秦曾煌电工学下册电子技术课后答案.docx
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秦曾煌电工学下册电子技术课后答案
第14章本书包括电路的基本概念与基本定律、电路的分析方法、电路的暂态分析、正弦交流电路、三相电路、磁路与铁心线圈电路、交流电动机、直流电动机、控制电机、继电接触器控制系
统、可编程控制器及其应用等内容。
晶体管起放大作用的外部条件,发射结必须正向偏置,集电结反向偏置。
晶体管放大作用的实质是利用晶体管工作在放大区的电流分配关系实现能量转换。
2.晶体管的电流分配关系
晶体管工作在放大区时,其各极电流关系如下:
II
CB
III
(1)I
EBCB
II
CC
II
BB
3.晶体管的特性曲线和三个工作区域
(1)晶体管的输入特性曲线:
晶体管的输入特性曲线反映了当UCE等于某个电压时,
I和UBE之间的关系。
晶体管
B
的输入特性也存在一个死区电压。
当发射结处于的正向偏压大于死区电压时,晶体管才会出
现IB,且IB随UBE线性变化。
(2)晶体管的输出特性曲线:
晶体管的输出特性曲线反映当IB为某个值时,IC随UCE变化的关系曲线。
在不同的IB下,
输出特性曲线是一组曲线。
I=0以下区域为截止区,当UCE比较小的区域为饱和区。
输出
B
特性曲线近于水平部分为放大区。
(3)晶体管的三个区域:
晶体管的发射结正偏,集电结反偏,晶体管工作在放大区。
此时,IC=Ib,IC与Ib成
线性正比关系,对应于曲线簇平行等距的部分。
晶体管发射结正偏压小于开启电压,或者反偏压,集电结反偏压,晶体管处于截止工作状
态,对应输出特性曲线的截止区。
此时,IB=0,IC=ICEO。
晶体管发射结和集电结都处于正向偏置,即UCE很小时,晶体管工作在饱和区。
此时,IC
虽然很大,但ICIb。
即晶体管处于失控状态,集电极电流IC不受输入基极电流IB的控
制。
14.3典型例题
例14.1二极管电路如例14.1图所示,试判断二极管是导通还是截止,并确定各电
路的输出电压值。
设二极管导通电压UD=0.7V。
256
ABAB
++
DD
R
2VR
Uo
10V
Uo
5V
-
-
(a)(b)
D1
D1
B1
A1
D2
A2B
D2
B2A
+
+
R
R
Uo
Uo
10V
12V
9V
15V
-
-
(c)(d)
例14.1图
解:
○1图(a)电路中的二极管所加正偏压为2V,大于UD=0.7V,二极管处于导通状态,
则输出电压
U=UA—UD=2V—0.7V=1.3V。
0
○2图(b)电路中的二极管所加反偏压为-5V,小于UD,二极管处于截止状态,电路中电
流为零,电阻R上的压降为零,则输出电压
U=-5V。
0
○3图(c)电路中的二极管D2所加反偏压为(-3V),二极管D2截止。
二极管D1所加正
偏压为9V,大于
U,二极管D1处于导通状态。
二极管D1接在B点和“地”之间,则D1
D
导通后将B点电位箝位在(-0.7V),则U0=UB=-0.7V。
○4如果分别断开图(d)电路中的二极管D1和D2,D1处于正偏压为15V,D2处于正
偏压为25V,都大于
U。
但是,二极管D2所加正偏压远大于D1所加正偏压,D2优先导
D
通并将A点电位箝位在UA=-10V+0.7V=-9.3V,实际上,二极管D1处于反偏压,处于截止状
态。
则输出电压
U=UA=-9.3V。
0
例14.2电路如例14.2图所示,已知Ui=5sin(t)(V),二极管导通电压UD=0.7V,
试画出
U与Uo的波形,并标出幅值。
i
解:
在
U正半周,当Ui大于3.7V时,二极管D1处于正偏压而导通,输出电压箝位
i
在Uo=3.7V,此时的二极管D2截止。
当Ui小于3.7V时,二极管D1和D2均处于反偏压而截止,输出电压Uo=Ui。
在Ui的负半周,当Ui小于(-3.7V),二极管D2处于正偏压而导通,输出电压
U=-3.7V,二极管D1截止。
o
257
当
U大于(-3.7V)时,二极管D1和D2均处于反偏压而截止,输出电压Uo=Ui。
i
Ui/V
3V
t0
-3V
R
Uo/V
+
+
3.7V
D1D2
UiUo
t0
3V3V
-
-
-3.7V
例14.2图
例14.3电路如例14.3(a)图所示,设稳压管的稳定电压U2=10V,试画出
0VUi30V范围内的传输特性曲线Uo=f(Ui)。
解:
当
U<10V时,D2反向截止,所以Uo=-Ui;当Ui10V时,D2反向击穿,所以
i
U=Ui—10—10=Ui—20V。
所以传输特性曲线Uo=f(Ui)如图(b)所示。
o
Uo/V
+
10
DzR
UiUo
+-
0
102030
t
RDz
-10
-
(a)(b)
例14.3
例14.4晶体管工作在放大区时,要求发射结上加正向电压,集电结上加反向电
压。
试就NPN型和PNP型两种情况计论。
○1
U和UB的电位哪个高?
