3篇4章习题解答浙大版集成电路课后答案.docx
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3篇4章习题解答浙大版集成电路课后答案
第四章功率变换电路
题3.4.1一双电源互补对称电路如图题3.4.1所示,设已知VCC=12V,RL=16Ω,vI为正弦波。
求:
(1)在三极管的饱和压降VCES可以忽略不计的条件下,负载上可能得到的最大输出功率Pom=?
;
(2)每个管子允许的管耗PCm至少应为多少?
(3)每个管子的耐压|V(BR)CEO|应大于多少?
图题3.4.1
解:
(1)负载上可能得到的最大输出电压幅度Vom=12V
)
(2)
∴
≥0.9W
(3)
≥24V
题3.4.2在图题3.4.2所示的OTL功放电路中,设RL=8Ω,管子的饱和压降|VCES|可以忽略不计。
若要求最大不失真输出功率(不考虑交越失真)为9W,则电源电压VCC至少应为多大?
(已知vi为正弦电压。
)
图题3.4.2
解:
VCC=24(V)
∴电源电压VCC至少24V
题3.4.3OTL放大电路如图题3.4.3所示,设T1、T2特性完全对称,vi为正弦电压,VCC=10V,RL=16Ω。
试回答下列问题:
(1)静态时,电容C2两端的电压应是多少?
调整哪个电阻能满足这一要求?
(2)动态时,若输出电压波形出现交越失真,应调整哪个电阻?
如何调整?
(3)若R1=R3=1.2kΩ,T1、T2管的β=50,|VBE|=0.7V,Pcm=200mW,假设D1、D2、R2中任意一个开路,将会产生什么后果?
图题3.4.3
解:
(1)静态时,电容C2两端的电压应为5V。
调整R1、R3,可调整上、下两部分电路的对称性,从而使C2两端电压为5V。
(2)若出现交越失真,应调大R2,使b1b2间电压增大,提供较大的静态电流。
(3)若D1、D2、R2中任意一个开路,则
IC1=IC2=βIB1=179(mA)
PC=IC1·VCE=IC1·5V=895(mW)>Pcm,∴功率管会烧坏。
题3.4.4在图题3.4.3电路中,已知VCC=35V,RL=35Ω,流过负载的电流iL=0.45cosωt(A)。
求:
(1)负载RL所能得到的信号功率PO;
(2)电源供给的功率PE;(3)两个管子的总管耗PT。
解:
(1)
(2)
=
(3)
题3.4.5乙类OTL功放级电路如图题3.4.5所示,电源电压VCC=30V,负载电阻RL=8Ω。
(1)试问驱动管T的静态电压VCEQ和静态电流ICQ应设计为何值?
(2)设功放管T1、T2的最小管压降|VCES|约为3V,试估算最大不失真输出功率POm和输出级效率η。
图题3.4.5
解:
(1)因为OTL功放电路要求基极上静态电压为
所以驱动管T的静态电压,
(2)
=
题3.4.6图题3.4.6功放电路中,设运放A的最大输出电压幅度为±10V,最大输出电流为±10mA,晶体管T1、T2的|VBE|=0.7V。
问:
(1)该电路的电压放大倍数Avf=?
(2)为了得到尽可能大的不失真输出功率,T1、T2管的β值至少应取多少?
(3)该电路的最大不失真输出功率Pom=?
(4)当达到上述功率时,输出级的效率是多少?
每个管子的管耗多大?
图题3.4.6
解:
(1)
(2)运放最大输出电流±10mA,所以功放管的IB=10mA,运放的最大输出电压±10V,vo的最大输出电压幅度为
管子IEm=Iom,所以
≥
(3)
=
题3.4.7在图题3.4.7所示电路中,已知VCC=15V,T1和T2的饱和管压降|VCES|=1V,集成运放的最大输出电压幅值为±13V,二极管的导通电压为0.7V。
(1)为了提高输入电阻,稳定输出电压,且减小非线性失真,应引入哪种组态的交流负反馈?
试在图中画出反馈支路。
(2)若Vi=0.1V,Vo=5V,则反馈网络中电阻的取值约为多少?
(3)若输入电压幅值足够大,则电路的最大不失真输出功率为多大?
