模电习题8章,波形发生和信号转换题解

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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑模电习题8章,波形发生和信号转换题解 章 第八章 波形的发生和信号的转换 题 自测题 一、推断下列说法是否正确，用或表示推断结果。 （1）在图 T8.1 所示方框图中，若 F 180，则只有当 A 180时，电路才能产生正弦波振荡。（ ） 图 T8.1 （2）只要电路引入了正反馈，就肯定会产生正弦波振荡。（ ） （3）凡是振荡电路中的集成运放均工作在线性区。（ ） （4）非正弦波振荡电路与正弦波振荡电路的振荡条件完全相同。（ ） ： 解：（1） （2） （3） （4） 二、改错：改正图 T8.2 所示各电路中的错误，使电路可能产生正弦波振荡。要求不能转变放大

2、电路的基本接法（共射、共基、共集）。 图 T8.2 ： 解：（a）加集电极电阻 R c 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，改同铭端。 三、试将图 T8.3 所示电路合理连线，组成 RC 桥式正弦波振荡电路。 图 T8.3 解：、与相连，与相连，与相连，与相连。如解图T8.3 所示。 解 图 T8.3 四、已知图 T8.4（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 ， 电 路 2 为 ， 电 路 3为 ，电路 4 为 。 图 T8.4 解：正弦波振荡电路，同相输入过零比较器，反相输入积分运算电路，同相输入滞回比较器。 五、

3、试分别求出图 T8.5 所示各电路的电压传输特性。 图 T8.5 ： 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U T 0.5 U Z 。两个电路的电压传输特性如解图 T8.5 所示 解 图 T8.5 六、电路如图 T8.6 所示。 图 T8.6 （1）分别说明 A 1 和 A 2 各构成哪种基本电路； （2）求出 u O1 与 u O 的关系曲线 u O1 f（u O ）； （3）求出 u O 与 u O1 的运算关系式 u O f（u O1 ）； （4）定性画出 u O1 与 u O 的波形； （5）说明若要提高振荡频率，则可以转变

4、哪些电路参数，如何转变。 ： 解：（1）A 1 ：滞回比较器； A 2 ：积分运算电路。 （2） 依据 0 ) (21N1 O O1 O2 12O12 11P1= = + = + += u u u uR RRuR RRu ，可得 V 8T = U u O1 与 u O 的关系曲线如解图 T8.6（a）所示。 （3） u O 与 u O1 的运算关系式 ) ( ) ( 2021 ) ( ) (11 O 1 2 O11 O 1 2 O14Ot u t t ut u t t uC Ru+ - - =+ - - = 解 图 T8.6 （4）u O1 与 u O 的波形如解图 T8.6（b）所示。 （5

5、）要提高振荡频率，可以减小 R 4 、C、R 1 或增大 R 2 。 习 习 题 8.1 推断下列说法是否正确，用 或表示推断结果。 （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 。（ ） （2）由于 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，满意正弦波振荡的相位条件 A F 2n（n 为整数），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 f 0 1/RC。（ ） （4 ）电路只要满意 1 F A& &（ ，就肯定会产生正弦波振

6、荡。（ ） （5 ）负反馈放大电路不行能产生自激振荡。（ ） （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缘由是其上限截止频率太低。（ ） ： 解：（1） （2） （3） （4） （5） （6） 8.2 推断下列说法是否正确，用或表示推断结果。 （1）只要集成运放引入正反馈，就肯定工作在非线性区。（ ） （ 2） 当 集 成 运 放 工 作 在 非 线 性 区 时 ， 输 出 电 压 不 是 高 电 平 ， 就 是 低 电平。（ ） （ 3） 一 般 情 况 下 ， 在 电 压 比 较 器 中 ， 集 成 运 放 不 是 工 作 在 开 环 状 态 ，就是仅仅引入了正反馈。

7、（ ） （ 4） 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。（ ） （ 5） 在 输 入 电 压 从 足 够 低 逐 渐 增 大 到 足 够 高 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。（ ） （ 6） 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。（ ） ： 解：（1） （2） （3） （4） （5） （6） 8.3 现有电路如下： A RC 桥式正弦波振荡电

8、路 B LC 正弦波振荡电路 C 石英晶体正弦波振荡电路 选择合适答案填入空内，只需填入 A、B 或 C。 （1）制作频率为 20Hz20kHz 的音频信号发生电路，应选用 。 （2）制作频率为 2 MHz20MHz 的接收机的本机振荡器，应选用 。 （3）制作频率特别稳定的测试用信号源，应选用 。 ： 解：（1）A （2）B （3）C 8.4 选择下面一个答案填入空内，只需填入 A、B 或 C。 A容性 B阻性 C感性 （ 1） LC 并 联 网 络 在 谐 振 时 呈 ， 在 信 号 频 率 大 于 谐 振 频 率 时呈 ，在信号频率小于谐振频率时呈 。 （ 2） 当 信 号 频 率 等

