路不是调节在信号频率点时，信号通过它将会产生相移（即相位失真）。024 什么是电路的响应？
电路的工作状态有两种：一种是稳定状态、一种是暂时状态简称暂态。在具有电容、电感的电路中，当电路的工作条件发生变化时，由于储能元件储能的变化，电路将从原来的稳定状态经历一定时间变换到新的稳定状态，这一变换过程称为过渡过程，电路的过渡过程通常是很短的，所以又称为暂态过程。
根据电路的激励（电路中发生电流、电压的起因）通过对电路的暂态分析来得到电路的响应（受激励的作用，在电路中所引起的电流与电压称为响应），由于激励和响应都是时间的函数，所以这种分析又称为时域分析。025 简述什么是分布电容？如何减少分布电容的影响？
分布电容是指由非形态电容形成的一种分布参数，一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。
对高频电路而言，PCB布线时，两条线路最好不要平行走太长，越细短越好。在绕线圈时，可以采用花篮线圈绕法。板上适当多采用过孔，可以减少板层分布电容。026 雪崩击穿和齐纳击穿的异同是什么？
雪崩击穿和齐纳击穿都是随着PN结反向电压增大到一定值时，反向电流随反向电压剧增的现象。其中，雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的 PN 结中，且击穿电压较高，其值随掺杂浓度降低而增大。齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，其值随掺杂浓度增加而减小。
一般而言，击穿电压在6V以下的属于齐纳击穿，击穿电压在6V以上的主要是雪崩击穿。027 三极管模型中等效电阻r是何种电阻？be
对非线性电阻来说，直流电阻是电阻两端直流电压与流过它的直流电流的比值 R=U/I；交流电阻是交流小信号状态时非线性器件伏安特性在静态工作点处切线斜率的倒数，即
在交直共存的电路（如放大电路）中，既有直流基础又有交流工作状态，对于非线性器件来说，伏安特性I=f（U）不是直线。所以只要直流基础（电路的静态工作点Q）不同，则其直流电阻也不同，其交流电阻随Q的不同也发生变化。三极管模型中，等效电阻r是交流be电阻，注意它不能用来进行电路的静态工作点计算。028 仅把放大器的输入信号幅度提高，而不加负反馈，同样可以提高信噪比吗？在放大器电路中引入负反馈的作用是什么？
不可以。因为放大器的线性工作范围是有限的，这限制了放大器的输入信号不能任意加大，从而使得信噪比不能随意增大。因此，在放大器中引入负反馈，其主要作用是为了扩大放大器的线性工作区的范围，使得放大器的输入信号在有限范围内任意增大。这样一来，当放大器的输入信号幅度增大时，由于输出信号维持不变，从而引入负反馈可以使放大器的信噪比得到提高。029 开关电容电路的组成和常用的时钟信号是什么？
开关电容电路（Switched Capacitor Circuit）简称SC，主要由MOS电容、MOS开关、时钟信号发生器、运放或比较器等组成。
时钟信号由MOS数字电路产生。在SC中常用的时钟信号有两相时钟信号和多相时钟信号。两相时钟信号有两相窄脉冲时钟和两相不重叠时钟两种信号。多相时钟信号指三相或三相以上的时钟信号。一般我们分析时，将上述时钟理想化，脉冲沿的上升和下降时间为零。030 什么是拉电流与灌电流？在电路中如何考虑？
所谓“拉电流”，是指驱动负载的电流方向为从电路输出端流向负载。而“灌电流”是指驱动负载的电流方向为从负载流向电路输出端。
如图1-1 所示为发光管驱动电路。在图1-1（a）中，当输出端（逻辑门）为高电平时才符合发光二极管正向连接的要求，这样的方式是拉电流输出。而在图1-1（b）中，当输出端（逻辑门）为低电平时才符合发光二极管正向连接的要求，这样的方式是灌电流输出。
拉电流与灌电流应用的区分应该在于提供负载电流的方向不同，电路本身的驱动能力也不同。对于绝大多数的逻辑电路（数字电路和单片机等）和模拟电路（如运放和比较器），它们输出“拉电流”的能力很弱，一般只有不到1mA，而输出“灌电流”的能力却相对较强，一般可到5～10mA。图1-1 发光管驱动电路
所以，在需要一定的电流驱动的情况下，一般将驱动负载使用“灌电流”比较合适，如驱动发光管采用图 1-1（b）所示的方式。对其他的负载也是一样的。031 为减少运放偏置电流的影响，应如何选择外围电阻值？
为减少运放偏置电流的影响，除了应选择偏置电流小的运放外，还应正确选择运放的外围电阻。
以图1-2所示的电路为例，应该如何选择R？1
