模电答案第八章

自测题

一、改错：改正图T8.1所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法（共射、共基、共集）。

(a) (b)

图T8.1

解：(a)加集电极电阻Rc及放大电路输入端的耦合电容。

(b)变压器副边与放大电路之间加耦合电容，改同名端。

二、试将图T8.2所示电路合理连线，组成RC桥式正弦波振荡电路。

图T8.2

解：④、⑤与⑨相连，③与⑧ 相连，①与⑥ 相连，②与⑦相连。如解图T8.2所示。

解图T8.2

三、已知图T8.3(a)所示方框图各点的波形如图(b)所示，填写各电路的名称。

电路1为 正弦波振荡电路 ，电路2为 同相输入过零比较器 ，

电路3为 反相输入积分运算电路 ，电路4 为同相输入滞回比较器 。

(a)

(b)

图T8.3

四、试分别求出图T8.4所示各电路的电压传输特性。

(a) (b)

图T8.4

解：图(a)所示电路为同相输入的过零比较器；图(b)所示电路为同相输入的滞回比较器，两个阈值电压为±UT =±UZ。两个电路的电压传输特性如解图T8.5所示。

解图T8.4

五、电路如图T8.5所示。

图T8.5

(1)分别说明A1和A2各构成哪种基本电路； (2)求出uO1与uO的关系曲线uO1=f(uO)； (3)求出uO与uO1的运算关系式uO=f(uO1)； (4)定性画出uO1与uO的波形；

(5)说明若要提高振荡频率，则可以改变哪些电路参数，如何改变？

解:(1)A1：滞回比较器；A2：积分运算电路。

(2)根据uP1R1R21uO1uO(uO1uO)uN10

R1R2R1R22可得：UT8V

uO1与uO的关系曲线如解图T8.5 (a)所示。

(3) uO与uO1的运算关系式

uO1uO1(t2t1)uO(t1)2000uO1(t2t1)uO(t1) R4C(4) uO1与uO的波形如解图T8.5(b)所示。

(5)要提高振荡频率，可以减小R4 、C 、Rl 或增大R2。

(a) (b)

解图T8.5

习题

8.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。

(1)在图T8.1所示方框图中，产生正弦波振荡的相位条件是FA。( × )

oo(2)因为RC串并联选频网络作为反馈网络时的F0，单管共集放大电路的A0，

满足正弦波振荡电路的相位条件FA2n，故合理连接它们可以构成正弦波振荡电路。( × )

(3)在RC桥式正弦波振荡电路中，若RC串并联选频网络中的电阻均为R，电容均为C，则其振荡频率fo1/RC。( × )

F1，就一定会产生正弦波振荡。( × ) (4)电路只要满足A(5)负反馈放大电路不可能产生自激振荡。( × ) (6)在LC正弦波振荡电路中，不用通用型集成运放作放大电路的原因是其上限截止频率太低。( √ )

8.2判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。

(1) 为使电压比较器的输出电压不是高电平就是低电平，就应在其电路中使集成运放不是工作在开环状态，就是仅仅引入正反馈。 ( √ )

(2)如果一个滞回比较器的两个阈值电压和一个窗口比较器的相同，那么当它们的输入电压相同时，它们的输出电压波形也相同。( × )

(3)输入电压在单调变化的过程中，单限比较器和滞回比较器的输出电压均只跃变一次。( √ )

(4)单限比较器比滞回比较器抗干扰能力强，而滞回比较器比单限比较器灵敏度高。( × )

8.3选择合适答案填入空内。 A.容性 B.阻性 C.感性

(1)LC并联网络在谐振时呈( B )；在信号频率大于谐振频率时呈( A )；在信号频率小于谐振频率时呈( C )。

(2)当信号频率等于石英晶体的串联谐振频率时，石英晶体呈( B )；当信号频率在石英晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，石英晶体呈 ( C )；其余情况下，石英晶体呈( A )。 (3)信号频率ffo时，RC串并联网络呈( B )。

8.4判断图P8.4所示各电路是否可能产生正弦波振荡，简述理由。设图(b)中C4容量远大于其它三个电容的容量。

(a) (b)

图P 8.4

解：图(a)所示电路有可能产生正弦波振荡。因为共射放大电路输出电压和输入电压反

o相(A180)，且图中三级RC移相电路为超前网络，在信号频率为0到无穷大时相移为

＋270o~0o，因此存在使相移为＋180o 的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率fo，故可能产生正弦波振荡。

