模拟电子技术基础

模拟电子技术答案
第2章
2-1填空：
1．本征半导体是,其载流子是和 ;两种载流子的浓度 ;
2．在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要取决于 ,而少数载流子的浓度则与有很大关系;
3．漂移电流是在作用下形成的;
4．二极管的最主要特征是 ,与此有关的两个主要参数是和 ;
5．稳压管是利用了二极管的特征,而制造的特殊二极管;它工作在;描述稳压管的主要参数有四种,它们分别是、、、和 ; 6．某稳压管具有正的电压温度系数,那么当温度升高时,稳压管的稳压值将 ;
1.完全纯净的半导体,自由电子,空穴,相等;
2.杂质浓度,温度;
3.少数载流子,内电场力;
4.单向导电性,正向导通压降U F和反向饱和电流I S;
5.反向击穿特性曲线陡直,反向击穿区,稳定电压U Z,工作电流I Emin,最大管耗P Zmax和动态电阻r Z
6.增大;
2-2试分析图2.10.1电路,计算电位器调节端对地的输出电压范围;
图2.10.1 题2-2电路图
解：
二极管的正向特性曲线,当电流较大时,比较陡直,也具有一定的稳压特
性;此题就是利用二极管的正向特性来获得比较稳定的低的直流电压值;可
以从其他电源转换而来,例如图中的±12V直流电源,比通过电阻降压要好;
两个二极管正偏工作,a 、b 二点间的电压为;330的电位器跨接在a 、b 二点之间,a 点是+,b 点是;U o 对地电压的调节范围~+,电位器的中点是0V;
2-3电路如图2.10.2所示,二极管均为理想二极管,电压U 为220V 市电,L 1、L 2和L 3为3个灯泡,请分析哪个灯泡最亮;
图2.10.2 题2-3电路图
解 根据题意,电压U 为220V 交流市电,故该电路的分析应该从正半周和负半周两个方面进行;在正半周,D 2导通,L 2被短路,D 1和D 3截止,L 1和L 3各分得电压110V ；在负半周,D 1和D 3导通,L 1和L 3被短路,L 2上承受220V 电压；故L 2灯最亮;
2-4在图2.10.3电路中,U 1和U 2分别为大小合适的电源,U 1>0、U 2<0;二极管D 1和D 2的正向导通电压为U D ,耐压为无穷大,且12D U U U ->;请画出该电路的电压传输特性曲线,并写出A 点的电压表达式;
图2.10.3 题2-4电路图
解 当输入电压很低时,i A u U <,D 1二极管反向截止,此过程中D 2二极管正向导通,计算可得：
此时输出电压为 12D o 1112
U U U u U R R R --=-+,定义此电压为U th ;
当1i th U u U >>时,二极管D 1和D 2均为导通状态,此时o i u u =,输出电压跟随输入电压变化；当i 1u U ≥时,二极管D 1导通,D 2截止,输出电压o 1u U =;
此题关键在于判断各二极管的工作状态,传输特性如图1.4.8所示;
图1.4.8 例解图
2-5电路如图2.10.4所示,其中u i =20sinωt mV,f =1kHz,试求二极管VD 两端电压和通过它的电流;假设电容C 容量足够大;
图2.10.4 题2-5电路图
1．静态分析
静态,是指u i =0,这时u i 视作短路,C 对直流视作开路,其等效电路如图1.4.2a 所示;不妨设U D =
则
对于静态分析,也可以根据二极管的伏安特性曲线,用图解法求解; 2．动态分析
对于交流信号,直流电源和电容C 视作短路；二极管因工作在静态工作点附近很小的范围内,故可用动态电阻r d 等效,且D d
D
1
i r u ∆=∆,由此可得等效电路如
图1.4.2b 所示;
二极管伏安特性方程：
)1e (T
D
/S D -=U u
I i 1.4.1
由于二极管两端电压U D U T =26 mV,故式1.4.1可简化为： 所以
3．交流和直流相叠加
4．u D 和i D 波形如图1.4.2c 、d 所示;
图1.4.2 例 解图
2-6分析图2.10.5所示电路的工作情况,图中I 为电流源,I =2mA;设20℃时二极管的正向电压降U D =660mV,求在50℃时二极管的正向电压降;该电路有何用途电路中为什么要使用电流源
图2.10.5 题2-6电路图
解：
该电路利用二极管的负温度系数,可以用于温度的测量;其温度系数-2mV/℃;
20℃时二极管的正向电压降U D =660mV,50℃时二极管的正向电压降 U D =660-230=600 mV 因为二极管的正向电压降U D 是温度和正向电流的函数,所以应使用电流源以稳定电流,使二极管的正向电压降U D 仅仅是温度一个变量的函数; 2-7试分析图 2.10.6所示电路的工作情况,图中二极管为理想二极管,u 2=10sin100 t V;要求画出u O 的波形图,求输出电压u O 的平均值U OAV ;
图2.10.6 题2-7电路图
解：
当u 2>0时,VD 1、VD 3导通,VD 2、VD 4截止,u O 为正；当u 2<0时, VD 2、VD 4导通,VD 1、VD 3截止,u O 仍为正;实现桥式整流,波形如图1-12;
2-8 在图2.10.7中,试求下列几种情况下输出端对地的电压U Y 及各元件中通过的电流;1U A =10V,U B =0V ；2U A =6V,U B =5V ；3U A =U B =5V;设二极管为理想二极管;
图2.10.7 题2-8电路图
解：
1A VD 导通,B VD 截止 2A VD 导通,B VD 截止 3A VD B VD 均导通
2-9设硅稳压管VD z1和VD z2的稳定电压分别为5V 和10V,正向压降均为;求2.10.9各电路的输出电压U O ;
图2.10.9 题2-10电路图
解：
图a15V; 图b; 图c5V; 图d.
