模擬電子技術(shù)習(xí)題及詳細(xì)解答引言模擬電子技術(shù)是電子信息類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，其內(nèi)容涵蓋半導(dǎo)體器件、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器、反饋系統(tǒng)、濾波電路、穩(wěn)壓電路等關(guān)鍵模塊。掌握這些知識(shí)不僅需要理解理論概念，更需要通過習(xí)題訓(xùn)練培養(yǎng)分析思路與解決問題的能力。本文選取模擬電子技術(shù)中的典型習(xí)題，涵蓋各章節(jié)核心知識(shí)點(diǎn)，提供詳細(xì)解答及知識(shí)點(diǎn)回顧，旨在幫助讀者鞏固基礎(chǔ)、提升解題能力。第一章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)習(xí)題1-1二極管電路分析電路如圖1-1所示，已知二極管D為理想二極管（導(dǎo)通時(shí)壓降為0，截止時(shí)電流為0），電源電壓$V_{CC}=10V$，電阻$R_1=2k\Omega$，$R_2=3k\Omega$。求輸出電壓$U_o$及二極管D的工作狀態(tài)。解答1-1知識(shí)點(diǎn)回顧：理想二極管模型的核心是“導(dǎo)通”與“截止”的判斷——當(dāng)陽極電壓高于陰極電壓時(shí)導(dǎo)通（短路），反之截止（開路）。解題關(guān)鍵是假設(shè)二極管的工作狀態(tài)，驗(yàn)證是否符合模型條件。步驟1：假設(shè)二極管D截止若D截止，則其兩端電流$I_D=0$，此時(shí)輸出端$U_o$由$R_1$和$R_2$的分壓決定：$$U_o=V_{CC}\cdot\frac{R_2}{R_1+R_2}=10V\cdot\frac{3k\Omega}{2k\Omega+3k\Omega}=6V$$此時(shí)二極管陽極電壓為$U_o=6V$，陰極電壓為$0V$（接地），陽極電壓高于陰極電壓，與“截止”假設(shè)矛盾，故D應(yīng)導(dǎo)通。步驟2：假設(shè)二極管D導(dǎo)通理想二極管導(dǎo)通時(shí)，陽極與陰極電壓相等（$U_{AN}=U_{CAT}$），即$U_o=0V$（陰極接地）。此時(shí)通過$R_1$的電流為：$$I_1=\frac{V_{CC}-U_o}{R_1}=\frac{10V-0V}{2k\Omega}=5mA$$通過$R_2$的電流為：$$I_2=\frac{U_o-0V}{R_2}=\frac{0V}{3k\Omega}=0mA$$二極管的電流為：$$I_D=I_1-I_2=5mA-0mA=5mA>0$$符合理想二極管導(dǎo)通時(shí)電流為正的條件，假設(shè)成立。結(jié)論：二極管D導(dǎo)通，輸出電壓$U_o=0V$。習(xí)題1-2三極管工作狀態(tài)判斷NPN型三極管電路如圖1-2所示，已知$V_{CC}=12V$，$R_b=220k\Omega$，$R_c=2k\Omega$，三極管的電流放大系數(shù)$\beta=100$，$U_{BE(on)}=0.7V$，$U_{CE(sat)}=0.3V$。判斷三極管的工作狀態(tài)（放大、飽和、截止）。解答1-2知識(shí)點(diǎn)回顧：三極管的工作狀態(tài)由發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置決定——放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏（$U_{BE}>0$），集電結(jié)反偏（$U_{BC}<0$）；飽和狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏（$U_{BC}>0$）；截止?fàn)顟B(tài)：發(fā)射結(jié)反偏或零偏（$U_{BE}\leq0$）。