图题3.4.7
解:
图3.4.7
(2)
∴Rf=49(kΩ)
(3)集成运放的最大输出电压幅度为13V,则vo的最大幅度
Vom=13+VD-VBE=13+0.7-0.7=13V
题3.4.8一个用集成功放LM384组成的功率放大电路如图题3.4.8所示。
设vi为正弦电压,电路在通带内的电压增益为40dB,在RL=8Ω时,不失真的最大输出电压(峰-峰值)可达18V。
求:
(1)最大不失真输出功率Pom;
(2)输出功率最大时的输入电压有效值Vi。
图题3.4.8
解:
(1)
(2)电压增益为40dB,即Av=100
输出电压有效值
所以输入电压有效值
题3.4.9单相全波整流电路如图题3.4.9所示,变压器副边有一个中心抽头,并设整流管正向压降和变压器内阻可以忽略不计。
(1)画出变压器副边电压与整流输出电压波形;
(2)求整流电路输出直流平均电压VO(AV)与V21、V22的关系;(3)求各整流二极管的平均电流ID(AV)1、ID(AV)2与负载电流平均值IL(AV)的关系;(4)求各整流二极管所承受的最大反向电压V(BR)与V21、V22的关系。
图题3.4.9
解:
图3.4.9
(2)直流平均电压Vo=0.9V21=0.9V22,V21、V22为付边电压有效值。
(3)ID(AV)1=ID(AV)2=1/2IL
(4)当D1导通,D2截止时,加在D2上的反向电压为V21+V22;同理D2导通,D1截止时,加在D1上的反向电压为V21+V22,因次级线圈抽头为中心抽头,V21=V22,所以整流二极管的最大反向电压
。
题图题所示为桥式整流电路。
(1)分别标出VO1和VO2对地的极性;
(2)当V21=V22=20V(有效值)时,输出电压平均值VO(AV)1和VO(AV)2各为多少?
(3)当V21=18V,V22=22V时,画出VO1、VO2的波形,并求出VO1和VO2各为多少?
解:
(1)V01上“+”下“-”,V02上“+”下“-”
(2)VO(AV)1=VO(AV)2=0.9V21=18(V)
(3)VO(AV)1=VO(AV)2=1/2×0.9(V21+V22)=18(V)
题桥式整流滤波电路如图题所示。
已知v2=20
sinωt(V),在下述不同情况下,说明输出直流电压平均值VO(AV)各为多少伏?
(1)电容C因虚焊未接上;
(2)有电容C,但RL=∞(负载RL开路);
(3)整流桥中有一个二极管因虚焊而开路,有电容C,RL=∞;
(4)有电容C,RL≠∞。
解:
(1)C未接上,VO(AV)=0.9V2=0.9×20=18(V)
(2)RL开路,VO(AV)=20
≈28.3(V)
(3)有一个二极管开路,则半个周期整流桥导通,电容C充电至
V2,所
以VO(AV)=
V2≈28.3(V)
(4)VO(AV)=1.2V2=24(V)
题整流稳压电路如图题所示。
设V2=18V(有效值),C=100μF,DZ的稳压值为5V,IL在10mA至30mA之间变化。
如果考虑到电网电压变化时,V2变化±10%,试问:
(1)要使IZ不小于5mA,所需R值应不大于多少?
(2)按以上选定的R值,计算IZ最大值为多少?
解:
当电网电压变化±10%时,
VImax=1.2V2(1+10%)=23.76(V)
VImin=1.2V2(1-10%)=19.44(V)
(1)当要求Iz≥5mA时,
≤
(取390Ω)
(2)
题串联型稳压电路如图题所示,设A为理想运算放大器,求:
(1)流过稳压管的电流IZ;
(2)输出电压VO;(3)将R3改为0~3kΩ可变电阻时的最小输出电压VO(min)及最大输出电压VO(max)。
解:
(1)
(2)运放同相端电压和反相端电压近似相等。
(3)R3=0kΩ时,Vomin=8V
R3=3kΩ时,代入式
得Vo=32(V),可见此时T管VCE=VI-Vo<0,T已进入饱和,∴要使T处于线性放大状态,Vomax=20V(忽略T饱和压降)。
题串联型稳压电路如图题所示。
设A为理想运算放大器,其最大输出电流为1mA,最大输出电压范围为0~20V。
(1)在图中标明运放A的同相输入端(+)和反相输入端(-);
(2)估算在稳压条件下,当调节Rw时,负载RL上所能得到的最大输出电流IO(max)和最高输出电压VO(max),以及调整管T的最大集电极功耗PCM。
解:
(1)上“+”下“-”。
(2)运放最大输出电流1mA,作为T的基极电流,∴Iomax=β·1mA=100(mA)
运放最大输出电压20V,所以Vomax=20-VBE=20-0.7=19.3(V)
当Rw滑动触头置于最上端时,输出电压Vo最小,Vomin=6V
PCM=Iomax·VCEmax=Iomax·(24V-6V)=1.8(W)
题串联型稳压电路如图题所示,设VBE2=0.7V,稳压管Vz=6.3V,R2=350Ω。
(1)若要求VO的调节范围为10~20V,则R1及Rw应选多大?
(2)若要求调整管T1的压降VCE1不小于4V,则变压器次级电压V2(有效值)至少应选多大?