图(b)所示电路有可能产生正弦波振荡。因为共射放大电路输出电压和输入电压反相

0(A180)，且图中三级RC移相电路为滞后网络，在信号频率为0到无穷大时相移为

-270o~0o，因此存在使相移为−180o 的频率，即存在满足正弦波振荡相位条件的频率fo，故可能产生正弦波振荡。

8.5电路如图P8.4所示，试问：

(1)若去掉两个电路中的R2和C3，则两个电路是否可能产生正弦波振荡？为什么？

(2)若在两个电路中再加一级RC 电路，则两个电路是否可能产生正弦波振荡？为什么？

解：(1)不能。因为图(a)所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为＋180o~0o，图(b)所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为0o~−180o，在相移为±180o时反馈量为，因而不可能产生正弦波振荡。

(2)可能。因为存在相移为±180o的频率，满足正弦波振荡的相位条件，且电路有

可能满足幅值条件，因此可能产生正弦波振荡。

8.6电路如图P8.6所示，试求解：(1)RW的下限值；(2)振荡频率的调节范围。

图P8.6

解：(1)根据起振条件

'' RfRW2R,RW2k 故Rw 的下限值为2k。

(2)振荡频率的最大值和最小值分别为 f0max

8.7电路如图P8.7所示，稳压管起稳幅作用， 其稳压值为±6V。试估算：

(1)输出电压不失真情况下的有效值； (2)振荡频率。

解：(1)设输出电压不失真情况下的峰值 为Uom，此时UNUPUom 由图可知： UomUom∴Uom111.6kHz， f0mi145Hz。 n2R1C2(R1R2)C1312UomUZ

333UZ9V。 图P 8.7 2Uom6.36V 2 有效值为：Uo(2)电路的振荡频率: fo

19.95Hz

2RC8.8电路如图P8.8所示。 (1)为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“+”和“-”；并说明电路是哪种正弦波振荡电路。 (2)若R1短路，则电路将产生什么现象？ (3)若R1断路，则电路将产生什么现象？ (4)若Rf短路，则电路将产生什么现象？ (5)若Rf断路，则电路将产生什么现象？

解：(1)上“-”下“+ \" 。

(2)输出严重失真，几乎为方波。

(3)输出为零。 图P 8.8 (4)输出为零。

(5)输出严重失真，几乎为方波。

8.9图P8.9所示电路为正交正弦波振荡电路，它可产生频率相同的正弦信号和余弦信号。已知稳压管的稳定电压±UZ =±6V，Rl= R2= R3 = R4 = R5 = R， Cl = C2 = C。

图P8.9

(1)试分析电路为什么能够满足产生正弦波振荡的条件； (2)求出电路的振荡频率；

(3)画出uO1和uO2的波形图，要求表示出它们的相位关系，并分别求出它们的峰值。

解：(1)在特定频率下，由A2组成的积分运算电路的输出电压uO2超前输入电压uO190o，而由A1组成的电路的输出电压uO1滞后输入电压uO290o，因而uO1和uO2互为依存条件，即存在f0满足相位条件。在参数选择合适时也满足幅值条件，故电路在两个集成运放的输出同时产生正弦和余弦信号。

(2)根据题意列出方程组：

uP1uN1R1uO1

R1R2uP1uO2uP1uO1uP1jC1 R4R3uO2uO1uO11 R5jC2jR5C2或改写为：2uP1uO1

2uP1uO1uO2uP1jRC jRCuO2uO1

解图8.9

2解方程组，可得：(RC)2，或2。即f0RC12RC。

(3)输出电压u2最大值U02max =UZ=6V 对方程组中的第三式取模，并将02f02 2RC代入可得uO12uO2，故Uo1max2Uo2max8.5V。

若uO1为正弦波，则uO2为余弦波，如解图8.9所示。

8.10分别标出图P8.10所示各电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡的相位条件。

(a) (b)

(c) (d)

图P8.10

解：图P8.10所示各电路中变压器的同名端如解图P8.10所示。

(a) (b)

(c) (d) 解图P8.10

8.11分别判断图P8.11所示各电路是否可能产生正弦波振荡。

(a) (b)

(c) (d)

图P8.11

解：(a)可能（电容三点式）

(b)不能 （电感与Re之间的连线应串入隔直电容） (c)不能（①同(b)， ②同名端错误。） (d)可能 （电容三点式）

8.12改正图P8.11(b)、(c)所示两电路中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。 解：应在(b)所示电路电感反馈回路中加耦合电容。

应在(c)所示电路放大电路的输入端（基极）加耦合电容，且将变压器的同名端改

为原边的上端和副边的上端为同名端，或它们的下端为同名端。改正后的电路如解图P8.11(b)、(c) 所示。

(b) (c)

解图P8.11

8.13试分别指出图P8.13所示电路中的选频网络、正反馈网络和负反馈网络，并说明电路是否满足正弦波振荡的条件。

(a) (b)

