基本电路与电子学复习笔记#

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一、 填空与简答题#

1. 用万用表直流电压档测得晶体管三个管脚的对地电压分别是 $V_1 = 2\text{V}$、$V_2 = 6\text{V}$、$V_3 = 2.7\text{V}$，由此可判断该晶体管的管型和三个管脚依次为：[ NPN型，e、c、b ]。

   Note

   判定依据与步骤：

   1. 在三个电极中，找出电压相差约 $0.7\text{V}$（对硅管而言）的两个电极，它们必定是基极 $b$ 和发射极 $e$。本题中，$V_3 - V_1 = 2.7\text{V} - 2\text{V} = 0.7\text{V}$，因此管脚 3 和管脚 1 分别为基极和发射极。
   2. 剩余的管脚 2 必为集电极 $c$。
   3. 判断管型：
      • 若基极电压高于发射极电压，即 $V_b > V_e$，则为 NPN 管，且发射极电压最小。
      • 若基极电压低于发射极电压，即 $V_b < V_e$，则为 PNP 管，且发射极电压最大。
      本题中，$V_3 (2.7\text{V}) > V_1 (2\text{V})$，故为 NPN 型晶体管，且最小的 $V_1$ 对应发射极 $e$。
   4. 综上所述，管脚 1、2、3 依次对应 $e$、$c$、$b$（发射极、集电极、基极）。

2. 三极管设置静态工作点（Q 点）的目的：[ 使放大电路工作在线性放大区 ]。

3. 集成运放工作在线性放大区，由理想工作条件得出两个重要规律是：[ 虚短：$u_+ = u_-$ ] 和 [ 虚断：$i_+ = i_- = 0$ ]。

4. 交流负反馈是指存在于：[ 交流通路中的负反馈 ]。

5. 选用差动放大电路的原因是：[ 克服温漂 ]。

6. 为了稳定放大电路的输出电压，应引入：[ 电压负反馈 ]。

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二、 判断题#

1. P 型半导体中的多数载流子是电子。 （ ( × ) ）
2. 三极管除了 NPN 和 PNP，还有 NNP 和 PPN。 （ ( × ) ）
3. 在放大电路中，直流电源可有可无。 （ ( × ) ）
4. PN 结的单向导电性指的是正向导通，反向截止。 （ ( √ ) ）
5. 三极管具有三个工作区，即截止区、放大区和饱和区。 （ ( √ ) ）

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6. 画交流通路的原则是，电容对交流短路，直流电源短路。 （ ( √ ) ）
7. 按照反馈信号与输入信号的关系，可以分成串联反馈和并联反馈；按照反馈信号与输出信号的关系，可以分成电压反馈和电流反馈。 （ ( √ ) ）
8. 阻抗是相量。 （ ( × ) ）
   Note

   阻抗 $Z = R + jX$ 是一个复数，但并不是相量。相量是用于表示随时间按正弦规律变化的交流电的复数（如电压相量 $\dot{U}$ 和电流相量 $\dot{I}$），而阻抗在电路中不随时间按正弦规律变化，它只反映了端口电压相量与电流相量的比例关系。

9. 过渡过程的快慢由电路的时间常数来决定。 （ ( √ ) ）
10. PN 结没有电容效应。 （ ( × ) ）

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三、 核心问答与计算题#

题目 1：串联谐振定义及特征#

何谓串联谐振？发生串联谐振时电路有哪些重要特征？

【参考答案】

在含有电感 $L$ 和电容 $C$ 的交流串联电路中，出现了总电压与总电流同相的情况，称电路发生了串联谐振。

发生串联谐振时，电路的重要特征如下：

1. 阻抗最小且呈纯电阻性：电路的总阻抗 $Z_0 = R$，此时电抗部分为零。
2. 电路电流最大：在电源电压一定时，电路中的电流达到最大值 $I_0 = \frac{U}{R}$。
3. 出现过电压现象：电感两端电压 $U_{L0}$ 与电容两端电压 $U_{C0}$ 大小相等、相位相反且相互抵消，即 $U_{L0} = U_{C0} = Q U$（其中 $Q$ 为电路的品质因数）。当 $Q \gg 1$ 时，电感和电容两端会产生远高于电源电压的过电压。