解題步驟通常為：先計(jì)算基極電流$I_b$，再計(jì)算臨界飽和基極電流$I_{b(sat)}$（使三極管剛好進(jìn)入飽和狀態(tài)的基極電流），若$I_b>I_{b(sat)}$則飽和，若$I_b<I_{b(sat)}$則放大，若$I_b=0$則截止。步驟1：計(jì)算基極電流$I_b$基極回路中，電源$V_{CC}$通過$R_b$給發(fā)射結(jié)供電，理想情況下：$$I_b=\frac{V_{CC}-U_{BE(on)}}{R_b}=\frac{12V-0.7V}{220k\Omega}\approx0.0514mA=51.4\muA$$步驟2：計(jì)算臨界飽和集電極電流$I_{c(sat)}$飽和時(shí)，集電極電壓$U_{CE(sat)}=0.3V$，故：$$I_{c(sat)}=\frac{V_{CC}-U_{CE(sat)}}{R_c}=\frac{12V-0.3V}{2k\Omega}=5.85mA$$步驟3：計(jì)算臨界飽和基極電流$I_{b(sat)}$$$I_{b(sat)}=\frac{I_{c(sat)}}{\beta}=\frac{5.85mA}{100}=0.0585mA=58.5\muA$$步驟4：判斷工作狀態(tài)實(shí)際基極電流$I_b=51.4\muA<I_{b(sat)}=58.5\muA$，說明基極電流不足以使三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)集電結(jié)反偏（$U_{CE}=V_{CC}-I_cR_c$，$I_c=\betaI_b$），故三極管工作在放大狀態(tài)。驗(yàn)證（可選）：若工作在放大狀態(tài)，集電極電流$I_c=\betaI_b=100\times51.4\muA=5.14mA$，集電極電壓$U_{CE}=V_{CC}-I_cR_c=12V-5.14mA\times2k\Omega=12V-10.28V=1.72V$，滿足$U_{CE}>U_{BE(on)}$（1.72V>0.7V），即集電結(jié)反偏（$U_{BC}=U_{BE}-U_{CE}=0.7V-1.72V=-1.02V<0$），符合放大狀態(tài)條件。結(jié)論：三極管工作在放大狀態(tài)。第二章基本放大電路習(xí)題2-1共發(fā)射極放大電路靜態(tài)分析共發(fā)射極放大電路如圖2-1所示，已知$V_{CC}=15V$，$R_{b1}=33k\Omega$，$R_{b2}=10k\Omega$，$R_c=2k\Omega$，$R_e=1k\Omega$，三極管$\beta=80$，$U_{BE(on)}=0.7V$。求靜態(tài)工作點(diǎn)$Q$（$I_{BQ}$、$I_{CQ}$、$U_{CEQ}$）。解答2-1知識(shí)點(diǎn)回顧：靜態(tài)分析研究直流信號(hào)下的電路工作狀態(tài)，需畫直流通路（電容開路、電感短路）。該電路為分壓式偏置共發(fā)射極放大電路，其特點(diǎn)是通過$R_{b1}$和$R_{b2}$分壓固定基極電壓，提高$Q$點(diǎn)穩(wěn)定性。步驟1：畫直流通路電容$C_1$、$C_2$、$C_e$開路，直流通路中基極電壓由$R_{b1}$和$R_{b2}$分壓決定，發(fā)射極電壓由$R_e$和$I_{EQ}$決定（$I_{EQ}\approxI_{CQ}$）。步驟2：計(jì)算基極電壓$U_{BQ}$$$U_{BQ}=V_{CC}\cdot\frac{R_{b2}}{R_{b1}+R_{b2}}=15V\cdot\frac{10k\Omega}{33k\Omega+10k\Omega}\approx15V\cdot0.2326=3.49V$$步驟3：計(jì)算發(fā)射極電壓$U_{EQ}$發(fā)射結(jié)正偏，故$U_{EQ}=U_{BQ}-U_{BE(on)}=3.49V-0.7V=2.79V$。