模電課后習(xí)題第八章

1、習(xí)題八8-1 由三個理想運放組成的電路如圖題8-1所示，=5，=0時，積分電容上的電壓為零，試畫出對應(yīng)的、和的波形，并在圖上標(biāo)出幅值的大小。C0.5uFR110kR220kR4R3100k±5V圖題8-1解：圖題解8-1本電路由三級運放組成，第一級是反相輸入比例放大電路，輸入為=5，根據(jù)反相放大器的工作特性，可得：=其波形如圖題解8-1（b）所示。第二級為過零比較器，信號由反相輸入端輸入，輸出端用穩(wěn)壓管雙向限幅，電壓為±5V，故的波形如圖題解8-1（c）所示。第三級為積分電路，其輸入信號為方波，積分電路的輸出可分段算出：當(dāng)t00.1s，5V時，0.1s末的為10V當(dāng)t0.1

2、0.2s，5V時，0.2s時的為10100V因此，可得的波形如圖題解8-1（d）所示。8-2 試求圖題8-2所示振蕩電路的振蕩頻率和滿足振幅起振條件所需的最小值，運放為理想運放。RfR2R110KRfR410KR310KC1C20.01uF0.01uF5K圖8.24解：振蕩器的震蕩頻率由RC串并聯(lián)連選項頻網(wǎng)絡(luò)確定。在選頻網(wǎng)絡(luò)中，C=0.01,，由此可得放大器有兩級構(gòu)成，增益為當(dāng)時，為滿足振幅起振條件，則A>3據(jù)此可以滿足振幅起振條件所需的R1的最小值，則>3，Rf >=17.22kRf 的最小值為17.22k8-3 正弦波振蕩電路如圖8.25所示，已知=4k，=5k，在05k

3、范圍內(nèi)可調(diào)，設(shè)運放是理想的，振幅穩(wěn)定后二極管的動態(tài)電阻近似為=500，求的阻值。R14KRpR10KR10KR25KC0.1uFC0.1uFD1D2圖8.25解：振蕩達(dá)到平衡狀態(tài)時 即Rf=Rp +rd/R2=2R1Rp=2R1 -rd/R2=2´4000-500´5000/(500+5000)=75458-4 設(shè)運放是理想的，試分析圖題8-4所示正弦波振蕩電路：（1）為滿足振蕩條件，試在圖中用、標(biāo)出運放的同相端和反相端；（2）為能起振，和兩個電阻之和應(yīng)大于何值？（3）此電路的振蕩頻率=？（4）試證明穩(wěn)定振蕩時輸出電壓的峰值為R10KR15.1KR2R10KRpC0.01u

4、FC0.01uF±=±6V圖8.26解：（1）選頻網(wǎng)絡(luò)接同相輸入端，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)接反相輸入端，（2） 為能起振，必須滿足所以有： RP +R2 > 2R1（3）（4）當(dāng)震蕩穩(wěn)定時，放大器閉環(huán)增益為3，所以，輸出電壓達(dá)到峰值Uom時，有U+ = 1/3Uom而U+ = U- = (Uom-UZ)R1/(R!+RP)即 (Uom-UZ)R1/(R!+RP)=1/3Uom,所以解得Uom=3R1UZ/(2R1-Rp)8-5 一比較器電路如圖題8-5所示，設(shè)運放是理想的，且= -2V，=12V，試求門限電壓值，畫出比較器的傳輸特性。R110KR210KR32K±圖題8

5、-5解=0 ；令=得Uth= -Uref = 2V當(dāng)u1> -2V時，> 0，uo= -UZ = -12V當(dāng)u1 < -2V時，< 0，uo= UZ = 12V據(jù)此可作出該比較起的傳輸特性，如圖所示：u1/VUZ-UZu0/V20圖題8-58-6 設(shè)運放為理想器件，試求圖題8-6所示電壓比較器的門限電壓，并畫出它的傳輸特性曲線，圖中=9V，=2k，=6k，=2k。R1R2R3A±圖題8-6解：=0 ；令=，得所以，當(dāng)= +UZ時，可得上門限電壓為= -3V當(dāng)= -UZ時，可得上門限電壓為= 3V傳輸特性圖如圖解題8-6所示。9-9u0/Vu1/V-330 圖解

