精品解析：河南省郑州市第三十六中学2022-2023学年高一下学期期末竞赛物理试题

2022-2023郑州市第三十六中学高一物理下期末试题 一、填空题（每题2分，共20分） 1. PN结反向偏置时，PN结的内电场被___________。 2. 共射放大电路，将增大，将___________。 3. 双极型晶体管是___________（电流，电压）控制型元件；场效应管是___________（电流，电压）控制型元件。双极型晶体管输入电阻较___________（大，小）；场效应管输入电阻很 ___________（大，小）。 4. 在共射、共集、共基三种基本组态电路中，希望工作频率较高的电路是___________；希望带负载能力最强的电路是___________。 5. 某晶体管的电路如图所示，则该管工作在___________状态。 6. 某MOS放大电路的外部电路如图所示，由图即可判断该管是_____型MOS管。 7. 测得某晶体管三个极的电位如图所示，则该管工作在___________状态。 8. 晶体管“集-基”极间反向饱和电流为ICBO，则“集-射”极间的反向饱和电流ICEO为__________。 9. 在BJT三种组态放大电路中，电流放大倍数最高的是_________，输入电阻最小的是___________。 10. 晶体管阻容耦合放大器电路中，高频时放大倍数下降的主要原因是___________的影响；低频时放大倍数下降的主要原因是_________的影响。 二、单项选择题（每小题2分，共12分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 11. 在本征半导体中掺入三价元素后的半导体为（ ） A. 本征半导体 B. p型半导体 C. n型半导体 12. 带射极电阻的共射放大电路，在并联交流旁路电容，后其电压放大倍数（ ） A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 变为零 13. 场效应管放大电路的输入电阻，主要由（ ）决定 A. 管子类型 B. C. 偏置电路 D. UGS 14. 晶体三极管基极电流IB=0.02mA，发射极电流IE=1.02mA，其电流放大系数β、α分别为（ ） A. 51、0.98 B. 50、0.98 C. 49、0.98 D. 48、0.98 15. 某放大电路最大源电压增益Avsm=40dB，则在上限频率fH处的源电压增益为（ ）dB A. 35 B. 37 C. 40 D. 43 16. 输入信号vi的频率范围为50Hz~20kHz，应选择下限频率fL和上限频率fH分别为（ ）的放大电路，才能对信号进行不失真放大。 A. ≤50Hz、≥15kHz B. ≤100Hz、≥15kHz C. ≤50Hz、≥20kHz D. ≤100Hz、≥20kHz 三、 计算题（共68分） 17. 已知：，，，，，。电路如图示，试回答下列问题： 图（a）图（b） （1）写出直流负载线表达式，在图（b）上画出直流负载线，求静态工作点（，，）； （2）画出微变有效电路，，求出电压放大倍数，、； （3）求最大不失真电压。 18. 低频交流放大电路如图所示，该电路有两个输出端。已知，，，，，。 （1）计算静态值、、（）； （2）画出微变等效电路，求两个输出端的电压放大倍数和； （3）求该电路输入电阻和两个输出端的输出电阻和； （4）如果输入信号是正弦信号，试对比输入信号定性画出输出电压及波形。 19. 已知，，，，，，，，。求静态工作点及电压放大倍数。 20. 已知，，，，，，，。求∶ （1）静态工作点； （2）电压放大倍数； （3）输入电阻和输出电阻。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2022-2023郑州市第三十六中学高一物理下期末试题 一、填空题（每题2分，共20分） 1. PN结反向偏置时，PN结的内电场被___________。 【答案】增强 【解析】 【详解】PN结自身会形成方向由N区指向P区的内电场。PN结反向偏置时，外加电场方向与PN结内电场方向一致，外电场会和内电场叠加，因此PN结的内电场被增强。 2. 共射放大电路，将增大，将___________。 