2-10有两个稳压管VD Z1和VD Z2,其稳定电压值分别为和,正向压降都是;如果要得到3V的稳定电压,应如何连接
解：
连接方法如图1-5;
图1-5
第四章
4-1填空：
1．场效应管从结构上分成和两种类型,它的导电过程仅仅取决于载流子的流动；因而它又称做器件;
2．场效应管属于控制型器件,而双极型晶体管是控制型器件;
7.结型,绝缘栅型,多数,单极型;
8.电压,电流;
4-2两个场效应管的转移特性曲线分别如图4.7.1 a、b所示,分别确定这两个场效应管的类型,并求其主要参数开启电压或夹断电压,低频跨导;测试时电流i D的参考方向为从漏极D到源极S;
a b
图4.7.1 题4-2特性曲线
：
aP沟道增强型MOS管,开启电压U GSth＝－2V,I DO= -1mA
在工作点U GS＝－5V, I D＝－处,
g m
GS(th)
1.5mS =-
bN沟道耗尽型MOSFET,夹断电压
GS(off)4V
U=-,DSS4mA
I=
在工作点U GS＝－2V, I D＝1mA处,
4-3已知图4.7.2a所示电路中场效应管的转移特性如图所示;求解电路
的Q点和A u;
a
b
图题4-3电路图解：
由图b 转移特性曲线可得：U GSth =2V,过点6,4和4,1 代入2GS
D DO GS(th)
(
1)u i I U =-,可得I DO =1mA 由图a 电路图可得：U GSQ =3V
U DSQ =V DD -I DQ R d = k Ω= A u =-g m R d =·10 k Ω=-5
4-4电路如图4.7.3所示,设MOS 管的参数为U GSth =1V,I DO =500uA;电路参数为V DD =5V,－V SS =－5V,R d =10k Ω,R =Ω,I DQ =;若流过R g1、R g2的电流是I DQ 的1/10,试确定R g1和R g2的值;
图4.7.3 题4-4电路图 图 题4-6电路图 解：
2GS D DO GS(th)
(
1)u i I U =-,即=u GS /1-12
由此可得：u GS =2V
流过R g1、R g2的电流约为,即有 Rg1+Rg2=10/Ω=200 k Ω
于是可得：R g2=45 k Ω,R g1=155 k Ω
4-5电路如图 4.7.3所示,已知R d =10kΩ,R s =R =Ω,R g1=165 kΩ,R g2=35kΩ,U GSth =1V,I DO =1mA,电路静态工作点处U GS =;试求共源极电路的小信号电压增益A u =u o /u i 和源电压增益A us =u o /u s ; 解：
U DSQ =V DD --V SS - I DQ R d +R =5V+ k Ω=
R i =R
GS(off)
4.7.4画出该放大电路的中频微变等效电路；
2. 写出u A 、R i 和R o 的表达式；
3. 定性说明当R s 增大时,u A 、R i 和R o 是否变化,如何变化
4. 若C S 开路,u A 、R i 和R o 是否变化,如何变化写出变换后的表达式;
解：
此题的场效应管是增强型的,所以要用增强型的转移特性曲线方程
式
由以上三个式子可求出电路的静态工作点; 1. 略
2. 电压增益 A u =–g m R d )//(G2G1G i R R R R +=D o R R ≈R s 的增大,会使U GS 有所下降,静态工作点的I D 下降,g m 有所减小,A u 有所下降,对R i 和R o 没有什么影响;
4. C s 开路,对静态工作点没有影响,但电压增益下降; C s 开路,对R i 和R o 没有什么影响;
4-7在图4.7.5所示电路中,已知U GS =－2V,管子参数I DSS ＝－4mA,U p ＝U GSoff =－4V;设电容在交流通路中可视为短路;
1. 求电流I DQ 和电阻R S ;
2. 画出中频微变等效电路,用已求得的有关数值计算A u ,R i 和R o 设r DS 的影响可以忽略不计;
3. 为显着提高｜A u ｜,最简单的措施是什么