步驟4：計(jì)算發(fā)射極電流$I_{EQ}$$$I_{EQ}=\frac{U_{EQ}}{R_e}=\frac{2.79V}{1k\Omega}=2.79mA$$步驟5：計(jì)算基極電流$I_{BQ}$放大狀態(tài)下，$I_{EQ}=I_{BQ}+I_{CQ}=I_{BQ}+\betaI_{BQ}=(\beta+1)I_{BQ}$，故：$$I_{BQ}=\frac{I_{EQ}}{\beta+1}=\frac{2.79mA}{80+1}\approx0.0344mA=34.4\muA$$步驟6：計(jì)算集電極電流$I_{CQ}$$$I_{CQ}=\betaI_{BQ}=80\times34.4\muA=2.75mA$$（或近似$I_{CQ}\approxI_{EQ}=2.79mA$，誤差較?。┎襟E7：計(jì)算集-射極電壓$U_{CEQ}$集電極電壓$U_{CQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c$，發(fā)射極電壓$U_{EQ}=I_{EQ}R_e\approxI_{CQ}R_e$，故：$$U_{CEQ}=U_{CQ}-U_{EQ}=V_{CC}-I_{CQ}(R_c+R_e)=15V-2.75mA\times(2k\Omega+1k\Omega)=15V-8.25V=6.75V$$結(jié)論：靜態(tài)工作點(diǎn)$Q$為$I_{BQ}\approx34.4\muA$，$I_{CQ}\approx2.75mA$，$U_{CEQ}\approx6.75V$，滿足放大狀態(tài)條件（$U_{CEQ}>U_{BE(on)}$）。習(xí)題2-2共發(fā)射極放大電路動(dòng)態(tài)分析承接習(xí)題2-1，若電路中$C_e=100\muF$（足夠大，對(duì)交流信號(hào)短路），信號(hào)源內(nèi)阻$R_s=0$，負(fù)載電阻$R_L=4k\Omega$，三極管的輸入電阻$r_{be}=1.2k\Omega$（已知）。求：（1）電壓放大倍數(shù)$A_v=\frac{U_o}{U_i}$；（2）輸入電阻$R_i$；（3）輸出電阻$R_o$。解答2-2知識(shí)點(diǎn)回顧：動(dòng)態(tài)分析研究交流信號(hào)下的電路性能，需畫交流通路（電容短路、直流電源接地）。共發(fā)射極放大電路的核心參數(shù)包括電壓放大倍數(shù)（反映信號(hào)放大能力）、輸入電阻（反映對(duì)信號(hào)源的負(fù)載效應(yīng)）、輸出電阻（反映帶負(fù)載能力）。步驟1：畫交流通路$C_1$、$C_2$、$C_e$短路，$V_{CC}$接地，故交流通路中：基極通過$R_{b1}$和$R_{b2}$接地（并聯(lián)）；發(fā)射極通過$C_e$接地（$R_e$被短路）；集電極通過$R_c$接地，負(fù)載$R_L$與$R_c$并聯(lián)。步驟2：計(jì)算電壓放大倍數(shù)$A_v$共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)公式為：$$A_v=-\beta\cdot\frac{R_L'}{r_{be}}$$其中$R_L'=R_c\parallelR_L$（集電極負(fù)載電阻的交流等效），負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相。計(jì)算$R_L'$：$$R_L'=\frac{R_cR_L}{R_c+R_L}=\frac{2k\Omega\times4k\Omega}{2k\Omega+4k\Omega}=\frac{8}{6}k\Omega\approx1.33k\Omega$$代入公式得：$$A_v=-80\times\frac{1.33k\Omega}{1.2k\Omega}\approx-80\times1.11=-88.8$$步驟3：計(jì)算輸入電阻$R_i$輸入電阻是從信號(hào)源輸入端看進(jìn)去的等效電阻，對(duì)于分壓式偏置共發(fā)射極電路：$$R