(设滤波电容C足够大)。
解:
(1)VB2=Vz+VBE2=6.3+0.7=7(V)
当Rw滑动触头置于最上端时,
当Rw滑动触头置于最下端时,
得:
∴
,RW=350Ω
(2)VI=Vo+VCE1≥20+4=24(V)
VI=1.2V2∴V2≥20(V)
题利用三端集成稳压器W7800接成输出电压可调的电路,如图题3.4.16所示。
试写出VO与V′O的关系。
解:
运放同相端电压
反相端电压
运放输出电压为
∴
题三端稳压器W7815和W7915组成的直流稳压电路如图题所示,已知变压器副边电压v21=v22=20
sinωt(V)。
(1)在图中标明电容的极性;
(2)确定VO1、VO2的值;
(3)当负载RL1、RL2上电流IL1、IL2均为1A时,估算三端稳压器上的功耗PCM值。
解:
(1)上“+”下“-”;
(2)VO1=+15VVO2=-15V
(3)三端稳压器输入电压VI=1.2V2=1.2×20=24(V),输出电压VO=15V
所以加在稳压器上的电压为VI-VO=9V
功耗PCM=9V×1A=9(W)
题图题是由LM317组成的输出电压可调的三端稳压电路。
已知当LM317上3-1之间的电压V31=VREF=1.2V时,流过R1的最小电流IR(min)为(5~10)mA,调整端1输出的电流Iadj<<
IR(min),且要求VI-VO≥2V。
(1)求R1的大小;
(2)当R1=210Ω,R2=3kΩ时,求输出电压V0;(3)当V0=37V,R1=210Ω时,R2=?
电路的最小输入电压VI(min)=?
(4)调节R2从0变化到6.2kΩ时,求输出电压的调节范围。
解:
(1)IR1=V31/R1
当IR1=5mA时,R1=240Ω
当IR1=10mA时,R1=120Ω
(2)Vo=(R1+R2)/R1×V31=18.3(V)
(3)Vo=(R1+R2)/R1×V31,Vo=37V,R1=210Ω代入得R2=6.3(kΩ)
因为要求VI-Vo≥2V∴VI≥39(V)
(4)R2=0时,Vo=1.2(V)
R2=6.2kΩ时,VO=(R1+R2)/R1×V31=36.6(V),∴VO=(1.2-36.6)V
题可调恒流源电路如图题所示。
(1)当V31=VREF=1.2V,R从0.8Ω~120Ω改变时,恒流电流IO的变化范围如何?
(假设Iadj≈0);
(2)将RL用待充电电池代替,若用50mA进行恒流充电,充电电压VZ=1.5V,求电阻RL=?
解:
(1)Io=V31/R=1.2V/R
R=0.8Ω,Iomax=1.5(A)
R=120Ω,Iomin=10(mA)
∴Io=10mA~1.5A
(2)RL=1.5V/50mA=30(Ω)
题指出图题中各电路有无错误,并改正之。
图题3.4.20
解:
(a)D1、D4方向接反,稳压管Dz方向接反。
(b)整流电路输出应接滤波电容,稳压器输入也应接电容(如500μf+0.33μf)
(c)稳压器79L05接错,可参考教材上图。
以下为PSPICE练习题:
题3.4.21乙类互补对称功放电路如图题所示,已知VCC=12V,RL=16Ω,vi为正弦电压,试用PSPICE程序分别画出PE、PO、PT1随Vom变化的曲线,求出负载上可能得到的最大功率Pom及最大管耗PT1m。
解:
进入Schematics编辑电路图,vi采用1KHz的正弦电压源,设置DCSweep分析功能,进入Probe界面,在probe/Plot/XAxisSettings状态栏中,将AxisVariable修改为Vo,同时设定Vo的变化范围,然后在Probe主菜单中,选Trace/Add项,键入输出功率值:
|V(out)*I(RL)/2|即可得Po随Vo变化的曲线,键入|2VCC*I(RL)/π|得PE随Vo变化的曲线,键入|(V(Q1∶c)-V(Q1∶e)*IC(Q1)|/2得PT1随Vo变化的曲线。
最大功率Pom=3.6952(W),最大管耗PT1m
题功率输出级电路如图题所示。
(1)先将图中两个二极管D1、D2短路,用PSPICE程序模拟该电路的交越失真。
(2)将两个二极管D1、D2接入,用PSPICE程序仿真分析电路输入端和输出端的电压和电流波形。
解:
进入Schematics编辑电路图,vi采用1KHz正弦波,设置瞬态分析,将D1、D21、D2
题整流滤波电路如图题所示。
设变压器付边电压幅值为17V,频率为50Hz,二极管用1N4148,电容C=100μF。
试绘出RL=1kΩ、500Ω和250Ω时输出电压vO及电流iL波形。
解:
进入Schematics编辑电路图,v1采用50Hz,幅值17V的正弦波,设置瞬态分析,RL=1kΩL=500ΩL=250ΩL越小(即IL越大),输出波动越大。
RL=1kΩ
RL=500Ω
RL=250Ω
题串联型稳压电路如图题所示,运放用LM741,三极管用QbreakN,稳压管用1N961A。
用PSPICE程序仿真分析:
(1)RL=50Ω时,VI从0V变化到40V时输出电压波形;
(2)
VI=40V时,负载RL从20Ω变化到100Ω时输出电压波形。
解:
进入Schematics编辑电路图,VI采用直流电源,设置直流分析,RL=50Ω,VI
RL变化时,RL的VALUE设为{RLVALUE},设置参量PARAMETERS的NAME1=RLVALUE,VALUE1
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