为减少运放的偏置电流的影响，R应等于R与R的并联值，经124计算R=33.7Ω。但电阻不能随意取值，国家标准规定了电阻的阻值1按其精度分为两大系列，分别为E-24系列和E-96系列，E-24系列精度为5%，E-96系列为1%。在精度为1%的金属膜电阻中，可以找到接近（包含）R的34kΩ电阻。所以，可以选用34kΩ的电阻或从名义值1为34kΩ的电阻中筛选33.6kΩ的金属膜电阻。图1-2 选择合适的外围电阻以减少运放偏置电流的影响032 如何求解运放基本放大电路？
求解运放放大电路的方法如下。（1）找出反馈网络。（2）求解反馈网络在放大电路输入端的等效负载电阻。对于电压反馈，应令U=0，即将输出端短路；对于电流反馈，应令I=0，即oo将I所在回路断开。o（3）求解反馈网络在放大电路输出端等效负载电阻。对于串联反馈，应令I=0，即断开放大电路输入级与反馈的连接处；对于并联i反馈，应令输入端接地，以断开输入量对反馈网络的作用。033 热噪声对集成运放的工作频带及输入电阻有什么影响？
由于热噪声电压随时间非周期变化，有随机性，所以其频带很宽。热噪声电压的均方值与频带宽成正比，所以宽频放大器比窄频放大器受热噪声影响更大。为避免热噪声过大，应限制宽频放大电路增益。
由于放大器内部电路各处都有电阻，因此处处存在热噪声。而输入电阻的热噪声由于经过逐级放大，因此对输出端的噪声起主要作用。所以应尽量减小输入电阻，选择高质量的电阻器件，尤其是在宽频放大电路中更应注意这一点。034 如何判断直流反馈和交流反馈？
画出反馈放大电路的直流通路和交流通路，在直流通路中存在的反馈是直流反馈；在交流通路中存在的反馈是交流反馈。另外可从反馈量的成分来判断，当反馈量只有直流分量，且在反馈环内没有隔直耦合电容时，引入的是直流反馈；当反馈量只有交流反馈分量，且正比于输出量时，引入的是交流反馈。035 上拉电阻在电路中起什么作用？该怎样选择？
上拉电阻有如下的作用。（1）当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。（2）OC门电路必须加上拉电阻，以提高输出的电平值和获得“拉电流”能力。（3）为加大输出引脚的驱动能力，特别是高电平驱动（拉电流）能力，有的单片机引脚上也常使用上拉电阻。（4）在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的引脚不能悬空，一般接上拉电阻降低输入阻抗，提供泄荷通路。（5）芯片的引脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限来增强抗干扰能力。（6）提高总线的抗电磁干扰能力。引脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
上拉电阻阻值的选择原则如下。（1）从节约功耗及芯片的电流能力角度考虑，上拉电阻应当足够大；电阻大，电流小。（2）从确保足够的驱动电流角度考虑，上拉电阻应当足够小；电阻小，电流大。（3）对于高速电路，过大的上拉电阻可能使电平跳变的边缘变平缓。
综合考虑以上三点，上拉电阻通常在1～10kΩ之间选取。036 射频、音频与高频的关系如何？
射频（Radio Frequency，RF）就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流称为低频电流，大于10000次的交流称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。
音频：音频信号是连续的模拟信号，连续的音频信号就组成了声音。最常见的方式是透过脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）将音频数字化。采样频率是对声音波形每秒进行采样的次数。根据这种采样方法，采样频率应是声音频率的2倍。人耳听觉的频率上限在20kHz左右，为了保证声音不失真，采样频率应在40kHz左右。经常使用的采样频率有11.025kHz、22.05kHz和44.1kHz等。采样频率越高，声音失真越小、音频数据量越大。037 什么叫白噪声？
电阻及晶体管的热噪声功率频谱密度是一个与频率无关的常数，也就是说，在一个极宽的频带上，热噪声具有均匀的功率谱，这种噪声通常称为白噪声。038 什么是节点电压法？
节点电压法是以节点电压作为电路的独立变量进行电路分析的一种方法。任意选择电路中的某一节点作为参考节点，其余节点与此参考点之间的电压称为对应节点的节点电压。节点电压的参考极性均以所对应节点为正极性端，以参考节点为负极性端。对具有n个节点的电路，节点电压法是以（n-1）个独立节点的节点电压为求解变量，并对独立节点用基尔霍夫电流定律列出用节点电压表达的有关支路电流方程。039 什么是扩散运动？什么是漂移运动？
扩散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。
