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第8章 波形的发生和信号的转换
自测题
一、改错:改正图T8.1所示各电路中的错误,使电路可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法(共射、共基、共集)。
(a) (b)
图T8.1
解:(a)加集电极电阻Rc及放大电路输入端的耦合电容。
(b)变压器副边与放大电路之间加耦合电容,改同名端。
二、试将图T8.2所示电路合理连线,组成RC桥式正弦波振荡电路。
图T8.2
解:④、⑤与⑨相连,③与⑧ 相连,①与⑥ 相连,②与⑦相连。如解图T8.2所示。
解图T8.2
..........
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三、已知图T8.3(a)所示方框图各点的波形如图(b)所示,填写各电路的名称。
电路1为 正弦波振荡电路 ,电路2为 同相输入过零比较器 ,
电路3为 反相输入积分运算电路 ,电路4 为同相输入滞回比较器 。
(a)
(b)
图T8.3
四、试分别求出图T8.4所示各电路的电压传输特性。
(a) (b)
图T8.4
解:图(a)所示电路为同相输入的过零比较器;图(b)所示电路为同相输入的滞回比较器,两个阈值电压为±UT =±UZ。两个电路的电压传输特性如解图T8.5所示。
..........
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解图T8.4
五、电路如图T8.5所示。
图T8.5
(1)分别说明A1和A2各构成哪种基本电路; (2)求出uO1与uO的关系曲线uO1=f(uO); (3)求出uO与uO1的运算关系式uO=f(uO1); (4)定性画出uO1与uO的波形;
(5)说明若要提高振荡频率,则可以改变哪些电路参数,如何改变?
解:(1)A1:滞回比较器;A2:积分运算电路。
(2)根据uP1?R1R21?uO1??uO?(uO1?uO)?uN1?0
R1?R2R1?R22可得:?UT??8V
uO1与uO的关系曲线如解图T8.5 (a)所示。
(3) uO与uO1的运算关系式
uO??1uO1(t2?t1)?uO(t1)??2000uO1(t2?t1)?uO(t1) R4C(4) uO1与uO的波形如解图T8.5(b)所示。
(5)要提高振荡频率,可以减小R4 、C 、Rl 或增大R2。
(a) (b)
解图T8.5
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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?F??A。( × )
oo(2)因为RC串并联选频网络作为反馈网络时的?F?0,单管共集放大电路的?A?0,
满足正弦波振荡电路的相位条件?F??A?2n?,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。( × )
?F??1,就一定会产生正弦波振荡。( × ) (4)电路只要满足A(5)负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f?fo时,RC串并联网络呈( B )。
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。
..........
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(a) (b)
图P 8.4
解:图(a)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
o相(?A??180),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
+270~0,因此存在使相移为+180 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
0(?A??180),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
ooo
-270~0,因此存在使相移为?180 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?
oo
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+180~0,图(b)
ooo
所示电路在信号频率为0到无穷大时相移为0~?180,在相移为±180时反馈量为,因而不可能产生正弦波振荡。
o
(2)可能。因为存在相移为±180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。
ooo
图P8.6
解:(1)根据起振条件
..........
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'' Rf?RW?2R,RW?2k? 故Rw 的下限值为2k?。
(2)振荡频率的最大值和最小值分别为 f0max?
8.7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 为Uom,此时UN?UP?Uom 由图可知: Uom?Uom?∴Uom11?1.6kHz, f0min??145Hz。
2?R1C2?(R1?R2)C1312Uom?UZ
333?UZ?9V。 图P 8.7 2Uom?6.36V 2 有效值为:Uo?(2)电路的振荡频率: fo?
1?9.95Hz
2?RC8.8电路如图P8.8所示。
(1)为使电路产生正弦波振荡,标出集成运放的“+”和“-”;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。
..........