_i=R_{b1}\parallelR_{b2}\parallelr_{be}$$計(jì)算$R_{b1}\parallelR_{b2}$：$$R_{b1}\parallelR_{b2}=\frac{33k\Omega\times10k\Omega}{33k\Omega+10k\Omega}\approx7.67k\Omega$$代入公式得：$$R_i=7.67k\Omega\parallel1.2k\Omega\approx1.04k\Omega$$（因$r_{be}=1.2k\Omega$遠(yuǎn)小于$R_{b1}\parallelR_{b2}$，故$R_i\approxr_{be}=1.2k\Omega$，誤差較?。┎襟E4：計(jì)算輸出電阻$R_o$輸出電阻是從輸出端看進(jìn)去的等效電阻（信號(hào)源短路、負(fù)載開路），共發(fā)射極電路的輸出電阻近似等于集電極負(fù)載電阻$R_c$（因$r_{ce}$很大，通常忽略）：$$R_o\approxR_c=2k\Omega$$結(jié)論：（1）電壓放大倍數(shù)$A_v\approx-88.8$；（2）輸入電阻$R_i\approx1.04k\Omega$；（3）輸出電阻$R_o\approx2k\Omega$。第三章集成運(yùn)算放大器基礎(chǔ)習(xí)題3-1反相比例運(yùn)算電路分析反相比例運(yùn)算電路如圖3-1所示，已知運(yùn)算放大器為理想器件（虛短、虛斷），$R_1=10k\Omega$，$R_f=100k\Omega$，輸入電壓$U_i=0.5V$。求輸出電壓$U_o$及反饋類型。解答3-1知識(shí)點(diǎn)回顧：理想運(yùn)算放大器的核心特性是虛短（同相輸入端與反相輸入端電壓相等，$U_+=U_-$）和虛斷（輸入電流為零，$I_+=I_-=0$）。反相比例運(yùn)算電路是最基本的運(yùn)放應(yīng)用電路，其反饋類型為電壓并聯(lián)負(fù)反饋（穩(wěn)定輸出電壓，降低輸入電阻）。步驟1：應(yīng)用虛斷特性因$I_-=0$，故流入反相輸入端的電流為零，即$I_1=I_f$（$I_1$為$R_1$的電流，$I_f$為$R_f$的電流）。步驟2：應(yīng)用虛短特性同相輸入端接地（$U_+=0$），故反相輸入端電壓$U_-=U_+=0$（“虛地”，反相比例電路的典型特征）。步驟3：計(jì)算輸出電壓$U_o$$I_1=\frac{U_i-U_-}{R_1}=\frac{U_i}{R_1}$（因$U_-=0$），$I_f=\frac{U_--U_o}{R_f}=-\frac{U_o}{R_f}$（因$U_-=0$）。由$I_1=I_f$得：$$\frac{U_i}{R_1}=-\frac{U_o}{R_f}\impliesU_o=-\frac{R_f}{R_1}U_i$$代入數(shù)值：$$U_o=-\frac{100k\Omega}{10k\Omega}\times0.5V=-10\times0.5V=-5V$$步驟4：判斷反饋類型反饋網(wǎng)絡(luò)：$R_f$（連接輸出端與反相輸入端）；直流/交流反饋：$R_f$無電容，故為直流+交流反饋；電壓/電流反饋：反饋量取自輸出電壓（$U_o$），因$I_f$與$U_o$成正比，故為電壓反饋；串聯(lián)/并聯(lián)反饋：反饋量與輸入量在輸入回路并聯(lián)（均加在反相輸入端），故為并聯(lián)反饋；正/負(fù)反饋：用瞬時(shí)極性法，假設(shè)$U_i$為正，反相輸入端電壓$U_-$為正（虛地近似下仍為正趨勢），輸出端$U_o$為負(fù)（反相放大），反饋量$I_f$從反相輸入端流向輸出端（因$U_->U_o$），削弱了輸入電流$I_i$（$I_i=I_1+I_f$，$I_f$與$I_1$同方向，實(shí)際$I_i$減?。?，故為負(fù)反饋。綜上，反饋類型為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。