图4.7.5 题4-7电路图 图 题4-8电路图
解：
场效应管是耗尽型,漏极电流可由下式算出
为显着提高|A u |,应在R S 两端并联旁路电容;
4-8场效应管放大电路如图 4.7.6所示,其中R g1=300Ωk ,R g2=120Ωk ,R g3=10ΩM ,R s =R d =10Ωk ,C S 的容量足够大,V DD ＝16V,设FET 的饱和电流mA 1DSS =I ,夹断电压U p =U GSoff = －2V,求静态工作点,然后用中频微变等效电路法求电路的电压放大倍数;若C S 开路再求电压放大倍数; 解
1. 求静态工作点
该放大电路采用耗尽型场效应三极管,分压偏置电路;由于栅极回路无静态电流,所以R g3中无电流;所以,R g1和R g2分压点的电位与栅极电位相等,这种分压偏置可以提高放大电路的输入电阻;由电路得： 上述方程组代入数据得两组解： 第一组：I D = U GS = 第二组：I D2= U GS = ＜U p
第二组数据不合理,故工作点为：I D = ,U GS = 2. 用微变等效电路求电压放大倍数
放大器的微变等效电路如图2-13b ；
图2-13b 2-13题的中频微变等效电路 图2-13c 无C S 的微变等效电路
对转移特性曲线方程式求导数,可得 A u =－
3. C S 开路时的电压放大倍数
C S 开路实际上就是电路出现电流串联负反馈,电压增益下降;如果没有学习反馈,
仍然可以用微变等效电路法求解;放大器微变等效电路如图2-13c;
因为r d>>R d、R s故
于是
第五章
5-1填空
1. 为了放大从热电偶取得的反映温度变化的微弱信号,放大电路应采
用耦
合方式;
2. 为了使放大电路的信号与负载间有良好的匹配,以使输出功率尽可能加大,放大电路应采用耦合方式;
3. 若两个放大电路的空载放大倍数分别为20和30,则将它们级连成两级放大电路,则其放大倍数为 a. 600,b. 大于600,c. 小于600
4. 在三级放大电路中,已知|A u1|=50,|A u2|=80,|A u3|=25,则其总电压放大倍数|A u|= ,折合为 dB;
5. 在多级放大电路中,后级的输入电阻是前级的；而前级的输出电阻则也可视为后级的 ;
6．功率放大电路的主要作用是 ;
7．甲类、乙类、甲乙类放大电路的是依据晶体管的大小来区分的,其中甲类放大；乙类放大；甲乙类放大 ;
8．乙类推挽功率放大电路的较高,这种电路会产生特有的失真现象称；为消除之,常采用 ;
9．一个输出功率为10W的扩音机电路,若用乙类推挽功率放大,则应选至少为
W的功率管个;
10．理想集成运算放大器的放大倍数A u＝ ,输入电阻R i ＝ ,输出电阻R o＝ ;
11．通用型集成运算放大器的输入级大多采用电路,输出级大多采用电路;
1.直接
2.变压器
3.c 小于600
4.105,100
5.负载,后级的信号源,信号源内阻
6. 向负载提供足够大的功率；
7. 导通角,导通角为360°,导通角为180°,大于180°而小于360°； 8. 效率,交越失真,甲乙类工作状态； 9. 2,2; 10.∞,∞,0
11.差分放大,互补功率输出 5-2电路如图5.12.1所示 1．写出i
o
u
U U A =及R i ,R o 的表达式,设β1、β2、r be1、r be2及电路中各电阻
均为已知;
2．设输入一正弦信号时,输出电压波形出现了顶部失真;若原因是第一级的Q 点不合适,问第一级产生了什么失真如何消除若原因是第二级Q 点不合适,问第二级产生了什么失真又如何消除 解： 1． o 1c1b2be22e2L 2e2L u i be11e1be22e2L ////[(1)(//)](1)(//)
(1)(1)(//)
U R R r R R R R A U r R r R R βββββ-⋅+++=
=⨯++++ 2．输出电压波形出现了顶部失真;若原因是第一级的Q 点不合适,第一
级产生了截止失真,可以通过减小R b12或增加R b11的方法消除；若原因是第二级Q 点不合适,第二级产生了饱和失真;可以通过增加R b2的方法消除;