9、于 石 英 晶 体 的 串 联 谐 振 频 率 或 并 联 谐 振 频 率 时 ， 石英 晶体 呈 ； 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 ；其余状况下石英晶体呈 。 （3）当信号频率 ff 0 时，RC 串并联网络呈 。 ： 解：（1）B A C （2）B C A （3）B 8.5 推断图 P8.5 所示各电路是否可能产生正弦波振荡，简述理由。设图（b）中 C 4 容量远大于其它三个电容的容量。 图 P8.5 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

10、和 输 入 电 压 反 相 （ A 180）， 且 图 中 三 级 移 相 电 路 为 超 前 网 络 ， 在 信号频率为 0 到无穷大时相移为2700，因此存在使相移为180（ F180）的频率，即存在满意正弦波振荡相位条件的频率 f 0 （此时 A F 0）；且在 ff 0 时有可能满意起振条件F A &1，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 （ A 180）， 且 图中 三 级 移 相 电 路 为 滞 后 网 络 ， 在 信 号频率为 0 到无穷大时相移

11、为 0270，因此存在使相移为180 （ F 180）的频 率 ，即存 在 满意正 弦 波振荡 相 位条件 的 频率 f 0 （此 时 A F360）；且在 ff 0 时有可能满意起振条件 F A& &1，故可能产生正弦波振荡。 8.6 电路如图 P8.5 所示，试问： （1）若去掉两个电路中的 R 2 和 C 3 ，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？ ： 解：（1）不能。由于图（ a）所示电路在信号频率为 0 到无穷大时相移为1800，图（b）所示电路在信号频率为 0 到无穷大时相移为 0180，在

12、相移为180时反馈量为 0，因而不行能产生正弦波振荡。 （2）可能。由于存在相移为180的频率，满意正弦波振荡的相位条件，且电路有可能满意幅值条件，因此可能产生正弦波振荡。 8.7 电路如图 P8.7 所示，试求解： （1）R W 的下限值； （2）振荡频率的调整范围。 图 P8.7 ： 解：（1）依据起振条件 2 2WW f ， R R R R + k。 故 R W 的下限值为 2k。 （2）振荡频率的最大值和最小值分 别为 Hz 145) ( 21kHz 6 . 1 212 1min 01max 0+= =C R RfC Rf 8.8 电 路 如 图 P8.8 所 示 ， 稳 压 管D Z

13、 起稳幅作用，其稳定电压U Z 6V。试估算： （1）输出电压不失真状况下的有效值； （2）振荡频率。 ： 解：（1）输出电压不失真状况下的峰值是稳压管的稳定电压，故其有效值 V 36 . 62 5 . 1Zo =UU （2）电路的振荡频率 图 P8.8 Hz 95 . 9 210 =RCf 8.9 电路如图 P8.9 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 R 1 短路，则电路将产生什么现象？ （3）若 R 1 断路，则电路将产生什么现象？ （4）若 R F 短路，则电路将产生什么现象？ （5）若 R F 断路，则电路将产生 图 P

14、8.9 什么现象？ ： 解：（1）上下 （2）输出严峻失真，几乎为方波。 （3）输出为零。 （4）输出为零。 （5）输出严峻失真，几乎为方波。 8.10 图 P8.10 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U Z 6V， R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R，C 1 C 2 C。 图 P8.10 （1）试分析电路为什么能够满意产生正弦波振荡的条件； （2）求出电路的振荡频率； （3）画出o1U&和o2U&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 A 2 组成的积分运算电路的

15、输出电压o2U&超前输入电压o1U&90 o ，而由 A 1 组成的电路的输出电压o1U&滞后输入电压o2U&90 o ，因而o1U&和o2U&互为依存条件，即存在 f 0 满意相位条件。在参数选择合适时也满意幅值条件，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）解方程组： - = - =-+-+= =2 51 oo21 1 P31 o 1 P41 o 1 P1 o2 111 N 1 P j jC RUUC URU URU UUR RRU Uww& & & & & & 可得正实根，求出RCf 210= 。 （3）输出电压 u 2 最大值 U O2max U Z 6V 对 方 程

16、组 中 的 第 三 式 取 模 ， 并 将RCf2 2 20 0= = w 代 入 可 得o2 o12U U& &= ，故 V 5 . 8 2m a x o2 max 1 o = U U 。 若 u O1 为正弦波，则 u O2 为余弦波，如解图 8.10 所示。 解 图 P8.10 8.11 分别标出图 P8.11 所示各电路中变压器的同铭端，使之满意正弦波振荡的相位条件。 图 P8.11 ： 解：图 P8.11 所示各电路中变压器的同铭端如解图 P8.11 所示。 解 图 P8.11 8.12 分别推断图 P8.12 所示各电路是否满意正弦波振荡的相位条件。 图 P8.12 ： 解：（a）