結(jié)論：輸出電壓$U_o=-5V$，反饋類型為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。習(xí)題3-2同相比例運(yùn)算電路分析同相比例運(yùn)算電路如圖3-2所示，已知$R_1=2k\Omega$，$R_f=18k\Omega$，$U_i=1V$，理想運(yùn)放。求輸出電壓$U_o$及輸入電阻$R_i$。解答3-2知識(shí)點(diǎn)回顧：同相比例運(yùn)算電路的核心是“虛短”（$U_+=U_-$）和“虛斷”（$I_+=I_-=0$），其輸出電壓與輸入電壓同相，輸入電阻極高（因虛斷）。步驟1：應(yīng)用虛斷特性$I_+=0$，故$R_1$和$R_f$的電流相等（$I_1=I_f$）。步驟2：應(yīng)用虛短特性$U_+=U_-=U_i$（因同相輸入端接$U_i$，虛短使反相輸入端電壓等于同相輸入端）。步驟3：計(jì)算輸出電壓$U_o$$I_1=\frac{U_--0}{R_1}=\frac{U_i}{R_1}$（反相輸入端電壓$U_-=U_i$，接地端為參考點(diǎn)），$I_f=\frac{U_o-U_-}{R_f}=\frac{U_o-U_i}{R_f}$（$U_o$為輸出電壓，$U_-=U_i$）。由$I_1=I_f$得：$$\frac{U_i}{R_1}=\frac{U_o-U_i}{R_f}\impliesU_o=U_i\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)$$代入數(shù)值：$$U_o=1V\times\left(1+\frac{18k\Omega}{2k\Omega}\right)=1V\times(1+9)=10V$$步驟4：計(jì)算輸入電阻$R_i$同相比例電路的輸入電阻等于運(yùn)放的輸入電阻（理想情況下為無窮大），因虛斷，輸入電流$I_i=I_+=0$，故：$$R_i=\frac{U_i}{I_i}=\infty$$（實(shí)際運(yùn)放輸入電阻很大，故$R_i$很大）結(jié)論：輸出電壓$U_o=10V$，輸入電阻$R_i\approx\infty$（理想情況）。第三章反饋放大電路（補(bǔ)充）習(xí)題3-3反饋類型判斷電路如圖3-3所示，判斷各電路的反饋類型（電壓/電流、串聯(lián)/并聯(lián)、正/負(fù)反饋）。解答3-3（以圖3-3(a)共集電極電路為例）電路描述：三極管$V_1$為共集電極組態(tài)（發(fā)射極輸出），$R_e$為發(fā)射極電阻，$R_b$為基極偏置電阻，$V_{CC}$為電源，$C_1$、$C_2$為耦合電容。步驟1：找反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)為$R_e$（連接輸出端（發(fā)射極）與輸入回路（發(fā)射極））。步驟2：判斷電壓/電流反饋反饋量取自輸出電流（發(fā)射極電流$I_e$），因反饋電壓$U_f=I_eR_e\approxI_cR_e$與$I_e$成正比，故為電流反饋。步驟3：判斷串聯(lián)/并聯(lián)反饋反饋量$U_f$與輸入量$U_i$在輸入回路串聯(lián)（$U_i$加在基極，$U_f$加在發(fā)射極，輸入電壓$U_{be}=U_i-U_f$），故為串聯(lián)反饋。步驟4：判斷正/負(fù)反饋用瞬時(shí)極性法，假設(shè)$U_i$為正，基極電壓$U_b$為正，發(fā)射極電壓$U_e$為正（$U_e=I_eR_e$），$U_{be}=U_b-U_e$，反饋量$U_f=U_e$增大，削弱了$U_{be}$（輸入信號(hào)），故為負(fù)反饋。結(jié)論：圖3-3(a)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。第四章濾波與穩(wěn)壓電路習(xí)題4-1RC低通濾波電路分析RC低通濾波電路如圖4-1所示，已知$R=10k\Omega$，$C=0.1\muF$。