图P8.13

解：在图(a)所示电路中，选频网络：C和L；正反馈网络：R3、C2和Rw ；负反馈网络：C和L。电路满足正弦波振荡的相位条件。

在图(b)所示电路中，选频网络：C2和L；正反馈网络：C2和L ；负反馈网络：R8。

电路满足正弦波振荡的相位条件。

8.14试分别求解图P8.14所示各电路的电压传输特性。

(a) (b)

(c) (d)

(e)

图P8.14

解：图(a)所示电路为单限比较器，uOUZ18V，UT3V,其电压传输特性如

解图P8.14 (a)所示。

图(b)所示电路为过零比较器，UOLUD0.2V，UOHUZ6V，

UT0V。其电压传输特性如解图P8.14(b)所示。

图(c)所示电路为反相输入的滞回比较器，uOUZ6V。令

uPR1R2uOUREFuNuI

R1R2R1R2求出阈值电压：UT10V,UT24V 其电压传输特性如解图P8.14(c)所示。

图(d)所示电路为同相输入的滞回比较器，uOUZ6V。令

uPR1R2uO1uIuN3V

R1R2R1R2求出阈值电压：UT11.5V,UT27.5V 其电压传输特性如解图P8.14(d)所示。

图(e)所示电路为窗口比较器，uOUZ5V， UT3V，

其电压传输特性如解图P8.14(e)所示。

(a) (b) (c)

(d) (e)

解图P8.14

8.15 已知三个电压比较器的电压传输特性分别如图P8.15(a)、(b)、(c)所示，它们的输入电压波形均如图(d)所示，试画出uO1、uO2和uO3的波形。

(a) (b)

(c) (d) 图P8.15

解：根据三个电压比较器的电压传输特性，画出在输入电压作用下它们的输出电压波形，如解图P8.15 所示。

解图P8.15

8.16 图P8.16 所示为光控电路的一部分，它将连续变化的光电信号转换成离散信号（即不是高电平，就是低电平），电流I 随光照的强弱而变化。

(1)在Al和A2中，哪个工作在线性区？哪个工作在非线性区？为什么？ (2)试求出表示uO与iI 关系的传输特性。

图P8.16

解：(1)Al工作在线性区（电路引入了负反馈）; A2工作在非线性区（电路仅引入了正反馈）。

(2) uO1与iI 关系式为：uO1iIR1100iI

uO与uOl的电压传输特性如解图P8.16(a)所示(UT10.5V，UT25.5V)，因此uO与iI 关系的传输特性如解图P8.16 (b)所示。与UT1、UT2所对应的iI1、iI2分别为：5A和55A。

(a) (b) 解图P8.16

8.17设计三个电压比较器，它们的电压传输特性分别如图P8.15 (a)、(b)、(c)所示。要求合理选择电路中各电阻的阻值，限定最大值为50kΩ。

解：具有图P8.15 (a)所示电压传输特性的电压比较器为同相输入的单限比较器。输出电压uOUZ6V，阈值电压：UT2V ，电路如解图P8.17(a)所示。

具有图P8.15 (b)所示电压传输特性的电压比较器为反相输入的滞回比较器。输出电压

uOUZ6V；阈值电压：UT10V,UT22V ，说明电路输入有UREF 作用，根据：

uPR1R2uOUREFuNuI

R1R2R1R2列方程，令R2 = 50kΩ，可解出Rl = 10kΩ，UREF = l.2V 。电路如解图P8.17( b）所示。 具有图P8.15(c)所示电压传输特性的电压比较器为窗口单限比较器。输出电压

UOL0V,UOH6V，阈值电压：UT10V,UT22V。电路如解图P8.17(c)所示。

(a) (b)

(c) 解图P8.17

8.18在图P8.18所示电路中，已知R1=10kΩ，R2=20kΩ，C = 0.01μF,集成运放的最大输出电压幅值为±12V ，二极管的动态电阻可忽略不计。(1)求出电路的振荡周期；(2)画出uO 和uC 的波形。

图P8.18 解图P8.18

解：(1)振荡周期： T(R1R2)Cln33.3mS

(2)脉冲宽度：T1R1Cln31.1mS

∴uO 和uC 的波形如解图8.18 所示。

8.19 图P8.19所示电路为某同学所接的方波发生电路，试找出图中的三个错误，并改正。

图P 8.19 解图P8.19

解：图P8.19所示电路中有三处错误：(1)集成运放“+”、“−”接反；( 2 ) R、C 位置接反；(3)输出限幅电路无限流电阻。改正后的电路如解图8.19 所示。

8.20 波形发生电路如图P8.20所示，设振荡周期为T，在一个周期内uO1UZ的时间为Tl，则占空比为Tl/ T ；在电路某一参数变化时，其余参数不变。选择①增大、②不变或③减小填入空内：

