如图 5.6.1 所示。设计要求的输入电阻较大,且放大倍数也较 大,若仍选用图 5.6.1 所示电路,则反馈电阻 Rf 将很大,使得反馈电流较小,运放 的输入电流不能再忽略, 放大倍数将不仅决定于反馈网络。 为了使用较小的反馈电 ui - + R? ∞ + + uo 图 5.6.1 阻,达到较大的放大倍数和较大的输入电阻,可选用图 5.6.2 所示的 T 型网络取代图 5.6.1 中的 Rf。 解: (1)由图 5.6.1 所示 R2 i2 R1 i1 + N P R? iN i4 M R4 R3 R ? A u ? ? f ? ? 20 , R i ? R 1 ? 2 k ? , R1 ? 所以, R f ? ? A u ? R 1 ? ? 20 ? 2 ? 40 k ? (2)由图 5.6.2 所示,节点 N 的电流方程为: i1 = iN + i2 根据虚短路可得:uN= uP =0,根据虚断路可得:iN = 0,所以 ui i3 + ∞ + uo + 图 5.6.2 i1 = i2 ? ui R1 ? ? uM R2 ?uM ? ? R2 R1 ui 节点 N 的电流方程为:i2 = i3 + i4 ,所以, ? uM R2 ? uM ? uo R3 ? uM R4 25 将uM ? ? R2 R1 u i 代入上式并整理可得: u o ? ? R 2 ? R3 R1 (1 ? R2 / / R3 R4 )u i ? 根据题目要求, R i ? R1 ? 1 0 0 k ? , A u ? uo ui ? ? 5 0 ,若取 R 2 ? R 3 ? 1 0 0 k ? ,则 100 ? 100 100 (1 ? 1 0 0 / /1 0 0 R4 ) ? 5 0 ,由此可求得: R 4 ? 50 24 ? 2k? 5.7 试用集成运算放大器实现以下求和运算,要求对各个输入信号来说,电路的输入电阻不小于 5 k ? 。请选择电路的 结构形式并确定电路参数。 (1) U o ? ? (U i1 ? 10 U i 2 ? 2 U i 3 ) (2) U o ? 1 . 5 U i1 ? 5 U i 2 ? 0 . 1 U i 3 解: (1)该运算是反向求和运算电路,三个输入信号均从反相端输入,可用图 5.7.1 所示电路实现 由图不难求出对各个输入信号来说,电路的输入电阻分别为 R1 Ui1 Ui2 + R2 + R3 + + R? ∞ + + Uo Rf R i1 ? R 1 , R i 2 ? R 2 , R i 3 ? R 3 。 同时也不难求出对各个输入信号来说,电路的增益分别为 Ui3 R R R ? ? ? A u 1 ? ? f ? ? 1 , A u 2 ? ? f ? ? 10 , A u 3 ? ? f ? ? 2 R2 R3 R1 所以: R f ? 10 R 2 ? 2 R 3 ? R 1 ,所以 R 1 ? R 3 ? R 2 ? R i2 图 5.7.1 又因为电路输入电阻不小于 5k?,所以应有: R 2 ? 5k ? , R 3 ? 2 5 k ? , R 1 ? 50k ? , R f ? 50 k ? (2)图 5.7.2 所示电路可以实现 U o ? 1 . 5 U i1 ? 0 . 6 U i 2 ? 0 . 1 U i 3 的运算,其中 ? A u1 ? R3 R1 ? R3 (1 ? R R1 R ? ? ) 1 .5 , A u 2 ? ? f ? ? 0 .6 , A u 3 ? ? (1 ? f ) 0 . 1 ? R2 R2 R1 ? R3 R2 Rf R i1 ? R i 3 ? R 1 ? R 3 ? 5 k ? , R i 2 ? R 2 ? 5 k ? Ui2 R2 Rf 取 R 2 ? 5k? , R 1 ? R 3 ? 5 k ? 则 R f ? 3k? Ui3 R3 R1 ∞ + Uo + 又, R3 R1 ? ? A u1 1 .5 ? ? 15 ? A u3 0 .1 5 16 k? , R 3 ? 75 16 Ui1 图 5.7.2 所以 R 1 ? k ? ,这样的电阻不易取得,显然若 R 1 ? 5 k ? , R 3 ? 75 k ? ,则 R i1 ? R i 3 ? R 1 ? R 3 ? 80 k ? ,是满足设计要求的一组解。 5.8 集成运放如图 5.1 所示,它可将输入电流转换为输出电压。试估算 Ii=5μA 时的输出电压。 5.8 Uo=615mV 解:各支路电流取图中所示参考方向,则 26 Ui = UN = UP=0,I1 =Ii =5μA ,所以 30k? M 30k? 3 U M ? ? I 1 ? R 1 ? ? 5 ? 10 ? 30 ? 10 ? ? 150 m V -6 I 2 ? I1 ? I 3 ? I1 ? 因为 I 2 ? UM R3 ? 5 ? 10 -6 ? ?150 ? 10 1? 10 3 -3 I1 I3 IN N P R? 1k? I2 ? 1 5 5μ A Ui + Ii + ∞ + uo + UM ? Uo R2 ,所以 ?3 ?6 U o ? U M ? I2 ? R 2 ? ?150 ? 10 ? 155 ? 10 ? 3 0 ? 1 0 ? ? 4 .8 V 3 图 5.24 题 5.8 图 5.9 如图 5.25 所示电路,试列出输出电压 Uo1、Uo2 和 Uo 的表达式。 Uo1 Uo2 图 5.25 解: U o 1 ? ? 题 5.9 图 2 2 U i1 ? ? U i1 ; U o 2 ? (1 ? 2 1 ) U i2 ? 3 U i2 Uo ? 2 1 ( U 0 2 ? U 0 1 ) ? 2[3 U i2 ? ( ? U i1 )] ? 6 U i2 ? 2 U i1 5.10 电路如图 5.26(a)所示。A1、A2、A3 均为理想集成运放,其最大输出电压为 ? 12 V 。 (1)集成运放 A1、A2、A3 组成何种基本应用电路? (2)集成运放 A1、A2、A3 工作在线性区还是非线性区? (3)若输入信号 u i ? 10 sin ω t(V ) ,如图 5.4(b)所示 。对应 u i 波形画出相应的 uo1、uo2、uo3 的波形,并在图上标 出有关电压的幅值。 解: (1)集成运放 A1 组成反相比例运算电路;A2 组成过零比较电路;A3 组成电压跟随电路。 (2)集成运放 A1、和 A3 工作在线性区,A2 工作在非线性区。 (3)uo1、uo2、uo3 的波形如图 5.26.1 所示 20k? ui 20k? ui + 10k? ∞ A1 + uo1 10k? + ∞ A2 + uo2 2k? ∞ A3 + uo3 +10V π 2π ωt + ±6V O -10V 27 (a) 图 5.26 题 5.10 图 (b) uo1 +10V O -10V ωt uo2 +10V O -10V ωt uo3 +6V O -6V 图 5.26.1 ωt 图 5.26.1 28 第6章 6.1 判断下列说法是否正确,对的打“√”,错的打“×” (1) 电路中只要引入正反馈,就一定能产生振荡。 ( (2) 负反馈放大电路不可能产生正弦振荡。 ( ) ) ) ) ) (3) 只要集成运放引入正反馈,就一定工作在非线性区。 ( (4) 在桥式振荡电路中,RC 串并联网络的电阻均为 R,电容均为 C,则其振荡频率为 fo=1/RC。 ( (6) 单限比较器比滞回比较器抗干扰能力强,滞回比较器比单限比较器灵敏度高。 ( 答:(1) × (2) × × (4) × (5) √ (6) × (3) 6.2 正弦波振荡电路的振荡条件条件是什么?要使电路能够起振,应满足什么条件? ) (5) 输入电压从足够高逐渐减小到足够低的过程中,单限比较器和滞回比较器的输出电压均只跃变一次。 ( 答: (1)把 A F ? AF ? 1 称为正弦波振荡电路的振荡条件。它包括两个方面:首先,振荡时电路引入的反馈必须是正 反馈,即 ?A + ?F = 2n?,或? f = ? i ,通常称为相位条件;其次,反馈强度要足够高,使 AF=1,或 X f = Xid,通常称为幅度 条件。 (2)要使电路能够起振,应满足 A F ? AF ? 1 的条件。 6.3 正弦波振荡电路由哪些部分组成?各部分功能如何 答:正弦波产生电路一般由四个基本部分组成:放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅电路。所以,判断一个电路是 否为正弦波振荡器,就看其组成是否含有上述四个部分。 放大电路实现信号的放大;反馈网络实现信号的反馈;选频网络实现振荡频率的选择,保证输出波形为单一频率的正弦 波;稳幅电路的作用是当输出信号增加到需要的输出强度以后,限制其继续增加,并稳定在需要的幅度上。 6.4 通常正弦波振荡电路接成正反馈,为什么电路中又引入负反馈?负反馈作用太强或太弱时会有什么问题? 答:正弦波振荡电路接成正反馈,但电路中又常引入负反馈,这是为了改善基本放大电路的放大性能,使输出的振荡波 形更加稳定、纯净(谐波少) ,减小失真。若负反馈作用太强,则可能使整个电路不满足振荡条件,不能起振。负反馈太弱 时,正反馈相对太强,使某些谐波的反馈足够强,导致输出信号失真厉害(谐波失真) 。 6.5 简述单限比较器和滞回比较器的特点。 答:电压比较器处于大信号运用状态,受非线性特性的限制,输出只有高电平和低电平两种状态,电压比较器可用来对 两个输入电压进行比较,并根据比较结果输出高、低电平,它广泛应用于非正弦信号产生电路中。 电压比较器的工作状态在门限电压处翻转,此时 uN ≈ uP。单限电压比较器中运放通常工作在开环状态,只有一个门限 电压。加有正反馈的比较器称为滞回比较器,又称为施密特触发器,它有上、下两个门限电压,两者之差称为回差电压。 RC 正弦波振荡电路如图 6.23 所示, ? ? ? ? 6.6 (1)说明二极管 VD1、VD2 的作用? (2)为使电路产生正弦波电压输出,请在放大器的输出入端标明同相输入端和反相输入端。 (3)如改用热敏电阻代替二极管 VD1、VD2,应选择具有负温度系数的热敏电阻还是具有正温度系数的热敏电阻? 解: (1)二极管 VD1、VD2 的作用是自动稳定输出信号的幅度。当刚起振时,输出信号幅度很小 二极管 VD1、 2 均截止。 VD 负反馈较弱, 基本放大器的放大倍数较大, AF?1, 电路起振。随着输出信号的增加,二极管两端的电压也随着增加。当信号大于 其开启电压以后,二极管开始导通,等效电阻变小,负反馈能力增强,基本放 大器的放大倍数逐渐变小,当 A 减小到使 AF=1 时,输出信号幅度不再增加, 电路处在稳定振荡状态。 (2)为使电路产生正弦波电压输出,放大器的输出入端标明同相输入端和 + 29 图 6.23 题 6.6 图 反相输入端,如图中所示。 (3)由第问的解释不难看出,如改用热敏电阻代替二极管 VD1、VD2,应选择具有负温度系数的热敏电阻。因为随着输 出信号的增加,反馈电流不断增大,产生的热功率也就不断增大,而为了实现稳幅的功能,反馈电阻的阻值应该不断减小。 只有用负温度系数热敏电阻才能实现上述功能。 6.7 为了能使图 6.24 中各电路能产生正弦波振荡,请在图中将 j、k、m、n 各点正确连接起来。 n 图 6.24 解:各点连接如图 6.24.1 所示 题 6.7 图 n 图 6.24.1 6.8 在图 6.25 (a)所示电路中,已知 UREF=4V, U Z ? ? 8 V , R 1 ? R 2 ? R 3 ? R 4 ? 20 K ? 。 (1) 求电路的阈值电压 UT1、UT2,并画出电压传输特性; (2) 若输入电压为图 6.25 (b)所示的三角波,画出输出电压的波形。 解:(1) 阈值电压为是使输出电压产生跃变的输入电压,即使运放两输入端电位相等的输入电压。由图 6.25(a),不难求 得 反相端电压 uN 满足: ui ? u N R1 ? u N ? U REF R2 ,同相端电压 uN 满足: u P ? ? R3 R3 ? R4 UZ 。 由以上两式求出 u N ? u P 时的输入电压即为阈值电压 UT U T ? u i ? ? (1 ? R1 R2 R3 ? R4 ) R3 UZ ? R1 R2 U REF ?( ? 8 ? 4) V ,所以 U T1 ? -12V , U T2 ? 4V (2) 若输入电压为图 6.25 (b)所示的三角波,则输出电压的波形如图 6.25.1 所示。 