UCB是正还是负?
C
○2
U和UE的电位哪个高?
UBE是正还是负?
B
○3
U和UE的电位哪个高?
UCE是正还是负?
C
解:
先就NPN管来分析。
○1
U>UB,UCB为正。
C
○2
U>UE,UBE为正。
B
○3
U>UE,UCE为正。
C
258
PNP管的各项结论同NPN管的各项结论相反。
例14.5用直流电压表测量某电路三只晶体管的三个电极对地的电压分别如例
14.5图所示。
试指出每只晶体管的C、B、E极。
①6V①0V①6V
T1T2T3
②③②③②③
-2.3V-3V-0.7V5V5.7V-6V
例14.5图
解:
T1管:
○1为C级,○2为B极,○3为E极。
T管:
○1为B极,○2为E极,○3为C极。
2
T管:
○1为E极,○2为B极,○3为C极。
3
例14.6在例14.6图中,晶体管T1、T2、T3的三个电极上的电流分别为:
①①①
I1I1I1
T1T2T3
I2I3I2I3I2I3
②③②③②③
例14.6图
○1I1=0.01mAI2=2mAI3=—2.01mA
○2I1=2mAI2=—0.02mAI3=—1.98mA
○3I1=—3mAI2=3.03mAI3=—0.03mA
试指出每只晶体管的B、C、E极。
解:
T1管:
○1为B级,○2为C极,○3为E极。
T管:
○1为E极,○2为B极,○3为C极。
2
T管:
○1为C极,○2为E极,○3为B极。
3
14.4练习与思考
259
答:
电子导电是指在外电场的作用下,自由电子定向运动形成的电子电流。
空穴导
电是指在外电场作用下,被原子核束缚的价电子递补空穴形成空穴电流。
由此可见,空
穴电流不是自由电子递补空穴所形成的。
练习与思考14.1.2杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生的?
为
什么杂质半导体中少数载流的子的浓度比本征载流子的浓度小?
答:
杂质半导体中的多数载流子是由掺杂产生的,少数载流子是由本征激发产生的。
本征激发产生电子空穴对,其中有一种载流子和多数载流子相同,归于多数载流子,所
以少数载流子的浓度比本征载流子的浓度小。
练习与思考14.1.3N型半导体中的自由电子多于空穴,而P型半导体的空穴多
于自由电子,是否N型半导体带负电,而P型半导体带正电?
答:
整个晶体呈电中性不带电,所以不能说N型半导体带负电和P型半导体带正
电。
练习与思考14.3.1二极管的伏安特性曲线上有一个死区电压。
什么是死区电压?
硅管和锗管的死区电压典型值约为多少?
答:
当二极管正向偏压很小时,正向电流几乎为零,当正向偏压超过一定数值后,
电流随电压增长很快。
这个一定数值的正向电压称为死区电压。
硅管死区电压约为
0.5V,锗管的死区电压约为0.1V。
练习与思考14.3.2为什么二极管的反向饱和电流与外加反向电压基本无关,而
当环境温度升高时,又明显增大?
答:
当二极管加反向电压时,通过PN结的只有少数载流子的漂移运动所形成的漂
移电流。
在常温下,由于少数载流子数目极少,在不太大的反向电压下已全部通过PN
结,因而,即使反向电压再升高,反向饱和电流仍保持很小的数值不变。
当环境温度升
高时,少数载流子迅速增多,电流也明显增大。
练习与思考14.3.3用万用表测量二极管的正向电阻时,用R*100挡测出的电阻
值小,而用R*1k挡测出的大,这是为什么?
答:
万用表测电阻是通过测量电阻中的电流而获得其电阻值。
指针式万用表测电阻,
指针偏转角度越大,读出电阻值越小。
在使用R*100挡时,万用表内阻小,加到二极
管两端的正偏压大,流过二极管的正向电流大,指针向右偏转角度大,测得的电阻小。
在使用R*1k挡时,万用表内阻大,加到二极管两端的正向偏压小,流过二极管的
正向电流小,指针向右偏转角度小,测得的电阻大。
练习与思考14.3.4怎样用万用表判断二极管的正极和负极以及管子的好坏?
答:
将万用表旋到电阻挡,表笔接在二极管两端,以阻值较小的一次测量为
260
准,黑表笔所接的为正极,红表笔接的一端为负极。
当正接时电阻较小,反接时电
阻很大表明二极管是好的。
练习与思考14.3.5把一个1.5V的干电池直接接到(正向接法)二极管的两端,
会不会发生什么问题?