【答案】减小 【解析】 【详解】在共射放大电路中，晶体管基极-发射极间的动态输入电阻与静态发射极电流的关系近似为 其中为基区体电阻，通常很小，为电流放大系数，为热电压，为发射极静态电流。 可见，当增大时，将减小。 3. 双极型晶体管是___________（电流，电压）控制型元件；场效应管是___________（电流，电压）控制型元件。双极型晶体管输入电阻较___________（大，小）；场效应管输入电阻很 ___________（大，小）。 【答案】 ①. 电流 ②. 电压 ③. 小 ④. 大 【解析】 【详解】双极型晶体管（BJT）是电流控制型元件，它通过基极电流控制集电极电流。场效应管（FET）是电压控制型元件，通过栅极电压控制漏极电流。BJT的输入电阻较小，因为发射结正偏，FET的输入电阻很大，因为栅极绝缘。 4. 在共射、共集、共基三种基本组态电路中，希望工作频率较高的电路是___________；希望带负载能力最强的电路是___________。 【答案】 ①. 共基组态电路 ②. 共集组态电路 【解析】 【详解】[1]共基组态的截止频率高，极间电容对高频信号的影响小，通频带更宽，适合高频工作，因此工作频率较高的电路是共基电路。 [2]电路的带负载能力和输出电阻负相关，输出电阻越小带负载能力越强；共集组态（又称射极输出器）的突出特点就是输出电阻很小，因此带负载能力最强。 【点睛】 5. 某晶体管的电路如图所示，则该管工作在___________状态。 【答案】饱和 【解析】 【详解】这是NPN型硅三极管的分压偏置电路，按三极管工作状态判断步骤推导： 计算基极电位， 由分压公式得  估算放大状态下的集电极电流： 硅管发射结导通压降，发射极电流，放大状态下。 忽略饱和压降时，饱和电流为 放大状态需要的，三极管无法提供更大的集电极电流，工作在饱和区； 同时偏置满足，发射结正偏、集电结也正偏，符合饱和状态的偏置特征。 【点睛】 6. 某MOS放大电路的外部电路如图所示，由图即可判断该管是_____型MOS管。 【答案】N沟道耗尽型MOS管 【解析】 【详解】 MOS管栅极是绝缘结构，直流电流为0，因此电阻上无直流压降，栅极直流电位（接地电位）； 管子导通后，漏极电流​流过源极电阻，源极电位，因此栅源电压 ，即为负值。 本电路漏极接正电源​，符合N沟道MOS管的供电要求（N沟道MOS管工作时漏极电位高于源极电位）； 对于N沟道MOS管：增强型需要​大于正的开启电压才能导通，本电路为负，无法满足导通条件； 只有N沟道耗尽型MOS管允许工作在的状态（只要大于负的夹断电压即可正常导通），符合该偏置电路的工作要求。 【点睛】 7. 测得某晶体管三个极的电位如图所示，则该管工作在___________状态。 【答案】饱和 【解析】 【详解】该管为NPN型晶体管（发射极箭头向外，符合NPN符号规则），晶体管三种工作状态的偏置规则为： 放大状态：发射结正偏，集电结反偏 饱和状态：发射结正偏，集电结也正偏 截止状态：发射结反偏，集电结反偏 代入本题电位计算偏置：  ，，  发射结，发射结正偏； 集电结，NPN管中，说明集电结正偏； 符合饱和状态的偏置条件，因此该管工作在饱和状态。 【点睛】 8. 晶体管“集-基”极间反向饱和电流为ICBO，则“集-射”极间的反向饱和电流ICEO为__________。 【答案】 （为晶体管共射极电流放大系数） 【解析】 【8题详解】 ​是发射极开路时，集-基极间的反向饱和电流，是基极开路时，集-射极间的反向饱和电流（又称穿透电流）。 当基极开路时，集-基极反向饱和电流会流入基极，经晶体管电流放大作用，最终集电极总电流满足关系（为晶体管共射极电流放大系数） ​ 9. 在BJT三种组态放大电路中，电流放大倍数最高的是_________，输入电阻最小的是___________。 【答案】 ①. 共集电极组态（或共集放大电路） ②. 共基极组态（或共基放大电路） 【解析】 【9题详解】 [1][2]BJT三种放大组态的特性符合以下规律： 电流放大倍数：共基极组态的电流放大倍数小于1；共射极组态的电流放大倍数约为β；共集极组态的电流放大倍数为1+β，是三种组态中最大的，因此电流放大倍数最高的是共集电极组态（或共集放大电路）。 