5-3 某差分放大电路如图5.12.2所示,设对管的β=50,r bb ′=300Ω,U BE =,R W 的影响可以忽略不计,试估算： 1．VT 1,VT 2的静态工作点; 2．差模电压放大倍数A ud ; 3．仿真验证上述结果;
图5.12.1 题5-2电路图 图 题5-3电路图
解：
1．静态工作点计算,令I1I20U U == 2．be bb'E
26mV
(1) 2.69k r r I =++⋅
≈Ωβ 5-4在图 5.12.3所示的差分放大电路中,已知两个对称晶体管的β=50,r be =Ω;
1．画出共模、差模半边电路的交流通路;
2．求差模电压放大倍数ud A ;
3．求单端输出和双端输出时的共模抑制比K CMR ; 解：
1. 在共模交流通路中,电阻R 开路,故其半边电路的射极仅接有电阻R e ；在差模交流通路中,电阻R 的中点电压不变,相当于地,故其半边电路的发射极电阻为R e 和R/2的并联;
图3-5 a 共模 b 差模 2．od C
ud I1I2
be e
3.5(1)()2
U R A R U U r R ββ=
=-
=--++
3．双端输出条件下：
ud 3.5A =-,uc 0A = ,CMR K =∞
单端输出条件下： ud 1.75A =-, OC C
uc IC be e
0.4(1)U R A U r R ββ=
=-=-++ 5-5分析图5.12.4中的电路,在三种可能的答案a ：增大；b ：减小；c ：不
变中选择正确者填空,设元件参数改变所引起的工作点改变不致于造成放大管处于截止或饱和状态;
1．若电阻R e 增大,则差模电压放大倍数 ,共模电压放大倍数 ;
2．若电阻R 增大,则差模电压放大倍数 ；共模电压放大倍数 ;
3．若两个R C 增大同样的数量,则差模电压放大倍数 ；共模电压放大倍数 ;
图5.12.3题5-4电路图 5电路图
解：
提示：e R 增加,导致E I 减少,be r 增加,故O O C
ud Id I b be
12U U R A U U R r =
==⋅+β减少,切记不要简单的从ud A 的表达式中无e R 确定e R 增加ud A 不变;
1. b,b ；
2. c,a ；
3. a,a;
5-6 在图 5.12.5所示的放大电路中,各晶体管的β均为
50,U BE =,r be1=r be2=3kΩ,r be4=r be5=Ω,静态时电位器R W 的滑动端调至中点,测得输出电压U o =+3V,试计算：
1．各级静态工作点：I C1、U C1、I C2、U C2、I C4、U C4、I C5、U C5其中电压均为对地值以及R e 的阻值; 2．总的电压放大倍数o
u I1
u A u =
设共模抑制比极大; 图5.12.5题5-6电路图
解：
1．静态工作点计算：
C5
B4B5I I I ==
β
=20 μA
RC1RC2C1B4()I I I I ==+= mA C1C2CC RC1C1U U V I R ==-≈ V
因为 C1BE4EE
E4e
()2U U V I R -+=
所以, C1BE4EE
e E4
()2U U V R I -+=
≈ k Ω
2. 在不考虑共模输出的条件下,第一级差分电路单端输入,
双端输出;定义O1U 的参考方向1C 端为 + ; O1C1be41W
O2
b be1()
(1)2
u U R r A R U R r =
=-
+++⋅ββ∥＝ － 第二级为双端输入,单端输出
O C4
2O1be4
12u U R A U r =
=⋅β＝ 12u u u A A A =⋅＝ －
5-7在图5.12.6功放电路中,已知V CC =12V,R L =8Ω;u i 为正弦电压,求： 1．在U CES =0的情况下,负载上可能得到的最大输出功率； 2．每个管子的管耗P CM 至少应为多少
3．每个管子的耐压(BR)CEO U 至少应为多少
解：
1. P Omax =V CC 2/2R L =9W ；