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题目 2：基本放大电路的组成与作用#

请列出基本放大电路的主要组成部分，并说明各部分的作用。

【参考答案】

基本放大电路主要由信号源、放大器、负载和直流电源四个部分组成。各部分的作用如下：

• 信号源：向放大电路提供需要被放大的微弱输入电信号。
• 放大器：放大电路的核心部分（核心元件为三极管 $\text{VT}$），负责提供足够的放大倍数，并尽可能减小输出信号的波形失真。
• 负载：放大电路的终端执行元件，接收并消耗放大后的电信号能量。
• 直流电源：为放大电路提供工作所需的直流能量，使三极管能设置在合适的静态工作点，是实现“以弱控强”能量转换的基础。

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题目 3：三极管放大系数计算#

一个晶体管的发射极电流为 $I_E = 12.1\text{mA}$，集电极电流为 $I_C = 12.0\text{mA}$，计算晶体管的 $\bar{\beta}$ 值。

【参考答案】

1. 第一步：计算基极电流 $I_B$

   根据晶体管三个电极的电流关系公式 $I_E = I_B + I_C$，可求得基极电流：

   $$I_B = I_E - I_C = 12.1\text{mA} - 12.0\text{mA} = 0.1\text{mA}$$

2. 第二步：计算共发射极电流放大系数 $\bar{\beta}$

   根据直流电流放大系数的定义公式：

   $$\bar{\beta} = \frac{I_C}{I_B} = \frac{12.0\text{mA}}{0.1\text{mA}} = 120$$

   所以，该晶体管的 $\bar{\beta}$ 值为 $120$。

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四、 核心概念与知识点整理#

• 电路的作用：实现能量的传输和转换。一个基本的电路通常由以下三个部分组成：
  • 电源：产生电能和电信号的装置，如各种发电机、稳压源、信号源等。
  • 负载：取用电能并将其转换为其他形式能量的装置，如电灯、电炉、电动机、扬声器等。
  • 中间环节：传输、控制电能或信号的部分，如连接导线、控制电器、保护电器、放大器等。
• 电流与电压：
  • 时变电流（交变电流）：大小和方向随时间变化的电流；反之，大小和方向不随时间变化的电流称为恒定电流。通常规定正电荷的定向移动方向为电流的实际方向。
  • 电压：也称为两点间的电位差。电位是电场力把单位正电荷从某一点移到参考点所做的功。一般把电位降落的方向规定为电压的方向。
• 理想电源：
  • 理想电压源：端电压为定值，由它本身决定，而流过它的电流则是任意值，由与其连接的外电路决定。
  • 理想电流源：输出电流为定值，而两端的电压则是任意值，由与其连接的外电路决定。
• 基尔霍夫电流定律（KCL）：在集总参数电路中，在任一时刻，流入或流出任意节点（或封闭面）的所有支路电流的代数和等于 $0$。KCL 实质上是电荷守恒与电流连续性的体现，即在任何瞬间流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。
• 基本放大电路的组成及各部分作用：
  • 三极管 $\text{VT}$：承担放大作用，是整个放大电路的核心元件。
  • 直流电源 $V_{CC}$：具有两个作用：一是为三极管提供合适的静态工作点；二是为输出信号提供能量，将直流能量转换成交流能量输出到负载。
  • 集电极负载电阻 $R_C$：具有两个作用：一是配合 $V_{CC}$ 为三极管提供合适的静态工作点；二是将集电极电流的变化转换成电压的变化输出到负载。
  • 基极偏置电路（$V_{BB}$ 与 $R_b$）：为三极管提供合适的基极静态偏置电流。流经 $R_b$ 的电流即为基极电流，称为基极静态偏置电流；$R_b$ 称为基极偏置电阻。基极静态偏置电流的大小直接影响三极管的工作状态（截止、放大或饱和），必须选择合适大小的阻值。

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五、 课本例题与习题索引#

• 例 7-1 （第 147 页）
• 例 6-3、例 6-4 （第 119 页）
• 习题 5-9 （第 102 页）
• 习题 2-6(a) （第 38 页）
• 习题 3-7、3-8、3-9 （第 72 页）