10章习题答案可编辑修改word版Word文档格式.docx
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√)
7.LC正弦波一般采用分立元件组成放大电路,既作为基本放大电路又作为稳幅环节。
习题
10.1判断图题10.1所示电路是否可能产生正弦波振荡,简述理由。
RbRb
(a)(b)
图题10.1
解:
(a)图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(即A=-180),且图中反馈网络为三级RC移相电路,最大相移为270,因此存在使相移为+180(即F=+180)的频率f0,使A+F=0。
且在f=f0时有可能满足起振条件
|AF|>
1,故可能产生正弦波振荡。
(b)图所示电路不可能产生正弦波振荡。
因为反馈信号引回到晶体管的发射极,放大电路为共基接法,输出电压和输入电压同相(即A=0),而反馈网络为三级移相电路,最大相移为270。
因此为了使电路满足正弦波振荡的相位条件,则要求F=0,此时的振荡频率将趋于无穷大,基本放大电路的放大倍数已经很低,故不可能产生正弦波振荡。
10.2图10.2.3所示的RC桥式振荡电路中,C=0.25F,R1=2kΩ。
若需要产生频率为
2000Hz的正弦波,试估算R的大小,Rf至少为多大?
由式10.2.8,可得
由式10.2.6,可知
R=1
2Cf0
=1
2⨯2000⨯0.25⨯10-6
=318Ω
Rf>
2R1=2⨯2kΩ=4kΩ
所以Rf至少为4kΩ。
10.3正弦波振荡电路如图题10.3所示,已知A为理想集成运放。
(1)已知电路能够产生正弦波振荡,为使输出波形频率增大应如何调节电路参数?
(2)已知R1=10kΩ,若产生稳定振荡,则Rf约为多少?
(3)已知R1=10kΩ,Rf=12kΩ。
问电路产生什么现象?
简述理由。
Rf
vo
图题10.3
(1)应减小电阻R或者电容C。
(2)Rf≥2R1,Rf约为20kΩ。
(3)不能振荡,因为电路无法满足正弦波振荡的幅值条件。
10.4正弦波振荡电路如图题10.4(a)所示,已知A为理想集成运放。
(1)为使电路产生正弦波振荡,请标出集成运放的同相端和反相端。
(2)求解振荡频率的调节范围。
(3)已知Rt为热敏电阻,试问其温度系数是正还是负?
(4)已知热敏电阻Rt的特性如图题10.4(b)所示,求稳定振荡时Rt的阻值和电流It
的有效值。
(5)求稳定振荡时输出电压的峰值。
Rt/kΩ
3
vo2
1
(a)
图题10.4
012
(b)
4It/mA
有效值
(1)集成运放上端为同相端,下端为反相端。
(2)当Rw调节到最小时f0最大,当Rw调节到最大时f0最小,根据
2(R+Rw)C
得
<
f0<
2RC
145Hz<
1592Hz
振荡频率的调节范围为145Hz~1592Hz。
(3)温度系数应为负。
(4)稳定振荡时Rt与R1应满足Rt=2R1=2kΩ。
在图(b)中对应找出Rt=2kΩ时It的
有效值为1.5mA。
(5)稳定振荡时
Rt上的电流
It的有效值为1.5mA,则输出电压的峰值
Vom=2(Rt+R1)It≈6.4V。
10.5分别判断图题10.5所示电路是否可能产生正弦波振荡,简述理由。
若能振荡,试分别说明它们为何种形式的正弦波(变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式)。
已知Cg、Cb、Ce、Cs为耦合电容或旁路电容。
+VCC
Cb
(b)
(c)(d)
图题10.5
(a)图所示电路的基本放大电路为共源放大电路,通过变压器引入的反馈为负反馈,无法满足正弦波振荡的相位条件。
(b)图所示电路的基本放大电路为共基放大电路,能够正常工作,通过变压器引入的反馈为正反馈,满足正弦波振荡的相位条件;
另外,电路在f=f0时有可能满足起振条件
1,因此可能产生正弦波振荡。
为变压器反馈式正弦波振荡电路。