当把P型半导体和N型半导体制作在一起时，在它们的交界面，两种载流子的浓度差很大，因而P区的空穴必然向N区扩散，与此同时，N区的自由电子向P区扩散。
漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。空间电荷区形成后，在内电场作用下，少子产生漂移运动，空穴从N区向P区运动，而自由电子从P区向N区运动。040 什么是密勒效应？有何用途？
在图 1-3（a）中，有一个阻抗为 Z（S）的无源电路连接在增益为-K 的放大器的输入和输出端之间。Z（S）两端的电压为
而对图1-3（b）有
如果图1-3中的两个电路从端口处看来是等效的，即有
这就是所谓的密勒效应。图1-3 米勒效应
密勒效应有许多应用。例如，测量电流时，我们希望电流表的内阻越小越好，但一则电流表的内阻不易做小，二则在一定的工艺条件下，电流表的内阻越小使得电流表的灵敏度变得越低。但采用图 1-3（a）所示电路中的Z（S）用电流表来取代，因而等效串联在支路中的阻抗可以小到1/（1+K）。如果放大器采用运算放大器，等效串联在支路中的阻抗可以小到忽略不计。
又如图1-4所示的电路，可以将电容C改变为电容（K+1）C。图1-4 米勒效应
在RC积分电路中，阻容常数τ=RC越大，电路越接近理想的积分，精度越高，但输出幅值越小，如图1-5所示。图1-5 积分器
由图1-5（a）可得
只有当|jωRC|≫1时，U可以近似为o
换言之，只有当RC/（1/ω）≫1时，简单的RC电路可以看成一个积分器，RC越大，积分器精度越高，但电路的输出幅值越小。而图1-5（b）中的采用运放构成的积分器，圆满地解决了这个问题：这也可以用密勒效应（定理）来解释。对图1-5（c）中的电路，用（1+K）C替代C并考虑放大器增益，可得
显然，在同样RC的情况下|jωR（1+K）C|≫1能够得到更好的满足。考虑到运放的增益K≫1，所以有
虽然式（1-15）和式（1-13）完全一样（只差一个负号，不影响积分运算），但采用运放构成积分器的精度要远远高于简单阻容元件构成的积分器。041 什么是偏置电压？光电二极管的偏置电压的原理是什么？
偏置电压一般是指给器件一个直流的静态工作点电压。根据器件和电路不同偏置有不同的含义，但都是指没有信号输入时给定一个直流工作状态。
光电二极管的偏置是指在不包括光照电流的情况下，预先给定一个直流电压。光电二极管的偏置电压是反偏的，正是要在无光照的情况下，没有电流通过。当光线照在 PN 结上时，一部分载流子越过反偏形成的势垒，形成光生电流且其大小与光照的强度成正比。所以光电二极管的偏置电压是指二极管串联一个电阻使其反偏在一个直流电压上。是二极管的正极接地而串联电阻接偏置正电压，还是二极管负极接偏置正电压而串联电阻接地，要看外围电路的要求。偏置电压的大小也要根据情况而定，一般大于二极管的正向电压和远小于其反向击穿电压。042 什么是取样和取样定理？
取样是将时间连续变化的模拟量转化为时间离散的模拟量。
取样定理：设信号 S（t）的频率为 f，输入模拟信号 u（t）的si最高频率分量的频率为 f，则 f与f的关系满足：f ≥f。imaxsimaxsimax
一般取f=（5～10）f。合理的取样频率由取样定理决定。simax043 什么是容性耦合？什么是感性耦合？什么是容性负载？什么是感性负载？
所谓容性耦合是指通过电场把信号传递过去的方式。如阻容耦合就是一种容性耦合。但容性耦合更多的是指两个电路之间通过分布电容的信号耦合。类似地，感性耦合是通过磁场的耦合，如变压器耦合，但更多的是指通过感性器件的漏磁而发生的信号耦合。
所谓容性负载是指以电容作为负载或负载阻抗呈容性，例如，具有较大分布电容的双绞线，在高频时驱动CMOS器件。容性负载主要出现在高频电路。而感性负载是指以电感作为负载或负载阻抗呈感性，如继电器、电机等负载，主要出现在低频、功率控制电路中。044 什么是施密特触发器的滞后现象及其克服办法？
图 1-6 是一个由晶体管构成的施密特触发器。分析施密特触发器的原理知道，它的“开通电压”E和“断开电压”E不相等，而且12E＞E，这种现象称为滞后现象，也称为回差现象。我们称ΔE=E-121E为落后电压。存在这种现象可以这样简单解释：当U由低电平上2sr升到E，电路发生偏转使VT饱和，VT截止而且截止得很深。当U112sr从高于E电位下降到E时，VT才开始退出饱和区，但此时管压降仍111较小，U也很小，经 R、R分压给 VT的基极电位也很小，还不能c1122导致截止得很深的VT退出截止区，只有当U进一步下降到E时，2sr2VT才使U上升较多，经R、R分压给VT的基极，电位提高到使 1c1122VT脱离截止状态，从而发生雪崩过程使电路发生翻转。所以E＜E，221形成一定的滞后电压。