输入电阻：共集电极组态输入电阻最大，共射极组态输入电阻居中，共基极组态输入电阻远小于另外两种，因此输入电阻最小的是共基极组态（或共基放大电路）。 10. 晶体管阻容耦合放大器电路中，高频时放大倍数下降的主要原因是___________的影响；低频时放大倍数下降的主要原因是_________的影响。 【答案】 ①. 晶体管极间电容及电路分布电容 ②. 耦合电容和旁路电容 【解析】 【10题详解】 [1]2]根据电容容抗公式  可知容抗和信号频率成反比，高频时，信号频率很高，并联在电路中的晶体管极间电容、电路分布电容的容抗变小，分流作用增强，导致有效输出信号减小，放大倍数下降；低频时，信号频率很低，串联在信号通路中的耦合电容容抗变大，对信号的阻碍、衰减作用增强；同时并联在发射极电阻两端的旁路电容容抗变大，旁路作用减弱，交流负反馈增强，导致放大倍数下降。 二、单项选择题（每小题2分，共12分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 11. 在本征半导体中掺入三价元素后的半导体为（ ） A. 本征半导体 B. p型半导体 C. n型半导体 【答案】B 【解析】 【详解】A．本征半导体是不含杂质的纯净半导体，掺入三价元素后属于杂质半导体，不再是本征半导体，故A错误； B．本征半导体掺入三价元素时，三价原子最外层只有3个价电子，与相邻的四价半导体原子形成共价键时会缺少1个电子，产生空穴，最终空穴成为多数载流子，这类半导体为p型半导体，故B正确； C．n型半导体是本征半导体掺入五价元素得到的，五价原子会提供多余的自由电子，使自由电子成为多数载流子，故C错误。 故选B。 12. 带射极电阻的共射放大电路，在并联交流旁路电容，后其电压放大倍数（ ） A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 变为零 【答案】B 【解析】 【详解】未并联​时，射极电阻会对交流信号引入电流负反馈，此时电压放大倍数的大小为分母较大，电压放大倍数被限制。 并联交流旁路电容后，电容对交流信号近似短路，​被交流旁路，不再影响交流信号的放大，电压放大倍数变为分母减小，电压放大倍数的绝对值增大。 故选B。 13. 场效应管放大电路的输入电阻，主要由（ ）决定 A. 管子类型 B. C. 偏置电路 D. UGS 【答案】C 【解析】 【详解】A．场效应管是电压控制型器件，栅极电流近似为0，自身输入电阻极高，因此场效应管放大电路的输入电阻（从电路输入端看进去的等效电阻）主要由外围电路参数决定。管子类型仅影响场效应管自身的输入电阻大小，不是放大电路输入电阻的主要决定因素，故A错误； B．（跨导）表征栅源电压对漏极电流的控制能力，与放大电路的电压增益相关，和输入电阻无直接关系，故B错误； C．由于场效应管自身输入电阻近似开路，放大电路的输入电阻完全由偏置电路的等效电阻决定，故C正确； D．是栅源偏置电压，主要影响漏极电流和跨导，与输入电阻无关，故D错误。 故选C。 14. 晶体三极管基极电流IB=0.02mA，发射极电流IE=1.02mA，其电流放大系数β、α分别为（ ） A. 51、0.98 B. 50、0.98 C. 49、0.98 D. 48、0.98 【答案】B 【解析】 【详解】根据晶体三极管的电流基本关系 可得集电极电流 共射电流放大系数为集电极电流与基极电流的比值 共基电流放大系数为集电极电流与发射极电流的比值 故选B。 15. 某放大电路最大源电压增益Avsm=40dB，则在上限频率fH处的源电压增益为（ ）dB A. 35 B. 37 C. 40 D. 43 【答案】B 【解析】 【详解】首先明确两个核心知识点： 1. 电压增益的分贝计算公式： 2. 上限频率的定义：放大电路的源电压增益幅值下降到中频增益的时对应的频率，此时增益相对于中频增益的下降量为 。 对选项逐一判断： A．若增益为35dB，相对于中频下降了5dB，不符合处下降3dB的规律，故A错误； B．处增益为 ，符合计算结果，故B正确； C．40dB是中频最大增益，不是处的增益，故C错误； D．43dB大于中频增益，不符合放大电路高频段增益下降的规律，故D错误。 故选B。 16. 输入信号vi的频率范围为50Hz~20kHz，应选择下限频率fL和上限频率fH分别为（ ）的放大电路，才能对信号进行不失真放大。 