(c)图所示电路的基本放大电路为共射放大电路,能够正常工作,当LC并联回路谐振时通过电感引入的反馈为正反馈,满足正弦波振荡的相位条件;
另外,电路在f=f0时由可能满足起振条件|AF|>
为电感反馈式正弦波振荡电路。
(d)图所示电路的基本放大电路为共基放大电路,能够正常工作,当LC并联回路谐振时通过电容引入的反馈为正反馈,满足正弦波振荡的相位条件;
另外,电路在f=f0时有可
能满足起振条件|AF|>
为电容反馈式正弦波振荡电路。
10.6试标出图题10.6所示电路变压器原、副边的同名端,使之满足正弦波振荡的相位条件。
CN1N2
Rb1
Rb2
T
ReC1
图题10.6
解:
图所示电路包含正弦波振荡电路的四个组成部分:
放大电路(共基接法)、LC选频网络、反馈网络和非线性环节(晶体管),线圈N2上的电压为反馈电压。
为了判断变压器原、副边的同名端,用瞬时极性法判断各点对地电位的瞬时极性:
断开反馈,在断开处给放大电路加频率为f0的输入电压Vi,定义其瞬时对地电位极性为(+),即晶体管发射极对地电位极性为(+);
因为放大电路为共基接法,所以集电极对地电位瞬时极性为(+),即N1上对地电位的极性为上(-)下(+),为了使电路满足振荡的相位条件时,N2线圈上的电压应为上(+)下(-)。
因此,变压器原副边同名端如下图所示。
+
VCC
(-)
CN1
(+)
N2
(a)已知电路图
(b)答案电路图
10.7分别改正图题10.7所示各电路的错误,使之可能产生正弦波振荡,要求不改变放大电路的基本接法;
改正后分别说明它们是何种形式的正弦波(变压器反馈式、电感式、电容反馈式)。
(c)(c)
(d)
改正后的电路如下图所示
图题10.7
(a)图所示电路改变变压器的同名端,使反馈为正反馈,并加入耦合电容C1。
为变压
器反馈式正弦波振荡电路。
(b)图所示电路加入集电极负载电阻、在反馈支路中加入隔直电容C1。
为电容反馈式
正弦波振荡电路。
(c)图所示电路在反馈支路中加入隔直电容C1。
(d)图所示电路去掉旁路电容Ce。
CL
C1
e
(c)(d)
10.8图题10.8所示正弦波中,已知电容C1、C2为耦合电容。
回答下列问题:
(1)分别指出电路中的正反馈网络和选频网络,并分析电路是否满足正弦波振荡的相位条件。
(2)若电路没有起振,则应增大还是减小电阻Rw。
(3)若电容C1开路,电路能否产生正弦波振荡?
为什么?
(4)若电容C2开路,电路能否振荡?
C
图题10.8
(1)正反馈网络为Rw、C1和Rs,选频网络为L1C并联回路,由于电路存在正反馈
网络,因此满足正弦波振荡的相位条件。
(2)若电路没有起振,则应减小电阻Rw,使反馈电压增大。
(3)若电容C1开路,则电路没有正反馈网络,不能满足正弦波振荡的相位条件,无法
振荡。
(4)若电容C2开路,则没有选频网络,此时电路存在正反馈网络,放大电路的电压放
大倍数很大,可能振荡,但输出波形不是正弦波,可能接近方波。
10.9已知电路如图题10.9所示,电容C1为耦合电容,C2、C3为旁路电容。
分别判断各电路是否可能产生正弦波振荡;
如可能产生正弦波振荡,则说明石英晶体在电路中呈容性、感性还是纯阻性?
电路的振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率fs、等于并联谐振频率fp、还是介于fs和fp之间?
两个电路都可能振荡。
图题10.9
(a)图电路中石英晶体呈感性,电路的振荡频率介于fs和fp之间;
(b)图电路中石
英晶体呈纯阻性,电路的振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率fs。
10.10图题10.10所示电路中,已知R1=10kΩ,R2=20kΩ,R=10kΩ,C=0.01F,
稳压管的稳压值为6V,VREF=0。
(1)分别求输出电压vo和电容两端电压vC的最大值和最小值。
(2)计算输出电压vo的周期,对应画出vo和vC的波形,标明幅值和周期。
(3)若分别单独增大R1、R和VZ,则vo的幅值和周期有无变化?