2. P CM ≥=,| U ＜BR ＞CEO |≥2V CC =24V;
5-8电路如图5.12.7所示,已知VT 1,VT 2的饱和压降为2V,A 为理想运算放大器且输出电压幅度足够大,且能提供足够的驱动电流;u i 为正弦输入电压; 1．计算负载上所能得到的最大不失真功率； 2．求输出最大时输入电压幅度值U im ； 3．说明二极管VD 1,VD 2在电路中的作用;
图5.12.6 题5-7电路图 图 题5-8电路图
解：
1. U om =V CC -U CEsat R L /R e +R L =
P omax =2om
L
2U R ≈；
2. A u ≈- R F /R 1= -12,
故U im =U om /| A u |=；
3. 为T 1、T 2提供一定的静态偏置电压,以克服输出信号的交越失真; 5-9单电源乙类互补OTL 电路如图5.12.8所示,已知V CC =12V,R L =8Ω,U i 为正弦电压;
1. 求U CES =0的情况下,电路的负载上可能得到的最大输出功率P om 是多少
2. 如何选择图中晶体管
3. 在负载电阻不变的情况下,如果要求P om =9W,试问V CC 至少应该多大
图5.12.8 例5-9电路图
解
1. 求最大输出功率P om 、效率η和管耗P T 最大输出功率P om 为:
2. 晶体管必须满足的条件 最大集电极电流
反向击穿电压 最大管耗
3. 由2
CC om L
8V P R ≈
,可求得CC 24V V ≥==
5-10OTL 互补对称式功率放大电路如图5.12.9所示,试分析与计算 1. 该电路VT 1、VT 2管的工作方式为哪种类型 2. 静态时VT 1管射极电位U E 是多少负载电流I L 是多少 3. 电位器R W 的作用
4. 若电容C 足够大,V CC =15V,晶体管饱和压降U CES =1V,R L =8Ω,则负载R L
上得到的最大不失真输出功率P om 为多大
图5.12.9 例5-10电路图
解
1. 功率放大电路按其晶体管导通时间的不同,可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类;该电路中在输入信号周期内,管子导通时间大于半个周期而小于整个周期,属于甲乙类工作方式;
2. 二级管VD 1、VD 2产生的压降为VT 1、VT 2管提供一个适当的静态偏压,使VT 1、VT 2管处于微导通状态;由于电路对称,静态时没有输出电压;动态时,由于电路工作在甲乙类,即使输入信号很小VD 1、VD 2的交流电阻也小,基本上可以线性地进行放大,有效地消除了交越失真;
3. 静态时,VT 1管射极电位E CC
2U V =;由于电容
C 的隔直作用,负载R L 上
没有电流,即I L =0;
4. 调解电位器R W ,使VT 1、VT 2管基极间有一个合适的电流I D 和压降U B1B2,电流I D 通常远大于I B1、I B2,而压降U B1B2确保VT 1和VT 2管在静态时处于微导通状态;另外调节电位器R W 可以使电容C 2两端的电压为CC 2V ;
5. 电路的最大不失真输出功率P om 为 代入所有参数,得om 2.64W P =;
第六章
6-1在图6.11.1所示的电路中,A 均为理想运算放大器,其中的图e 电路,已知运放的最大输出电压大于U Z ,且电路处于线性放大状态,试写出各电路的输出与输入的关系式;
a b
c d e
图6.11.1题6-1电路图
解：
图a ：u O =-2u I ； 图b ： 2
O I 12
R u u R R =
⋅+； 图c ：u O =-u I +2u I =u I ； 图d ：I1I2O 1
2
1()d u u u t C
R R =-+⎰； 图e ： 2
O Z O 23
,R u U u R R =+
+ 故得2O 3(1)Z R u U R =+;
6-2电路如图6.11.2a 所示; 1. 写出电路的名称;
2. 若输入信号波形如图b 所示,试画出输出电压的波形并标明有关的电压和所对应的时间数值;设A 为理想运算放大器,两个正、反串接稳压管的稳压值为±5V ;