17、可能 （b）不能 （c）不能 （d）可能 8.13 改正图 P8.12（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 压器的同铭端改为原边的上端和副边的上端为同铭端，或它们的下端为同铭端。 改正后的电路如解图 P8.13 所示。 解 图 P8.13 8.14 试分别指出图 P8.14 所示两电路中的选频网络、正反馈网络和负反馈网络，并说明电路是否满意正弦波振荡的相位条件。 图 P8.14 解 ： 在 图 （ a）所

18、示 电 路中 ， 选 频网 络 ： C 和 L； 正反 馈 网 络： R 3 、 C 2和 R W ；负反馈网络：C 和 L。电路满意正弦波振荡的相位条件。 在图（b）所示电路中，选频网络： C 2 和 L；正反馈网络：C 2 和 L；负反馈网络：R 8 。电路满意正弦波振荡的相位条件。 8.15 试分别求解图 P8.15 所示各电路的电压传输特性。 图 P8.15 解：图（a）所示电路为单限比较器， u O U Z 8V，U T 3V，其电压传输特性如解图 P8.15（a）所示。 图（b）所示电路为过零比较器，U OL U D 0.2V，U OL U Z 6V，U T 0V。其电压传输特性如

19、解图 P8.15（b）所示。 图（c）所示电路为反相输入的滞回比较器， u O U Z 6V。令 I N R E F2 12O2 11Pu u UR RRuR RRu = = + += 求出阈值电压 U T1 0 V U T2 4 V 其电压传输特性如解图 P8.15（c）所示。 图（d）所示电路为同相输入的滞回比较器， u O U Z 6V。令 V 3N O12 11I2 12P= = + += u uR RRuR RRu 得出阈值电压 V 5 . 7V 5 . 1T2T1=UU 其电压传输特性如解图 P8.15（d）所示。 图 （ e）所示电路为窗口比较器， u O U Z 5V， U T

20、 3V，其电压传输特性如解图 P8.15（e）所示。 解 图 P8.15 8.16 已 知 三 个 电 压 比 较 器 的 电 压 传 输 特 性 分 别 如 图 P8.16（ a）、（ b）、（c）所示，它们的输入电压波形均如图（ d）所示，试画出 u O1 、u O2 和 u O3的波形。 图 P8.16 解：依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 P8.16 所示。 解 图 P8.16 8.17 图 P8.17 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 A

21、1 和 A 2 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 u O 与 i 关系的传输特性。 图 P8.17 ： 解：（1）A 1 工作在线性区（电路引入了负反馈）；A 2 工作在非线性区（电路仅引入了正反馈）。 （2）u O 与 i 关系式为 u O1 i I R 1 100i I u O 与 u O1 的电压传输特性如解图 P8.17（a）所示，因此 u O 与 i 关系的传输特性如解图 P8.17（b）所示。 解 图 P8.17 8.18 设 计三个电 压比较器 ，它们的 电压传输 特性分别 如图 P8.16（a）、 （b）、（c）所示。要求合理选择电路中各电阻

22、的阻值，限定最大值为 50k。 解：具有图 P8.16（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 u O U Z 6V，阈值电压 U T 2V，电路如解图 P8.18（a）所示。 具有 图 P8.16（ 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 u O U Z 6V；阈值电压 U T1 0V，U T2 2V，说明电路输入有 U REF 作用，依据 I N R E F2 12O2 11Pu u UR RRuR RRu = = + += 列方程，令 R 2 50 k，可解出 R 1 10 k，U REF

23、1.2V。电路如解图 P8.18（b）所示。 具有图 P8.16（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 U OL 0V，U OH 6V，阈值电压 U T1 0V，U T1 2V。电路如解图 P8.18（c）所示。 解 图 P8.18 8.19 在图 P8.19 所示电路中，已知 R 1 10 k，R 2 20 k，C0.01F，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视不计。 （1）求出电路的振荡周期； （2）画出 u O 和 u C 的波形。 图 P8.19 解 图 P8.19 ： 解：（1）振荡周期 T（R 1 R 2 ）C ln33.3mS （2）脉

24、冲宽度 T 1 R 1 C ln31.1mS u O 和 u C 的波形如解图 8.19 所示。 8.20 图 P8.20 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 P8.20 解 图 P8.20 解：图 P8.20 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8.20 所示。 8.21 波形发生电路如图 P8.21 所示，设振荡周期为 T，在一个周期内 u O1U Z 的时间为 T 1 ，则占空比为 T 1 / 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

