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娦裕w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)的形成過程?？臻g電荷壓，阻擋層，耗盡層和勢(shì)壘壓等名稱是根據(jù)什么特性提出來的。 答：PN結(jié)的形成過程： 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，再反過來相接，觀察阻值大小，若兩次測(cè)量均大，說明二極管斷路，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極，紅表棒接二極管的陰極；并說明二極管是好的；若兩次測(cè)量阻值均小，說明二極管被擊穿。 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，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）見書14頁 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)漂移問題。阻容耦合能克服零點(diǎn)漂移的問題，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：于流過的兩個(gè)電流大小相等，向相同，所以流過的直流電流2，當(dāng)于單管射極電流流過2 計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)： ∵,則 ∴ 2)差模較大時(shí)，一分為二， 由于中流過的電流的增量數(shù)值相等方向相反，所以上無變化的壓 。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)上流過電流的增量相等，方向相反，即為沒管發(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?！按?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 乎無關(guān)，因此，器時(shí)的系數(shù)就沒有什么實(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： 無反饋時(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,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： 無反饋時(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)載開路時(shí)基本放大器的開環(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：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環(huán)增益為，閉環(huán)電壓增益為，求出 （3）如果開環(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，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LPF、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1. 解: (1) 傳輸函數(shù)說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，有無放大作用。 ③分析是否滿足相位平衡條件，方法是斷開回路，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_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)過程，由此來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）沒有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)只能靠放大器中晶體管的非線性來穩(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)流過的電流減小，其阻值增大，當(dāng)流過的電流增大，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，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?、間抽頭線中串接一個(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，