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1、模拟电子技术基础第四课后答案第8章 波形的发生和信号的转换第8章 波形的发生和信号的转换 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jF(2)因为RC串并联选频网络作为反馈网络时的jF荡电路的相位条件jF=jA。( ) =0o，单管共集放大电路的jA=0o，满足正弦波振+jA=2np，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。( ) (4)电路只要满足&F&=1，就一定会产生正弦波振荡。( ) A(5)负
2、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
3、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 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。 f=fo时，RC串并联网络呈(B)。 (a) (b) 图P 8.4 解：图(a)所示电路有可能产生正
4、弦波振荡。因为共射放大电路输出电压和输入电压反相(jA=-180o)，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270o0o，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(jA=-1800)，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-270o0o，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
5、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180o0o，图(b)所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为0o180o，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+RW2R,RW2kW故Rw的下限值为2k
6、W。 (2)振荡频率的最大值和最小值分别为 f0max=111.6kHz，f0min=145Hz。 2pR1C2p(R1+R2)C8.7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 1=UP=Uom 312由图可知：Uom-Uom=Uom=UZ 333Uom=UZ=9V。图P 8.7 2为Uom，此时UN有效值为：Uo=Uom26.36V (2)电路的振荡频率: 8.8电路如图P8.8所示。 fo=19.95Hz 2pRC(1)为使电路产生正弦波振荡，标出集成运放的“+”和“-
7、”；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
8、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=R1uO1 R1+R2uP1-uO2uP1-uO1+=-uP1jwC1 R4R3uO2=-或改写为：2uP1uO1uO11=-R5jwC2jwR
9、5C2=uO1 2uP1-uO1-uO2=-uP1jwRC jwRCuO2=-uO1解图8.9 解方程组，可得：(wRC)2=2，或w=21。即f0=RC2pRC。 (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w0=2pf0=22RC代入可得uO1=2uO2，故Uo1max=2Uo2max8.5V。 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)
10、(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 (b)不能 (c)不能 (d)可能 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
11、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 uO解：图(a)所示电路为单限比较器，所示。 =UZ=18V，UT=-3V,其电压传输特性如解图P8.14(a)图(b)所示电路为过零比较器，UOL其电压传输特性
12、如解图P8.14(b)所示。 =-UD=-0.2V，UOH=+UZ=+6V，UT=0V。图(c)所示电路为反相输入的滞回比较器，uO=UZ=6V。令 uP=R1R2uO+UREF=uN=uI R1+R2R1+R2=0V,UT2=4V求出阈值电压：UT1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=R1R2uO1+uI=uN=3V R1+R2R1+R2=1.5V,UT2=7.5V求出阈值电压：UT1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其电压传输特性如解图P8.14(e)所示。 =UZ=5V
13、，UT=3V， (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，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
14、iI关系的传输特性。 图P8.16 解：(1)Al工作在线性区; A2工作在非线性区。 (2)uO1与iI关系式为：uO1=iIR1=100iI =0.5V，UT2=5.5V)，因此uO与iI关系的传输特uO与uOl的电压传输特性如解图P8.16(a)所示(UT1性如解图P8.16(b)所示。与UT1、UT2所对应的iI1、iI2分别为：5mA和55mA。 (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50k。 解：具有图P8.15 (a)所示电压传输特性的电压比较器为同相
15、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=R1R2uO+UREF=uN=uI R1+R2R1+R2列方程，令R2 = 50k，可解出Rl = 10k，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阈值电压：UT1=0V,UOH=6V，=0V,UT2=2V。电路如解图
16、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=10k，R2=20k，C = 0.01F,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(2)脉冲宽度：T1(R1+R2)Cln33.3mS R1Cln31.1mS 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：(
17、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。选择增大、不变或减小填入空内： 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 ， ，；
18、， ， ； ， ， 。 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uI2.5V，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
19、器中，令uP=R3R2uO2+uO1=0 R2+R3R2+R3求出阈值电压：UT=R2UOM=6VR3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=-6V， 在二分之一振荡周期内，积分起始值：uO1(t1)=-UT终了值：uO1(t1)=-UT=6V，uO2=-UOM=-12V， 1T(-12)-6 10510-72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：d=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
20、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=RLuIR1。 8.25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，
21、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； R1CT2UTR1C； uIfuI=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)
22、uO=UZ时，T导通时，此时R1、R2中点接地， uN1=uP1=R4uI=uI/3。 R3+R41uI103(t1-t0)+uO1(t0)=uI(t1-t0)+uO1(t0) uO1=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： 2U900.9103T=UT=uI-UT；T=T3；f1.1u
23、I 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