如何变化?
(4)若VREF变为3V,则vo的幅值和周期有无变化?
R
CAvo
+R3
R2
1DZ
VREF
图题10.10
±
VZ=±
6V
(1)vo的最大值和最小值分别为+6V和-6V。
由于滞回比较器的阀值电压±
V=±
VR1=±
2V,因此v
的最大值V=+V
=2V
TZR+R
CCmaxT
12
,vC的最小值为VCmin=-VT=-2V。
(2)设vo的周期为T,则
vo和vC的波形下图所示。
T=2RCln(1+2R1)≈138.6s
vo/V
+6
-6
vC/V
+2
-2
(3)若单独增大R1,则vo的周期将变大,幅值将不变;
若单独增大R,则vo的周期
将变大,幅值将不变;
若单独增大VZ,则vo的周期将不变,幅值将增大。
(4)VREF若变为3V,则vo的幅值不变,周期将增大,具体分析如下:
由于滞回比较器的阀值电压变为V=V
R2+V
R1=4V,
T1REFR+R
ZR+R
1212
V=V
R2-V
R1=0V,因此v
的最大值V
=V=4V,v
的最小值为
T2REFR+R
CCmaxT1C
VCmin=VT2=0V。
设vo的周期为T,利用RC一阶电路的三要素法列方程如下:
-
VCmax=(VZ-VCmin)(1-e2RC)+VCmin
T=2RCln3≈219s,vo和vC的周期都增大。
10.11图题10.11所示电路中,已知R1=10kΩ,R2=20kΩ,R=10kΩ,C=0.1F。
稳
压管稳定电压为6V,正向导通电压可忽略不计。
计算vo的周期,并画出vo和vC的波形。
=6V
图题10.11
vo的最大值和最小值分别为6V和0V。
由于滞回比较器的阀值电压
V=VR1=2V,V
=0⨯R1=0V
T1ZR+R
T2R+R
因此vC的最大值VCmax=VT1=2V,vC的最小值VCmin=VT2=0V。
得到vo的周期T≈811s。
vo和vC的波形如下图所示。
10.12在图10.6.3(a)所示电路中,已知R1=10kΩ,R2=50kΩ,R=5kΩ,Rw=100kΩ,
C=0.01F,±
VZ=±
6V。
试求:
(1)输出电压的幅值和频率约为多少?
(2)占空比的调节范围约为多少。
(1)输出电压幅值为±
振荡周期
T=(2R+Rw
=
)C⋅ln(1+2R1)
3-6
2⨯10⨯103
振荡频率
[(100+10)⨯10
≈0.37⨯10-3s
f=1T≈2.7kHz
⨯0.01⨯10
⨯ln(1+
50⨯103
)]s
(2)将RW1=0~100kΩ代入式10.6.6,可得矩形波占空比的最小值和最大值分别为
min
=T1=
2R+RW
=5
2⨯5+100
≈4.55%
=T1=R+RW=
5+100
≈95.45%
maxT
10.13在图10.6.4所示电路中,已知R1=10kΩ,±
6V,C=0.1F,输出三角波电
压vo的幅值为±
6V,频率为500Hz,试求解R2和R3。
根据式10.6.12,其幅值
v=±
R1⋅V=±
(10⨯6)V=±
所以,R2=10kΩ。
omZ
22
输出信号的
T=1f=2ms,根据式10.6.14
4RRC4⨯10⨯103⨯R⨯0.1⨯10-6
T=13=3s
2
R10⨯103
=0.4⨯R⨯10-6s=2⨯10-3s
所以,R3=5kΩ。
10.14图题10.14所示电路中,已知Rw1、Rw2的滑动端均位于中点,R1=50kΩ,
C=0.01F,稳压管的稳压值为6V。
(1)画出vo1和vo2的波形,标明幅值和周期。
(2)当Rw1的滑动端向右移时,vo1和vo2的幅值和周期分别如何变化。
(3)当Rw2的滑动端向右移时,vo1和vo2的幅值和周期分别如何变化。
(4)为了仅使vo2的幅值增大,应如何调节电位器?