实际应用中，一些应用要利用滞后现象，而另一些应用中则希望滞后电压尽量减小。减小滞后电压可以采取的办法是增大R。因为c2E是VT刚处于临界截止时的输入电压，此时R中没有电流流过，22c2所以R不会影响E的数值。但R对E有影响，E 是VT刚处于临界c22c2112饱和时的输入电压，R的增大，意味着I （饱和电流）减小，因c2cs2此U降低，这样E可以降低。合理选择R，使ΔE=E-E=0，滞后现e1c212象得到克服。图1-6 晶体管构成的施密特触发器045 什么是锁相环？
所谓锁相，就是实现相位同步。锁相环是一种反馈系统，也是闭环跟踪系统，其输出信号频率跟踪输入信号的频率，当输出信号的频率和输入信号的频率相等时，输出电压和输入电压保持固定的相位差值，所以称为锁相环。046 什么是锁相环的捕捉范围、锁定范围？
设输出信号u （t）的角频率为ω ，输入信号u （t）的角频率ooi为 ω，则u （t）和u （t）的角频率差为Δω（t）=ω-ω，瞬时相位ioioi差为θ （t）=∫Δω（t）dt+θ ，若ω=ω，则θ （t）=θ ，所以当输DooiDo入信号和输出信号频率相等时，它们的瞬时相位差为一常量，称为相位锁定，这一过程也称为“捕捉”过程，进入相位锁定的最大固定频差为±Δω ，锁相环的捕捉带（即捕捉范围）是Δω=2Δω；o maxpo max当锁相环进入锁定状态时，ω的变化范围在捕捉带内时，通过捕捉，i能够使ω始终跟踪 ω的变化，ω的变化范围即为锁定范围。0ii047 什么是稳态分析法？什么是瞬态分析法？
稳态分析法是以正弦波为放大电路的基本信号，研究放大电路对不同频率信号的幅值和相位的响应。
瞬态分析法是以单位阶跃信号为放大电路的输入信号，研究放大电路的输出波形随时间变化的情况，称为放大电路的阶跃响应。应用：一个频带很宽的放大电路，同时也是一个很好的方波信号放大电路，在实用上常用一定频率的方波信号去测试宽频带放大电路的频率响应，如果它的方波响应很好，则说明它的频带较宽。048 什么是虚短和虚断？它们产生的前提条件是什么？
首先它们产生的前提是在深度负反馈的条件下，即反馈深度|1+AF|远大于 1 时，放大电路的增益表达式可近似为A≈1/F（A是放大f器的开环增益），这就是说只要求出反馈系数F，就能确定增益的数值了。反馈信号与输入信号接近相等，或者是说基本放大电路净输入信号减小到几乎为零，这就称为运放两个输入端的虚假连接，即虚短，同时因为运放的输入电阻很高，则有电流近似为零，这就称为运放两个输入端的虚假断路或虚断。049 载流子在NPN型双极型晶体管中的运动规律是什么？（1）发射区向基区扩散电子：由于发射结加正向偏置，促进了发射区和基区中多数载流子的扩散运动，形成发射极电流I。e（2）电子在基区扩散及复合：发射区的多数载流子到达基区后，大部分的载流子继续向集电结方向做扩散运动，小部分在基区与空穴复合，由于基区接电源正极，基区中的价电子不断被电源拉走，于是基区中不断有新的空穴产生。被拉走的电子形成电流I。be（3）集电结收集从发射区扩散的电子：由于集电结加反向电压，从发射区扩散到集电结基区一侧的电子漂移到集电区，形成电流I。同时由于基区和集电区的少数载流子的漂移运动，形成反向饱ce和电流。050 时间的42级台阶——数量级的表示方法到底是怎样的？
时间的42级台阶如图1-7所示，没有什么比这更让人明白的了。注意啊，人的寿命不足10亿秒的时间！图1-7 时间的42级台阶051 什么是信噪比、噪声系数、等效输入噪声？
噪声的简单定义就是在处理过程中设备自行产生的信号，这些信号与输入信号无关。信号源产生最大不失真信号强度与同时发出噪声强度之间的比率称为信号噪声比，简称信噪比（Signal/Noise），通常以S/N表示，单位为分贝（dB）。
噪声系数（NF）是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，单位为 dB。在放大器的噪声系数比较低（如NF＜1）的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度（T）来表示。
任何放大器都存在噪声问题，等效输入噪声是一种换算的结果，是放大器的输入信号的特点与噪声之间的换算关系，通常输入信号的频率越高，等效噪声的比例也就越大。只了解等效输入噪声的意义不大，还必须要了解输入信号的频率范围才有实际意义。同样，这个指标也有电压和电流两种表示方法。052 怎么理解输出阻抗？多大比较好？