3. 对电路进行仿真,验证计算结果;
u i t (s)
10
-10
1
2
3
4
(V)
图6.11.2 题6-2电路图
解：
1. 带限幅的反相比例放大电路；
2. 当| u I |≤1V 时,电路增益A uf =-5；当| u I |≥1V 时,| u O |被限制在5V;波形如图4-3;
图4-3
6-3在图 6.11.3所示的增益可调的反相比例运算电路中,已知R 1＝
R w =10kΩ、R 2
=20kΩ、U I =1V,设A 为理想运放,其输出电压最大值为±12V ,求：
1． 当电位器R w 的滑动端上移到顶部极限位置时,U o =
2． 当电位器
R w 的滑动端处在中间位置时,U o =
3． 电路的输入电阻R i =
图6.11.3 题6-3电路图
解：
1. 2
o o1I 1
2V R U U U R ==-
⋅=- 2. o o124V U U ==- 3. r i =R 1=10k Ω;
6-4图6.11.4中的D 为一个PN 结测温敏感元件,它在20℃时的正向压降
为,其温度系数为–2mV/℃,设运放是理想的,其他元件参数如图所示,试回答： 1．
I 流向何处它为什么要用恒流源
2．第一级的电压放大倍数是多少
3．当R w 的滑动端处于中间位置时,U o 20℃=U o 30℃= 4．U o 的数值是如何代表温度的U o 与温度有何关系 5．温度每变化一度,U o 变化多少伏
图6.11.4 题6-4电路图
解：
1. I 全部流入二极管VD;因u D =fi D ,T ,为使测温时u D =fT ,应使i D 为常数, 此处的二极管电流I 要采用恒流源提供;
2. A u1=5；
3. u O120℃=,u O130℃=；U p= -3V ；
于是,u O 20℃=,u O130℃=
4. u O =代表20℃,u O =代表30℃,以此类推;总之,在数值上,T ℃与100u O V 相当;
5. 温度每变化1℃,u O 变化10mV; 6-5
在图
6.11.5
所示电路中,运放为理想的,电阻
Ω=k 331R ,Ω=k 502R ,Ω=k 3003R ,Ω==k 100f 4R R ,电容
C =100F;设0
=t
时,V 1i1=u ,V 2i2-=u ,V 0)0(C =u ,求当s 10=t 时的输出电压值;
图6.11.5 题6-5电路图
解： F
O1I12
(1)R U U R =+
⋅ = 3 V 此电流为电容C 充电 当 t = 10 s 时, O U = － V
6-6用理想运放组成的电路如图 6.11.6所示,已知
Ω=k 501R ,Ω=k 802R ,Ω=k 603R ,Ω=k 404R ,Ω=k 1005R ,试求u A 的值;
图6.11.6 题6-6电路图
解：
6-7设图6.11.7中的运算放大器都是理想的,输入电压的波形如图所示,电容器上的初始电压为零,试画出u o 的波形;
O
-0.1
t /s
O
2134
u I1u I2/V
/V
t /s
3
-3
a b
图6.11.7 题6-7电路图
解：
O2I20.1d U U t =-⋅⎰ t 的单位为 s
U O =3U I1+I2d U t ⎰;
6-8 用集成运算放大器实现下列运算关系
要求所用的运放不多于三个,画电路图,元件要取标称值,取值范围为 1kΩ≤R ≤1MΩ μF≤C ≤10μF 解：
图4-9
6-9 电路如图6.11.8所示,已知U I1=1V 、U I2=2V 、U I3=3V 、U I4=4V 均为对地电压, R 1=R 2=2k Ω,R 3=R 4= R F =1k Ω 求U o ;
图6.11.8 题6-9电路图
6-10 图6.11.9是利用两个运算放大器组成的具有较高输入电阻的放大电路;试求出u O 与u I1、u I2的运算关系式;
图6.11.9 题6-10电路图
6-11电路如图所示,证明：O u =2I u
图 题6-11电路图
解：
12.