A. ≤50Hz、≥15kHz B. ≤100Hz、≥15kHz C. ≤50Hz、≥20kHz D. ≤100Hz、≥20kHz 【答案】C 【解析】 【详解】要实现输入信号不失真放大，放大电路的通频带必须完整覆盖输入信号的全部频率范围：即放大电路的下限截止频率需低于等于输入信号的最低频率，保证低频成分不被衰减；上限截止频率需高于等于输入信号的最高频率，保证高频成分不被衰减。本题输入信号频率范围为50Hz~20kHz，因此要求，。 故选C。 三、 计算题（共68分） 17. 已知：，，，，，。电路如图示，试回答下列问题： 图（a）图（b） （1）写出直流负载线表达式，在图（b）上画出直流负载线，求静态工作点（，，）； （2）画出微变有效电路，，求出电压放大倍数，、； （3）求最大不失真电压。 【答案】（1） ，， （2） ，， （3） 【解析】 【小问1详解】 在共射放大电路中，直流负载线由集电极回路的KVL方程决定，即 代入参数得，在图（b）中变形为，如图 基极电流 集电极电流 集电极-发射极电压 【小问2详解】 微变等效电路中，将所有电容视为短路，将直流电源视为地，晶体管用其微变等效模型代替：基极与发射极连接，基极与集电极连接，受控电流源，集电极与发射极连接（可忽略） 微变电路如图所示 ，其中 代入数值计算得 电压放大倍数，令 代入数值解得 输入电阻 对于共射放大电路，输出电阻近似为 【小问3详解】 最大不失真电压取决于静态工作点位置和负载线范围，由静态工作点以及负载线范围，可计算最大不失真电压。 最大不失真电压受限于两个方向： 下限失真（截止失真），当减小到0时，增大到，电压摆幅 上限失真（饱和失真），当减小到饱和压降时，取硅三极管的典型饱和压降，电压摆幅 取两者中较小值，即 18. 低频交流放大电路如图所示，该电路有两个输出端。已知，，，，，。 （1）计算静态值、、（）； （2）画出微变等效电路，求两个输出端的电压放大倍数和； （3）求该电路输入电阻和两个输出端的输出电阻和； （4）如果输入信号是正弦信号，试对比输入信号定性画出输出电压及波形。 【答案】（1），， （2），， （3），， （4） 【解析】 【小问1详解】 由基极回路，其中 联立得 集电极电流为 集射极电压为 【小问2详解】 微变等效电路中，基极-发射极间用电阻表示，集电极-发射极间用受控电流源表示，电容视为短路，直流电源视为短路，在交流路径中与并联。 输入端加在上；输出端1为集电极，负载为；输出端2为发射极，负载为 微变等效电路如下图所示： 在集电极 在发射极 【小问3详解】 输入电阻由偏置电阻与晶体管输入阻抗并联构成 集电极输出电阻 发射极输出电阻 【小问4详解】 输入信号是正弦波，由， 与输入反相，幅度略小于输入，与输入同相，幅度接近输入。 波形如下图所示 19. 已知，，，，，，，，。求静态工作点及电压放大倍数。 【答案】第一级静态工作点：，， 第二级静态工作点：，， 总电压放大倍数 【解析】 【详解】第一级（，共射放大电路）静态工作点： 基极电压 发射极电压，发射极电流 基极电流 集电极电流，集电极电压 集射极电压 第二级（，射极跟随器）静态工作点： 基极电位，由第一级集电极耦合 发射极电压，发射极电流 基极电流 集电极电流 集射极电压 综上，第一级静态工作点：，， 第二级静态工作点：，， 输入电阻 输入电阻 第二级发射极等效负载， 对于第一级共射放大器， 对于第二级共集放大器， 总电压放大倍数 20. 已知，，，，，，，。求∶ （1）静态工作点； （2）电压放大倍数； （3）输入电阻和输出电阻。 【答案】（1）， （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 栅极偏置电压 已知栅源电压，因此 源极电流 由于，故 漏源电压 故静态工作点， 【小问2详解】 对于共源极放大器，带源极旁路电容的情况，交流信号下被短路，故 其中是漏极负载电阻，题目无外接负载，故 故 【小问3详解】 化简电路图如上图所示 输入电阻为栅极回路等效电阻 由于 故 输出电阻，对于共源极放大器，输出电阻主要由决定，故 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $