11章模拟电子电路读图 第11章模拟电子电路读图 I1.1电路如图P11.1所示,其功能是实现模拟计算,求解微分方程。 (1)求出微分方程; (2)简述电路原理 RIo Rs 图P11 解:(1)设A1、A3的输出电压分别为uo1、lo3。由于每个集成运放均引入 了负反馈,根据“虚断”和“虚短”可得下列关系式及微分方程: R R R2 R+rR R 3 r Rs R, R2 Rs+RR, B&uo dt RRr,(R+R)C RRC=0 (2)当参数选择合适时,输入合适1,便可在输出得到模拟解vo。 11.2图P11.2所示为反馈式稳幅电路,其功能是:当输入电压变化时,输 出电压基本不变。主要技术指标为 (1)输入电压波动20%时,输出电压波动小于0.1%; (2)输入信号频率从50~2000Hz变化时,输出电压波动小于0.1% (3)负载电阻从10k9变为5k9时,输出电压波动小于0.1%
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 1 - 第 11 章 模拟电子电路读图 11.1 电 路 如 图 P11.1 所 示 ， 其 功 能 是 实 现 模 拟 计 算 ， 求 解 微 分 方 程 。 （ 1） 求 出 微 分 方 程 ； （ 2） 简 述 电 路 原 理 。 图 P11.1 解 ：（ 1）设 A1、A3 的 输 出 电 压 分 别 为 u O 1、u O 3。由 于 每 个 集 成 运 放 均 引 入 了 负 反 馈 ， 根 据 “ 虚 断 ” 和 “ 虚 短 ” 可 得 下 列 关 系 式 及 微 分 方 程 ： 0 d ( ) d ( )d 1 d 1 ( ) I 1 4 3 2 4 7 5 6 O 3 6 8 O O 7 8 5 6 6 2 3 I 1 3 4 O1 4 O O 7 8 5 6 6 O3 O3 2 3 I 1 3 O1 u R R C R R R R R R C R R R u t u u t R R R R R R R u R R R C u t R C u u R R R R R u u R R u R R u （ 2） 当 参 数 选 择 合 适 时 ， 输 入 合 适 uI， 便 可 在 输 出 得 到 模 拟 解 u O。 11.2 图 P11.2 所 示 为 反 馈 式 稳 幅 电 路 ， 其 功 能 是 ： 当 输 入 电 压 变 化 时 ， 输 出 电 压 基 本 不 变 。 主 要 技 术 指 标 为 （ 1） 输 入 电 压 波 动 20％ 时 ， 输 出 电 压 波 动 小 于 0.1％ ； （ 2） 输 入 信 号 频 率 从 50～ 2000Hz 变 化 时 ， 输 出 电 压 波 动 小 于 0.1％ ； （ 3） 负 载 电 阻 从 10kΩ 变 为 5 kΩ 时 ， 输 出 电 压 波 动 小 于 0.1％
11章模拟电子电路读图 要求 (1)以每个集成运放为核心器件,说明各部分电路的功能; (2)用方框图表明各部分电路之间的相互关系 (3)简述电路的工作原理 提示:场效应管工作在可变电阻区,电路通过集成运放A3的输出控制场 效应管的工作电流,来达到调整输出电压的目的 C1=68μF 2HF 快+R0k 3DJ7 C2==2F IkQ 3kQ R5T8kQ0(-15V) 图P11.2 解:(1)A1:反相比例运算电路;A2:半波精密整流电路:A3:二阶低通 滤波器;T:等效成可变电阻 (2)图P11.2所示电路的方框图如解图P112所示 反相比例 精密整流 运算电路 电路 滤波器 解图P11.2 3)当参数选择合适时,若u;幅值增大导致uo增大,则ras减小,使得 减小,从而使砌o减小,趋于原来数值。过程简述如下 ↑→lo↑→rDs↓→lo1↓→uo2↓ 若l;幅值减小,则各物理量的变化与上述过程相反 11.3在图P11.2所示电路中,参数如图中所标注。设场效应管D-S之间 的等效电阻为rss (1)求出输出电压uo与输入电压山1、ras的运算关系式;说明当u1增大
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 2 - 要 求 ： （ 1） 以 每 个 集 成 运 放 为 核 心 器 件 ， 说 明 各 部 分 电 路 的 功 能 ； （ 2） 用 方 框 图 表 明 各 部 分 电 路 之 间 的 相 互 关 系 ； （ 3） 简 述 电 路 的 工 作 原 理 。 提 示 ： 场 效 应 管 工 作 在 可 变 电 阻 区 ， 电 路 通 过 集 成 运 放 A3 的 输 出 控 制 场 效 应 管 的 工 作 电 流 ， 来 达 到 调 整 输 出 电 压 的 目 的 。 图 P11.2 解 ：（ 1）A1：反 相 比 例 运 算 电 路 ；A2：半 波 精 密 整 流 电 路 ；A3：二 阶 低 通 滤 波 器 ； T： 等 效 成 可 变 电 阻 。 （ 2） 图 P11.2 所 示 电 路 的 方 框 图 如 解 图 P11.2 所 示 。 解 图 P11.2 （ 3） 当 参 数 选 择 合 适 时 ， 若 ui 幅 值 增 大 导 致 uO 增 大 ， 则 r d s 减 小 ， 使 得 uO1、 u O2 减 小 ， 从 而 使 uO 减 小 ， 趋 于 原 来 数 值 。 过 程 简 述 如 下 ： uI↑→uO↑→rDS↓→uO1↓→uO2↓ uO↓← 若 ui 幅 值 减 小 ， 则 各 物 理 量 的 变 化 与 上 述 过 程 相 反 。 11.3 在 图 P11.2 所 示 电 路 中 ， 参 数 如 图 中 所 标 注 。 设 场 效 应 管 D-S 之 间 的 等 效 电 阻 为 r d s。 （ 1） 求 出 输 出 电 压 uO 与 输 入 电 压 uI、 r d s 的 运 算 关 系 式 ； 说 明 当 uI 增 大
11章模拟电子电路读图 时,rds应如何变化才能使uo稳幅? (2)当u1为1kHz的正弦波时,定性画出lo和uo2的波形。 (3)o3是直流信号,还是交流信号,为什么?为使uo稳幅,当l因某 种原因增大时,uo3的幅值应当增大,还是减小,为什么? (4)电位器Rw的作用是什么? 解:(1)列A1反相输入端的节点电流方程可得 R3R2∥s R,R1+R,∥r 为了在变化时uo基本不变,u增大时rd 应减小。 (2)A2与D1、D2、R6等组成半波整流电 路,uo2和uo的关系为 ∫o2=-lo(0正半周) 0(u0负半周) 因此波形如解图P11.3所示。 (3)uo3为直流信号,因为A3组成了 解图P11.3 二阶低通滤波器,所以uo3是uo2的平均值 u1增大时uo3应增大;因为只有uo3增大rps才会减小。 (4)调零。 11.4在图P11.2所示电路中,设场效应管d-s之间的等效电阻为rdse为 了使得输入电压1波动20%时,输出电压uo波动小于0.1%,rss应变化百分 之多少? 解:当l1变化20%时,uo变化0.1%。根据 R3R2∥ R2R1+R2∥r 此时(R.R2∥ts)变化0.5%,即R2∥Fs二变化0.5% R2R1+R2∥ R1+R2∥ 11.5五量程电容测量电路如图P11.5所示,Cⅹ为被测电容,输出电压 是一定频率的正弦波,uo经AC/DC转换和A/D转换,送入数字显示器,即可 达到测量结果。 (1)以每个集成运放为核心器件,说明各部分电路的功能; (2)用方框图表明各部分电路之间的相互关系; (3)简述电路的工作原理
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 3 - 时 ， r d s 应 如 何 变 化 才 能 使 uO 稳 幅 ？ （ 2） 当 uI 为 1kHz 的 正 弦 波 时 ， 定 性 画 出 uO 和 uO 2 的 波 形 。 （ 3） u O 3 是 直 流 信 号 ， 还 是 交 流 信 号 ， 为 什 么 ？ 为 使 uO 稳 幅 ， 当 uI 因 某 种 原 因 增 大 时 ， u O 3 的 幅 值 应 当 增 大 ， 还 是 减 小 ， 为 什 么 ？ （ 4） 电 位 器 RW 的 作 用 是 什 么 ？ 解 ：（ 1） 列 A1 反 相 输 入 端 的 节 点 电 流 方 程 可 得 I 1 2 ds 2 ds 2 3 O u R R r R r R R u ∥ ∥ 为 了 在 uI 变 化 时 u O 基 本 不 变 ， uI 增 大 时 r d s 应 减 小 。 （ 2）A2 与 D1、D2、R6 等 组 成 半 波 整 流 电 路 ， uO2 和 u O 的 关 系 为 0 ( ) ( ) O2 O O2 O O 负半周 正半周 u u u u u 因 此 波 形 如 解 图 P11.3 所 示 。 （ 3） uO 3 为 直 流 信 号 ， 因 为 A3 组 成 了 解 图 P11. 3 二 阶 低 通 滤 波 器 ， 所 以 uO 3 是 u O 2 的 平 均 值 。 uI 增 大 时 u O3 应 增 大 ； 因 为 只 有 uO 3 增 大 r D S 才 会 减 小 。 （ 4） 调 零 。 11.4 在 图 P11.2 所 示 电 路 中 ， 设 场 效 应 管 d-s 之 间 的 等 效 电 阻 为 r d s。 为 了 使 得 输 入 电 压 uI 波 动 20％ 时 ， 输 出 电 压 uO 波 动 小 于 0.1％ ， r d s 应 变 化 百 分 之 多 少 ？ 解 ： 当 uI 变 化 20％ 时 ， uO 变 化 0.1％ 。 根 据 I 1 2 ds 2 ds 2 3 O u R R r R r R R u ∥ ∥ ， 此 时 （ 1 2 ds 2 ds 2 3 R R r R r R R ∥ ∥ ） 变 化 0.5%， 即 1 2 ds 2 ds R R r R r ∥ ∥ 变 化 0.5% 。 11.5 五 量 程 电 容 测 量 电 路 如 图 P11.5 所 示 ，CX 为 被 测 电 容 ，输 出 电 压 uO 是 一 定 频 率 的 正 弦 波 ， uO 经 AC/DC 转 换 和 A/D 转 换 ， 送 入 数 字 显 示 器 ， 即 可 达 到 测 量 结 果 。 （ 1） 以 每 个 集 成 运 放 为 核 心 器 件 ， 说 明 各 部 分 电 路 的 功 能 ； （ 2） 用 方 框 图 表 明 各 部 分 电 路 之 间 的 相 互 关 系 ； （ 3） 简 述 电 路 的 工 作 原 理
11章模拟电子电路读图 0.01uF 本 76.8kg2 167k9 100g 100g 0.01uF 000pF 20nF 200nF 2HF 20HP lIkE 900k90kQ 图P11.5 解:(1)A1:文氏桥振荡电路:A2:反相比例运算电路;A2:C-AC(电 容一交流电压)转换电路:A4:带通滤波器 (2)图P11.5所示电路的方框图如解图P11.5所示。 被测电容 振荡电路 运算电路 转换电路 解图P11.5 (3)文氏桥振荡电路输出频率为彡的正弦波,经反相比例运算电路作用于 被测电容,通过C-AC电路转换成与电容容量成正比的交流电压,再通过中心 频率为的带通滤波器输出频率为∫o的交流信号,因此输出交流电压的幅值正 比于电容容量。 为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等,C AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同,容量越高的档,阻值越小,以保证转 换系数的最大值基本不变 可参考P575~P576 11.6电路如图P11.5所示,试求解 (1)uo的频率 (2)uo2与uo1的运算关系式 (3)在五个量程中,uo3与lo2的各运算关系式; (4)A4及其有关元件所组成的电路的中心频率为多少? 解:(1)uo1的频率 f o ≈400Hz 2I RC
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 4 - 图 P11.5 解 ：（ 1）A1：文 氏 桥 振 荡 电 路 ；A2：反 相 比 例 运 算 电 路 ；A2：C－ AC（ 电 容 － 交 流 电 压 ） 转 换 电 路 ； A4： 带 通 滤 波 器 。 （ 2） 图 P11.5 所 示 电 路 的 方 框 图 如 解 图 P11.5 所 示 。 解 图 P11.5 （ 3）文 氏 桥 振 荡 电 路 输 出 频 率 为 f 0 的 正 弦 波 ，经 反 相 比 例 运 算 电 路 作 用 于 被 测 电 容 ， 通 过 C-AC 电 路 转 换 成 与 电 容 容 量 成 正 比 的 交 流 电 压 ， 再 通 过 中 心 频 率 为 f 0 的 带 通 滤 波 器 输 出 频 率 为 f 0 的 交 流 信 号 ，因 此 输 出 交 流 电 压 的 幅 值 正 比 于 电 容 容 量 。 为 了 保 证 在 每 个 测 量 档 内 被 测 电 容 所 转 换 的 输 出 电 压 最 大 值 均 相 等 ， C－ AC 电 路 在 不 同 档 的 反 馈 电 阻 阻 值 不 同 ， 容 量 越 高 的 档 ， 阻 值 越 小 ， 以 保 证 转 换 系 数 的 最 大 值 基 本 不 变 。 可 参 考 P575～ P576。 11.6 电 路 如 图 P11.5 所 示 ， 试 求 解 ： （ 1） u O 1 的 频 率 ； （ 2） u O 2 与 u O 1 的 运 算 关 系 式 ； （ 3） 在 五 个 量 程 中 ， uO 3 与 u O 2 的 各 运 算 关 系 式 ； （ 4） A4 及 其 有 关 元 件 所 组 成 的 电 路 的 中 心 频 率 为 多 少 ？ 解 ：（ 1） uO 1 的 频 率 400Hz 2π 1 0 RC f
11章模拟电子电路读图 (2)lo2与lot的运算关系式 lo2 R 2 +Rw o1=(0.01~0.03)·uo3 (3)uo3与lo2的各运算关系式 A3=2tj JoR,Cx 测量档自低向高Rt分别为1M9、100k9、10k9、lkg、100g。 (4)带通滤波器的中心频率 f o )≈400Hz 2I CIVRO RI R,2 11.7电路如图P11.5所示。回答下列问题: (1)在不同量程下,uo3与lo2转换系数的最大值为多少?为什么这样设 计?简述理由。 (2)为什么uo1的频率和由A4及其有关元件所组成的电路的中心频率相 同?简述理由。 (3)二极管D1~D4的作用是什么? 解:(1)在不同量程下,l03与l02转换系数的最大值均为A,≈503 为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等,以便 作为所接A/D转换电路的输入电压,C-AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同 容量越高的档,阻值越小,以保证转换系数的最大值基本不变 (2)为了滤去其它频率的干扰和噪声,便于测量 (3)二极管D1~D4起限幅作用,D1、D2限制A2的输出电压幅值,D3 D4限制A3的净输入电压幅值,以保护运放。此外,在误操作(即带电操作) 时,也为被测电容提供低阻放电回路,以保护测量电路 11.8直流稳压电源如图11.8所示。 (1)用方框图描述电 路各部分的功能及相互之 间的关系; (2)已知W117的输 太 出端和调整端之间的电压 为1.25V,3端电流可忽略 1 不计,求解输出电压Uo1 和Uo2的调节范围,并说 明为什么称该电源为“跟踪电源”? 图P11.8
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 5 - （ 2） uO 2 与 uO 1 的 运 算 关 系 式 O1 O3 3 4 W O2 u (0.01 0.03) u R R R u ～ （ 3） uO 3 与 uO 2 的 各 运 算 关 系 式 3 πj 0 f X A u 2 f R C 测 量 档 自 低 向 高 Rf 分 别 为 1MΩ 、 100kΩ 、 10kΩ 、 1kΩ 、 100Ω 。 （ 4） 带 通 滤 波 器 的 中 心 频 率 ) 400Hz 1 1 ( 1 2π 1 1 10 11 12 0 C R R R f 11.7 电 路 如 图 P11.5 所 示 。 回 答 下 列 问 题 ： （ 1）在 不 同 量 程 下 ，uO 3 与 uO 2 转 换 系 数 的 最 大 值 为 多 少 ？ 为 什 么 这 样 设 计 ？ 简 述 理 由 。 （ 2）为 什 么 u O 1 的 频 率 和 由 A4 及 其 有 关 元 件 所 组 成 的 电 路 的 中 心 频 率 相 同 ？ 简 述 理 由 。 （ 3） 二 极 管 D1～ D4 的 作 用 是 什 么 ？ 解 ：（ 1） 在 不 同 量 程 下 ， uO 3 与 u O 2 转 换 系 数 的 最 大 值 均 为 5.03 Au3 。 为 了 保 证 在 每 个 测 量 档 内 被 测 电 容 所 转 换 的 输 出 电 压 最 大 值 均 相 等 ，以 便 作 为 所 接 A/D 转 换 电 路 的 输 入 电 压 ，C-AC 电 路 在 不 同 档 的 反 馈 电 阻 阻 值 不 同 ， 容 量 越 高 的 档 ， 阻 值 越 小 ， 以 保 证 转 换 系 数 的 最 大 值 基 本 不 变 。 （ 2） 为 了 滤 去 其 它 频 率 的 干 扰 和 噪 声 ， 便 于 测 量 。 （ 3） 二 极 管 D1～ D4 起 限 幅 作 用 ， D1、 D2 限 制 A2 的 输 出 电 压 幅 值 ， D3、 D4 限 制 A3 的 净 输 入 电 压 幅 值 ， 以 保 护 运 放 。 此 外 ， 在 误 操 作 （ 即 带 电 操 作 ） 时 ， 也 为 被 测 电 容 提 供 低 阻 放 电 回 路 ， 以 保 护 测 量 电 路 。 11.8 直 流 稳 压 电 源 如 图 11.8 所 示 。 （ 1）用 方 框 图 描 述 电 路 各 部 分 的 功 能 及 相 互 之 间 的 关 系 ； （ 2）已 知 W117 的 输 出 端 和 调 整 端 之 间 的 电 压 为 1.25V，3 端 电 流 可 忽 略 不 计 ， 求 解 输 出 电 压 UO 1 和 UO 2 的 调 节 范 围 ， 并 说 明 为 什 么 称 该 电 源 为 “ 跟 踪 电 源 ” ？ 图 P11.8
11章模拟电子电路读图 解:(1)方框图如解图P118所示 电路1 电阻 20变压器 整流电路滤波电路 稳压 电路2 解图P11.8 (2)输出电压调节范围为 R1+R2 R1 URE=125~168V 因为在调节R2时,Uo2的数值始终和Uo1保持相等,故称之为“跟踪电源”。 11.9电路如图P11.8所示。已知W117的输出端和调整端之间的电压为 1.25V,3端电流可忽略不计,输出电流的最小值为5mA:1和2端之间电压大 于3ⅴ才能正常工作,小于40V才不至于损坏;晶体管T1饱和管压降的数值为 3V;电网电压波动范围为±10% (1)求解输出电压Uo1和Uo2的调节范围: (2)为使电路正常工作,在电网电压为220V时,U1的取值范围为多少? (3)若在电网电压为220V时,U1=32V,则变压器副边电压有效值U2约 为多少伏? 解:(1)输出电压调节范围为 Uo=-Ua2=k+E2,Ug=125-168V (2)根据方程组 1.101=UOmin +U12 0.9U1=U 输入电压的取值范围为22.1~37.5V。 (3)变压器副边电压有效值 ≈27V 1.2 11.10电路如图P11.8所示。回答下列问题 (1)电路中各电容的作用 (2)二极管Ds的作用 (3)调整管为什么采用复合管 解:(1)滤波。 (2)保护W117,使电路在断电时C3有一个放电回路,而不通过W117
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 6 - 解 ：（ 1） 方 框 图 如 解 图 P11.8 所 示 。 解 图 P11.8 （ 2） 输 出 电 压 调 节 范 围 为 REF 1.25 ~ 16.8V 1 1 2 O1 O2 U R R R U U 因 为 在 调 节 R2 时 ，UO 2 的 数 值 始 终 和 UO 1 保 持 相 等 ，故 称 之 为“ 跟 踪 电 源 ”。 11.9 电 路 如 图 P11.8 所 示 。 已 知 W117 的 输 出 端 和 调 整 端 之 间 的 电 压 为 1.25V，3 端 电 流 可 忽 略 不 计 ，输 出 电 流 的 最 小 值 为 5mA；1 和 2 端 之 间 电 压 大 于 3V 才 能 正 常 工 作 ，小 于 40V 才 不 至 于 损 坏 ；晶 体 管 T1 饱 和 管 压 降 的 数 值 为 3V； 电 网 电 压 波 动 范 围 为 ±10％ 。 （ 1） 求 解 输 出 电 压 UO 1 和 UO 2 的 调 节 范 围 ； （ 2）为 使 电 路 正 常 工 作 ，在 电 网 电 压 为 220V 时 ，UI 的 取 值 范 围 为 多 少 ？ （ 3）若 在 电 网 电 压 为 220V 时 ，UI＝ 32V，则 变 压 器 副 边 电 压 有 效 值 U2 约 为 多 少 伏 ？ 解 ：（ 1） 输 出 电 压 调 节 范 围 为 REF 1.25 ~ 16.8V 1 1 2 O1 O2 U R R R U U （ 2） 根 据 方 程 组 I Omax 12min I Omin 12max 0.9 1.1 U U U U U U 输 入 电 压 的 取 值 范 围 为 22.1～ 37.5V。 （ 3） 变 压 器 副 边 电 压 有 效 值 27V 1.2 I 2 U U 11.10 电 路 如 图 P11.8 所 示 。 回 答 下 列 问 题 ： （ 1） 电 路 中 各 电 容 的 作 用 ； （ 2） 二 极 管 D5 的 作 用 ； （ 3） 调 整 管 为 什 么 采 用 复 合 管 。 解 ：（ 1） 滤 波 。 （ 2） 保 护 W117， 使 电 路 在 断 电 时 C3 有 一 个 放 电 回 路 ， 而 不 通 过 W117
11章模拟电子电路读图 放电。 (3)在负载电流一定时,减小A的输出电流;或者说,在A的输出电流 定时,增大负载电流
第 11 章 模 拟 电 子 电 路 读 图 - 7 - 放 电 。 （ 3）在 负 载 电 流 一 定 时 ，减 小 A 的 输 出 电 流 ；或 者 说 ，在 A 的 输 出 电 流 一 定 时 ， 增 大 负 载 电 流