模拟电子技术第七章习题解答

习题题7-1试从以下几方面对有源滤波器和电压比较器两种信号处理电路进行比较：①电路中的集成运放工作在哪个区域(非线性区，线性区)；②集成运放的作用(开关元件，放大元件)；③电路中是否引入反馈以及反馈以及反馈的极性(开环，负反馈，正反馈)。解：有源滤波器：集成运放工作于线性区，其作用是放大元件，电路中一般引入负反馈甚至是深度负反馈；电压比较器：集成运放工作于非线性区，其作用是开关元件，电路一般工作于开环状态，或引入正反馈。有些利用稳压管的比较器，当稳压管反向击穿时引入深度负反馈。题7-2假设实际工作中提出以下要求，试选择滤波电路的类型(低通、高通、带通、带阻)①有效信号为20Hz至200kHz的音频信号，消除其他频率的干扰及噪声；②抑制频率低于100Hz的信号；③在有效信号中抑制50Hz的工频干扰；④抑制频率高于20MHz的噪声。解：①带通；②高通；③带阻；④低通题7-3试判断图P7-3中的各种电路是什么类型的滤波器(低通、高通、带通还是带阻滤波器，有源还是无源滤波，几阶滤波)。（a）（b）（c）（d）解：（a）一阶高通滤波器；（b）二阶低通滤波器；（c）双T带阻滤波器（d）二阶带通滤波器题7-4在图7-12(a)所示的二阶高通有源滤波电路中，设R=R1=RF=10kΩ,C=0.1μF，试估算通带截止频率f0和通带电压放大倍数Aup，并示意画出滤波电路的对数幅频特性。解：（1）特征频率03611159Hz2π23.1410100.110fRC通带电压放大倍数Fup011011210RAAR电路的等效品质因数：0113QA由：u200111()AffjfQf得：uf20021()Affjff设-3dB截止频率，p0fkf，则有21kk2j由此解得k=1.27，故fp=1.27×159=202Hz（2）在f=f0处，Au=Aup=2，增益为u20lg6dBA在f=10f0处，增益为40634dB在f=100f0处，增益为80674dB对数幅频特性曲线如图所示，曲线以40dB/十倍频的速度下降图P7-3题7-5在图7-17(a)所示的过零比较器中，当uI=10sinωt时，试画出uo的波形图(在时间上要对应)。设Uz=±6V。答：图略。题7-6在图P7－6(a)所示的单限比较器电路中，假设集成运放为理想运放，参考电压UREF=－3V，稳压管的反向击穿电压Uz=±5V，电阻R1=20kΩ,R2=30kΩ：①试求比较器的门限电平，并画出电路的传输特性；②若输入电压uI是图P7-8(b)所示幅度为±4V的三角波，试画出比较器相应的输出电压uo的波形。（a）（b）解：①：门限电平为：1TREF22VRUUR，输出特性如图所示②输出电压波形如图所示。图P7-6题7-7在图P7-7(a)所示电路中，设集成运放A1、A2、A3、均为理想运放，且其最大输出电压为UOPP=±12V。①A1、A2和A3各组成何种基本应用电路？②A1、A2和A3各工作在线性区还是非线性区？③若输入信号Ui=10sinωt(V)，请在图P7-9(b)上画出相应的uo1、uo2和uo3的波形，并在图上标出有关电压的幅值。（a）（b）解：①A1组成反相器，A2组成比较器，A3组成跟随器（缓冲器）②A1、A3工作在线性区，A2工作在非线性区；图P7-7③题7-8在图P7-8(a)电路中，设A1、A2均为理想运放，稳压管的Uz＝±4V，电阻R2=R3=10kΩ，电容C=0.2μF，当t=0时电容上的电压为零。输入电压uI是一个正弦波，如图P7-8(b)所示，试画出相应的uo1和uo2的波形，在图上注明电压的幅值。（a）（b）解：A1过零比较器；A2积分电路A2:u+=u-=0;o2Cuuuo1=i1R2=iCR2图P7-8o2CCo1o2o1211dd(0)500duuitutUutCRCt=0~1ms时，0)-(-4)(t×-500=2ou=2000tt=1ms时,uo2=2000*0.001=2Vt=1~2ms时,uo2=-2000(t-0.001)+2t=2ms时,uo2=-2000(0.002-0.001)+2=0V题7-9在图P7-9所示的滞回比较器电路中，已知R1=68kΩ，R2＝100kΩ，RF=200kΩ，R＝2kΩ，稳压管的Uz＝±6V，参考电压UREF＝8V，试估算其两个门限电平UT+和UT－，以及门限宽度ΔUT的值，并画出滞回比较器的传输特性。解：UREF为参考电压；输出电压为+Uz或-Uz；UI为输入电压。当U+=U-时，输出电压的状态发生改变。F2REFooo2F2F200100161830030033RRuUuuuRRRR图P7-9比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。