UREF ui + R1 R2 - + ∞ + R5 + uo ui 16V 4V o -12V -16V R4 R3 DZ 30 t (a) (b) 图 6.25 题 6.8 图 uo 16V 8V o -8V -16V t 图 6.25.1 R1 6.9 如图 6.26 所示 (1) 说明 A1 和 A2 各构成哪种基本电路; (2) 定性画出 uo1 和 uo2 的波形; (3) 已知:R1 = R2 = R3 = 10k?, 1 = 0.01?F,C2 = 0. C 1?F,求电路的振荡频率。 (4) 若要降低振荡频率, 可以改变那些元件?如何改 变? 解:(1) 运放 A1 构成矩形波发生器电路,运放 A1 构成反相积分器电路。 (2) uo1 和 uo2 的波形如图 6.26.1 所示 R2 R3 DZ C1 (b) C2 - + ∞ R4 uo1 R5 A1 + - + R6 ∞ + uo2 A2 + 图 6.26 uo1 题 6.9 图 (3) T ? 2R 1 C 1 ? ln(1 ? 2R R3 2 ) o t ?6 ? 2 ? 10 ? 10 ? 0 . 01 ? 10 3 ? ln(1 ? 2 ? 10 10 ) uo2 ? 2 ? 10 f ? 1 T ? 1 -4 ? ln3 ? 2 . 2 ? 10 ( S ) -4 o t 2.2 ? 10 -4 ? 4 . 5 kH 2R R3 2 Z 图 6.26.1 (4) 由 T ? 2R 1 C 1 ? ln(1 ? ) 可知,若要降低振荡频率,即增大周期 T,可以改变电阻 R1、R2、R3 和电容 C1,可 使电阻 R1、R2 和电容 C1 增加或使电阻 R3 减小。 6.10 电路如图 6.27 所示。 (1)电路由哪些基本单元组成。 (2)设 Ui1=Ui2=0 时,电容器电压的 Uc=0,Uo=+12V,求当 Ui1= -10V,Ui2=0 时,经过多少时间 Uo 由+12V 变为-12V? (3)Uo 变为-12V 后,Ui2 由 0V 改为+15V,求再经过多少时间 Uo 由-12V 变为+12V? (4)画出 Uo1 和 Uo 的波形。 解: (1)该电路由反相积分求和电路以及滞回比较器组 成。 (2)已知初始电压:Ui1=Ui2=0,Uc=0,Uo=+12V,当 Ui1= Ui2 Ui1 100k? 1?F 100k? - ∞ + Uo1 R2 - ∞ + Uo + 31 R1 + 2k? 10k? 图 6.27 题 6.10 图 -10V,Ui2=0 时,第一个运放构成反相积分电路,其输出电压为: U o1 ? ? ? - ?i C 1 C dt ? ? 1 1 RC ?u ? t1 0 i1 dt 100 ? 10 ? 1 ? 10 3 -6 ? 10 dt ? 100 t 所以第二个运放反相端电压为 U N 2 ? U o 1 ? 100 t 当 Uo=+12V 时,第二个运放反相端电压为 U P 2 ? 2 2 ? 10 Uo ? 1 6 ? 12 ? 2 V 由滞回比较器的特点,当反相端电压增加到与同相端电压相等时,Uo 由-12V 变为+12V,即 100 t1 = 2,所以 t = 0.02S (3)当 Uo 变为-12V 后,Ui2 由 0V 改为+15V,则 U ?o 1 ? ? ?i C 1 C dt ? ? 1 RC ?u c dt ? ? 1 RC [ ? u i1 dt ? 0 t1 ? t2 t1 ( u i1 ? u i 2 ) dt ] ? 100 t 1 ? 50 ( t 2 ? t 1 ) ? 2 ? 50 ( t 2 ? t 1 ) 所以,第二个运放反相端电压为 U01 2V o -2V Uo 12V o -12V U ?N 2 ? U ? 1 ? 2 ? 50 ( t 2 ? t 1 ) o 当 Uo=-12V 时,第二个运放反相端电压为 t U ?P 2 ? 2 2 ? 10 Uo ? 1 6 ? ( ? 12 ) ? ? 2 V 同理,当反相端电压减小到 U ? ? U ? ? ? 2V 时, N2 P2 Uo 由+12V 变为-12V,即 2-50 (t2-t1) = -2,所以 t2-t1 = 0.08S (4)Uo1 和 Uo 的波形如图 6.27.1 所示 t1 t2 t 图 6.27.1 32 第7章 7.1 填空题: (1)直流稳压电源一般都由( (2)稳压电源的主要技术指标包括( (3)纹波电压是指( (4)开关电源的类型按负载与开关管的关系分为( 按开关器件的激励方式分为( )和( )。 )和( )、( )、( )和( )。 );按稳压方式分为( )和( ); )和( )四部分组成。 )。 解: (1)变压、整流、滤波、稳压(2)特性指标、质量指标(3)稳压电路输出电压中含有的交流成分,通常用有效值 或峰值表示(4)串联、并联;脉冲宽度调制方式(PWM)、脉冲频率调制方式(PFM);自激式\它激式。 7.2 判断题: (1)直流电源是一种能量转换电路,它将交流能量转换为直流能量。 ( ) ) ) ) (2)在变压器次级电压和负载电阻相同的情况下,桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的 2 倍。 ( (3)当输入电压 UI 和负载电流 IO 变化时,稳压电路的输出电压是绝对不变的。 ( (4)整流电路可将正弦电压变为脉动的直流电压。 ( ) ) (5)在单相桥式整流电容滤波电路中,若由有一只整流管断开,输出电压平均值变为原来的一半。 ( (6)线性稳压电源的调整管工作在放大状态,开关电源的调整管工作在开关状态。 ( 解: (1)√(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√ 7.3 选择题: (1)整流滤波得到的电压在负载变化时,是( A、稳定 B、不稳定 C、不一定 )的电路。 )的。 (2)稳压电路就是当电网电压波动、负载和温度发生变化时,使输出电压( A、恒定 B、基本不变 C、不一定 )。 (3)串联开关电源中,( A、开关管截止,负载上续流二极管提供的电流方向和开关管导通时一样。 B、开关管和续流二极管同时接通。 C、开关管间断导通,续流二极管持续导通。 (4)整流的目的是( A、将交流变为直流 )。 B、将高频变为低频 C、将正弦波变为方波 )。 (5)在单相桥式整流电路中,若有一只整流管接反,则( A、输出电压约为 2UO A、将交流变为直流 (7)滤波电路应选用( A、高通滤波电路 B、变为半波直流 )。 (6)直流稳压电源中滤波电路的目的是( B、将高频变为低频 )。 B、低通滤波电路 C、整流管将因电流过大而烧坏 C、将交、直流混合量中的交流成分滤掉 C、带通滤波电路 )。 (8)串联稳压电源中放大环节的对象是( A、基准电压 B、取样电压 (9)开关电源比线性稳压电源效率高的原因是( A、调整管工作在开关状态 C、可以不用电源变压器 C、基准电压与取样电压之差 )。 B、输出端有 LC 滤波电路 (10)在 PWM 串联型开关电源中,使输出电压增大,对调整管基极控制信号的要求是( A、周期不变,占空比增大 B、频率增大,占空比不变 )。 33 C、在一个周期内,高电平时间不变,周期增大 解: (1)B(2)B(3)A(4)A(5)C(6)C(7)B(8)C(9)A(10)A 7.4 在图 7.6(a)中开关 K 闭合情况下,已知变压器次级电压有效值 U2 为 10V,RLC≥ 3T (T 为电网电压的周期) 。 2 测得输出电压平均值 UO 可能的数值为: A、14V B、12V C、9V D、4.5V ); (3)负载电阻开路时 UO≈ ( ); (4)一只整 选择合适答案填入空内。 (1)正常情况 UO≈ ( 流管和滤波电容同时开路,UO≈ ( 解: (1)B(2)C(3)A(4)D 7.5 串联型直流稳压电源中包括哪几个组成部分?它实质采用什么原理来实现稳压的? 答:串联型稳压电源通常是由取样电路、基准电路、比较放大器和调整电路等四部分组成,其工作实质就是利用负反 馈电路实现自动稳压的,即利用输出电压的变化来控制调整管的 UCE 变化,来自动实现稳压。 7.6 简述开关电源的基本构成? 答:开关稳压电源采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断,控制开关元件的占空比来调整输出电压的。 其组成框图如图 7.6.1 所示,其中 DC/DC 变换器是开关电源的核心器件,完成功率转换,此外还有启动电路、噪声滤波器、 过流或过压保护电路等组成部分。