为了仅使vo2的周期增大,应如何调节电位器?
为了使vo2的幅值和周期同时增大,应如何调节电位器?
为了使vo2的幅值增大而使周期减小,应如何调节电位器?
vo2
RW2
100kΩ
图题10.14
1R
(1)vo1为方波,幅值为±
6V;
vo2为三角波,幅值为±
VZ
w1
=±
vo1
与vo2
的周期
4⨯1R
⨯1RC
T=
vo1和vo2的波形如解下图所示。
2w12w2
R1
=2ms
vo1/V
vo2/V
(2)当Rw1的滑动端向右移时,vo1、vo2的幅值均不变,周期均减小。
(3)当Rw2的滑动端向右移时,vo1的幅值不变,vo2的幅值减小。
vo1与vo2的周期减小,
(4)为了仅使vo2的幅值增大,应调节Rw2的滑动端向左移,然后调节Rw1的滑动端向
右移以使周期不变;
为了仅使vo2的周期增大,应调节Rw1的滑动端向左移。
为了使vo2的幅
值和周期同时增大,应调节Rw2的滑动端向左移;
为了使vo2的幅值增大而使周期减小,应
调节Rw2的滑动端向左移,然后调节Rw1的滑动端向右移。
10.15电路如图题10.15所示。
(1)定性画出vo1和vo2的波形;
(2)估算振荡频率与VI的关系式;
(3)若VI<
0,则电路能否产生振荡?
DR4
RCvo1100kΩ
R3
1kΩ
R5
50kΩ
VI>
0
0.01F
A1
+R6
A2
1kΩ
图题10.15
DZ±
(1)vo1和vo2的波形如解下图所示。
O
(2)求解振荡频率:
首先求出电压比较器的阀值电压,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。
V=±
R4V
12V
5
-V≈-1
Z
VT+V
R1C
T≈2VTR1C
VI
f≈VI≈83.3V
2VRCI
T1
0,则电路不能产生振荡。
10.16图题10.16所示电路为方波—三角波产生电路,试求出其振荡频率,并画出vo1
和vo2的波形。
图题10.16
当迟滞比较器的输出电压vo1从-VZ跳变到+VZ时,vo2的值就是Vom2,而vo1发生跳
变的临界条件为vn1=vp1=0,此时流过R1、R2的电流相等,即
I=I
=VZR2
V=I
R=R1V
o2m
R11Z
将图中的参数代入,得
Vom2
=5.1kΩ⨯8V=2.72V15kΩ
同理,可得vo2的负峰值为-2.72V。
电路的振荡波形vo1、vo2如下图所示。
由图可看出,vo2从-Vom2=-2.72V上升到Vom2=2.72V
的时间就是半个振荡周期,即在T
2时间内vo2的变化量等于2Vom2。
故有
T2
⎰Zdt=2Vom2
C0R
即T=4RCVom2
VZ
T=4RCR1
f=1=
4RCR1
15⨯103
4⨯5.1⨯103⨯5.1⨯103⨯0.047⨯10-6Hz
≈3067.6Hz
VZ=8V
-VZ=-8V
v
o2
Vom2=2.72V
-Vom2=-2.72V
10.17在图10.6.9(b)所示电路中,已知R1=5kΩ,R2=10kΩ,R3=1kΩ,R6=50kΩ,
6V,C=0.1F;
输入电压VI为0~-6V的直流信号。
试问:
(1)vo1的幅值为多少?
(2)当VI=-6V时振荡频率约为多少?
(3)若要VI=-6V时振荡频率约为600Hz,设其余参数不变,则R6应调整成约为多少?
(1)vo1的幅值为
V
R1⋅V
(5⨯6)V=±
3V
(2)根据式10.6.24可得
om1
Z10
RV10⨯1036
f≈2⋅I=(⋅)Hz=200Hz
2RRCV2⨯5⨯103⨯50⨯103⨯0.1⨯10-66
16Z
(3)根据式10.6.24可得
f≈2⋅I=(⋅)Hz=600Hz
2RRCV2⨯5⨯103⨯R⨯103⨯0.1⨯10-66
求解得
6
R6≈16.7kΩ。
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