当oz,uU当UI逐渐增大时，使Uo由+Uz跳变为-Uz所需的门限电平UT+F2T+REFZ2F2F161226333RRUUURRRR=7.3V当oz,uU当UI逐渐减小时，使Uo由-Uz跳变为+Uz所需的门限电平UT-F2T-REFZ2F2F161106333RRUUURRRR=3.3V回差（门限宽度）TU：VUT4=3.3-3.7=Δ题7-10图P7-10中是正向输入滞回比较器的电路图，试估算其两个门限电平UT+和UT－以及门限宽度ΔUT，并画出正向输入滞回比较器的传输特性。解：-REFuU=8V;ofiffuRRRuRRRu+++=222+=oioiuuuu31+32=200+100100+200+100200图P7-10当u-=u+时跳变：oziUu)±(31+32=8，此时的uI对应门限电平:VUT15=)6×31+8(×23=+VUT9=)6×31-8(×23=-VUT6=915=Δ题7-11在图P7-14所示电路中①分析电路由哪些基本单元组成；②设uI1=uI2=0时，电容上的电压Uc=0，uo=±12V，求当uI1=－10V，uI2=0时，经过多少时间uo由+12V变为-12V。解：①A1构成的电路为积分电路，A2为比较电路②o1I1I2I1I23612I1I2111dd(dd)1001011010(dd)uututututRCRCutut当uI1=－10V，uI2=0时，o1I1I210(dd)100uututt当uo=+12V时，5o452VRuuRR当uu时，即100t2V时，uo=+12V变为uo=-12V100t=2，t=0.02s7-12设图P7-12中各集成运放均为理想运放：图P7-11①分析A1、A2、A3、A4和A5是否“虚地”或“虚短”；②各集成运放分别组成何种基本应用电路？③根据电路参数值写出uo1、uo2、uo3和uo4的表达式；④假设uI1＝1V，uI2＝－1V，uI3=－0.5V，uI4=0.5V，试问当T=1s时uo4和uo5分别等于多少？已知运放最大输出为±15V，当t=0时电容C上电压为零。解：①A1有虚地和虚短；A2无虚地有虚短；A3无虚地有虚短；A4有虚地有虚短；A5不存在虚地，但又虚断。②A1为反相求和运算电路，；A2为电压跟随器，；A3为差分比例运算电路，；A4为积分电路，；A5为反相输入过零比较器。③o1i1i2i3i1i2i31001001000.2510050020uuuuuuuo2i4uuo3o1o2o1o2i1i2i3i4100100100(1)2220.4102505050100uuuuuuuuuo4o3o3o33611dd10d10010110uutututRC④uI1＝1V，uI2＝－1V，uI3=－0.5V，uI4=0.5V时，o1i1i2i30.2510.22.51.7Vuuuu；o2i40.5Vuu；o3i1i2i3i420.410220.4512.4uuuuuo4o310d24uutt当t=1s时uo4和uo5分别等于uo4=24V，uo5=-15V题7-13将正弦信号uI=Umsinωt分别送到图P7-13(a)、(b)和(c)三个电路的输入端，试分别画出它们的输出电压uo的波形，并在波形图上标出各处电压值。已知Um=15V，而且：图P7-12①图(a)中稳压管的稳压值Uz=±7V；②图(b)中稳压管参数同上，且参考电压UREF=6V，R1=R2=10kΩ；③图(c)中稳压管参数同上，且UREF=6V，R1=8.2kΩ，R2=50kΩ，RF=10kΩ。（a）（a）（b）（c）解：①图（a）②稳压管参数同上，且参考电压UREF=6V，R1=R2=10kΩ；12REFi12120RRUuRRRR代入得到1iREF26VRuUR当ui＜6V时，uo=+UZ=+7V；当ui＞-6V时，uo=-UZ=-7V。波图P7-13③图(c)中稳压管参数同上，且UREF=6V，R1=8.2kΩ，R2=50kΩ，RF=10kΩ。由图可以看出f2REFo-i2f2f;RRuUuuuRRRR可求出上下门限电平分别为VURRRURRRUzfREFffT8.6=7×10+5050+6×10+5010=+++=222+VURRRURRRUzfREFffT8.-4=7×10+5050-6×10+5010=+-+=222-当uI6.8V时，uo将从+7V跳变为－7V；当uI-4.8V时，uo将从－7V跳变为+7V.题7-14若将上题中的输入信号加到图P7-14所示的双限比较电路中，并设UA＝＋10V，UB＝－10V，集成运放A1、A2的最大输出电压UOPP=±12V，二极管的正向导通电压UD＝0.7V，试画出对应的输出电压波形。解：uiUA时，A1输出为正，uo1=+12V，VD1导通；必然大于UB，A2输出为负，uo2=-12V，VD2截止，输出电压等于12-0.7=11.3VuiUB时，A1输出为负，uo1=-12V，VD1截止；A2输出为正，uo2=12V，VD2导通，输出电压等于12-0.7=11.3V。UBuiUA时，A1、A2输出均为负，VD1、VD2均截止，输出电压为0.波形如下：图P7-14