答:
产生大的电流,烧坏电源。
练习与思考14.3.6在某电路中,要求通过二极管的正向平均电流为80mA,加在
上面的最高反向电压为110V,试从附录C中选用一合适的二极管。
答:
选择2CZ52D
练习与思考14.4.1为什么稳压二极管的动态电阻愈小,则稳压愈好?
答:
动态电阻是指稳压二极管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值,动态电
阻越小,反向击穿特性曲线越陡,稳压效果越好。
练习与思考14.4.2利用稳压二极管或者普通的二极管的正向压降,是否也可以
稳压?
答:
也具有一定的稳压作用,硅管两端保持0.6~0.8V,锗管两端保持0.2~0.3V,其
实际意义不大。
练习与思考14.5.1晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用,为什么?
答:
晶体管结构主要特点是:
E区的掺杂浓度高,B区的掺杂浓度低且薄,C区结
面积较大,因此E极和C极不可调换使用。
练习与思考14.5.2晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时,其电流放大系数和
在放大区工作时是否一样大?
答:
不一样大,在饱和区,
I的变化对IC影响较小,两者不成正比,放大区的放
B
大系数不适用于饱和区。
练习与思考14.5.3晶体管具有电流放大作用,其外部条件和内部条件各为什
么?
答:
外部条件:
晶体管的偏置电压必须满足发射结正向偏置,集电结反向偏置。
内部条件:
发射区掺杂浓度高,基区很薄且掺杂浓度低,集电结面积大,且集电压
掺杂浓度低。
练习与思考14.5.4为什么晶体管基区掺杂浓度小且做得很薄?
答:
只有这样才可以大大减少电子与基区空穴复合的机会,使绝大部分自由电子都
能扩散到集电结边缘,形成集电极电流
I=Ib,使晶体管成为电流控制器件。
C
261
练习与思考14.5.5将一PNP型晶体管接成共发射极电路,要使它具有电流放
大作用,EC和EB的正、负极应如何连接,为什么?
画出电路图。
答:
电路如图所示,这样连接才能保持发射结正向偏置,集电结么向偏置,三极管
具有电流放大作用。
Rc
C
B
Ec
E
Rb
Eb
练习与思考14.5.5图
练习与思考14.5.6有两个晶体管,一个管子=50,
I=0.5A;另一个管子
CBO
=150,ICBO=2A的晶体管由于ICBO比较大,受温度影响大,影响静态工作点的稳
定性。
练习与思考14.5.7使用晶体管时,只要1)集电极电流超过ICM值;2)耗损功
率
P值;3)集一射极电压超过U(BR)CEO值,晶体管就必然损坏。
上述几种说法是否
CM
都是对的?
答:
1)会损坏;2)会损坏;3)会损坏,以上几种说法都正确。
练习与思考14.5.8在附录C中查出晶体管3DG100B的直流参数和极限参数。
答:
直流参数:
I=0.1A,IEBO=0.1A,ICEO=0.1A,UBE(sat)=1.1V,
CBO
h()=30
FE
极限参数:
U(BR)CBO=40V,U(BR)CEO=30V,U(BR)EBO=4V,ICM=20mA,
P=100mV,TjM=150C
CM
练习与思考14.5.9测得某一晶体管的
I=10A,IC=1mA,能否确定它的电
B
流放大系数?
什么情况下可以,什么情况下不可以?
答:
=
I
I
C
B
,
I
I
C
B
,两者的含义是不同的,但在输出特性曲线近于平行等距,
并且
I较小的情况下,两者数值较为接近,在这种情况下,可以利用IB和IC的值确
CEO
定,否则不行。
练习与思考14.5.10晶体管在工作时,基极引线万一断开,为什么有时会导致管
子损坏?
