模拟电子技术题目解答第一部分共17题

    【题目10】：如何分析二极管电路的电压传输特性？试举例说明。    

【相关知识】：二极管的单向导电性，二极管的导电条件。

【解题方法】：根据具体给定的电路，要找出每个二极管正向导通的条件和反向截止的条件，然后分段得出该条件下的输出与输入电压间的关系，最后在输入电压和输出电压关系坐标上画出电路的电压传输特性。

【解答过程】：图E4a20121002-01Z所示的电路是一个具有两只二极管的电路，其输入电压范围从0V到30V，电路中的元件参数如图所示。当二极管特性为理想时，要求画出该电路的电压传输特性。

图E4a20121002-01Z 示例电路

        由电路可知，如果要求两只二极管都导电，电路中的电流方向应如图中所示。首先写出两个管子都导通时的两个回路方程：

        由上列两个方程可以分析得到下面几种情况：

        1．若要两只二极管都导通，输入电压ui应该在下列范围以内：此时，输出电压。

        2．若输入电压，D1管截止，而D2管导电，则流过D2的电流iD2为

        所以输出电压uo为

        3．若输入电压，则二极管D2截止，输出电压。

        据此画出的电压传输特性uo=f(uI)如图E4a20121002-02Z所示

图E4a20121002-02Z 电压传输特性

    【题目11】：半导体二极管的直流电阻和动态电阻如何区别？    

【相关知识】：二极管的伏—安特性曲线（u～i），直流模型和低频小信号模型。

【解题方法】：着重分析：二极管的直流电阻对应于静态工作点；二极管的动态电阻对应于小信号模型。它们均与静态工作点的位置密切相关。

【解答过程】：半导体器件是一种非线性器件，它对直流和交流（或说动态量）呈现出不同的等效电阻。二极管的直流电阻是其工作在伏安特性上某一点时的端电压与其电流之比，如图E4a20121003-01Z所示。

图E4a20121003-01Z二极管的直流等效电阻

（a）电路（b）二极管伏安特性和工作点Q（c）二极管的直流电阻

        图E4a20121003-01Z所示电路中，在直流电源V的作用下，对应于二极管电流ID和二极管两端电压UD的点称为静态工作点，如图（b）中所注，该点对应的直流电阻为

        （1）

        动态电阻是在一个固定的直流电压和电流（即静态工作点Q）的基础上、由交流信号ui引起特性曲线在Q点附近的一小段电压和电流的变化产生的。若该交流信号ui是低频，而且幅度很小（通常称低频小信号），则由此引起的电流变化量也很小，则这一小段特性曲线可以用通过Q点的切线来等效。

（a）电路（b）二极管伏安特性（c）二极管的动态电阻

图E4a20121003-02Z 二极管的低频小信号等效

        如图E4a20121003-02Z所示的电路中，若在Q点的基础上外加微小的低频信号，二极管两端产生的电压变化量和电流变化量如图（b）中所标注，则此时的二极管可等效成一个动态电阻rd，如图（c）所示。根据二极管的电流方程可得

Q点附近        （2）

        rd是用以Q点为切点的切线斜率的倒数。显然，而Q点在伏安特性上的位置不同，rd的数值将不同。根据二极管的电流方程

        可得：

        因此                （3）

        ID为静态电流，常温下UT＝26mV。从式（3）可知，静态电流ID越大，rd将越小。设UD＝0.7V时，ID＝2mA。由此可得直流电阻RD＝350 而按式（3）可得动态电阻（交流电阻），二者相差甚远，切不可混淆。

        根据上面的释疑，就应该很容易理解当用普通万用电表的电阻档对二极管进行测量时，所测到的电阻值应该表示二极管的动态电阻还是直流电阻。

    【题目12】：晶体三极管组成放大电路时，外电路应如何保证三极管处在放大状态？    

【相关知识】：晶体三极管输出特性曲线上的三个区及其对应的工作条件。

【解题方法】：在无信号输入的静态，直流供电电源VCC 该保证晶体三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，使晶体三极管处于放大状态，有一个基—射极电压UBE，基极电流IB，集电极电流IC和集电极—射极间电压UCE，这些量都是直流量。而加入输入信号后，基—射极间的总电压uBE，基极总电流iB，集电极总电流iC和集电极—射极间的总电压uCE都是在原直流量的基础上增加或减少。实际上都是一个直流量和一个交流量的总和。

【解答过程】：以NPN管组成的放大电路为例，首先应保证晶体三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，如图所示。图中基极偏置电路为VCC→RB→基极→发射极→地，使NPN管的发射结处于正向偏置，应选择RB电阻的大小，以产生一定的基极电流IB，此时，发射结（b-e间）的正向压降为UBE，对于NPN硅管， UBE≈0.7V。另外输出回路中VCC→RC→集电极C→发射极E→地所形成的回路，应使UCE>UBE时，即集电结反偏。此时，集电极电流IC将比基极电流IB大β倍，即IC=βIB。可见，电路图中所示的电源电压极性、基极电阻RB和集电极电阻RC应都能保证晶体三极管工作在放大状态。

图E4a20131001-01Z 保证晶体三极管放大的基本电路结构

        如果有一个微小的输入信号要加入放大电路进行放大，应该如何将该信号加至放大器的输入端？并且经放大后怎样取出该放大信号呢？

        信号加入后要做到不影响电路原来的静态工作点，而只是使电路中的各电流（如iC、iB）和电压(uBE、uCE)是静态分量和由信号产生的交流分量之和。

        为此，电路应该增加信号输入、输出回路，如图所示。

图E4a20131001-02Z 加入输入信号后的基本电路

        由电路可知，当输入信号（）为零时，C1和C2电容可视作开路，原电路工作状态不变，电路中的电流和电压都为直流量。此时C1电容上的电压就是UBEQ≈0.7V，C2上的电压即UCEQ。

        当加入输入信号后，晶体管基极—发射极间的电压为

        另外， 加入后产生的 ，其中的绝大部分流经基极成为基极电流 ，因此基极的总电流为

         部分的电流放大β倍后成为 ，所以在输入信号作用下集电极电流为

        集电级和发射极间电压

        放大后的输出信号电压为