令 I I1I2U U U =-, 电路等效为图4－
由虚短虚断的概念,对节点A,
B 分别
有
于是, O2I22U U =
图
4-12
6-12图是应用运算放大器测量电压的原理电路,共有、1、5、10、50V 五种量程,求11R 、12R 、13R 、14R 、15R 的阻值;输出端接有满量程5V,500μA 的电压表; 解：
1110M R =Ω,122M R =Ω,131M R =Ω,14200k R =Ω,15100k R =Ω 6-13图是应用运算放大器测量小电流的原理电路,求F1R 、F2R 、F3R 、F4R 、
F5R 的阻值;输出端接的电压表同上题;
_
图 题6-12电路图 题6-13电路图
6-14电路如图所示,其中二极管和集成运放都是理想的,V 15OM ±=U ,V 6Z =U ;R 1= 1k 、R 2= 2k 、R 3= 2k 、R 4= 100k;画出电路的传输特性;
图 题6-14电路图
解：
当U om =+15V 时,二极管导通,稳压管击穿,运放的正反馈回路导通此时输出u o =6V;
此时电路的阈值
当输入电压大于4V 时,运放的输出跳变为U om = -15V,此时二极管VD 1和VD 2截止,
R 2回路不通,运放的阈值变为
于是可以画出电路的传输特性,见图13-11b;
图13-11b 电压传输特性
6-15已知反相滞回比较器如图6.11.14a 所示,A 为理想运放,输出电压的两个极限值为V 5±,VD 为理想二极管,输入三角波电压i u 的波形如图所示,峰值10V;试画出相应的输出波形;
a b
图 题6-15电路图
解：
当V 5o +=u 时,D 导通,阈值电压 3.5V TH1=U ；
当V 5o -=u 时,D 截止,阈值电压V 2REF 2TH ==U U ;输出波形见图13-12c;
a b c
图13-12 题13-12电路图
8-1判断下列说法是否正确;
1.只要具有正反馈,电路就一定能产生振荡;
2.只要满足正弦波振荡电路的相位平衡条件,电路就一定振荡;
3.凡满足振荡条件的反馈放大电路就一定能产生正弦波振荡;
4.正弦波振荡电路自行起振荡的幅值条件是1=F A ;
5.正弦波振荡电路维持振荡的条件时1AF =-;
6.在反馈电路中,只要安排有LC 谐振电路,就一定能产生正弦波振荡; ;
7.对于LC 正弦波振荡电路,若已满足相位平衡条件,则反馈系数越大越
容易起振;
⑧电容三点式振荡电路输出的谐波成分比电感三点式的大,因此波形较差;
1.否,还要看相位平衡条件;
2.否,还要看幅度平衡条件;
3.否,需要有选频网络;
4.否,应大于1;
5.是;
6.否,还需要有正反馈;
7.是,反馈系数决定振荡的幅度条件;
8.否,因电容三点式振荡电路的反馈信号从电容器上取出,反馈信号中
的高次谐波分量较小,所以振荡波形相对于电感三点式振荡电路输出的波形要好一些;
8-2试用相位平衡条件判断图8.10.1所示电路是否能振荡若能振荡,请求出振荡频率;若不能振荡,请修改成能振荡的电路,并写出振荡频率;
图8-10-1 题8-2电路图图8-10-113-2b 题8-2电路的改接成正反馈解：
用瞬时极性法判断为负反馈,不能振荡;应将图13-2改为图13-2b可满足相位平衡条件;忽略VT1基极回路的影响,振荡频率为
8-3在图8.10.2所示的三个电路中,应如何进一步连接,才能成为正弦波振荡电路
a b
c
图8.10.2 题8-3电路图
解：
图a,①接④；②接⑤；③接地;
图b,①接⑤；②接⑥；⑦接④；③接地;
图c,①接④；②接⑤；③接地;
8-4为了使图8.10.3中各电路能够产生正弦波振荡,请将图中j、k、m、n、p各点正确连接;
图8.10.3 题8-4电路图
解：
正确连线分别见下图中的d、e、f;
8-5电路如图8.10.4所示;试用相位平衡条件判断哪些电路可能振荡哪些电路不可能振荡并说明理由,对于不能振荡电路,应如何改接才能振荡图中C e 、C b对交流信号可认为短路;
a b c
图8.10.4 题8-5电路图
解：
图a 电路不满足自激振荡相位条件,故不能振荡;改进办法见电路图13-6b;
图b 电路不能振荡;因为LC 并联回路在谐振时阻抗趋于无穷大,因而电路不能形成正反馈通路;将LC 并联回路改为串联谐振回路,见电路图13-6c;
图c 电路虽满足自激振荡相位条件,但由于发射极有耦合电容,反馈量将被短接至地,因此该电路不能振荡;去掉发射极与地之间的电容C e 即可,见电路图13-6d;
图13-6b 图13-6c 图13-6d
8-6如图8.10.5所示电路中;
1. 为了能产生正弦波振荡,该电路中的集成运放的两个输入端各应该是什么输入端
2. 当这个电路能产生正弦波振荡时,它的振荡频率0f 表达式各如何t
R 的温度系数为正还是负
图8.10.5 题8-6电路图