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图P8.9
(1)试分析电路为什么能够满足产生正弦波振荡的条件; (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uO190,
o
而由A1组成的电路的输出电压uO1滞后输入电压uO290,因而uO1和uO2互为依存条件,即
o
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?R1?uO1
R1?R2uP1?uO2uP1?uO1???uP1?j?C1 R4R3uO2??uO1uO11??? R5j?C2j?R5C2或改写为:2uP1?uO1
2uP1?uO1?uO2??uP1?j?RC j?RC?uO2??uO1解图8.9
2解方程组,可得:(?RC)?2,或??2。即f0?RC12?RC。
(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?0?2?f0? ..........
2 2RC. . .
代入可得uO1?2uO2,故Uo1max?2Uo2max?8.5V。
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) (b)
(c) (d)
..........
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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(电容三点式)
(b)不能 (电感与Re之间的连线应串入隔直电容) (c)不能(①同(b), ②同名端错误。) (d)可能 (电容三点式)
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(基极)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。
..........
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(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
解:图(a)所示电路为单限比较器,uO??UZ??18V,UT??3V,其电压传输特性
..........
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如解图P8.14 (a)所示。
图(b)所示电路为过零比较器,UOL??UD??0.2V,UOH??UZ??6V,
UT?0V。其电压传输特性如解图P8.14(b)所示。
图(c)所示电路为反相输入的滞回比较器,uO??UZ??6V。令
uP?R1R2?uO??UREF?uN?uI
R1?R2R1?R2求出阈值电压:UT1?0V,UT2?4V 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?R1R2?uO1??uI?uN?3V
R1?R2R1?R2求出阈值电压:UT1?1.5V,UT2?7.5V 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??UZ??5V, ?UT??3V,
其电压传输特性如解图P8.14(e)所示。
(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。
..........
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(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(即不是高电平,就是低电平),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iI 关系的传输特性。
..........
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图P8.16
解:(1)Al工作在线性区(电路引入了负反馈); A2工作在非线性区(电路仅引入了正反馈)。
(2) uO1与iI 关系式为:uO1?iIR1?100iI
uO与uOl的电压传输特性如解图P8.16(a)所示(UT1?0.5V,UT2?5.5V),因此uO与iI 关
UT2所对应的iI1、iI2分别为:系的传输特性如解图P8.16 (b)所示。与UT1、5?A和55?A。
(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50kΩ。
解:具有图P8.15 (a)所示电压传输特性的电压比较器为同相输入的单限比较器。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?R1R2?uO??UREF?uN?uI
R1?R2R1?R2列方程,令R2 = 50kΩ,可解出Rl = 10kΩ,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?0V,UOH?6V,阈值电压:UT1?0V,UT2?2V。电路如解图P8.17(c)所示。
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(a) (b)
(c) 解图P8.17
8.18在图P8.18所示电路中,已知R1=10kΩ,R2=20kΩ,C = 0.01μF,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?(R1?R2)Cln3?3.3mS
(2)脉冲宽度:T1?R1Cln3?1.1mS
∴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。
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图P 8.19 解图P8.19
解:图P8.19所示电路中有三处错误:(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①增大、②不变或③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② ,① ,③; ②,① ,② ; ③ ,② ,② 。
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uI=2.5V ,画出uO1、uO2和uO3的波形。
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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组成的滞回比较器中,令uP?R3R2?uO2??uO1?0
R2?R3R2?R3 求出阈值电压:?UT??R2?UOM??6V R3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在二分之一振荡周期内,积分起始值:uO1(t1)??UT??6V, 终了值: uO1(t1)??UT?6V,uO2??UOM??12V,
1T?(?12)??6 5?710?102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:??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
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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?RLuI。 R18.25 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,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。
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?UT??UZ??8V;
UT??1uIT?UT; R1C T?2UTR1C; uI f?uI?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)uO?UZ时,T导通时,此时R1、R2中点接地,
uN1?uP1?R4uI?uI/3。
R3?R41uI103 ∴uO1??(t1?t0)?uO1(t0)?uI(t1?t0)?uO1(t0)
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。
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(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:
2UT?900.9103T??uI??UT; T? UT?;∴f?1.1uI
103uIuI4528.27 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)
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解图P8.28
.谢谢!让我们共同学习共同进步!学无止境
(b)
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