25、.21 当 R 1 增 大 时 ， u O1 的 占 空 比 将 ， 振 荡 频 率 将 ， u O2 的 幅 值将 ； 若 R W1 的 滑 动 端 向 上 移 动 ， 则 u O1 的 占 空 比 将 ， 振 荡 频 率将 ，u O2 的 幅 值 将 ； 若 R W2 的滑动端 向上移动 ，则 u O1 的占空 比将 ，振荡频率将 ，u O2 的幅值将 。 解：设 R W1 、R W2 在未调整前滑动端均处于中点，则应填入，；，；，；。 8.22 在图 P8.21 所示电路中，已知 R W1 的滑动端在最上端，试分别定性画出 R W2 的滑动端在最上端和在最下端时 u O1 和 u O2

26、的波形。 解：u O1 和 u O2 的波形如解图 8.22 所示。 （a）R W2 滑动端在最上端 （b）R W2 滑动端在最下端 解 图 8.22 8.23 电路如图 P8.23 所示，已知集成运放的最大输出电压幅值为12V，U I 的数值在 u O1 的峰峰值之间。 （1）求解 u O3 的占空比与 U I 的关系式； （2）设 U I 2.5V，画出 u O1 、 u O2 和 u O3 的波形。 图 P8.23 ： 解：在图 P8.23 所示电路中， A 1 和 A 2 组成矩形波-三角波发生电路. （1）在 A 2 组成的滞回比较器中，令 0 O13 23O23 22P= + =

27、uR RRuR RRu 求出阈值电压 V 6 OM32T = = URRU 在 A 1 组成的积分运算电路中，运算关系式为 ) ( ) (11 O 1 2 O2 Ot u t t uRCu + - - = 在二分之一振荡周期内，积分起始值 u O1 (t 1 )U T 6V，终了值 u O1 (t 1 )U T 6V，u O2 U OM 12V，代入上式 62) 12 (10 10167 5- - - =-T 求出振荡周期 T20mS 求解脉冲宽度 T 1 ： 60062) (1I1T1OM IuTUTURCU+=- - - = 求解占空比： 126I 1UTT += = d （2）u O1

28、、 u O2 和 u O3 的波形如解图 8.23 所示。 解 图 P8.23 8.24 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 P8.24 所示。 解 图 P8.24 8.25 试分析图 P8.25 所示各电路输出电压与输入电压的函数关系。 图 P8.25 ： 解：图示两个电路均为肯定值运算电路。运算关系式分别为 (b) ) a (I1LOI OuRRuu u= 8.26 电路如图 P8.26 所示。 （1）定性画出 u O1 和 u O 的波形； （2）估算振荡频率与 u I 的关系式。 图 P8

29、.26 ： 解：（1）u O1 和 u O 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。 I1 TII1 TT I1TT625 . 02 2 1 V 8 uC R UufuC R UTU T uC RUU UZ= - - = = 解 图 P8.26 8.27 已知图 P8.27 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；u I 0。 （1）分别

30、求解 T 导通和截止时 u O1 和 u I 的运算关系式 u O1 f（ u I ）； （2）求出 u O 和 u O1 的关系曲线 u O f（ u O1 ）； （3）定性画出 u O 和 u O1 的波形； （4） 求解振荡频率 f 和 u I 的关系式。 图 P8.27 ： 解：（1）T 导通时，u N1 u I /3。 ) ( ) (4510 ) ( ) (310 O1 0 1 I30 O1 0 1I2O1t u t t ut u t tuC Ru+ - =+ - = T 截止时， ) ( ) (4510 ) ( ) (32) (11 O1 1 2 I31 O1 1 2I2 1O1t

31、 u t t ut u t tuC R Ru+ - - =+ -+= （2）u O 和 u O1 的关系曲线如解图 P8.27（a）所示。 （3）u O 和 u O1 的波形如解图 P8.27（b）所示。 解 图 P8.27 （4）首先求出振荡周期，然后求出振荡频率，如下： II I3TT I3T 1 . 19 . 01090 22 4510u fu uUTUTu U=- = 8.28 试设计一个沟通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 P8.28 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 P8.28 8.29 试将直流电流信号

32、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 P8.26 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 P8.29（a）所示，其波形如解图（b）所示。 若输入电流与解图 P8.29（a）所示相反，则应将 u O3 经比例系数为1的反相比例运算电路后，再接压控振荡器。 解 图 P8.29 此题还可选用其它的压控 振荡器，完成电压频率转换。 8.30 什麽是调制？什麽是调幅、调频和调相？什麽是解调？ 解：参阅 P451P452。 8.31 锁相环有什麽特点？如何利用锁相环实现调制和解调？ 解：参阅 P448、P452P454。 第 19 页 共 19 页