6、題8-6 8-7 圖題8-7所示電路為方波-三角波產(chǎn)生電路，試求其振蕩頻率，并畫出、的波形。圖中=8V，=5k，=30k，=2k，=5k，=0.05uF。A2R3R2R1RC±圖題8-7解：-1.331.33-8t8 圖解題8-7,的波形如圖的幅度為= UZ = 8V的幅度為=1.33VAR1RRLVD1VD2VD4VD3+-8-8 用集成運放組成的精密整流電路如圖題8-8所示。試分析它的工作原理，并求出輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系。 圖題8-8解：設(shè)集成運放A滿足理想化條件，當(dāng)ui > 0時，uo為負(fù)，此時，VD1與VD4導(dǎo)通，VD2和VD3截止。通過負(fù)載RL的電流：當(dāng)ui<

7、;0時，uo為正，此時，VD2和VD3導(dǎo)通，VD1與VD4截止。通過負(fù)載RL的電流：因此，負(fù)載上獲得單極性信號，即完成整流任務(wù)。輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：AR1R2Rf8-9 試分析具有遲滯特性的比較器電路，電路如圖題8-9（a）所示，輸入三角波如圖8.31（b）所示。設(shè)輸出飽和電壓=±10V，畫出輸出波形圖。圖中，=50k，=100k。（b）(a)圖題8-9解：tt510/3-10/310-10ui(V）uo(V）輸出波形如圖解題8-9: 圖解題8-9 8-10 由理想運放組成的電路如圖題8-10（a）所示，輸入信號為三角波，波形如圖8-10（b）所示，試畫出對應(yīng)的輸出波形。+2

8、VAR1R2R3±6V（b）(a)題8-10解： 波形圖如圖解題8-10所示。uo(V）-662ttui(V）-44 圖解題8-10 8-11 遲滯比較器的電路如圖題8-11所示，圖中穩(wěn)壓管的雙向限幅值為=±6V，=15k，=30k。（1）試畫出電路的傳輸特性。（2）畫出幅值為5V的正弦信號所對應(yīng)的輸出電壓波形。(此題答案與題8-10同，故略。）RR1R2CUZAR1R2R3±UZ圖題8-11 圖題8-128-12 理想運放組成的矩形波發(fā)生電路如圖題8-12所示，已知=±6V，=10k，=20k，=6.7k，=0.01uF，求電路振蕩周期T。解：T 8-

9、13 三角波發(fā)生電路如圖題8-13所示。（1）說明電路的組成。（2）定性畫出的波形，并標(biāo)出幅值。A1A2R2RR1±圖題8-13解：(1)A1為滯回電壓比較器，A2為反相積分器，組成多諧振蕩器。（2） 波形圖如圖解題8-13所示：uo(V)）（R1/R2)UZt- (R1/R2)Uz 圖解題8-138-14 在下列幾種情況下，應(yīng)分別采用哪種類型的濾波電路（低通、高通、帶通、帶阻）？（1）有用信號頻率為100Hz；（2）有用信號頻率低于400Hz；（3）希望抑制50Hz交流電源的干擾；（4）希望抑制500Hz以下的信號。解：(1) 帶通(2) 低通(3) 帶阻(4) 高通8-15 設(shè)運

10、放為理想器件。在下列幾種情況下，它們應(yīng)分別屬于哪種類型的濾波電路（低通、高通、帶通、帶阻）？并定性畫出其幅頻特性。（1）理想情況下，當(dāng)= 0和時的電壓增益相等，且不為零；（2）直流電壓增益就是它的通帶電壓增益；（3）在理想情況下，當(dāng)時的電壓增益就是它的通帶電壓增益；（4）在=0和時，電壓增益都等于零。解：（1） f = 0，和f = 時，Au(f)不等于0，故0 < fL < fH < 時，Au(f) = 0，故為帶阻；（2） f=0，Au(f)不等于0，且有通帶中Au(f) = Au(f)，通帶包括f=0的情況，故0f<fL,，Au(f)0,為低通。（3） ，Au(f