答:
当基极断开,加在C极,E极之间的电压
U>U(BR)CEO时,管子会被损坏。
CE
14.5习题讲解
习题14.3.1题14.3.1图是二极管组成的电路和输入电压
U的波形,试画出
I
262
输出电压u0和电阻R上电压UR的波形。
二极管的正向压降可忽略不计。
D
10
Ui/V
+
+-
Ud
+
+
R
Ur
5
Uo
Ui
3
_
5v
0
t
-
_
-2
(a)
(b)
分析:
在二极管正向压降可忽略不计的条件下,
U5V时,二极管导通,u0=5V+uR。
I
当UI<5V时,二极管截止,u0=5V。
解:
u与u0波形如下图所示:
R
Ur/V
10
Ui/V
5v
5
3
0
t
-2
t
Uo/V
10v
5v5v5v
t
习题14.3.2在题14.3.2图所示的各电路中,E=5V,
U=10sin(t)(v),二极管的
i
正向压降可忽略不计,试分别画出输出电压
u的波形。
0
D
R
+
+
+
+
D
R
UiUiUo
Uo
E
E
_
_
__
(a)
(b)
263
RD
D
UiUo
R
Uo
E
E
(c)(d)
习题14.3.2图
分析:
图(a)和图(c)电路中,二极管接在输出回路中,当二极管导通时,
u=E;当二
0
极管截止时,
u=ui。
图(b)和图(d)电路中,二极管串接在输入回路中,二极管截止时,
0
u=E;二极管导通时,u0=E+uR=ui。
0
解:
(a):
ui为正半周时,当ui>E,D导通,当ui ui负半周时,D截止。 两种情况的等效电路如下图(e)、(f)所示,由图可见,D导通时, u=E;D截止时,u0=ui。 0 R R UiUo E UiUo E (e)二极管导通(f)二极管截止 (b): u为正半周时,当ui>E,D截止,ui i 通。 两种情况的等效电路如下图(g)、(h)所示,由图可见,D导通时, u=ui,D截止时, 0 u=E。 0 R UiUo E R UiUo E (g)二极管导通(h)二极管截止 (c): 图(c)与图(a)电路比较,二极管反接,导通和截止时间刚好相反。 (d): 图(d)与图(b)电路比较,二极管反接,导通和截止时间刚好相反。 264 Ui/V Ui/V 10 105 5 wt0 0 wt Uo/V Uo/V 5 5 wt 0 wt 0 -10 -10 图(a)和图(b)电路输出电压的波形图(c)和图(d)电路输出电压的波形 习题14.3.3在题14.3.3图所示的两个电路中,已知ui=30sin(t)(v),二极管的正 向压降可忽略不计,试分别画出输出电压 u的波形。 0 DR R UiUo D UiUo (a)(b) 习题14.3.3图 解: 此题分析同题14.3.2图,其输出波形如下图所示。 Ui/V Ui/V wt wt Uo/V Uo/V wt wt 图(a)电路输出电压的波形 图(b)电路输出电压的波形 265 习题14.3.4在题14.3.4图中,试求下列几种情况下输出端Y的电V Y及各元件 (R,DA,DB)中通过的电流: (1)VA=VB=0V; (2)VA=+3V,VB=0V;(3)VA=VB=3V。 二极管的 正向压降忽略不计。 解: (1)VA=VB=0V时,DA、DB同时导通,正向压降忽略,VA=VB=VY 所以VY=0V 12 I3.08mA; R3 3.9X10 1 III1.54mA. DDR AB 2 (2)VA=+3V,VB=0V时,DB因正偏压而优先导通,使VY=VB=0V,DA截止,故 有: 12 II3.08mA RD3 BX 3.910 (3)VA=VB=+3V,DA、DB同时导通,VY=VA=VB=3V 123 I2.3mA R3 3.9X10 1 III1.15mA DDR BA 2 习题14.3.5在题14.3.5图中,试求下列几种情况下输出端电位V Y及各元件中通过的电 流: ○1VA=+10V,VB=0V;○2VA=+6V,VB=+5.8;○3VA=VB=+5V。 设二极管的正向电阻为零,反 向电阻无穷大。 解: ○1二极管DA优先导通,则 +12V R 3.9kDa VrVa 10 V9V9V Y 19 Db Vb 习题图14.3.4 3 V10 A II1mA DR A 19 ○2假设DA、DB都能导通,由结点电压法得: 615.81 VV5.59V5.8V Y 111119 由此可知,DB管可以导通。 Da 1KVa Db 1K VbVr R9k 65.59 IA0.41mA D 3 A 110 习题14.3.5图 5.85.59 I0.21mA D 3B 110 266-270 5.59 IRA0.62mA 3 910③DA、DB都可以导通: 5/15/1 VYV4.74V 1/11/11/9 I V4.74 Y RA0.53mA 3 R910 I I R DAImA0.26mA DBDAImA0.26mA 2 习题14.3.6在习题14.3.6图中,E=10V,e30sintV。 试用波形图表示二极管上的电压 uD。 解: 假定可忽略二极管的正向压降。 当Ee1030sint0时,D导通,D两端电压为0; 当Ee1030sint0时,D截止,D两端压降为1030sint。 信号e和电源E的波形如图(a)所示,二极管D上的电压如图(b)所 + - e R 示: u/ V 30 20 10 + EDu -D (a) -10 -20 -30 π2π ωt u D (b)ωt π2π-20V 习题14.4.1在题14.4.1图中,E=20V,R1=900,R2=1100。 稳压二极管DZ的稳定 电压uZ=10V,最大稳定电流IZM=8mA。 试求稳压二极管中通过的电流IZ是否超过IZM? 如 果超过,怎么办? 解①求IZ: 设流过R1的电流为I1,流过R2的
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