解
1．电路中的L 与C 组成并联谐振回路,当
0f f ==
时,其阻抗最大,呈纯电阻特性;由于该电路有两个反馈,从电路可见,这两个反馈必定有一个是正反馈,另一个是负反馈;LC 并联谐振回路当0f f =时引入的反馈最弱,故它应该引入负反馈,以便使该电路对频率为0f 的信号有最强的正反馈;故运放A 的上面一个输入端应该是反相输入端,下面一个输入端为同相输入端;
2．电路产生的正弦波频率为
为了使电路的输出电压幅度稳定,
U增大时t R引入的正反馈作用应该自行减
O
弱,
R值应该增大,故t R应该具有正的温度系数;
t
8-7 在图8.10.6的电路中,哪些能振荡哪些不能振荡能振荡的说出振荡电路的
类型,并写出振荡频率的表达式;
图8.10.6 题8-7电路图
解：
图a、图c不满足相位平衡条件；图b、图d满足相位平衡条件,可能振荡;图b是电感三点式LC振荡器,图d是电容三点式LC振荡器;二者的振荡频率表达式分别为
8-8 试用相位平衡条件判断图8.10.7中电路是否可能产生正弦波振荡如能振荡,指出石英晶体工作在它的哪一个谐振频率
图8.10.7 题8-8电路图
解:
若要满足正反馈的条件,石英晶体必须呈电感性才行,为此,产生振荡的频率应界于f s和f p之间;由于石英晶体的Q值很高,可达到几千以上,所示电路的振荡频率稳定性要比普通LC振荡电路高很多;石英晶体振荡电路的频率不易调节,往往只用于频率固定的场合;半可调电容器C s 只能对石英晶体的谐振频率作微小的调节;
8-9电路如图8.10.8所示,其中VD1、VD2为二极管,VD3为6V稳压管,二极管、稳压管和集成运放都是理想的,U om=±15V,R1=1k、R2=2k、R3=2k、R4=100k;画出电路
u 的传输特性曲线;
o
图8.10.8 题8-9电路图
解：此题和第五章重复
当U om=+15V时,二极管导通,稳压管击穿,运放的正反馈回路导通此时输出u o=6V;
此时电路的阈值
当输入电压大于4V时,运放的输出跳变为U om = -15V,此时二极管VD1和VD2截止,
R2回路不通,运放的阈值变为
于是可以画出电路的传输特性,见图13-11b;
图13-11b 电压传输特性
8-10 方波—三角波发生电路如图8.10.9所示,设A 1,A 2为理想运算放大器,说明R w 的作用,定性画出
u o 波形,求u o 的峰峰值;
图8.10.9 题8-10电路图
解：
A 1构成滞回比较器,经双向稳压管得到幅度为U Z 的方波；经A 2构成积分器后,得到三角波或锯齿波输出;这要由流经R 2的充电电流和放电电流二者的相对大小关系来确定,当充电电流等于放电电流时为三角波；当充电电流大于放电电流时为负向锯齿波；当充电电流小于放电电流时为正向锯齿波;至于充电电流和放电电流的大小,则取决于电阻R 2两端的电位差,充电时U Z 为正,U Z ＞U S ；放电时U Z 为负,U Z ＜U S ;所以,调节R w 即可得到三角波或正向锯齿波或负向锯齿波;u o 波形见图13-15b;
u o 的峰峰值取决于滞回比较器的翻转,A 1的阈值电压为 根据上两式,当阈值过０时,即可求出输出电压的幅值
8-11一压控振荡电路如图8.10.10所示,1R R ,硅稳压管VD Z 的稳定电压为Z U ±,U I 为负的直流控制电压,集成运放A 1,A 2的性能理想;试求u o 的峰峰值及电路振荡频率f 0的表达式,并画出u o1及u o 的波形;
解：
A 1构成积分器,A 2构成过0比较器,积分器在负的直流控制电压U i 作用下
工作;u o1和u o 共同决定A 2的阈值,设初始状态,u o = -U Z ,所以+'2
u ＜０,于是二极管截止,积分器在U i 作用下正向积分,并拉动+'2
u 向0靠近,A 2的第一个阈值为 A 2的第二个阈值为
当阈值过0时,比较器翻转,可求出u o1的峰峰值 u o 的峰峰值为2 U Z ;
u o1及u o 的波形见图13-16b;因121T T T T ≈+=,其中T 1期间,输出电压
i Z 1)1(2U k kRCU T -=
,Z
i
02)1(1kRCU U k T f -==;
图13-16b 题13-16的波形图 图8.10.10 题8-11电路图
8-12图8.10.11给出的是能产生方波和三角波输出的压控振荡电路,设运
放都是理想的,电源电压为15V,VD1、VD2是理想的二极管,0V ＜U i ＜10V,双向稳压管的工作电压为10V,请回答下列问题：
1．说明电路的工作原理；
2．推导输出信号频率与输入电压的关系式；
3．定量画出当U i =4V 、k =时,U o3和U o4的波形需明确标出幅值和时间参数的数值和单位;
图8.10.11 题8-12电路图
解：
1. 已知运放A 1为同相输入的电压跟随器；运放A 2为反相器；运放A 3为。