11、)0,且為帶通增益，即在通帶中，故為高通。(a)帶阻0A0f0A0(b)低通f（4） f=0，Au(f)=0，必有0<fL<f<fH<時，Au(f)0，為帶通。0A0f0A0f（c）高通(d)帶通 圖解題8-158-16 圖題8-16所示為一階低通濾波器電路，設(shè)運放為理想運放，試推導(dǎo)電路的傳遞函數(shù)，并求出其-3dB的截止角頻率。其中，R=10k，=0.015uF。ARCRf圖題8-16解：為電壓跟隨器。所以有： 令則有當(dāng)如圖：為低通濾波器，為特征角頻率，也稱-3截止頻率。0.707 圖解題8-168-17 在圖8-26所示的低通濾波電路中，設(shè)=10k，=5.86k，=1

12、00k，=0.1uF，試計算截止角頻率和通帶電壓增益。解：重畫圖8-26如圖如下A 圖解題8-17（重畫圖8-26）相同比例放大器電路：由KCL定律：，故整理后得：，其中，=當(dāng) <<1時，電壓增益=1+5.68/10=1.568為通帶增益當(dāng)=，為-3dB截止頻率：其波特圖：-40dB/十倍頻程410100 圖解題8-17注意是二階極點，故過后，幅頻曲線下降40dB/十倍頻程。8-18 已知截止頻率=500Hz，試選擇和計算如圖8-26所示二階低通濾波電路的參數(shù)。解：因為 ，所以 工程上，所用估計方法，一般C取1uF以下，R取K數(shù)量級，故此處取C1 = C2 = 0.1mF則如圖中電

13、路，于是=1.586，同時，為使運放的二輸入端電阻對稱，以減小失調(diào)電壓，應(yīng)有：R1/Rf=2R因此得R1=17.23k，Rf=10.10k9-19 設(shè)A為理想運放，試寫出圖題8-19所示電路的傳遞函數(shù)，指出這是一個什么類型的濾波電路。R1RfC圖題8-19解：由于運放同相端接地，所以有由KLC定律可知，即于是 所以有令，則，則當(dāng)0<<<1,時，當(dāng)>>1時，當(dāng)=1時，因此， 。由上分析可知，該電路為高通濾波器AR1RfC1Cf8-20 設(shè)A為理想運放，試寫出圖題8-20所示電路的傳遞函數(shù)，指出這是一個什么類型的濾波電路。圖題8-20解：與上一題類似，只是用代替所以，

14、該電路為帶通濾波器。8-21 影響開關(guān)電容濾波器頻率響應(yīng)的時間常數(shù)決定于什么？為什么時鐘頻率通常比濾波器的工作頻率（例如截止頻率）要大得多（例如/>100）？解：開關(guān)電容濾波器如圖（a），.其等效電路為（b）（a）(b)（1） 由于故頻率響應(yīng)和（即、的采樣頻率）以及有關(guān)，而不是僅取決于。（2） >>>> 因為開關(guān)速度應(yīng)比上充電的速度高很多，這樣在時鐘階段，輸入源ui的變化很小，可以忽略，認(rèn)為沒有變化；接下來，在時鐘階段，電容接至運算放大器的輸入端，將先前的電荷轉(zhuǎn)移到上，如果比信號頻率高得多，即非常短，則可以認(rèn)為上述過程是連續(xù)的，相當(dāng)于ui連續(xù)地向C2供電。否則，將

15、出現(xiàn)信號的斷續(xù)情況，相當(dāng)于引入了較大的開關(guān)噪聲。因此必須有時鐘頻率通常比濾波器的工作頻率（例如截止頻率）要大得多。22.開關(guān)電容濾波器與一般RC有源濾波電路相比有何主要優(yōu)點？解：1） 開關(guān)電容濾波器(SCF)電路其核心部分由模擬開關(guān)、電容器和運算放大器組成，其傳輸函數(shù)系統(tǒng)特性取決于電容容量比的準(zhǔn)確性，易于用MOS工藝實現(xiàn)。2） RC時間常數(shù)由電容比和時鐘常數(shù)確定: 由于電容比的精確度可達(dá)到0.1%，而且，由晶體時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘頻率準(zhǔn)確且穩(wěn)定，所以，頻率參數(shù)可以精確的得到，無需再設(shè)計調(diào)諧系數(shù)。也即只需改變輸入方波的頻率，即可調(diào)諧濾波器的中心頻率或者低通頻率。而且便于程序控制。3） 由等效電阻的計算公式可以看出lOM電阻可由1pF的電容和100kHz的時鐘，所