无论信号源、放大器或电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为 0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。人们比较容易“忘记”输出阻抗。下面，我们以电压源为例来讲这个问题。
现实中的电压源，则不能做到内阻为0这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r，就是信号源的内阻了。当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生Ir的电压降。这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率（关于为什么会限制最大输出功率，请看 “阻抗匹配”一问）。同样，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际电路是不可能的。
一般来说，电压源的输出阻抗越小越好，而电流源的输出阻抗越大越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外，要求限流或限压保护的信号源除外）。053 线性失真与非线性失真的区别是什么？（1）产生原因不同。线性失真是由于电路中存在线性元件，其阻抗随频率不同而不同，从而导致放大器对不同频率信号分量的放大倍数与延迟时间不同而引起的。非线性失真是由于电路中存在非线性元件而引起的。（2）产生结果不同。线性失真可能使不同频率信号分量的大小及相对时间关系发生变化，但决不会产生输入信号所没有的新的频率成分。而非线性失真的主要特征是产生了输入信号所没有的新的频率成分。054 为什么导体的交流电阻比直流电阻大很多？
主要原因是趋肤效应。趋肤效应是由于磁力线从导体中心辐射导致导体中心的感应大于表面感应所引起的。所以，导体表面与导体中心相比，磁力线贯穿较少且感应也较小。结果就是高频电流几乎都在导体表面流过，使得导体的有效面积减小，增加了交流电阻，导体就如同一个空心的导体。电流穿透的平均深度（即趋肤深度）是非常薄的，导体中心电流的分布受趋肤效应影响，按指数逐渐下降，因此在高频处电阻急速增加。055 为什么串联负反馈中R越小反馈效果越s明显？为什么并联负反馈中R越大反馈效果越明s显？
对于引入串联负反馈，输入阻抗提高，净输入信号U=U-U，当diifR小时，U≈U，保证U基本恒定，这样U变化引起净输入电压信号sisif变化就小，负反馈效果就差；对于并联负反馈，使输入阻抗减小，净输入信号为I=I-I，当R大时，I约等于I，保证I基本恒定，这样I变diifsisif化引起净输入电流信号变化大，负反馈效果显著，若R很小，I变化sf使得I也跟随变化，则引起净输入电流变化就小，负反馈效果就差。i056 为什么现代测控系统仍需要模拟放大？
首先是为了满足AD转换的输入精度要求，只有将峰值放大到满量程的90%以上，才可以得到很好的分辨率，所以必须放大。其次，模拟放大与数字放大的一个不同是带有一定的带宽限制，可以将噪声一并去除，处理方便。057 为什么在交流通路中将无内阻的直流电源视为短路？
因为交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数，而直流电源是用于静态分析，为信号的放大提供一个必要的前提，从线性叠加原理来看，直流电源可视为恒压源，不影响“交流”信号，所以在交流通路中直流电源（无内阻）应视为短路，不参与动态分析。058 怎样用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路？
首先，在原理电路图上定出BJT（“半导体晶体管”的拼音缩写）的三个电极（c、b、e）后，如图1-8（a）所示，用H参数小信号模型表示BJT。图1-8 共射极基本放大电路及其H参数小信号模型
其次，由于在小信号等效电路中，所关心的是变化量，因此在输入和输出回路中，任何固定不变的电源（V）都可以认为是交流短CC路的。固定不变的电流（I和I）都不予考虑，因此它们可以从电路bc中除去。其他元件都按照原来的相对位置画出，这样就可以得到整个放大电路的小信号模型的等效电路，如图1-8（b）所示。
画出小信号等效电路之后，就可用解线性电路的方法求解。先从放大电路的输入回路入手，在已知输入电压V的条件下求出基极电流iI，然后又落实到输出回路上，利用I求出I及U，从而求出电压增bbco益A：V
由此可以得电压增益A：V
式（1-16）中负号表示输出电压与输入电压反相。
由此可见，利用小信号模型分析法可以使我们很方便地求出电压增益，但要注意，计算时所用的小信号参数β及r都应是工作点Q上be的参数。
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