图P8.20

当R1增大时，uO1的占空比将 ，振荡频率将 ，uO2的幅值将 ；

若RWl的滑动端向上移动，则uO1的占空比将 ，振荡频率将 ，uO2的幅值将 ；若RW2的滑动端向上移动，则uO1的占空比将 ， 振荡频率将 ,uO2的幅值将 。

解：设RWl、RW2在未调整前滑动端均处于中点，则应填入② ，① ，③； ②，① ，② ； ③ ，② ，② 。

8.21 在图P8.20所示电路中，已知RWl的滑动端在最上端，试分别定性画出RW2的滑动端在最上端和在最下端时uO1和uO2的波形。 解：uO1和uO2的波形如解图P8.21 所示。

(a)RW2滑动端在最上端 (b) RW2滑动端在最下端

解图P8.21

8.22 电路如图P8.22所示，已知集成运放的最大输出电压幅值为±12V , uI的数值在uO1

的峰-峰值之间。

(1) 求解uO3 的占空比与uI的关系式；

(2)设uI＝2.5V ，画出uO1、uO2和uO3的波形。

图P8.22

解：在图P8.22所示电路中，Al 和A2组成矩形波一三角波发生电路。 (1)在A2组成的滞回比较器中，令uPR3R2uO2uO10

R2R3R2R3 求出阈值电压：UTR2UOM6V R3在Al组成的积分运算电路中，运算关系式为 uO1uO2(t2t1)uO(t1) RC在二分之一振荡周期内，积分起始值：uO1(t1)UT6V， 终了值： uO1(t1)UT6V，uO2UOM12V，

1T(12)6 5710102求出振荡周期： T20mS

T6UI1求解脉冲宽度T1： ∵UI (UOM)1UT, ∴T1RC2600T6UI求解占空比：1

T12代入上式得： 6 (2) uO1、uO2和uO3的波形如解图8.22 所示。

解图P8.22

8.23试将正弦波电压转换为二倍频锯齿波电压，要求画出原理框图来，并定性画出各部分输出电压的波形。

解：原理框图和各部分输出电压的波形如解图P8.23 所示。

解图P8.23

8.24 试分析图P8.24 所示各电路输出电压与输入电压的函数关系。

(a) (b)

图P8.24

解：图示两个电路均为绝对值运算电路。运算关系式分别为 (a) uOuI； (b) uORLuI。 R18.25 电路如图P8.25 所示。(1) 定性画出uO1和uO的波形；(2)估算振荡频率与uI的关系式。

图P8.25

解：(1) uO1和uO的波形如解图P8.26 所示。

(2)求解振荡频率：首先求出电压比较器的阈值电压，然后根据振荡周期近似等于

积分电路正向积分时间求出振荡周期，振荡频率是其倒数。

UTUZ8V；

UT1uITUT； R1C T2UTR1C； uI fuI0.625uI

2UTR1C解图P8.25

8.26 已知图P8.26 所示电路为压控振荡电路，晶体管T 工作在开关状态，当其截止时相当于开关断开，当其导通时相当于开关闭合，管压降近似为零；uI> 0 。

(1)分别求解T导通和截止时 uO1和uI的运算关系式 uO1 =f ( uI ）; (2)求出uO和uO1的关系曲线uO= f (uO1 ) ; (3)定性画出uO和uO1的波形；

(4)求解振荡频率f和 uI 的关系式。

图P8.26

解：(1)uOUZ时，T导通时，此时R1、R2中点接地，

uN1uP1R4uIuI/3。

R3R41uI103 ∴uO1(t1t0)uO1(t0)uI(t1t0)uO1(t0)

R2C345uOUZ时，T截止时，

2uI1103uO1(t2t1)uO1(t1)uI(t2t1)uO1(t1)

(R1R2)C345(2) uO和uO1的关系曲线如解图P8.26 (a)所示。

(3) uO和uO1的波形如解图P8.26 (b)所示。

(a) (b)

解图P8.26

(4)首先求出振荡周期，然后求出振荡频率，如下：

2U900.9103TuIUT； TT3 UT；∴f1.1uI

10uIuI4528.27 试设计一个交流电压信号的数字式测量电路，要求仅画出原理框图。

解：原理框图如解图P8.27所示，各部分波形如图所示，数字频率计完成计数、译码、显示等功能。

解图P8.27

8.28 试将直流电流信号转换成频率与其幅值成正比的矩形波，要求画出电路来，并定性画出各部分电路的输出波形。

解：首先将电流信号转换成电压信号，然后将电压信号接如图P8.25 所示压控振荡器的输入端，即可将直流电流信号转换成频率与其幅值成正比的矩形波，如解图P8.28 (a)所示，其波形如解图(b)所示。

若输入电流与解图P8.28 (a)所示相反，则应将uO3 经比例系数为−1的反相比例运算电路后，再接压控振荡器。

(a)

(b)

解图P8.28