求：（1）截止頻率$f_c$；（2）當(dāng)$f=f_c$時(shí)的電壓放大倍數(shù)$|A_v|$；（3）當(dāng)$f\ggf_c$時(shí)的幅頻特性趨勢。解答4-1知識(shí)點(diǎn)回顧：低通濾波電路允許低頻信號(hào)通過，衰減高頻信號(hào)，截止頻率是幅頻特性下降3dB（即$|A_v|=1/\sqrt{2}\approx0.707$）的頻率。RC低通電路的電壓放大倍數(shù)為：$$A_v(j\omega)=\frac{U_o(j\omega)}{U_i(j\omega)}=\frac{1}{1+j\omegaRC}$$其中$\omega=2\pif$，幅頻特性為$|A_v|=1/\sqrt{1+(\omegaRC)^2}$，相頻特性為$\phi=-\arctan(\omegaRC)$。步驟1：計(jì)算截止頻率$f_c$截止頻率定義為$\omega_cRC=1$，故：$$f_c=\frac{1}{2\piRC}$$代入數(shù)值：$$f_c=\frac{1}{2\pi\times10k\Omega\times0.1\muF}=\frac{1}{2\pi\times10^4\times10^{-7}}=\frac{1}{2\pi\times10^{-3}}\approx\frac{1}{0.____}\approx159Hz$$步驟2：計(jì)算$f=f_c$時(shí)的$|A_v|$當(dāng)$\omega=\omega_c$時(shí)，$\omegaRC=1$，故：$$|A_v|=\frac{1}{\sqrt{1+1^2}}=\frac{1}{\sqrt{2}}\approx0.707$$（即下降3dB）步驟3：分析$f\ggf_c$時(shí)的幅頻特性當(dāng)$f\ggf_c$時(shí)，$\omegaRC\gg1$，幅頻特性近似為：$$|A_v|\approx\frac{1}{\omegaRC}=\frac{1}{2\pifRC}$$即$|A_v|$與$f$成反比，幅頻特性斜率為$-20dB/十倍頻$（每增加十倍頻率，幅值下降20dB）。結(jié)論：截止頻率$f_c\approx159Hz$，$f=f_c$時(shí)$|A_v|\approx0.707$，$f\ggf_c$時(shí)幅頻特性斜率為$-20dB/十倍頻$。習(xí)題4-2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路輸出電壓計(jì)算串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖4-2所示，已知基準(zhǔn)電壓$U_z=5V$，取樣電阻$R_1=20k\Omega$，$R_2=10k\Omega$，$R_3=10k\Omega$，運(yùn)算放大器為理想器件。求輸出電壓$U_o$的調(diào)節(jié)范圍。解答4-2知識(shí)點(diǎn)回顧：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心是通過取樣電路（$R_1$、$R_2$、$R_3$）檢測輸出電壓$U_o$，與基準(zhǔn)電壓$U_z$比較，通過比較放大電路調(diào)整調(diào)整管的管壓降，使$U_o$穩(wěn)定。理想情況下，因虛短，同相輸入端電壓$U_+=U_z$，反相輸入端電壓$U_-=U_f$（取樣電壓），故$U_f=U_z$。步驟1：確定取樣電壓$U_f$取樣電阻$R_1$、$R_2$、$R_3$串聯(lián)，輸出電壓$U_o$加在串聯(lián)電阻兩端，取樣電壓$U_f$為$R_2$和$R_3$兩端的電壓（假設(shè)電位器$R_2$的滑動(dòng)端在中間位置，實(shí)際調(diào)節(jié)滑動(dòng)端改變$U_f$）。設(shè)電位器$R_2$的滑動(dòng)端將其分為$R_{2a}$（上半部分）和$R_{2b}$（下半部分），則$R_2=R_{2a}+R_{2b}$，取樣電壓：$$U_f=U_o\cdot\