电子技术习题解答汇总

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1 P55 晶体管起放大作用的外部条件, 发射结必须正向偏置, 集电结反向偏置 晶体管放大作用的实质是利用晶体管工作在放大区的电流分配关系实现能量转换. 晶体管的电流分配关系 晶体管工作在放大区时, 其各极电流关系如下 : I βi I = I I = ( β ) I E β I I = β = I I. 晶体管的特性曲线和三个工作区域 () 晶体管的输入特性曲线 : 晶体管的输入特性曲线反映了当 UE 等于某个电压时, I 和 U E 之间的关系 晶体管 的输入特性也存在一个死区电压 当发射结处于的正向偏压大于死区电压时, 晶体管才会出 现 I, 且 I 随 U E 线性变化 () 晶体管的输出特性曲线 : 晶体管的输出特性曲线反映当 I 为某个值时, I 随 U 输出特性曲线是一组曲线 I = 以下区域为截止区, 当 U 特性曲线近于水平部分为放大区 () 晶体管的三个区域 : E 变化的关系曲线 在不同的 I 下, 晶体管的发射结正偏, 集电结反偏, 晶体管工作在放大区 此时, I = β 线性正比关系, 对应于曲线簇平行等距的部分 E 比较小的区域为饱和区 输出 Ib, I 与 I b 成 晶体管发射结正偏压小于开启电压, 或者反偏压, 集电结反偏压, 晶体管处于截止工作状 态, 对应输出特性曲线的截止区 此时, I =, I = I EO 晶体管发射结和集电结都处于正向偏置, 即 U 虽然很大, 但 I β Ib 制 4. 典型例题 E 很小时, 晶体管工作在饱和区 此时, I 即晶体管处于失控状态, 集电极电流 I 不受输入基极电流 I 的控 例 4. 二极管电路如例 4. 图所示, 试判断二极管是导通还是截止, 并确定各电 路的输出电压值 设二极管导通电压 U =.7V D

2 56 例 4. 图 解 : 图 (a) 电路中的二极管所加正偏压为 V, 大于 U =.7V, 二极管处于导通状态, 则输出电压 U = U U D =V.7V=.V 图 (b) 电路中的二极管所加反偏压为 -5V, 小于 U, 二极管处于截止状态, 电路中电 流为零, 电阻 上的压降为零, 则输出电压 U =-5V D D 图 (c) 电路中的二极管 D 所加反偏压为 (-V), 二极管 D 截止 二极管 D 所加正 偏压为 9V, 大于 U D, 二极管 D 处于导通状态 二极管 D 接在 点和 地 之间, 则 D 导通后将 点电位箝位在 (-.7V), 则 U = U =-.7V 4 如果分别断开图 (d) 电路中的二极管 D 和 D, D 处于正偏压为 5V, D 处于正 偏压为 5V, 都大于 U D 但是, 二极管 D 所加正偏压远大于 D 所加正偏压, D 优先导通并将 点电位箝位在 U =-V.7V=-9.V, 实际上, 二极管 D 处于反偏压, 处于截止状态 则输出电压 U = U =-9.V

3 例 4. 电路如例 4. 图所示, 已知 U = 5sn( ω t) (V), 二极管导通电压 U =.7V, 试画出 U 与 U 的波形, 并标出幅值 o 解 : 在 U 正半周, 当 U 大于.7V 时, 二极管 D 处于正偏压而导通, 输出电压箝位 在 U =.7V, 此时的二极管 D 截止 o 当 U 小于.7V 时, 二极管 D 和 D 均处于反偏压而截止, 输出电压 U o = U 在 U 的负半周, 当 U 小于 (-.7V), 二极管 D 处于正偏压而导通, 输出电压 U o =-.7V, 二极管 D 截止 57 当 U 大于 (-.7V) 时, 二极管 D 和 D 均处于反偏压而截止, 输出电压 U o = U D 例 4. 图 例 4. 电路如例 4.(a) 图所示, 设稳压管的稳定电压 U =V, 试画出 V U V 范围内的传输特性曲线 U =f( U ) o 解 : 当 U < V 时, D 反向截止, 所以 U o =-U ; 当 U V 时, D 反向击穿, 所以 U = U = U V 所以传输特性曲线 U =f( U ) 如图 (b) 所示 o o

4 例 4. 例 4.4 晶体管工作在放大区时, 要求发射结上加正向电压, 集电结上加反向电 压 试就 NPN 型和 PNP 型两种情况计论 U 和 U 的电位哪个高? U 是正还是负? U 和 U 的电位哪个高? U 是正还是负? E E U 和 U 的电位哪个高? U 是正还是负? E E 解 : 先就 NPN 管来分析 U > U, U 为正 U > U, U E E 为正 U > U, U E E 为正 58 PNP 管的各项结论同 NPN 管的各项结论相反 例 4.5 用直流电压表测量某电路三只晶体管的三个电极对地的电压分别如例 4.5 图所示 试指出每只晶体管的 E 极 例 4.5 图 解 : T 管 : 为 级, 为 极, 为 E 极 T 管 : 为 极, 为 E 极, 为 极

5 T 管 : 为 E 极, 为 极, 为 极 例 4.6 在例 4.6 图中, 晶体管 T T T 的三个电极上的电流分别为 : I I T T T I I I I I I 例 4.6 图 I =.m I =m I =.m I =m I =.m I =.98m I = m I =.m I =.m 试指出每只晶体管的 E 极 解 : T 管 : 为 级, 为 极, 为 E 极 T 管 : 为 E 极, 为 极, 为 极 T 管 : 为 极, 为 E 极, 为 极 4.4 练习与思考 练习与思考 4.. 电子导电和空穴导电有什么区别, 空穴电流是不是自由电子递补空穴所形成的? 59 答 : 电子导电是指在外电场的作用下, 自由电子定向运动形成的电子电流 空穴导 电是指在外电场作用下, 被原子核束缚的价电子递补空穴形成空穴电流 由此可见, 空 穴电流不是自由电子递补空穴所形成的 练习与思考 4.. 杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生的? 为 什么杂质半导体中少数载流的子的浓度比本征载流子的浓度小? 答 : 杂质半导体中的多数载流子是由掺杂产生的, 少数载流子是由本征激发产生的 本征激发产生电子空穴对, 其中有一种载流子和多数载流子相同, 归于多数载流子, 所 以少数载流子的浓度比本征载流子的浓度小 练习与思考 4.. N 型半导体中的自由电子多于空穴, 而 P 型半导体的空穴多 于自由电子, 是否 N 型半导体带负电, 而 P 型半导体带正电? 电 答 : 整个晶体呈电中性不带电, 所以不能说 N 型半导体带负电和 P 型半导体带正

6 练习与思考 4.. 二极管的伏安特性曲线上有一个死区电压 什么是死区电压? 硅管和锗管的死区电压典型值约为多少? 答 : 当二极管正向偏压很小时, 正向电流几乎为零, 当正向偏压超过一定数值后, 电流随电压增长很快 这个一定数值的正向电压称为死区电压 硅管死区电压约为.5V, 锗管的死区电压约为.V 练习与思考 4.. 当环境温度升高时, 又明显增大? 为什么二极管的反向饱和电流与外加反向电压基本无关, 而 答 : 当二极管加反向电压时, 通过 PN 结的只有少数载流子的漂移运动所形成的漂 移电流 在常温下, 由于少数载流子数目极少, 在不太大的反向电压下已全部通过 PN 结, 因而, 即使反向电压再升高, 反向饱和电流仍保持很小的数值不变 当环境温度升 高时, 少数载流子迅速增多, 电流也明显增大 练习与思考 4.. 值小, 而用 * kω 挡测出的大, 这是为什么? 用万用表测量二极管的正向电阻时, 用 * 挡测出的电阻 答 : 万用表测电阻是通过测量电阻中的电流而获得其电阻值 指针式万用表测电阻, 指针偏转角度越大, 读出电阻值越小 在使用 * 挡时, 万用表内阻小, 加到二极 管两端的正偏压大, 流过二极管的正向电流大, 指针向右偏转角度大, 测得的电阻小 在使用 * kω 挡时, 万用表内阻大, 加到二极管两端的正向偏压小, 流过二极管的 正向电流小, 指针向右偏转角度小, 测得的电阻大 练习与思考 4..4 怎样用万用表判断二极管的正极和负极以及管子的好坏? 答 : 将万用表旋到电阻挡, 表笔接在二极管两端, 以阻值较小的一次测量为 6 准, 黑表笔所接的为正极, 红表笔接的一端为负极 当正接时电阻较小, 反接时电 阻很大表明二极管是好的 练习与思考 4..5 把一个.5V 的干电池直接接到 ( 正向接法 ) 二极管的两端, 会不会发生什么问题? 答 : 产生大的电流, 烧坏电源 练习与思考 4..6 在某电路中, 要求通过二极管的正向平均电流为 8m, 加在 上面的最高反向电压为 V, 试从附录 中选用一合适的二极管 答 : 选择 Z5D 练习与思考 4.4. 为什么稳压二极管的动态电阻愈小, 则稳压愈好? 答 : 动态电阻是指稳压二极管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值, 动态电 阻越小, 反向击穿特性曲线越陡, 稳压效果越好 稳压? 练习与思考 4.4. 利用稳压二极管或者普通的二极管的正向压降, 是否也可以 答 : 也具有一定的稳压作用, 硅管两端保持.6~.8V, 锗管两端保持.~.V, 其 实际意义不大 练习与思考 4.5. 晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用, 为什么? 答 : 晶体管结构主要特点是 :E 区的掺杂浓度高, 区的掺杂浓度低且薄, 区结 面积较大, 因此 E 极和 极不可调换使用 练习与思考 4.5. 在放大区工作时是否一样大? 晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时, 其电流放大系数和 答 : 不一样大, 在饱和区, I 的变化对 I 影响较小, 两者不成正比, 放大区的放

7 大系数不适用于饱和区 么? 练习与思考 4.5. 晶体管具有电流放大作用, 其外部条件和内部条件各为什 答 : 外部条件 : 晶体管的偏置电压必须满足发射结正向偏置, 集电结反向偏置 内部条件 : 发射区掺杂浓度高, 基区很薄且掺杂浓度低, 集电结面积大, 且集电压 掺杂浓度低 练习与思考 为什么晶体管基区掺杂浓度小且做得很薄? 答 : 只有这样才可以大大减少电子与基区空穴复合的机会, 使绝大部分自由电子都 能扩散到集电结边缘, 形成集电极电流 I = 6 β Ib, 使晶体管成为电流控制器件 练习与思考 将一 PNP 型晶体管接成共发射极电路, 要使它具有电流放 大作用, E 和 E 的正 负极应如何连接, 为什么? 画出电路图 答 : 电路如图所示, 这样连接才能保持发射结正向偏置, 集电结么向偏置, 三极管具有电流放大作用 练习与思考 图 练习与思考 有两个晶体管, 一个管子 β =5, I O =.5 µ ; 另一个管子 β =5, I O = µ 的晶体管由于 I O 定性 比较大, 受温度影响大, 影响静态工作点的稳 练习与思考 使用晶体管时, 只要 ) 集电极电流超过 I M 值 ;) 耗损功 P 值 ;) 集一射极电压超过 U ( ) 率 M EO 值, 晶体管就必然损坏 上述几种说法是否 都是对的? 答 :) 会损坏 ;) 会损坏 ;) 会损坏, 以上几种说法都正确 练习与思考 在附录 中查出晶体管 DG 的直流参数和极限参数

8 答 : 直流参数 : I O =. µ, I EO =. µ, I EO =. µ, U E( sat ) h ( ) FE β = =.V, 极限参数 : U ( ) O =4V, U ( ) EO =V, U ( ) EO =4V, I M =m, P M =mv, T jm =5 练习与思考 测得某一晶体管的 I = µ, I =m, 能否确定它的电 流放大系数? 什么情况下可以, 什么情况下不可以? I 答 :β = I I,β = I, 两者的含义是不同的, 但在输出特性曲线近于平行等距, 并且 I EO 较小的情况下, 两者数值较为接近, 在这种情况下, 可以利用 I 和 I 的值确 定 β, 否则不行 练习与思考 4.5. 晶体管在工作时, 基极引线万一断开, 为什么有时会导致管子损坏? 答 : 当基极断开, 加在 极,E 极之间的电压 U E > U ( ) EO 时, 管子会被损坏 4.5 习题讲解 习题 4.. 题 4.. 图是二极管组成的电路和输入电压 U 的波形, 试画出 6 输出电压 和电阻 上电压 U 的波形 二极管的正向压降可忽略不计 I

9 分析 : 在二极管正向压降可忽略不计的条件下, U I 5V 时, 二极管导通, =5V 当 U I <5V 时, 二极管截止, =5V 解 : 与 波形如下图所示 :

10 习题 4.. 在题 4.. 图所示的各电路中,E=5V, U =sn( ω t) (v), 二极管的 正向压降可忽略不计, 试分别画出输出电压 的波形 6 习题 4.. 图 分析 : 图 (a) 和图 (c) 电路中, 二极管接在输出回路中, 当二极管导通时, =E; 当二 极管截止时, = 图(b) 和图 (d) 电路中, 二极管串接在输入回路中, 二极管截止时, =E; 二极管导通时, =E = 解 :( a ): 为正半周时, 当 >E,D 导通, 当 <E,D 截止 负半周时,D 截止 两种情况的等效电路如下图 (e) (f) 所示, 由图可见,D 导通时, =E;D 截止时, =

11 U E Uo (f) 二极管截止 (b): 为正半周时, 当 >E,D 截止, <E,D 导通 ; 为负半周时, <E,D 导 通 两种情况的等效电路如下图 (g) (h) 所示, 由图可见,D 导通时, =, D 截止时, =E (c): 图 (c) 与图 (a) 电路比较, 二极管反接, 导通和截止时间刚好相反 (d): 图 (d) 与图 (b) 电路比较, 二极管反接, 导通和截止时间刚好相反 64 习题 4.. 在题 4.. 图所示的两个电路中, 已知 = sn( ω t )( v ), 二极管的正 向压降可忽略不计, 试分别画出输出电压 的波形

12 D U Uo (a) 习题 4.. 图 解 : 此题分析同题 4.. 图, 其输出波形如下图所示 65 习题 4..4 在题 4..4 图中, 试求下列几种情况下输出端 Y 的电 V Y 及各元件 (,D,D ) 中通过的电流 :( ) V =V =V;()V =V,V =V;()V =V =V 二极管的 正向压降忽略不计 有 : 解 : ()V =V =V 时,D D 同时导通, 正向压降忽略,V =V =V Y 所以 V Y =V I =.8 m;.9x ID = I.54. D = I m ()V =V,V =V 时,D 因正偏压而优先导通, 使 V Y =V =V,D 截止, 故 I = ID =.8m.9X ()V =V =V,D D 同时导通,V Y =V =V =V

13 I =.m.9x ID = I.5 D = I m 习题 4..5 在题 4..5 图中, 试求下列几种情况下输出端电位 V Y 及各元件中通过的电 流 : V =V,V =V; V =6V,V =5.8; V =V =5V 设二极管的正向电阻为零, 反 向电阻无穷大 解 : 二极管 D 优先导通, 则 VY = 9 V = 9V 9 V ID = I = = m 9 假设 D D 都能导通, 由结点电压法得 : VY = V = 5.59V < 5.8V 9 由此可知,D 管可以导通 ID = =.4m ID = =.m 5.59 I = =. 6m 9 D D 都可以导通 :

14 5/ 5/ V Y = V = 4. 74V / / / 9 VY 4.74 I = = =. 5m 9 I I D = I D = m =. 6m 习题 4..6 在习题 4..6 图中,E=V, e = snωt V 试用波形图表示二极管上的电压 D 解 : 假定可忽略二极管的正向压降 当 E e = snω t > 时,D 导通,D 两端电压为 ; 当 E e = snω t < 时,D 截止,D 两端压降为 snωt 信号 e 和电源 E 的波形如图 (a) 所示, 二极管 D 上的电压如图 (b) 所 示 : / V (a) π π ωt E e - D - D D (b) -V π π ωt 习题 4.4. 在题 4.4. 图中,E=V, =9 Ω, = Ω 稳压二极管 D Z 的稳定电压 Z =V, 最大稳定电流 I ZM =8m 试求稳压二极管中通过的电流 I Z 是否超过 I ZM? 如果超过, 怎么办? 解 求 I Z : 设流过 的电流为 I, 流过 的电流为 I, 则 I =I I Z 由于 I = =. m 9 I = 9. 9m I =. 9.9 =.m < I = m, 即没超过 I ZM Z ZM 8 如果超过了 I ZM, 说明 取值太小, 可根据 I Z = 确定 : E D z

15 = = =.5KΩ 即. 5KΩ 时, 就不会超过 I ZM 了 I 8 ZM 习题 4.4. 有两个稳压二极管 D Z 和 D Z, 其稳定电压分别为 5.5V 和 8.5V, 正向压降都 是.5V 如果要得到.5V,V,6V,9V, 和 4V 几种稳定电压, 这两个稳压二极管 ( 还 有限流电阻 ) 应该如何连接? 画出各个电路图 解 : 要得到.5V, 取任何一个使其正向导通即可 要得到 V, 引出 D Z 和 D Z 的两端子, 即 =V 要得到 6V, 使 D Z 和 D Z 串联,D Z 正向导通,D Z 稳压状态 4 要得到 9V, 使 D Z 和 D Z 串联,D Z 稳压,D Z 正向导通 5 要得到 4V,D Z 和 D Z 均处于稳压状态, 即 =4V, 电路图分别为下图 (a) 图 (b) 图 (c) 图 (d) 图 (e) DZ 或 DZ -.5V - z - U DZ DZ - - (a) (b) (c) Z DZ DZ 6V - - DZ DZ 9V - - DZ DZ 4V - (d) (e) 习题 4.5. 有两个晶体管分别接在电路中, 今测得它们管脚的电位 ( 对 地 ) 分别如 下表所列, 试判别管子的三个管脚, 并说明是硅管还是锗管? 是 NPN 型还是 PNP 型? 晶体管 Ⅰ 管脚 电位 /V 晶体管 Ⅱ 管脚 电位 /V 解 : 对于 NPN 型 : 集电极电位最高, 发射极电位低,Ube>; 对于 PNP 型 : 发射极电位最高, 集电极电位最低,Ube< 对于锗管 : 其基极电位与发射极电位相差为.V 或.V; 对于硅管 : 基极电位与发射极电位大约相差.6V 或.7V 由分析可知 : 晶体管 Ⅰ 为 NPN 型硅管,,, 管脚分别对应 b e c 极 晶体管 Ⅱ 为 PNP 型锗管,,, 管脚分别对应 b e c 极 习题 4.5. 某一晶体管的 P M =mw,i M =m, ()EO =5V, 试问 : 在下列几种情 况下, 那种是正常工作? E =V,I =m; E =V,I =4m E =6V,I =m 解 : 只有第 种情况下是正常工作的

16 第 种情况中,I =4m, 超过了集电极最大允许电流 m 低 种情况中, 实际 PM = E I = mw, 超过了集电极最大允许耗散功率 mw, 所以 种情况不正常 习题 4.5. 如何用万用表判断一个晶体管是 NPN 型还是 PNP 型? 如何判断出管子的三个管脚? 又如何通过实验来区分是锗管还是硅管? 解 : 判断基极及类型 : 将插入万用表 - 插孔的测试笔轮流接任一管脚, 而将另一测试笔分别接另外两个管脚, 如果两次测得的管脚间的电阻均为低电阻,E 间和 间的 PN 结为正向压降, 为 NPN 管, 且接万用表 - 插孔的是基极 如果两次测得的管脚间的电阻为高电阻,E 和 的 PN 结上为反向电压, 为 PNP 型管, 且接万用表 - 插孔的是基极 判断集电极 : 对已知的 NPN 型管和 PNP 型管分别按如下两种方式连接 (-) () () () K K K K () (-) (-) (-) (a)npn 型 (b)pnp 型将未知管脚 和 分别接万用表的, - 插孔 ( - 插孔接内电源的正极 ) 对于 NPN 型管, 若, 脚间的电阻较低时接 - 孔的为集电极 对于 PNP 型管, 若, 脚间的电阻较低时接 孔的集电极 判断是锗管还是硅管 E 极间正向压降为.6-.7V 时为硅管, 在.-.V 时为锗管 习题 在题 图所示的各个电路中, 试问晶体管处于何种状态? V V V kω.5kω kω 6V 5kΩ β=5 T V 47kΩ β=4 T -6V kω β=4 T (a) (b) (c) 习题 图 V 解 : 假设 E =.6V, 对于图 ( a ): I ( sat) = = m Ω I ' ( sat) m 6.6 ' I = = =. 4m I = =. m 故 I < I 晶体管处于放 β 5 5 大状态 对于图 (b): I I ' ( sat) 8 =, m m, I = = m =. m.5 β 4 ( sat) = 8

17 .6 ' I = m =. 4m 故 I > I 处于饱和状态 47 对于图 (c): 由图可知 I <, 所以是截止状态 习题 题 图是一自动关灯电路 ( 例如用于走廊或楼道照明 ) 在晶体管集电极电路接入 JZ 型直流电磁继电器的线圈 K, 线圈的功率和电压分别为.6W 和 6V 晶体 管 9 的电流放大系数 β 为 当将按钮 S 按一下后, 继电器的动合触点闭合,4W V 的照明灯 EL 点亮, 经过一定时间自动熄灭 试说明其工作原理 解 : 按下按钮 S 后, 对 充电, 晶体管导通,K 合, 灯亮, 松开 S 后, 电容 放电, 晶体管继续导通 当放电到 端电压于开启电压时, 晶体管截止,K 断开, 灯灭 S 5kΩ μf K 6V T 9 K EL 习题 题 图中所示的是一声光报警电路 在正常情况下, 端电位为 V; 若前接装置发生故障时, 端电位上升到 5V 试分析, 并说明电阻 和 起何作用? Ucc 解 : 当前接装置发生故障时, 端电位为 5V 则发光二极管蜂鸣器导通, 同时晶体管 T 导通, 蜂鸣器发出响声, 二极管亮, 实现报警 和 分别起限流作用, 保护发光二极管和晶体管 T 发光二极管 78-8 () 性能指标 : 表 5. 四种差分放大器的性能指标 输入方式 双端 单端 输出方式 双端 单端 双端 单端 差模放大倍数 d β β ± rbe ( rbe ) β β ± rbe ( rbe ) 差模输入电阻 r ( ) ( ) r be r be 差模输出电阻 r o

18 4 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路如图 5.7 所示 互补对称功率放大电路工作在乙类或甲乙类工作状 态 I, I 其主要性能指标计算如 5.. 节 - D t D T T Ucc L L - o o t 5. 典型例题 图 5.7 例 5. 西安电子科技大学 4 年硕士研究入学考试试题 : o 某放大器如例 5. 图 (a) 所示, 输入和输出电阻均为 K Ω, 电压放大倍数 = 5 若 输入接上电源内阻 S = KΩ 的电压源, 输出接上负载电阻 L = KΩ, 如图 (b) 所示 o 试求 : s = =? s o o s (a) (b) o 解 : 由 = 5 可知该放大器为共基极的放大器, 则输出接上负载 L 后 :

19 = r // = // = KΩ ' L o L ' 故 = 5 = 5 因在输入端接上的是带内阻 S = KΩ 的电压源, 则 : s o ' = = r r S = 5 =.5 例 5. 西安电子科技大学 4 年硕士研究入学考试试题 : 某放大电路原理图如例 5. 图所示, 已知晶体管的 r be = KΩ, β =, 试回答一下问题 : () 电路正常工作时, 若 = snωt( mv ), =? () 若电路出现下列三种情况 : 直流 ( 静态电压 ) U = V, U = V ; = snωt( mv ) 时, o = 5snωt( mv ) ; = snωt( mv ) 时, o 比正常输出值大了一倍 o - 6k 8K E c k E K U=V o L E K - 试分别说明是什么原因? ' o β L ( // ) 解 : () 正常工作时 = = = = 5 r 则 : o = 5snωt( mv ) be () U =, U = V, 则 断路, 没有提供合适的基极电流 ; ' 此时 = o =, 由 r be βl ( β ) ' e = 可知, 此时电容 E 为开路 了 ; ' " βl ' 此时 =, 可知 =, 则 L = KΩ, 此时负载 L 为开路 r 5.4 练习与思考 be 练习与思考 5.. 改变 和 U 对放大电路的直流负载线有什么影响? 答 : 当 U 不变时, 增大, 直流负载线斜率 ( 绝对值 ) 减小, 减小, 直流负载线斜率 ( 绝对值 ) 增大 ; 当 不变时,U 增大, 直流负载线向右平行移动,U 减小, 直流负载线向左平行移动 练习与思考 5.. 分析练习与思考 5.. 图, 设 U 和 为定值, 当 I 增加时,I

20 是否成正比的增加? 最后接近何值? 这时 U E 的大小如何? 当 I 减小时,I 作何变化? 最后达到何值? 这时 U E 约等于多少? 答 : 当晶体管工作在放大区时,I 增加,I 成比例增加, 当 I 不断增加, 晶体管工作在饱和区,I 最后接近 U,UE 的值很小, 接近于 I /m Ucc/c.5.5 4μ Q I Q =μα α I 减小时,I 也减小, 最后晶体管进 I = 入到截止区,I 接近于,U E 接近于 U 6 9 Ucc UE /V 练习与思考 5.. 在教材例 5.. 中, 如果 () 不是 4 KΩ, 而是 4 K Ω 或.4 K Ω,( ) 不是 K Ω, 而是 M Ω 或者 K Ω, 试分别说明对静态工作点的影响, 放大电路能否正常工作? 答 : 的改变会导致直流负载线斜率的改变, 当 增大到 4 K Ω 时, 直流负载斜率 ( 绝对值 ) 减小, 而 I 未变, 故静态工作点将向左移, 进入饱和区, 放大电路不能正常工作, 当 减小到.4 K Ω 时, 同理静态工作点将右移 改变会导致 I 的变化, 当 增大到 M Ω 时,I 减小到 4 µ, 静态工作点沿静态负 Q 8μ 6μ 载线下移, 接近截止区, 放大电路不能正常工作, 当 减小到 K Ω 时,I 增大到 4 µ, 静态工作点上移, 接近饱和区, 放大电路不能正常工作 练习与思考 5..4 在练习与思考 5..4 图所示电路中, 如果 调节 使基极电位升高, 试问此时 I,U E 以及集电极电位 V 将如何变化? 答 : 调节 使 V 升高,I 也随之升高, 导致 I 被放大增加, Ib T Ube - E Ucc Ic Uce - 因为 U E = U I, 所以 I 增大,V E 减小,V 也随之减小 练习与思考 5.. 区别交流放大电路的 静态工作与动态工作 ; 直流通路与交流通路 ; 直流负载线与交流负载线 ;4 电压和电流的直流分量与交流分量 答 : 静态工作是当放大电路没有输入信号时的工作状态 ; 动态工作是指有输入信号时的工作状态 直流通路是进行静态分析的电路, 它是将放大电路中的电容看作开路, 电感看作短路后得出的电路 交流通路是进行动态分析的电路, 是交流电流流通的路径, 它是将放大电路中的直流电源和电容作短路处理后所得电路 由直流通路得出的 I 和 U E 的关系曲线称直流负载线 ; 由交流通路得出的 c 和 ce 的变化关系曲线称交流负载线 4 在直流通路中电路的电压和电流的值为直流分量, 在交流通路中电压和电流的值为交流分量 练习与思考 5.. 在练习与思考 5.. 图中, 电容 和 两端的直流电压和交流电压各等于多少? 并说明其上直流电压的极性 答 两端的直流电压为 U E, 两端直流电压为 U E 和 两端的交流电压为 直流电压极性如图 S e S Ucc T E L o E - - -

21 练习与思考 5.. 在上题图中, 用直流电压表测得的集电极对 地 电压和负载电阻 L 上的电压是否一样? 用示波器观察集电极对 地 的交流电压波形和集电极电阻 及负载 L 上的交流电压波形是否一样? 分析原因 答 : 用直流电压表测得的 U E 和负载电阻 L 上的电压不一样, L 上电流为零, 电压降也为零 用示波器观察的集电极对地的交流电压波形 be 与 L 和 上的交流电压一样, 因为 L 通过 并接在晶体管的集电极与 地 之间, 而电容 对交流信号短路 对交流信号而言, 也是并接在晶体管的集电极与 地 之间 练习与思考 5..4 晶体管用微变等效电路来代替, 条件是什么? 答 : 条件是 : 输入信号幅度很小, 动态工作点只在一个小范围内摆动 练习与思考 5..5 电压放大倍数 是不是与 β 成正比? 答 : 不是的, 随 β 的增大, 增大的愈来愈少, 当 β 足够大时, 几乎与 β 无关 练习与思考 5..6 为什么说当 β 一定时通过增大 I E 来提高电压放大倍数是有限制的? 试从 I 和 r be 两个方面来说明 答 : 当 I E 增大,I 随之增大, 致使静态工作点接近饱和区, 易导致饱和失真,I E 增大, r be 减小, 输入电阻 r r be,r 随之减小, 增加了信号源负担 练习与思考 5..7 能否增大 来提高放大电路的电压放大倍数? 当 过大时对放大电路的工作有何影响? 设 I 不变 答 : 适当增大 使交流负载 ' L 增大, 有利于放大倍数的提高, 但当 过大时静态工作 点向饱和区移动, 易出现饱和失真 练习与思考 5..8 r be,r ce,r o 是交流电阻还是直流电阻? 它们各是什么电阻? 在 r o 中包括不包括负载电阻 L? 答 : 都是交流电阻 r be 为晶体管输入电阻,r ce 为晶体管输出电阻,r 是放大电路的输入电阻,r o 是放大电路输出电阻 o 不包括负载电阻 L 练习与思考 5..9 通常希望放大电路和输入电阻高一些好, 还是低一些好? 对输出电阻呢? 放大电路的带负载能力是指什么? 答 : 通常希望放大电路的输入电阻高一些, 输出电阻低一些 当负载变化时, 输出电压变化小, 则带负载能力好, 输出电压变化和输出电阻 r o 有关,r o 小, 放大电路负载能力好 练习与思考 5.. 在练习与思考 5.. 图所示放大电路在工作时用示波器观察, 发现输出波形严重失真, 当用直流电压表测量时 : 若测得 U U, 试分析管子工作在什么状态? 怎样调节 才能使电路正常工作? E 若测得 U < U, 这时管子又是工作在什么状态? 怎样调节 才能使电路正常工 E E 作? 答 : 晶体管工作在截止区, 减小 的值, 电路正常工作 晶体管工作在饱和区, 增大 的值, 电路正常工作 练习与思考 5.. 发现输出波形失真, 是否说明静态工作点一定不合适? 答 : 不一定, 有时是因为输入信号幅值过大而引起的失真, 称为大信号失真 练习与思考 5.4. 在放大电路中, 静态工作点不稳定对放大电路的工作有何影响?

22 答 : 静态工作点不稳定会使放大电路的增益发生改变, 严重时会使输出信号超出电路的输出动态范围, 造成输出信号的严重失真 练习与思考 5.4. 对分压式偏置电路而言, 为什么只要满足 I >> I 个条件, 静态工作点能得以基本稳定? 答 : 当 I >> I, E V >> U 两 和 E V >> U 时, 基极电位 V 与晶体管参数无关, 不受温度影响, 而仅 为 和 的分压电路所决定 练习与思考 5.4. 对分压式偏置电路而言, 当更换晶体管时, 对放大电路的静态值有无影响? 试说明之 答 : 更换晶体管, 对放大电路的静态值无影响 当满足 I >> I V >> U 这两个条, E 件后, V V, U E V E I E =, I I E V E, 从上可知静态工作点与 晶体管参数无关 练习与思考 在实际中调整分压式偏置电路的静态工作点时, 应调节哪个元件的参数比较方便? 接上发射极电阻的旁路电容 E 后是否影响静态工作点? 答 : 调节 比较方便, 因为 数值一般比较小, 改变 对静态工作点影响较大 接上发射极电阻的旁路电容 E 对静态工作点无影响, 因为在直流通路里 E 视作断路, 对电路无影响 练习与思考 5.5. 从放大电路的幅频特性上看, 高频段和低频段放大倍数的下降主要因为受到了什么影响? 答 : 低频段放大倍数下降主要受旁路电容的影响, 高频段的放大倍数下降主要受极间电容的影响 练习与思考 5.5. 为什么通常要求低频放大电路的通频带要宽些, 而在上册讲到串联谐振时又希望通频带要窄一些? 答 : 低频放大电路通频带宽, 这样非正弦型号中各次谐波的频率失真就小, 不同频率信号放大倍数也一致, 误差就小 而串联谐振电路中通频带越窄, 频率选择性愈好, 而串联谐振电路主要用于选频电路 练习与思考 5.6. 何谓共集电极电路? 如何看出射极输出器是共集电极电路 答 : 集电极是输入 输出回路的公共端, 这种放大电路称为共集电极电路 射极输出器的交流通路中,V 相当于短路, 其集电极成为输入 输出电路的公共端, 所以射极输出器是共集电极电路 练习与思考 5.6. 射极输出器有何特点? 有何用途? 答 : 射极输出器的特点有 : 输入电阻高, 输出电阻很低, 电压放大倍数接近 且为同相放大器 用途有 : 可用来作多级放大电路的输入级 输出级 缓冲级和隔离级 练习与思考 5.6. 为什么射极输出器又称为射极跟随器, 跟随什么? 答 : 因为输入电压与输出电压大小基本相等, 输出信号相位跟输入信号相位相同, 所以称为射极跟随器 练习与思考 5.7. 差分放大电路在结构上有何特点? 答 : 差分放大电路在结构上的特点是电路的对称性 练习与思考 5.7. 什么是共模信号和差模信号? 差分放大电路对这两种输入信号是如何区别对待?

23 答 : 共模信号是指两个输入信号电压大小相等, 极性相同, 差分放大电路对共模信号抑制, 差模信号是指两个输入信号电压大小相等, 极性相反, 差分放大电路对差模信号有放大作用 练习与思考 5.7. 双端输入 双端输出差分放大电路为什么能抑制零点漂移? 为什么共模抑制电阻 E 能提高抑制零点漂移的效果? 是不是 E 越大越好? 为什么 E 不影响差模信号的放大效果? 答 : 双端输出差分放大电路所以能抑制零点漂移, 是由于电路的对称性 E 的主要作用是限制每个管子的漂移范围, 进一步减小零点漂移 对零点漂移和共模信号, E 引入电流串联负反馈, 抑制零点漂移和共模信号 例如当温度升高使 I 和 I 均增加时, 则有如下过程 P84 I I I I E U E U E U E I I I 可见, 由于 E 上电压 U E 的增高, 使每个管子的漂移得到抑制 E 并不是愈大愈好, 当 U 一定时, 过大的 E 会使集电极电流过小, 影响静态工作和电压放大倍数 4 由于差模信号使两管的集电极电流产生异向变化, 只要电路的对称性足够好, 两管电流一增一减, 其变化量相等, 通过 E 中的电流就近于不变, E 对差模信号不存在负反馈作用 因此, E 不影响差模信号的放大效果 练习与思考 在练习与思考 5.7.4(a) 途中有, 而在 (b) 图中将它去掉, 这样是否还能得到偏流?

24 T T c T T c U P E E E ( α ) ( b) U 答 : 在图 (b) 中没有 也可得到偏流, 因为采用了正 负双电源供电 练习与思考 5.8. 从放大电路的甲类, 甲乙类和乙类三种工作状态分析效率和失真 答 : 甲类放大电路 : 静态工作点大致在交流负载线中点, 工作在不失真状态, 效率低, 最高只能达到 5%; 甲乙类放大电路 : 将静态工作点沿负载线下移, 工作在截止失真状态, 效率较高 ; 乙类放大电路 : 将静态工作点下移到 I 处, 工作在更严重截止失真状态, 效率会更高 练习与思考 5.8. 在 OTL 电路中, 为什么 L 的电容量必须足够大? 答 : 为了使输出波形对称, 在 L 放电过程中, 其上电压不能下降过多, 因此 L 的电容量必须足够大 P85 练习与思考 5.9. 场效晶体管和双极型晶体管比较有何特点? 答 : 双极型晶体管是电流控制元件, 通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的, 因此它的输入电阻较低 而场效应管是电压控制元件, 它的输出电流决定于输入端电压的大小, 它的输入电阻很高 练习与思考 5.9. 说明场效晶体管的夹断电压 U GS(off) 和开启电压 U GS(th) 的意义 试画出 :N 沟道绝缘栅增强型 ;N 沟道绝缘栅耗尽型 ;P 沟道绝缘栅增强型 ;4P 沟道绝缘栅耗尽型四种场效晶体管的转移特性曲线, 并总结出何者具有夹断电压和何者具有开启电压以及它们正负 耗尽型和增强型区别在哪里? 答 : 对于增强型绝缘栅场效应管, 在一定额漏源电压 U DS 下, 使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称开启电压 U GS(th) 四种场效应管的转移特性曲线和练习与思考 5.9. 图 (a) 图 (b) 图 (c) 图 (d)

25 增强型绝缘栅场效应管有开启电压 U GS(th),N 沟道增强型开启电压 U GS(th) 为正,P 沟 道增强型 U GS(th) 为负 耗尽型绝缘场效应管有夹断电压 U GS(th),N 沟道耗尽型 U GS(th) 为负, P 沟道耗尽型 U GS(th) 为正 P86 4 增强型场效应管只有当 U GS >U GS(th) 时才形成导电沟道, 耗尽型场效应管具有一个原始导电沟道 练习与思考 5.9. 试解释为什么 N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管中, 靠近漏极的导电沟道较窄, 而靠近源极的较宽? 答 : 导电沟道形成后, 在 U DS 的作用下, 漏极电流 I D 沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等, 靠近源极一端的电压最大, 沟道最宽, 而漏极一端电压最小, 沟道最窄 练习与思考 绝缘栅场效应晶体管的栅极为什么不能开路? 答 : 因为栅极是绝缘的, 感应电荷不易泄放, 而且绝缘层很高, 极易击穿, 所以栅极不能开路, 存放时应将各极短路

26 5.5 习题详解习题 5.. 晶体管放大电路如题 5..(a) 图所示, 已知 U =V, =kω, =4 kω, 晶体管的 β=4 试用直流通路估算各静态值 I,I,U E ; 如晶体管的输出特性 如题图 5..(b) 所示, 试用图解法作放大电路的静态工作点 ; 在静态时 ( = ) 和 上 的电压各为多少? 并标出极性 U T L o ( α ) U U T U L o ( ) P87 解 : 估算静态值 : I U UE U = = = 5µ 4 I = β I = 4 5= m, U = U I = = 6V E 做直流负载线 L, 求静态工作点 Q: 在题 5..(b) 图中, 连接点 (U,) (,U / ), 即点 (V,) (,4m) 得 L,L 与特性曲线的交点 Q(6V,m) 即为静态工作点 的极性如题图 5..(c) 所示, 静态时,U =U E =.6V

27 U U V = E = 6 习题 5.. 在上题中, 如何改变, 使 U E =V, 试用直流通路求 的大小 ; 如改变, 使 I =.5m, 又等于多少? 并分别用图解法作出静态工作点 解 : 在上题中, 如不改变和, 则直流负载线 L 不变, 见题 5.. 图当 U E =V 时,I =m,i =75 I /m U 4 = = 6kΩ L I 当 I =.5m 时,U E =7.5V,I =.75 U Q 5 = = kω I 7.5 I =5 习题 5.. 在题图 5..(a) 中, 若 U =V, 今要求 U E =5V,I =m, 试求 和 的阻 值 设晶体管的 β=4 U E /V 习题 5.. 图解 : U UE 5 = = =.5kΩ, I I I = = = 5µ 分 β 4 U = = kω 分 I 5 r be 6 6 ( β ) ( ) = 47Ω 分 I E L = =.875Ω β L = = = 58 r.47 be 分 r = = 47 Ω, r = =.5KΩ 分 r be o U = = kω I 5 习题 5..4 在题 5..4 图中, 晶体管是 PNP 型锗管 U 和, 的极性如何考虑? 请在图上标出 ; 设 U =-V, =kω,β=75 如果要将静态值 I 调到.5m, 问 应调到多大? 在调整静态工作点时, 如不慎将 调到零, 对晶体管有无影响? 为什么? 通常采取何种措施来防止发生这种情况? 解 : 对 PNP 管,U 和, 的极性如图 5..4 所示 T U 习题 5..4 图

28 P88 若 U =-V, =kω, β=75,i =.5m 则 U = = 6kΩ I β.5 75 将 调到零, 晶体管 T 将损坏 可在 支路串联电阻以防止 T 损坏 习题 5..5 试判断题 5..5 图中各个电路能不能放大交流信号? 为什么? 习题 5..5 图解 : 题 5..5 图中, 电路图 (a) 图 (c) 能放大交流信号, 图 (a) 有负反馈, 而电路 (b) (d) 则不能 因为电路 (b) 中输出信号被短路, 电路 (d) 中输入信号被短路 ( 且静态时晶体管已经饱和 ), 故也不能放大交流信号 习题 5.. 利用微变等效电路计算题 5.. 的放大电路的电压放大倍数 输出端开路 ; L =6kΩ 设 r be =.8 kω

29 I b I c βi b o 解 : 微变等效电路如题 5.. 图所示 输出端开路时 : β 4 = = = 5 r.8 be P89 当 L =6 kω 时, = L = 6= kω L β L 4 = = = r.8 be 习题 5.. 在题 5..(a) 图所示的固定偏置放大电路中,Ucc=9V, 晶体管, β=,i=m 今要求, 试计算, 及 U E 解 : r I be L = = = 5µ, β L U 9 = = 8kΩ I ( β ) ( ) = 746Ω I E β = 时, r be rbe =.7kΩ, 取标称值.6 kω β U E =U -I =9-.6=5.4V 习题 5.. 有一放大器如题 5..(a) 图所示, 其晶体管的输出特性以及放大电路的交 直流负载线如题 5..(b) 所示 试问 :,, L 各为多少? 不产生失真的最大输入电压 U M 为多少? 若不断增加输入电压的幅值, 该电路首先出现何种性质的失真? 调节电路中哪个电阻能消除失真? 将阻值调大还是调小?4 将 L 电阻调大, 对交 直流负载线会产生什么影响?5 若电路中其他参数不变, 只将晶体管换一个 β 值小一半的管子, 这时 I,I,U, 将如何变化?

30 4 I /m Q I = U E /V (b) 解 : 由图 (b) 知 :U =V,U / =4m =U /4=/4=.5 kω 交 直流负载线的交点 Q(5V,m) 处,I =4 P9 U I = 4= 5kΩ I 交流负载线的斜率 : = = = 8 U 8 5 L L = L = =.5 kω, L =.75 kω 最大不失真输入电压 U m : r be E β = I I = 4= ( β ) ( 5) =.86kΩ I E β L 5.5 = = 87 r.86 be 最大不失真输出幅度 : U = I =.5= V om L 所以 U m Uom = = 4.5mV 87 U 不断加大输入电压的幅值, 该电路首先出现截止失真 正半周幅值 : I =.5= V L 正半周幅值 : U U = 5.5= 4.5V E ES

31 4 L 增大, 不影响直流负载线 交流负载线的斜率 tanα =,L 增大,tanα 变 大 5 若换一个 β =.5β 的管子 L I U = 不变, I I = β 减小一半, U E = U I 变大 r be 6 6 = ( β ) = 不变, I I E U β r L = 减小一半 be 习题 5..4 已知某放大电路的输出电阻为. kω, 输出端的开路电压的有效值 U O =V, 试问该放大电路接有负载电阻 L =5. kω 时, 输出电压将下降到多少? L 5. 解 : 下降到 U = U =.V r. 5. L 习题 5..5 在题 5..5 图中,U =V, =kω, =kω, 晶体管的 β=5 电路有两个输出端, 试求 : 电压放大倍数 P9 U = U 和 U = U ; 输出电阻 r 和 r U T o - E o - - 习题 5..5 图 解 : ) 求电压放大倍数, : I = U UE ( β ) E.6 = 8.4µ ( 5) I = ( β ) I.45m E

32 r be. 6 6 ( β ) = ( 5).kΩ I.45. E U βc 5 = = =.97 U rbe ( β) E. ( 5).. U ( β) E ( 5) = = =.99 U rbe ( β) E. ( 5) ) 输出电阻 : r = kω S // rbe rbe rbe. r = E // E // = = Ω( 设 s =) β β β 5 习题 5.4. 在题 5.4. 图的分压式偏置放大电路中, 已知 U =5V, =kω, E = kω, I =.55m, β =5, 试估算 和 ( 取附录 H 标幺值 ) U S I L o - es E E - - 习题 5.4. 图 P9 解 : I = I β =.55 5= µ s = r.7 ( 8.7) 76.9 r =.7 = S 取 I =I, 则 : 取标称值 kω V.7 = =.9kΩ I

33 又 U U U U 5.7 = = 6.5kΩ, 取标称值 6 kω I I I 习题 5.4. 在题 5.4.(a) 图的分压式偏置放大电路中, 已知 U =4V, =. kω, E =.5 kω, = kω, = kω, L =5. kω, 晶体管的 β=66, 并设 S 试求静态值 I,I 和 U E ; 画出微变等效电路 ; 计算晶体管的输入电阻 r be ;4 计算电压放大倍数 ;5 计算放大电路输出端开路时的电压放大倍数, 并说明负载电阻 L 对电压放大倍数的影响 ;6 估算放大电路的输入电阻和输出电阻 U 4 解 : U = V 5.58V = = V VE I IE = = m=.m.5 E I. I = m=.5m β 66 ( ) ( ) UE = U E I = V = 8.6V 画微变等效电路图如下 : P9

34 r ( ) ( β ) be ( mv ) ( m) 6 6 = Ω = ( 66).7k I Ω= Ω. E 4 L. 5. = β = 66 = 8.7 r be 5. = β = 66 =.5 r.7 be 6 r = r r =.7kΩ be be r =.kω 习题 5.4. 在上题中, 设 S =kω, 试计算输出端接有负载时的电压放大倍数 = U o U 和 s = U o E s, 并说明信号源内阻 S 对电压放大倍数的影响 解 : L β β L L = = =. 5. = 8.7 r r.7 be be = r r =.7 = ( ) s S 信号源内阻将使电压放大倍数降低, 信号源内阻越大, s 就降低得越多 习题 在题中 5.4. 中, 如将图 (a) 中的发射极交流旁电容 E 除去, 试问静态值有无变化? 画出微变等效电路 ; 计算电压放大倍数, 并说明发射极电阻 E 对电压放大倍数的影响 ;4 计算放大电路的输入电阻和输出电阻 解 : 除去 E 后, 静态值没有变化 微变等效电路如下图所示, 图中 = //

35 P94 电压放大倍数 : c L. 5. L = = Ω= kω. 5. c L β L 66 = = =. r ( β ).7 ( 66).5 be E 说明 在除去 后, 将产生强的负反馈, 致使电压放大倍数大为降低 E E 4 r = // //[ r ( β ) ] r be E = ////.7 [ ( 66).5] = 7.67//= 7.k Ω r =.kω 习题 设计一单晶体管放大电路, 已知 = kω, 要求 : 6, r kω, < kω, 工作点稳定 建议选用高频小功率管 GD, 其技术数据见附录,β 值可选 在 5~ 之间, 最后核查静态工作点是否合适 求得的各电阻值均采用标称值 ( 查附录 H) 解 : 要求工作点稳定, 可选用分压偏置放大电路 选 U = V,GD 晶体管, 设 β=5 L

36 = 6, r = kω 参数计算 : 由 可求 r be 6 ( β ) Ω r I E 6( β ) 6 5 I IE = m=.66m r 由 β r L = 可得 : be 6 L = kω=.kω 5 L L = L L L. = = kω= kω. L L 设 U = 4V, 有 : U UE 4.6 E = = kω kω I.66 E 基极电流 I.66 I = m=.m β 5 I 设 = I, 即 : I =.m=.m I V 4 = = kω=.kω( 取 kω ) I. U V 4 = = kω= 4.4kΩ( 取 4kΩ ) I. 由 U = U ( ) I 做直流负载线 ( 见下图 ): E E

37 I =, U = U = V E U E = U I = = m= m E [ ] U = ( ).66 V = 5.4V E 静态工作点合适, 在小信号情况下不会产生失真 习题 5.6. 在题 5.6. 图的射极输出器中, 已知 S = 5Ω, = kω, = kω, E = kω, 晶体管的 β = 5, rbe = kω, 试求, r 和 r o 习题图 5.6. 解 : ( β ) E ( 5) = =.98 r ( β ) ( 5) be E [ β ] r = // // r ( ) be E = //// [ ( 5) ] 5.9kΩ S // // be S be 5 r = r // r E = = Ω β β 5

38 习题 5.6. 两级放大电路如题图 5.6.(a) 所示, 晶体管的 β = β = 4, rbe =.7kΩ, rbe =.89kΩ 画出直流通路, 并估算各级电路的静态值 ( 计算 U E时 忽略 I ); 画出微变等效电路, 并计算, 和 ; 计算 r 和 r o 解 : 各级电路的静态值 : 习题 5.6. 图 8. 前级 : U = U =.98V 8. = // = // kΩ I U U.98.6 E = = ( β)( E E) 6.57 ( 4)(.9 ) µ I = βi =.9m U U I ( ) =.9 (.9 ) 7.7V E E E 后级 : U = ( I I) UE ( β) IE I U U I.6.9 E = = ( β) E ( 4) 5. 47µ

39 I = ( β ) I = ( 4) 47.9m E UE = U IEE =.9 5..V 8. 若采用估算法, 则 : U = U =.98V 8. U U.98.6 E I IE = = m E E.9, I I = = = β 4 5µ U U ( ) = (.9 ) 6.6V E E E U I U.6.84 E I IE = = m E 5. I I.84 E = = β 4 45µ, U U I = V, E E 微变等效电路如下图所示 : 后级 : 习题 5.6. 图 r = r ( β ) =.89 ( 4).55= 5.44kΩ be L

40 = // = 5.//5.=.55kΩ L E L ( β ) ( 4).55 L = = rbe ( β) L.89 ( 4) 前级 : L = // r = // kΩ β 4 9. L = = rbe ( β) E.7 ( 4).9 = =.99.8 r = // //[ r ( β ) ] be E = //8.//.7 [ ( 4).9] 4.77Ω r r.89 be = 7Ω β 4 习题 5.7. 在例 5.7. 中, = 5kΩ 时, 估算静态值 ; U = 6V 时, 估算 E 静态值 ; U = 9V 时, 估算静态值 通过分析计算说明电路的静态值与 E, U EE 和 U 关系 EE 解 : 静态值估算 I UEE, E I I β =, UE U I = 5kΩ 时 : E I U EE = =.m, I 5 E I. = = = 4µ β 5 U U I =. = V E

41 U = 6V 时 : EE I U EE 6 = =.m, I E I. = = = 6µ β 5 U U I =. = 9V E U = 9V 时 : I U EE = =.6m, I E I.6 = = = µ β 5 U U I = 9.6 = V E 静态值与 E, U EE 和 U 的关系 : ( U EE, U 一定 ) E I U E ;, U 一定 ) U EE I U E ; ( E, 一定 ) U U E ( E U EE ( I 不变 ) 习题 5.7. 在题 5.7.(a) 图的差分放大电路中, 设 = = c, 是共模输入信号 试证明两管集电极中任一个对 地 的共模输出电压与共模输入电压之比, 即单端输出共模电压放大倍数为 : β = = = r ( β ) oc oc c c be E E 比较小, 可忽略不计, 并在一般情况下, r ( β ) P be E

42 (a) (b) 习题 5.7. 图 解 : 单管共模信号通道如同 (b) 所示 U = β, 若忽略 P, 则 : oc b = ( r ) ( β ) c b be b E β = = r ( β ) oc c be E E 一般 r ( β ), β be E 习题 5.7. 在题 5.7. 图所示的差分放大电路中, β = 5, U =.7V, 输入电压 E = mv, = mv 计算放大电路的静态值 I, I 及各电极的电位 U E, U 和 U ; 7 把输入电压, 分解为共模分量 c, c 和差模分量 d, d ; 求单端共模输出 oc 和 oc ;4 求单端差模输出 od 和 od ;5 求单端总输出 o 和 o ;6 求双端共模输出 oc, 双端差模输出 od 和双端总输出 o

43 习题 5.7. 图 解 : 静态值 : I UEE UE 6.7 = = µ ( β ) ( 5) 5. E I = β I = 5 =.5m U = U I = =.45V U = U I = 6 (.5.) 5.=.798V E EE E E U = I =. =.V 共模输入 c 7 = = = 5mV 差模输入 = = 7 = 4mV d 所以 =.5, = 5, =.5, = 5 c d c d 即 = 5mV, = mv, = 5mV, = mv c d c d 共模电压放大倍数 : 5. = =.5 5. E

44 单端共模输出 : = = =.5 5=.5mV oc oc c 若较精确计算 : r be 6 6 = ( β ) ( 5) =.85kΩ I.5 E β 5 5. = =.478 r ( β ).85 ( 5) 5. be E oc = oc = c =.478 5=.9mV β 单端差模输出时 : d = d = = 9.84 r.85 be od = dd = mV od = dd = 9.84 ( ) 9.7mV 5 单端总输出 : = =.5 9.7= 4.mV o oc od o = oc od =.5 9.7= 7.mV od β 6 双端输出时 : d = = d = 9.84 r d be = = mV, = = od d d oc oc oc = = 79.4mV o od oc 习题 题 图所示的是单端输入一双端输出差分放大电路, 已知 β = 5, UE =.7V, 试计算电压放大倍数 U o d =

45 习题 图 解 : I E UE UEE.7 5 = = =.5m 4. E r be 6 6 = ( β ) = ( 5) =.85kΩ I.5 E d o β 5 = = = 75. r.85 be 习题 5.8. 题 5.8. 图是什么电路? T 4 和 T 5 是如何连接的, 起什么作用? 在静态时, U =, 这时 T 的集电极电位 U 应调到多少? 设各管的发射结电压为.6V 习题 5.8. 图

46 解 : 题图 5.8. 是无输出电容 (OL) 的互补对称放大电路 T 4, T 5 是连接成二极管, 再串联接在 T, T 两基极之间, 静态时 T 4, T 5 两端的压降 为 T, T 提供了一个合适的正向偏压, 从而避免产生交越失真 ; 同时也起温度补偿作用 U 应调到.6V 习题 5.9. 在题 5.9. 图所示的场效应管放大电路中, 已知 = kω, L = MΩ, = 47kΩ, = MΩ, = kω, = kω, U = 8V, G G G D S DD = =.µ F, S = µ F, 管子为 DO 试计算: 静态值 I D 和 U DS ; r, r o 和 ; 如将旁路电容 除去, 计算 设静态值 U =.V, g =. m/ V, S f GS m r ds D 习题 5.9. 图 G 47 解 : 静态值 : UG = UDD = 8.4V 47 G G I D UG UGS.4 (.) = =.m S U = U I ( ) = 8. ( ) = 8.4V DS DD D D S

47 r = // = //.47 MΩ G G G r = kω ( r ) o D ds D = g =. = 6 m D 除去 : S f U gmd. = = =.6 U ( g ). m S 习题 5.9. 在题图 5.9. 的源极输出器中, 已知 U = V, = kω, DD S = MΩ, = 5kΩ, = MΩ 试求静态值, 电压放大倍数, 输入和输出电阻 G G G U 设 S G = U, g =.9 m/ V m 习题 5.9. 图 G.5 解 :UG = UDD = = 4V.5 G G US = UG UGS UG

48 I D = US UG 4 m = = S S U = U U = 4= 8V DS DD S gms.9 = =.9 g.9 m S r = // = //.5.MΩ G G G ro = // S = //.kω g.9 m 习题 5.9. 场效应管差分放大电路如题图 5.9. 所示, 已知 g =.5 m/ V, 求电压 m 放大倍数 o = 习题 5.9. 图 解 : 因为 o与 反相, 所以有 : o = = g =.5 5 =.5 m D

49 截止频率 ω = o 其传递函数的模 T( jω) = f ω ω ϕ ω = arctan ω ω 其幅角 ( ) 6. 典型例题 例 6. 西安电子科技大学 4 年硕士研究生入学考试试题 理想运放电路如例图 6.(a) 所示, 已知两稳压管参数相同, 正向导通电压为.7V, 反向击穿电压 U 5.V Z =, 设电容 的初始电压 c ( ) 形如例图 6.(b) 所示 试画出 o, o 和 o的波形 = 若 cosπ tv ( ) =, 波

50 U t 例 6. 图 解 : 由图知 是一个同相比例放大器, 则 o = = =, 即 o 9cosπ tv ( ) = 为一个滞回比较器, 由条件可知则由两个稳压管稳定的输出 o 为 ± (.7 5.) V =± 6V, 同相端电压即参考电压为 6 V = V 和 V P

51 >V 时, 输出发生跳变 = 6V, 当 <V 时, 输出 由 6V 跳变为 6V 当 t t = 9cosπ = π = arcos( ).6π, 则 t = 是一个积分器, 因电容初始电压 ( ) = 故 c = dt = dt, 和 的波形如下 : µ s

52 9V t(s) -9V 6V 8 8 t(s) -6V.6V -.4V 8 8 t(s)

53 例 6. 西安电子科技大学硕士研究生入学考试试题 : 理想运放电路如例图 6. 所示, 其中运放的输出电压动态范围为 V~V, 发光二极管 D D 在正向导通时发光, 而反相截止时不发光 若电阻 w =, 当发红光的 D 管亮时, 试确定输入 的数值范围 ; 若电阻 w = kω, 试确定输入 在什么数值范围使发光管 D D 都不亮 ; 将电阻调到 w =45 kω, 试画出 =f( ) 的传输特性曲线 5V 5K - w 4K V K -V - - o - 绿 D 红 D 4K -5V 图 6. 解 : 若 =, 则 : w = 要使发红光的 D 管亮, 由图可知 工作在非线性状态, 当 > 时输出 U < 时输出 U OM, 故要 为正, 则 < 5 U U U 5 又由 = = 可得 U =V, U = V 所以 < V, 又因 =, 且运放输出电压动态范围为 V~V, OM, 当 则 V< < V 要使 D D 都不发亮, 则要 <, <, 即要 < U 且 > U, 即 : V< <V, 由

54 w = kω, 有 = W =( W ) =( ) =5 5 故 V<5 <V, 得.V< <.V =, 则有以下几种情况 : =V, =V 时, =V, 此时 >V 且 < V, 故不可能 ; =V, =-V 时, =V, 此时 >V 且 > V, 故取 >V; =-V, =V 时, =-V, 此时 <V 且 < V, 故取 <-V; =-V, =-V 时, =V, 此时 <V 且 > V, 故 V< <V; 45 w =45 kω, =( ) = = ± V 时, = ±.V 5 V, <.v 则有 =f( )= V,.v< <.V V, >.V 其传输特性曲线如下 :

55 (V) -.. (V) 练习与思考 练习与思考 6.. 饱和区各有什么特点? 分析方法有何不同? 什么是理想运算放大器? 理想运算放大器放大器工作在线性区和 答 : 理想运算放大器是指开环放大倍数 趋于无穷大, 差模输入电阻 r d 趋于无穷大, 开环输出电阻 r 趋于零, 共模抑制比 K M 趋于无穷大的运算放器 理想运放工作在线性 区 ( ) =, 因为 很高, 所以要使运算放大器工作在线性区, 通常引入深度电 压负反馈 分析方法有两条 : 第一, 两个输入端的输入电流为零 第二, 理想运 放工作在饱和区, 当 > 时, = U ( sat) ; 当 < 时, = -U ( sat) 练习与思考 6.. 在教材例 6.. 中, 若将反相输入端接 地, 即 =V, 而在同 相输入端输入正弦电压 = = 5snωtmV 试画出 的波形 答 : 的波形如下 :

56 练习与思考 6.. 如将 = 5 用分贝表示, 等于多少 ( d )? 答 : =lg( 5 )d =6 d 练习与思考 6.. 什么叫 虚地? 在练习与思考 6.. 图中, 同相输入端接 地 点位 既然这样, 就把两个输入端直接连起来, 是否会影响运算放大器的工作? 练习与思考 6.. 图 答 : 虚地是指反相输入端虽未直接接地, 但其电位却为零 若将两输入端直接连起来, 运算放大器不能正常工作 练习与思考 6.. 在上题图中, 已知输入电压 = sn68tmv, 试求输出电压 的 幅值, 并画出 和 的波形图 F 答 : 输入与输出的电压之间的关系为 : =, 假设 F=, 则波形图如下 :

57 练习与思考 6.. 在积分运算电路和微分运算电路中, 输入电压 是一个周期性正负 交变的矩形波电压, 试分别画出电压 的波形 答 : 反相积分与微分电路输出电压 的波形 :

58 练习与思考 6.. 试说明上述三种信号处理电路中的运算放大器各工作在线性区还是饱和区? 答 : 有源滤波器和采样保持电路中的运算放大器工作在线性区, 电压比较器工作在饱和区 练习与思考 6.. 在练习与思考 6.. 图的低通滤波器电路中, = kω, F = 5kΩ, =8kΩ, =.µ F 试求 ω = ω 时的 T( jω ) 和 ω 练习与思考 6.. 图

59 答 : T( jω ) = F f = 5 = =.77 ω = = 6 8. rad s =. rad s 练习与思考 6.. 练习与思考 6.. 是 一种电平检测器, 图中 U 为参考电压且为正值, 和 G 分别为红色和绿色发光二极管, 试判断什么情况下它会发亮? 答 : 当输入电平 > U 时, 红色发光二极管亮当输入电平 < U 时, 绿色发光二极管亮 6.5 习题详解 练习与思考 6.. 图 习题 6.. 已知 F7 运算放大器的开环电压放大倍数 = d, 差模输入电阻 rd = MΩ, 最大输出电压 U OPP = ± V. 为了保证工作在线性区, 试求 : 和 的最大 允许误差 ; 输入端电流的最大允许值 解 : = d, 即 = OPP ' 5 o ' U ± = = =± µ V 5 I d 5 = = =.65n 6 r d 习题 6.. 在题 6.. 图中, 正常情况下四个桥臂电阻均为 当某个电阻受温度或

60 应变等非电量的影响而变化 时, 电桥平衡即将被破坏, 输出电压 反映此非电量的大小 试证明 : U 4 = 解 : 习题 6.. U = U ( ) = = U =.5U > U ( ) U U U = = = 4 4( ) U = ( ) = 4 习题 6.. 在题 6.. 图的反相比例运算电路中, 设 =kω, F = 5kΩ 试求闭环电压放大倍数 f 和平衡电阻 若 = mv, 则 为多少? 解 : f 习题 6.. F 5 = = = 5 = f = 5 = 5mV

61 = // = //5 9.8kΩ F 习题 6.. 在题 6.. 图的同相比例运算电路中, 已知 = kω, F = kω, = kω, = 8 kω, = V 求 习题 6.. 图 解 : f 8 ( ) ( ) F = = = = = = 5.4 = 5.4V o f 习题 6.. 为了获得较高的电压放大倍数, 而又可避免采用高值电阻 F, 将反相 比例运算电路改为题 6.. 图所示的电路, 并设 F >> 4, 试证 : f F = = ( ) 4 习题 6.. 图 解 :, f ( ) U 4 = F = = = ( ) 4 F F 4 F f F

62 = = = ( ) F F F 所以 f F = = ( ) 4 习题 6..4 在上题图中 : 已知 : = 5 kω, = kω, = kω, = kω, F = kω 求电压放大倍数 f 4 如果 =, 要得到同样大的电压放大倍数, F 的阻值应增大到多少? 解 : f = = 5 = F ( ) ( ) 5 4 当 = 时, f = F 若 f = 5V, 则 F= f = 5 5= 5kΩ 习题 6..5 电路如题 6..5 图所示, 已知 = V, = V, = V, = 4 V, = = kω, = = = kω, 试计算输出电 4 4 F 压 习题 6..5 图 解 : ' F F = = =.5V 同相输入时, 4 4.5V 4 = = = 4 输出电压, '' = ( F ) = ( ).5V = 7V // //

63 所以 V ' '' = =.5 7= 5.5 习题 6..6 求题 6..6 图所示电路的 与 的运算关系 F F F 解 : =, = =, = = 习题 6..7 有一个两信号相加的反相加法运算电路, 其电阻 = = F. 如果 和 分别为如题 6..7(b) 图所示的三角波和矩形波, 试画出输出电压的波形 F F 解 : 输出电压 = = = F 时, = ( ) 的波形图如图 (c) 所示

64 (a) 习题 6..7 图习题 6..8 在题 6..8 图中, 已知 F =, = V, 试求输出电压 习题 6..8 图 解 : = = V = = = F ( ) 4V 习题 6..9 求题 6..9 图所示的电路中 鱼各输入电压的运算关系

65 解 : = = 习题 6..9 图 = ( 5 ) = F F 解 : 反相输入时, 输出电压 : = = =.5V 同相输入时, 4 4.5V 4 = = = 4 输出电压 = ( F ) = ( ).5= 7V // // 所以 = =.5 7= 5.5V 习题 6.. 题 6.. 图是利用两个运算放大器组成的具有较高输入电阻的差分放大 电路 试求出与, 的运算关系式

66 解 : = ( K ) K = K ( K K = ) = ( K)( ) 习题 6.. 在题 6.. 图示的电路中, = = 4kΩ, = = kω F, =. 5V, V =, 试求输出电压 解 : 当 F = ) ( =, = F 时 (.5) F = ( ) = = 4 F.5V 习题 6.. 为了用低值电阻实现高放大倍数的比例运算, 常用一 T 形网络来代替, 如图 6.. F 图所示, 试证明 :

67 4 = 解 : 证明方法与 6.. 题相同 4 = = = ) ( 4 = ) ( = = = 习题 6.. 电路如题 6.. 图所示, 试证明 : = 解 : ) ( = = = = ) ( = =

68 因为 =, 所以 = = 习题 6..4 电路如题 6..4 图所示, 已知 = kω, 试求 =. V, = = kω, 5 试证明 :.5 解 : = ( ) = ( ) = 5.5V 习题 6..5 电路如题 6..5 图所示, L = L 解 : = ( ) = =.5.5 = F (.5.5 ) = = 所以 L = = L 习题 6..6 在题 6..6 图所示的积分运算 电路中, 如果 = kω, F = µ, = V F 时, 求 由起始值 V 达到 V( 设为运算放大器 的最大输出电压 ) 所需要的时间是多少? 超出这段 时间后输出电压会呈现什么样的变化规律? 如果要 把与保持积分运算关系的有效时间增大 L

69 倍, 应如何改变电路参数值? 解 : = dt = t = = t F V = 时,t=.s 6 t F 达最大值 V U = 后, 呈饱和状态, 即不随 t 的增加而增加 OPP U = t, 即 = t F F U = V, V =, t = s 时, s = F 即 = µ F, = kω F 或 F = µ, = kω F 可见, 把与保持积分运算关系的有效时间增大 倍, 应将 或增大 F 倍为 µ F 或 k Ω 习题 6..7 在题 6..7 图的电路中, 电源电压为 ± 5V, 问接入输入电压后, 输出电压 由 上升到 V 所需时间 =. V, = V 试 解 : F = 因为 = = kω, = = kω, =. V, = V F F

70 F 所以 = ( ) = (.) =.V = 4 t = F 4. 当 = V, = kω, = µ F 时 4 F F t 6 t= = s 4 F.. = 习题 6..8 按下列各运算关系式画出运算电路, 并计算各电阻的阻值, 括号中的反馈 电阻 F 和电容 F 是已知值 = ( = kω ) F 5 ; = (. ) ( = kω) = 5 ( = kω) F ; =.5 ( = kω) 解 : F ; F ; = ( = kω ) F ; = dt ( =.µf) ; F = 5 dt dt ( = ) =, = 5 k Ω F 用反相比例电路实现 : 所以 运算电路如图 (a) 所示 F µf F = = F 5 = = 6.7kΩ = // = 6.7 // 5 =. 5kΩ F (. ) =, = kω用反相加法电路实现 : F (. ) F F = =

71 所以 = = kω F = /. = 5kΩ F = // = // 5 // 45. kω // 5 P F 运算电路如图 (b) 所示 = 5, = kω F 用同相比例电路实现 : 所以 F = = 5 F = = = 5kΩ, 5 4 = // = 5 // = 4kΩ F 运算电路如图 (c) 所示 4 =.5, = kω F 用同相比例电路 ( 同相带下偏电阻 ) 实现 : 令.5, F = =, = F F, 则 = =.5 所以 = = kω, = = kω F, = = kω F 运算电路如 (d) 图所示 也可用反相比例与反相器串接来实现

72 5 =, = k Ω F 用差动减法运算电路实现 : F F = = 所以 = = kω, F = // = // = 5kΩ F 运算电路如 (e) 所示 6 = 用积分运算电路实现 : 所以 F dt, F =.µ F = dt = dt = = = 5kΩ, = = 5kΩ. 运算电路如 (f) 所示 F 6 7 dt dt, F = µ F = 5

73 用积分运算电路实现 : = dt dt = dt dt 5 F F 所以 = = = kω F 6 = = = kω 5 5 F 6 = // = // 66. 7kΩ 运算电路如 (g) 所示 习题 6..9 电路如题 6..9 图所示, 试求与, 的关系式 解 : = c dt = dt c dt = dt

74 = dt = 所以 dt c = c dt ( )dt dt = dt dt c c = 习题 6.. 在题 6..(a) 图中 如果 = 5 kω, F = µ, 如图 (b) 所示, F 试画出输出电压的波形 设 ( ) = c 解 : = dt K = dt K 6 5 = dt K F

75 时, 因为 ( ) = t ms c =. 5dt = t ms t ms 时 : 在 t=ms=.s 时, = V, 所以经过 (.,-) 点. 由 = ( 5) dt K = t K 得 K=-. 所以 = t 由此可得的波形图, 如 (c) 图所示 习题 6.. 分析题 6..(a) 图所示的电路 当继电器触点 K 经一定时间连续开和闭和, 试问输出何种波形的电压? 设 较小,K 闭和后电容迅速放电 是直流电压 且为正值 所示 解 :K 闭和时, 由于 很小, F 习题 6.. 在题 6.. 图 (a) 中, 求 迅速放电迅速到 输出的波形如图 (b),

76 节范围 解 : 由 的波形知, 电路 t= 时换路 c ( ) = ( ) = c t 故 () t e t 4 mv c =.5, () t mv = = 6 c e = 波形如图 (b) 所示 习题 6.. 题图 6.. 是一基准电压电路 可作为基准电压用, 试计算的调 4 解 : = 6. 97V mn = 6 5. V max 4 4 习题 6..4 题图 6..4 是应用运算放大器测量电压的原理电路, 共有 5,,5,

77 ,5V 五种量程, 试计算电阻 ~ 的阻值 输出端接有满量程 5V 5 µ 的电压 5 表 所以 解 : F =, 当 V F = = = M. 5 = 5 ( 设电压表极性上负下正 ), = M Ω 时 F ( Ω) =. 5 = MΩ ( = 5V ) =. = MΩ ( = V ) =. 5 = MΩ ( = 5V ) =. = kω ( = V ) 4 =..5 = kω ( =. 5V ) 5 习题 6..5 题 6..5 图是应用运算放大器测量小电流的原理电路, 试计算电阻 F F 5 ~ 的阻值 输出端接的电压表同上题

78 解 : 因为 F = = F =, 当 = 5V ( 设电压表极性上负下正 ) 时 : 5 = 5m 时, = 5 5 = kω F =. 5m 时, = 5.5 = kω F F, = kω 9 F =. m 时, = 5. = 5kΩ, = 4kΩ F F F F 5µ = 4kΩ F 5 = 时, = ( ) = kω 5 5 F F F F 4 5, = kω 5 F 4 = µ 时, = = 5kΩ F F F F 4 F 5 习题 6..6 题 6..6 图是应用运算放大器测量电阻的原理电路, 输出端接的电压表 同上题 当电压表指示 5V 时, 试计算被测电阻 F 的阻值,

79 解 : F =, = = = 5kΩ F ( 电压表极性上负下正, = 5V ) 5 习题 6.. 在题图 6..(a) 中, 运算放大器的最大输出电压 = ± V, 稳压管 OPP 的稳定电压 U = 6V, 其正向压降 V Z U =. 7, = snωtv 当参考电压 V D U = 和 -V 两种情况下, 试画出传输特性和输出电压的波形 解 : 此为电压比较器电路 因为电路输出端还接有 和稳压管 DZ, 因而输出电压 值受 V U = 6 和 V Z U =. 7 的限制 D

80 当 U 时, 运放输出端 ' 为高电平 ' =V, 输出端为 6V; 当 U 时, 运放输出端 ' ' 为低电平 V =, 输出端为.7V 传输特性及, 的波形如图 (b) 图 (c) 图 (d) 所示 习题 6.. 题图 6.. 是监控报警装置, 如需对某一参数 ( 如温度 压力等 ) 进行监控时, 可由传感器取得监控信号, 是参考电压 当超过正常值时, 报警灯亮, 试 说明其工作原理 二极管 D 和电阻 在此起何作用? 解 : 此电路实际上为一个电压比较器电路 如需对某一参数 ( 如温度 压力等 ) 进行监 控时, 可用传感器变换成监控电压 例如 : 作温度监控, 需监控其温度超过 时报 警, 则可用温度传感器变换成此时的电压值, 例如为 4V 此时 取 = V 作参考电压 4 当温度超过 8 时, 则超过 = 4V, 运放输出端将为高电平 ( 不超过时为低电平 ), 此高电平使晶体管导通 ( 饱和导通 ), 指示灯两端电压近似为, 发亮报警 当温度降低到 8 以下时, 4V 因此运放输出为低电平, 晶体管 T 又回到截止状态, 指标灯灭 D 起保护晶体管的作用 起限流作用, 使运放输出高电平时,T 的基极电流 不超过最大值 I bm D 保护 T 的作用, 使当运放输出低电平时, 其发射结反向 U be 电压不 超过.7V 7. 典型例题 例 7. 一个负反馈放大电路其开环放大倍数. =, 若要求电路的非线性失真从开. 环状态的 % 减小到闭环状态吼的 %, 试计算该电路的负反馈系数 F 及闭环放大倍数

81 . F 解 : 由于引入负反馈可使非线性失真减小.. F 倍, 因此根据题意有 % =.. % F. 9 9, 则 F = =.9. =.. = = = F.. F.9 例 7. b 电路如例 7. 图所示, 试用瞬时极性法判断电路中级间反馈的极性 Vcc c c Uo U T f ES f ES e e T e e U Uf _ Uo (a) 例 7. 图 解 : 正 负反馈的判断可用瞬时极性法 反馈的结果使净输入量减小的反馈为负反馈, 使净输入量增大的反馈为正反馈 在图 (a) 所示电路中, 电阻 引入级间交 直反馈 ; 由于 f 的隔直作用, f 引 入交流反馈 在 T 的基极加一对 地 的瞬时极性为正的信号, 并标上, 第一级为 共射组态, 输出与输入反相, 故 T 的集电极信号电压对 地 的瞬时极性为负, 并标上 一 第二级也为共射组态, 故 T 集电极信号瞬时极性为, U e 与 U 同相, 即发射极 b 瞬时极性为 一 由于 U 为 一, 经电阻 e 馈送至 f T 管发射极的信号瞬时极性也为 一, 使 管 b e 间的净输入信号增加, 故 引入的级间反馈为正反馈 f 由于 U 为, 经电阻 c 馈送至 f T 管发射极的信号瞬时极性也为, 使 (b) T T

82 管 b e 间的净输入信号减弱, 故 引入的级间反馈为负反馈 f 在图 (b) 所示电路中, 电阻 引入级间交直流反馈 运算放大器电路反馈极性的判断同样可采用瞬时极性法 运放通常有两个输入端, 即 反相输入端 U 和同相输入端 U 前者和输出 U 相位相反, 后者和输出 U 相位相同 设同相输入端 U 有一瞬时增量, 则 的输出 U 瞬时极性为, U 经 接到 的反相输入端 所以 U 瞬时极性为 一, 经 馈送回 反相输入端, 使净 输入信号 ( U ' = U U ) 增加, 故引入的是正反馈 f 例 7. U _ c e 分析例 7. 图所示电路中级间反馈为何种组态 T c e T c e T e Vcc Uo _ Us _ s c e T b f e e T l Vcc Uo _ (a) 例 7. 图 解 : 通常反馈组态的讨论是针对交流反馈而言的 (b) 电压反馈和电流反馈的判断方法是 : 将 无反馈信号存在, 则为电压反馈 U 短路, 若仍有反馈信号, 为电流反馈 ; 若 在图 (a) 所示电路中, 接在 T 的发射极和 T 的发射极之间 设 T 管基极有一 瞬时增量, 则 T 管的集电极 U 为 一, T 管的集电极为, T 管的发射 极为 一 U e 经电阻 和 馈送到 e T 管发射极的信号也为, 使 T 管 b e 极间的净输入量减弱, 故 引入级间交 直流负反馈 现如果输出 U 短路, 经 引回的负反馈信号仍然存在, 故为电流反馈 ; 其次, 将 接在 T 管的发射极, 反馈量以 电压形式串联在输入回路, 故为串联反馈

83 因此, 引入的是级间交 直流电流串联负反馈, 能起到稳定输出电流的作用 引入的是级间直流反馈 ( 由 将交流分量旁路 ) 可以不判别其反馈组态, 但要 e 判别反馈极性 当 T 管基极有一瞬时增量, e 开路时, T 管的发射极信号的瞬时极性为 一, 经 返送到输入端, 其瞬时极性为 一, 减小了净输入信号, 故 引 入级间直流负反馈, 能起到稳定第一级和第二级静态工作点的作用 在图 (b) 所示电路中, f 接在 T 基极和 T 发射极之间 采用瞬时极性法, 所得公 式如下 : U b c U 一 U 一 e U 一 经电阻 e 馈送到 f T 管的基极, 是 T 管的净输入信号减小, 故为负反馈 若将输出 U 短路, 没有反馈信号反馈回输入回路, 故为电压反馈 反馈信号与输入 信号都接到 T 的基极, 反馈量以电流的形式影响输入量, 并为并联反馈 因此, 图 (b) 电路的级间反馈为电压并联负反馈, 可稳定输出电压 例 7.4 反馈放大电路如例 7.4 图所示, 分析电路中级间反馈的组态 c c Vcc Us b T T - U Vo - Uo b Uf _ f l _ I -Vee (a) 例 7.4 图 (b) 解 : 图 (a) 所示电路中, 电路的输出信号通过电阻 反馈到 f T 的基极, 采用瞬 时极性法 : 设 T 的基极有一瞬时增量, 则 T 集电极为 一, 接到运放 的反相 端 所以运放 输出信号极性为, 经 反馈到 f T 基极, 使 T T 发射结的净

84 输入 ' U U U f = 减少, 为负反馈 当 信号与输入信号加在输入回路的两个输入端上, 馈 因此, 图 (a) 所示电路为电压串联负反馈 = 时, L U =, f 故为电压反馈 又因反馈 X f 与 X 以电压的形式加减, 为串联反 图 (b) 所示电路中, 设反相输入端 U 有一瞬时增量, 输出 U 为 一 经 反馈回反相输入端, 使净输入量削若, 为负反馈 而在输入端以电流的形式影响输入量, 为 并联反馈 当 短路时, 虽然 L U =, 但仍有反馈信号, 为电流反馈 故图 (b) 所示电 路为嗲没留并联负反馈组态 7.4 练习与思考 馈? 练习与思考 7.. 如果需要实现下列要求, 在交流放大电路中应引入哪种类型的反 要求输出电压 U 基本稳定, 并能提高输入电阻 要求输出电流 I 基本稳定, 并能减小输入电阻 o 要求输出电流 I 基本稳定, 并能提高输入电阻 o 答 : 串联电压负反馈 并联电流负反馈 串联电流负反馈 练习与思考 7.. 在上题 () 中, 是否能同时提高输出电阻? 答 : 不能, 电压反馈的放大电路使输出电阻减小 练习与思考 7.. 否改善失真, 为什么? 如果输入信号本身已是一个失真的正弦量, 试问引入负反馈后能 答 : 不能改善失真, 负反馈只能改变环内引起的失真, 它是利用失真了的输出波形来 改善放大器的失真, 若输入信号本身已失真, 则与反馈的失真信号相减后, 并不能使输出信 号的失真得到补偿 练习与思考 7..4 什么是深度反馈? 怎样理解 负反馈越深, 放大倍数降低得多, 但短路工作越稳定 答 : 引入负反馈时的放大倍数 = f F 用越强, 若 F >>,,( F ) 为反馈深度, 其值越大负反馈作 f F, 此时为深度负反馈, 相应 仅与反馈电路的参数有关 ; f f 负反馈越深,( F ) 越大, 也越小, 即放大倍数降低的越多, 但由 d f f d d f =, 可知 F f 仅为 d 的, 即放大倍数的稳定性越好, 电路工作越 F

85 稳定 练习与思考 7..5 在负反馈放大电路中, 如果反馈系数 F 发生变化, 闭环电压放大 倍数能否保持稳定? 答 : 如果 F 发生变化, 将使反馈深度发生变化, 反馈越深, 放大电路越稳定 练习与思考 7..6 对分压式偏置放大电路 ( 教材图 5.4.) 做试验时, 在接入旁路电 容 和除去 E 的两种情况下, 用示波器观察的输出电压波形在失真和幅值上有什么不 E 同, 为什么? 答 : 接入旁路电容 时, 不存在交流负反馈, 只有直流负反馈, 因此输出电压波 E 形失真程度大些, 电压放大倍数降低的少些, 因而幅度也较大些 ; 除去 时, 存在直流负反馈和交流负反馈, 输出波形的失真得到更大补偿, 失真程 E 度较小些, 但电压放大倍数降低的多, 因而幅度会小些 练习与思考 7..7 何种类型的交流负反馈? 答 : 引入的是串联电流负反馈 练习与思考 7.. 在教材图 7.. 的分立元件放大电路中, 发射极电阻 上引入 E 试说明振荡条件 振荡建立和振荡稳定三个问题.. 答 : 振荡条件 : 相位条件 : U 与 f U 同相, 即必须是正反馈 ; 幅度条件 : U = f U, F =. 振荡建立 : 起振时必须 反馈电压和输出电压的幅值不断增大 ( 正反馈, 到达稳定 F >, 以 F > 到 F = 是振荡建立过程, 振荡稳定 : 这是由于反馈元件或晶体管的非线性, 使振荡幅度自动稳定下来 练习与思考 7.. 从 程中哪个量减小了? F > 到 F = 答 : 以 F > 起振时起, 随着振荡幅度的增大, F = 时, 振荡幅度达到稳定 练习与思考 7.. 荡? 这时输出的是不是正弦信号?, 是自激振荡的建立过程, 在此过 自动减小, 直到 = 正弦波振荡电路中为什么要有选频电路? 没有它是否也能产生振 答 : 为了得到单一频率的正弦输出信号, 电路中必须有选频环节 ; 没有选频电路, 只 要满足振荡条件也能产生振荡, 但此时输出的不是正弦信号 或 7.5 习题详解 习题 7.. 在题 7.. 图所示的各电路中是否引入了反馈, 是直流反馈还是交流

86 反馈, 是正反馈好事负反馈? U - Uo U Uo (a) (b) U U - Uo U - T (c) 习题 7.. 图 (d) 端引至 解 : (a) 未引入反馈, 因同相端接地了, 无反馈信号 (b) 引入了反馈, 由 输出端引至 反相输入端的是交直流负反馈 同相输入端的是交直流负反馈, 由 (c) 引入了反馈, 由运算放大器输出端引至的反相输入端的是直流负反馈 (d) 引入了反馈, 由 T 的发射极引至运算放大器反相输入端的是交直流负反馈 习题 7.. 流反馈 输出 试判别题图 7..(a) 和 (b) 两个两级放大电路中引入了何种类型的交

87 4 U Uo (a) U c c U T f T e L Uo (b) 习题 7.. 图 此时 解 : (a) 设 在正半周, 则 输出端瞬时极性为正, 输出端瞬时极性为负, 同相输入电位高于 输出端电位, 反馈电流削弱了净输入电流, 故为负反馈, 反 馈信号与输入信号以电流形式作比较, 故为并联负反馈 (b) 图中 为反馈电阻, 设在 F 的正半周, 晶体管各极交流电位的瞬时极性为 : ( ) ( 一 ) ( 一 ) E ( 一 ) 即可看出, 发射极 E 交流电位的负极性反馈到基极, 降低了 的交流电位, 使 U 减小, 故为负反馈, 反馈电路从发射极引出, 引到基极, 故为并联电流反馈 n 习题 7.. 说它负反馈很深? 试分析射极输出器 ( 教材图 5.6.) 中引出了何种类型的负反馈, 为什么 解 : 射极输出器的输出信号跟随着输入端电位的变化而变化, 反馈信号取自输出电压, 故为电压反馈, 且反馈信号与输入信号在输入端以电压形式比较, 故为串联电压反馈 ; 因其 输出信号全部反馈到输入端, 反馈系数为, 即 F= 反馈极深,, 电压放大倍数接 f 近 习题 7.. 为了实现下述要求, 在题图 7.. 中应引入何种类型的负反馈? 反馈电 阻 应从何处引至何处? 减小输入电阻, 增大输出电阻 ; 稳定输出电压, 此时输入 F 电阻增大否? 稳定输出电流, 并减小输入电阻

88 U b \ c c T TI E T U _ e e E e L Uo _ 习题 7.. 解 : 应从 F E 引至, 并联电流负反馈 ; F 应从 引至 E, 串联电压负反馈, 此时输出电阻增大了 ; F 应从 E 引至, 并联电流负反馈 习题 7..4 试画出一种引入并联电压负反馈的单级晶体管放大电路 解 : 电路图如下 : U c f s L Uo Es _ U 习题 7..5 当保持收音机收听的音量不变, 能否在收音机的放大电路中引入负反馈来减小外部干扰信号的影响? 负反馈能不能抑制放大电路内部出现的干扰信号? 解 : 收音机的放大电路中引入负反馈后, 对外来正常信号和干扰信号的放大倍数同时

89 下降, 不能保持音量不变 ; 但引入适当的负反馈能抑制放大电路内部出现的干扰信号 数 习题 7..6 有一负反馈放大电路, 已知 =,F=. 试问 : 闭环电压放大倍 为多少? 如果 发生 ±% 的变化, 则 f 的相对变化为多少? f 解 : = 75 f F =. = f = =± % ( ) (± % ). f F =4.4% 和 -5.88% 习题 7..7 F =.49 有一同相比例运算电路, 如教材图 7.. 所示 已知 =, 如果输出电压 = V, 试计算输入电压, 反馈电压 及净输入电压 f d 解 : f o = = =.49 F o o = = =.V f F = =.49=.98V f o = =..98=.V d f 习题 7..8 在上例的同相比例运算放大电路中, =KΩ, F =KΩ, 开环 差模电压放大倍数 和差模输入电压 o r 均近于无穷大, 输出最大电压为 ±V 试问: d 电压放大倍数 = 和反馈系数 F 各为多少? 当 f V 时, o 为多少伏? 若在 开路 短路 F 开路和 短路这四种情况下, 输出电压分别变为多少? F 解 : f f = = = f F = = = = o F = V 时, ( ) = V o F = 开路 ( = ) 或 短路 ( F =) F 时 :

90 未引入负反馈, 工作在饱和区, 则 U =± =± ( ) ( ) o osat V 习题 7..9 已知一个串联电压负反馈放大电路的电压放大倍数 =, 当其基本 f 放大电路的电压放大倍数 各为多少? o 解 : d 相对变化了 %, o d f 的相对变化应小于.%, 试问 F 和 o =.%= = % f f F o o F o f o = = o o f o F 联立以上两式, 可解得,.5 o F 习题 7.. 题 7.. 图是运算放大器构成的音频信号发生器的简化电路 大 致调到多大才能起振? p 为双联电位器, 可从 调到 4.4KΩ, 试求振荡频率的调节范围..6K f K p f 4.4K K.F _ p 4.4K Uo _.F.6K.K 习题 7.. 图 解 : 电压放大倍数按同相输入计算, 即 放大倍数为, 所以 k F F F F = = Ω, 所以.5k Ω 时才能起振 F =, 因为产生振荡的最小电压 f, 刚起振时振荡幅度小, 不足以使二极管导通, 这时

91 振荡频率为 f = π 当将 调到最小时, p f 最大, 即 : π.6. 当将 调到最大时, p f 最小, 即 : f = = 995. max 6 H z H z 习题 7.. 变 的阻值 当 调在 f f 时 : 当 π 6. 题图 7.. 是简易电子琴电路, 按下不同琴键 ( 图示为开关 ) 就可以改 f = = 99.5 mn 6 H z H z = =, 而 f F = π = 时, 振荡频率 : >> 时, F 已知八个基本音阶在 调时所对应的频率如下表所列 调 H / z 试问 : 大致调到多大才能起振? 计算 8

92 f K K f K 4 4.F _ Uo 接功率放大器 F.K 解 : 电压放大倍数 F >, 有 : F < 所以 振 因刚起振时幅度小, 二极管不导通, <, 而 > = Ω, 故 k 习题 7.. 图 F =, 要产生振荡要求 f = = = Ω k F F F 的下限是, 故 f F >, 故 大致调到 kω 才能起 f ( ) = π = π f, 因 = k Ω, 故 = ( ), 将八个基本音阶的对应 π. 6 f f 代入计算可得 : 6.4k Ω, π 8.7k Ω,.k Ω,.5k Ω, 4 6.k Ω, 5.k Ω, 6.k Ω, 7 9.k Ω 8 习题 7.. 试用相位判别题 7.. 图所示两个电路能否产生自激振荡, 并说明理由

93 U -Ucc (a) 习题 7.. 图 (b) 解 : (a) 图中共射放大电路输入输出相反, 而图中 串并联选频网络的相位移 ϕ f 为, 不能满足反馈信号与输入信号同相, 故不能产生自激振荡 (b) 采用瞬时极性法, 设第一级放大器基极输入端瞬时极性为正, 可知第二级放大器的集电极输出端为正, 即为同相, 而图中 选频网络的相位移 ϕ 为, 故可以满足自激 振荡的条件, 只要幅度条件也满足, 可以产生自激振荡 习题 7..4 在调试教材图 7.. 所示电路时, 试解释下列现象 : 对调反馈线圈的两个接头后就能起振 ; 调整 或 的阻值后就能起振 ; E 改用 β 较大的晶体管后就能起振 ; 4 适当增加反馈线圈的圈数后就能起振 ; 5 适当增加 L 值或减小 值后就能起振 ; 6 反馈太强, 波形变坏 ; 7 调整 或 的阻值后可使波形变好 ; E 8 负载太大不仅影响输出波形, 有时甚至不能起振 解 : 原反馈线圈接反, 对调两个接头后, 满足相位条件 ; 调阻值后, 使静态工作点合适, 以满足起振条件 ; 改用 β 较大的晶体管, 以满足幅度条件 ; 4 增加反馈线圈的圈数以增大反馈量, 以满足幅度条件 ; L 5 因为 L 并联电路在谐振时的等效阻值的模为 Z =, 当适当增大 L 值或减小 值后, 可使 Z 值增大, 因而增大了反馈幅度, 容易起振 ; f

94 6 反馈线圈 L 的圈数过多或管子的 β 太大, 使反馈太强而进入非线性区, 使波形变 f 坏 ; 7 调阻值, 使静态工作点在线性区, 使波形变好 ; 8 负载大, 就是增大了 L 并联电路的等效电阻, 的增大, 一方面使 Z 减小, 因而使反馈幅度减小, 不易起振 ; 也是品质因数 Q 减小, 因而减低了选频性, 使 波形变坏 习题 7..5 题 7..5(a) 图和 (b) 图分别为电感三点式和电容三点式振荡电路 试用相位条件判别它们是否产生自激振荡, 并说明哪一段上产生反馈电压? Ucc Ucc b c b c b T e e..l L b e T e L (a) (b) 习题 7..5 图 解 :(a) 图中基本放大器是共射极接法, 输入倒相, 即 ϕ = 8, 为满足相位条 a 件, 要求 ϕ = 8, 图中 a L L 是同性质电抗元件, 是与 L L 性质相反 的电抗元件, 此谐振回路满足自激振荡的相位条件, 故能产生自激振荡 ; 由 L 段上产 生反馈电压 (b) 基本放大器是共射极接法, 输入 输出倒相, ϕ = 8 为满足相位条件, a 要求 ϕ = 8, 图中 a 同性质,L 与 件, 故能产生自激振荡 ; 由 段上产生反馈电压 8. 典型例题 性质相反, 回路满足相位条 例 8. 在例 8. 图所示电路中已知变压器副边交流电压有效值 U =V, 在下 列情况下输出直流电压 U 的值

95 电路正常工作, U =? 电容 因虚焊未接上, U =? 有电容, 但负载 L 开路, U =? 4 整流桥中, 二极管 D 因虚焊开路 同时电容 开路, U =? T 解 : 电路正常工作, 当 L (~5) 时, U =. U = 4V 开路时, 该电路为桥式全波整流电路, 没有滤波电路, U =.9 U = 8V 有电容, 但 L 开路, 由于电容电压峰值为 U, 所以 U.4 U = 8V 4 整流桥中二极管 D 开路, 同时电容 开路, 该电路为单相半波整流电路, U =.45 U = 9V 例 8. 在例 8. 图所示的单相 桥式全波整流电路中, 若般现以 下各种情况, 分析电路会出现什 么问题 D 二极管 短路 ; 二极管 D 开路 ; 8 二极管 D 极性接反 ;

96 @ 二极管 D D 极性均接反 ; 5 二极管 D 开路 D 短路 解 : 若二极管 D 短路, 二极管 D 和变压器副边线圈可能被烧毁 ; 若二极管 D 开路, 输入信号的正半周无法传送到负载, 全波整流变成了半波 整流 ; 若二极管 D 极性接反, 在输入负半周时. 变压器副边输出直接加在两个导通 的 DD 上, 造成副边绕组和二极管 D D 过流而被烧毁 ; 4 若二极管 DD 极性均接反 此时, 正常的整流通路均被阻断, 电路无输出 ; 5 若二极管 D 开路 D 短路, 输入信号的正半周无法传送到负载, 全波整流变 成了半波整流 例 8. 在本章圈 8. 所示的桥式整流电容滤波电路中, 若已知交流电源为 5Hz, 要求输出直流电压为 6v 负载电流为 6m 选择合适的滤波电容 ; 选择整流二极管 T 解 : 滤波电容容量的选择按式 = L (~5) 估算, 根据电路要求, 可算得 : L U I = = = Ω, 6.6 又知 T T = =., 若取 (~5) 为 4, 则 : = L (~5), T = = 4µ F, f L 因为负载开路时, 电容充电最高电压为 U, 选择电容的耐压应大于 U, 可 求出 U U = = V, 故选择的电容容量为 4µ F, 耐压为 V 的电解电容. 5 考虑到流过每个二极管的电流 I = m, U = 5V 的二极管 D 例 8.4 在本章图 8.4 所示的硅稳压管组成的直流稳压电路中, 已知 U = V, 变化范围 ±%, 稳压管的稳压值 Uz = V, 电流范围 I z 为 ~6m, 负载电 WM

97 阻 的变化范围为 ~ KΩ 试确定限流电阻 的取值范围 L 解 : 若设流过负载电阻的最小流用 I Lmn 表示 最大电流用 I Lmax 表示, 稳压管额 定电流的最小值用 I Z mn 表示 最大值用 I Z max 表示, U 的最大值用 I Im ax 表示 最 小值用 I I mn 表示, 本题中 ILmn U Z = = = 5m, ILmax Lmax U Z = = = m ; Lmn I = m, I max = 6m Lmax Z Imn = U( %) = 6V, I max = U( %) = 4V 由图 8.4 可以看出 : 当 U 为最大且流过负载电阻的电流为最小时, 稳压管中流过的电流最大且值必 定大于额定电流的最大值, 即 U max U Z Umax UZ 4 ILmax < Izmax 可得: > = = 5Ω I I (6 5) zmax Lmn 当 U 为最小且流过负载电阻的电流为最大时, 稳压管中流过的电流最小且值必 定小于额定电流的最小值, 即 U max U Z I > I, 可得 Lmax zmn U U 6 < = = Ω mn Z I zmn I Lmax ( ) 由此可得 :5 Ω << Ω 8.4 练习与思考 练习与思考 8.. 在教材图 8.. 所示的单相桥式整流电路中, 如果 D 接 反 ; 因过电压 D 被击穿短路 ; D 断开, 试分别说明其后果如何? 答 : D 接反, 的正半周回路不导通, 负半周时 D D 4 和变压器的副边绕组 可能被烧毁 D 被击穿短路, 则 D 4 和变压器的副边绕组可能被烧毁 D 断开时, 在 的正半周, 回路不导通, L 上无电压, 在 的负半周,b D

98 L D 4 a 形成通路, L 上得到一个半波电压 练习与思考 8.. 如果要求某一单相桥式整流电路的输出直流电压 U 为 6V, 直流电流 I =.5, 试选用合适的二极管 答 : 由 U =.9V, 可知 U=4V, 每个二极管中流过的平均电流 ID = I =.75, 考虑到变压器的二次侧电压大约要高出 %, 即 4.=44V, 于是 UM = 44 = 6.V, 查附录可选用 Z55 二极管 8.5 习题详解 习题 8.. 在题 8.. 中, 已知 =8 Ω, 直流电压表 V 的读数为 V, 求 : L 直流电流表 的读数 ; 整流电流的最大值 ; 交流电压表 V 的读数 ;4 变 压器二次侧电流的有效值 二极管的正向压降忽略不计 解 : 由图可知是单相半波整流电 路, 则有 : I L U = = =.8 8 I = π I =.4.8= 4. U m U = = = 44.4V I =.57I =.57.8=.6 习题 8.. 在教材图 8.. 的单相半波整流电路中, 已知变压器二次侧电压的 有效值 U=V, 负载电阻 L = Ω, 试问 : 输出电压和输出电流的平均值 U 和 I 各为多少? 若电源电压波动 ±%, 二极管承受的最高反向电压为多少? U.5 解 :U =.45U =.45 =.5V, I = = = U =. U =..44 = 6.7V M L.5 习题 8.. 若采用教材图 8.. 的单相桥式整流电路, 试计算上题

99 U 7 解 :U =.9U =.9 = 7V, I = = = U =. U =..44 = 46.7V M L.7 习题 8..4 有一电压为 V, 电阻为 55 Ω 的直流负载, 采用单相桥式整流电 路 ( 不带滤波器 ) 供电, 试求变压器二次绕组电压和电流的有效值, 并选用二极 管 U 解 : U = = = V.9.9 U I = I = = =.... L 55 考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降, 变压器的二次侧电压大约要高出 %, 即.U=. =4V, 于是 : U M = 4= 89V 而每个二极管通过的平均电流 ID = I = = 55 因此可选用 Z56E 二极管, 其最大整流电流为, 反向工作峰值电压为 V 习题 8..5 在题图 8..5 所示的整流电路中, 变压器二次侧电压有效值 U =V, U =5V, = Ω, = Ω ; 二极管最大整流电流 I M 和反向工作峰值电压 U WM 如表中所列 试校核电路中各整流桥所选用的二极管型号是否合适 ; ' 若将绕组 的极性接反, 对整流电路有无影响, 为什么? 若将 a,b 间连线 去掉, 电路是否仍能工作? 此时输出电压 U 和输出电流 I 等于多少? 所选用的 二极管是否合适? 型号 IOM / UWM / V Z5 Z55.

100 解 :U =..44 =.V M U =.9U =.9 = 8V U 8 ID = I = = =.9 U =. U =..44 5= 77.8V M U =.9U =.9 5= 45V U 45 ID = I = = =.75 故所选的二极管均是合适的 ' 将绕组 的极性接反, 对整流电 路没有影响, 因为无论 的瞬时极性为正还是为负, 流过 的电流的方向是不 变的 若将 a,b 间连线去掉, 电路仍能工作, 此时 U =.9( U U ) =.9 ( 5) = 6V I U U 6 = = = =.48 I = I =.48 =.4 则 D 此时 Z5 二极管将过载, 应更换型号 习题 8..6 有一整流电路如题 8..6 图所示, 试求负载电阻 L 和 L 上整流电 压的平均值 U 和 U, 并标出极性 ; 试求二 极管 D, D, D 中的平均电流 I D, I D, I D 各管所承受的最高反向电压 以及 解 :U 应是半波整流的输出, U 应是全

101 波整流的输出 : U =.45 (9 ) = 45V U =.9 = 9V U 45 I = I = = = 4.5m D L U 9 ID = I = I = = = 45m L D 的最高反向电压 : M U = U = (9 ) = 4V D D 的最高反向电压 : UM = UM = = 8.V 习题 8..7 题 8..7 图是二倍压整流电路 U = U, 试分析之, 并标出 U 的极性 解 : 当 在正半周时, D 导通, D 截止, 被充电到 的最大值 U ( 极性左正右负 ) 到 负半周时, D 截止, D 导通, 和 两端电压相加 这 时, 电源一方面经 D 供给 L 电流, 同时经 D 给 充电, 充到等于 的最大值 U 和 两端电压之和 由于 放电很慢, 其上电压近似为 U 因此, 两 端电压接近 U ( 极性下正上负 ), 此即为 L 上的电压 U 当 D 截止时. 通 过 L 放电, 但因一般 L 阻值较大, 放电时间常数很大, 所以 两端电压 U 衰减 很少, 基本维持在 U 值 由于 U 基本上为变压器二次绕组电压最大值的两倍,

102 故称为二倍压整流电路 倍压整流电路中, 每个二极管所承受的最大反向电压为 U, 电容 的耐 压应大于 U, 的耐压应大于 U 习题 8..8 有一电解电源, 采用三相桥式整流, 如要求负载直流电压 U =V, 负载电流 I =, 试求变压器容量为多少 kv ; 选用整流元件 考虑到变压器二次绕组及管子上的压降, 变压器的二次侧电压要加大 % 解 : 查教材中表 8..; U 变压器二次侧电压的有效值为 U = = V = 8.55V.4.4 考虑到变压器二次绕组及管子上的压降, 变压器的二次侧电压要加大 %, 即 : U =. 8.55V = 9.4V 变压器二次侧电流的有效值为 : I =.8I =.8 = 64 三相变压器的容量为 : S = UI = V = 464.8V 4.6kV 取 5kV 的变压器 通过每管的电流平均值为 : ID = = 66.7 管子截止时承受的最高反相电压为 : U =.45U = V = V 可选用 5 的整流管 习题 8.. 看教材中表 8.., 试证明单相半波整流时变压器二次侧电流 的有效值 I =.57I 如果带电容滤波后, 是否仍有上述关系? M π 解 : 单相半波整流电流的平均值为 : I = Im sn ωtd( ωt) π = I π m π Im 而变压器二次侧电流的有效值为 : I = ( I sn ) ( ) m ωt d ωt π = π 故 I = I =.57I m 如果带电容滤波后, 输出电压 电流的脉动大为减小, I I = 不再成立, π 因此上述关系也不再成立 习题 8.. 试分析题 8.. 图所示的变压器二次绕组有中心抽头的单相整流 电路, 二次绕组两段的电压有效值各为 U:

103 D ~ - - D L U - 习题 8.. 图 试分析在交流电压的正半周和负半周时电流的通路, 并标出负载电阻 L 上电压 和滤波极性电容器 的极性 ; 分别画出无滤波电容器和有滤波电容器两种情况下负载电阻上电压 的波形, 是全波还是半波整流? 如无滤波电容器, 负载整流电压的平均值 U 和变压器二次绕组每段 的有效值 U 之间的数值关系如何? 如有滤波电容, 则又如何? 4 分别说明有滤波电容器和无滤波电容器两种情况下截止二极管上所承 受的最高反向电压 U 是否都等于 U ; M 5 如果整流二极管 D 虚焊, U 是正常情况下的一半? 如果变压器二次 侧中心抽头虚焊, 这时有输出电压吗? 么? 6 如果把 D 的极性接反, 是否能正常工作? 会出现什么问题? 7 如果 D 因过载损坏造成短路, 还会出现什么其他问题? 8 如果输出端短路, 又将出现什么问题? 9 如果把图中的 D 和 D 都反接, 是否仍有整流作用? 所不同者是什 解 : 当 在正半周时, D 导通, D 截止, 电流由 D L, 被充电到

104 的最大值, 和 的极性均为上正下负, 之后 和 c 都开始下降, 当 < c 时, D 截止, 对 L 放电, 此时 和 极性仍为上正下负 ; 当 在负半周时, D 截止, D 在开始时由于 < c 而截止, 当 > c 时, D 导通, 这时电源同时经 D 给 供 电和给 充电, 极性上正下负, 当 被充电到最大值后, 和 c 都开始下降, 当 < c 时, D 截止, 对 放电, 极性上正下负 L 无滤波电容器和有滤波电容器两种情况下 的波形如下, 是全波整流 : L 如无滤波电容器时 : U =.9U 如有滤波电容, 整流电路的输出电压 U 在空载时 ( L = ) U =.4U, 但随着负载电阻 的变化而有较大变化, 外特性较差, 对于全波整流, 通常取 U =.U L 4 无滤波电容时, 截止二极管上承受的最高反向电压 U = U ; 有滤波电容时, U 仍等于 U M 5 如果 D 虚焊, 则电路变为单相半波整流电路, 因其带有滤波电容, 对于 半波整流, 通常取 U 头虚焊, 这时没有输出电压 = U, 并非是正常情况下的一半 ; 如果变压器二次侧中心抽 M

105 6 如果把 D 极性接反, 不能正常工作, 此时 D D 和变压器副边绕组可能 被烧毁 7 如果 D 因过载损坏造成短路, 则 D 和变压器副边绕组可能烧毁 8 如果输出端短路, 则 D D 和变压器副边绕组会过流被烧毁 9 如果把图中 D 和 D 都反接, 仍有整流作用, 所不同的是 的极性与之前 相反, 变为上负下正 习题 8.. 今要求负载电压 U =V, 负载电流 I =5m 采用单相桥 式整流电路, 带电容滤波器 已知交流频率为 5Hz, 试选用管子型号和滤波电 容器, 并与单相半波整流电路相比较, 带电容滤波器后, 管子承受的最高反向电 压是否相同? 5V 解 : 流过整流二极管的电流平均值 ID = I= 5 m= 75 m U V 因带有滤波电容, 取 U =.U, 所以 U = = = 5V.. 整流二极管所承受的最高反相电压 U = U = 5= 5.4V 故可选用二极管 Z5, 其最大整流电流为 m, 反向工作峰值电压为 T T 根据 L (~5), 取 =5 L 因 L I 所以 U = = Ω= Ω, T = = s =.s.5 f 5..5 L = = 5 s =.5s, 故 = F = 5F 选用 =5F, 耐压为 5V 的滤波电容器 对于单相半波整流电路带电容滤波器后, 其管子承受的最高反向电压为 U, 而单相桥式带电容滤波的整流电路 U = U, 两者不相同 习题 8..4 在教材所示的图 具有 π 形 滤波器的整流电路中, 已 知交流电压 U=6V, 今要求负载电压 U =6V, 负载电流 I =m, 试计算滤波 电阻 M M

106 解 : 取 U =.U=. 6V=7.V U U 7. 6 = = Ω= Ω I 故 习题 8..5 在题 8..5 图的整流电路中, 已知变压器二次侧电压的有效值 U=V, 负载电阻 L=5 Ω 试分别计算开关 S ~ S 4在不同合 断情况下, 负载 两端电压 U, 电流 I, 每个二极管中流过的电流 I D和承受的最高反向电压 U M S 和 S 合上, 其他断开 ; S 合上, 其他断开 ; S ~ S 4 均合上 ; 4 S, S, S 4 合上, S 断开 ; 5 S ~ S 4 均断开 解 : 此时为桥式整流电路, 且不带滤波电容, 则 : U =.9U =.9 V = 8V U 8 I = = =.6 L 5 ID= I =.6 =.8 U = U = V = 8.V M

107 此时仍为单相桥式整流电路, 不带滤波电路, 但多了个分压电阻 : U =.9U = 8V I = U L U U U L = L I = L = L L I D U = I = ( ) L 习题 8.. 稳压二极管如图所示, 已知 =8. sn wtv, 稳压二极管的稳压值 U = 6 V, = KΩ, =.KΩ, 试求 : Z L S 断开, S 合上时的 I,, I I ; Z S 和 S 合上时的 I,, I I Z, 并说明 = 和 D 接反两种情况下电路能否起稳压作用 I Io ~ _ U _ S S Dz Iz L U _ 习题 8.. 图解 : S 断开, S 合上, 此时无电容滤波, 则 :, 8. U =.9U =.9 V =.9 = 8V U U 8 6 I = = = m. U 6 I = = = m L I = I I = ( ) m= 7m Z S 和 S 合上, 此时带滤波电容, 则 : U =.U =. = 4V I = = = m I = = L m I = I I = (5 ) m= m Z U U U 若 =, 因 U =4V, 它直接加在 U Z 为 6V 的稳压管上, 引起很大的反向击穿电流而使稳压管损坏, 一般而言,=, 电路失去稳压作用 若将 D Z 接反, U =.7V, 达不到输出等于 6V 的要求

108 习题 8.. 如何连接题 8.. 图中各个元件以及接地符号才能得到对地电压为 ± 5V 的直 流稳压电源, 并写出其导通路径 解 : 变压器输出电压 在正半周时, D, D 导通, 电流经 D 流向上下两个稳压电路后, 经由 D 流回低压电位,U 在负半周时, D, D 4 导通, 电流经由 D 流经上下两个稳压电路后, 经 D 流回低电位端 由 4 5V Dz ~ V V V D D D4 D Dz -5V 习题 8.. 图 习题 8.. 某稳压电源如图所示, 试问 : 输出电压 U 的极性和大小如何? 电容器 和 的极性如何? 它们的耐压应选多高? 负载电阻 的最小值为多少? 4 如将稳压管 D 反接, 结果如何? 5 如 =, 又将如何? L Z Z5D 4 6V.4kΩ ~V W6 F(5V) Dz L F U _ 习题 8.. 图解 ; 输出电压 U 的极性为上正下负 ; 电容器 和 的极性为上负下正 ; 由 U=6V, U =5V, U =.U =. 6V=4.V Z V 故 的耐压应选不低于 5V 的, 的耐压选不低于 5V 的 查 W6 的参数可知, I 的范围为 5~4m, 当 IZ = IZMIN = 5m 时, 负载电流最大, 此

109 U U 4. 5 时 L 最小 : I = = =.75m.4 I = I I = (.75 5) m= 6.75m LMX ZMIN U 5 所以 LMIN = = Ω=.KΩ I 6.75 LMX 4 如将 D Z 反接, U 大小为.7V, 达不到 5V 要求 ; 5 如 =, 因 U =4.V, 它直接加在 U Z 为 5V 的稳压管上, 引起很大的反向击穿电流而使稳压管损坏, 电路失去稳压作用 习题 8..4 电路如教材图所示 已知 : UZ = 6 V, = KΩ, = KΩ, = KΩ, U = V,T 的电流放大系数为 β = 5 试求: 电压的输出范围 ; 当 U = 5 V, L = 5Ω 时, 调整管 T 的 管耗和运算放大器的输出电流 解 : 电位器调到最上端时, U = U = 6V OMIN 电位器调到最下端时, UOmax = UZ = 6 V = 8 V 顾.U 的输出范围为 6~8V 由于 L 比,, 都小得多, 故 : U 5 I = I = = =.= m 5 L T 的管耗为 P = U I = ( 5).W =.5W E c 运算放大器的输出电流为 Ic I = = m= m β 5 习题 8..5 在题图中, 试求输出电压 U 的可调范围是多大? Z W785.5kΩ 4.5kΩ U V - 5kΩ Uo p.5kω.5kω - - 解 : 由于运算放大器为 习题 8..5 图,W785 输出的固定电压为 5V, 故 由基尔霍夫电压定律可得 : 5= U 4 其中 P 为电位器的上半部分的阻值, 因 的范围为 ~.5K Ω, 所以有 : = 时, U O max =.5V

110 =.5K 时, U o mn =5.65V 习题 8..6 在图中, 试求输出电压 U 的可调范围是多少? W785 V/V F U _ -.k Ω Uo ~ _ p 5.kΩ.kΩ - 解 : 运算放大器接成电压跟随器, 输出端电位 ( 即 W785 的 端电位 ) 和同相输入端电位相同, 而, 故图中从 W785 的 端到 P 抽头间的电压 U XX =5V P. 5.. Uomn = UXX = 5 V =6.96V 5.. P P Uomax = UXX = V = V. 9. 典型例题例 9. 如图所示的单相全控桥式整流电路, L =4Ω, 直接由 V 的电网供电, 幽囚负载的平均电流 Io 在 ~5 之间变化, 求 : 整流变压器 Tr 的变化比 ( 不考虑裕量 ); 选择晶闸管的型号 ( 考虑 倍的裕量 ); 在不考虑损耗的情况下, 选择整流变压器的容量 ; 4 计算负荷电阻的功率 T T Tr ~ _ L T4 T 解 : 负载上的最大平均电压为 =Io L=5Ω 4V=V 又因为

111 =.9U 可得 U= 当时, 则 U= = V V 所以变压器的正比 =.96 晶闸管承受的最大电压为 : UFM=Urm=.4 V=57V 流过晶闸管的电流为 IT= I=.5 为了保证晶闸管在出现顺势过呀时不致损坏管子, 通常要求晶闸管的 UDM 及 UM 满足 : ( ) ( 考虑到 倍的裕量, 取 4V, 的晶闸管, 查手册选择 KP 4 型晶闸管 求整流变压器的容量 : 先求整流电流的有效值 : 将代入上式可得 : 所以整流变压器的容量 4 负载电阻的功率为 : 9.4 练习与思考练习与思考 9.. 在晶闸管中, 控制极电流时小的, 阳极电流是大的 ; 在晶体管中, 基极电流是小的, 集电极电流是大的, 两者有何不同? 晶闸管是否也能放大电流? 答 : 在晶闸管中控制极电流仅仅是出发晶闸管使其导通, 导通之后, 控制极电流就失去了控制作用, 由于晶闸管内部强烈的正反馈作用, 阳极电流通常很大 而对晶体管而言, 只要晶 体管没有处于饱和状态, 晶体管的集电极电流受基极电流控制, 其关系满足 与晶

112 体管相比晶闸管对控制极电流没有放大作用 练习与思考 9.. 晶闸管导通的条件是什么? 导通时, 其中电流的大小由什么决定? 晶体管阻断时, 承受电压的大小由什么决定? 答 : 晶闸管导通须同时具备两个条件 : 晶闸管阳极和阴极间加正向电压 ; 控制极电路加适当正向电压 ( 实际工作中, 控制极加正出发脉冲信号 ) 晶闸管导通时, 其电流大小由阳极电压控制 晶闸管阻断时, 承受的电压依情况而定 : 当晶闸管承受反向电压时, 其大小为晶闸管实际承受电压的大小, 但其最大值由反向转折电压决定 ; 当晶闸管承受正向电压, 但控制极电流为零, 其大小为晶闸管实际承受电压的大小, 但其最大值由正向转折电压 决定 当控制极电流不为零时, 其承受电压的大小 则与控制电流的大小有关 练习与思考 9.. 为什么晶闸管导通之后, 控制极就失去控制作用? 在什么条件下晶闸管才能从导通转为截止? 答 : 因为晶闸管导通之后, 它的导通状态完全依靠管子本身的正反馈来维持, 即使控制极电流小时, 晶闸管仍处于导通状态, 所以晶闸管导通之后, 控制极就失去控制作用, 要想使晶闸管从导通转为截止状态, 必须将阳极电流减少到使之不能维持正反馈, 另外也将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加一反向电压 练习与思考 9..4 晶闸管参数中的 控制极触发电压 和 控制极触发电流 这两项表示什么意义? 答 : 当晶闸管的阳极和阴极之间加上 6V 的直流电压时, 使晶闸管导通的控制极最小点呀称控制极触发电压, 使晶闸管导通的控制极最小电流称控制极触发电流 练习与思考 9..5 型号 KP-8F 中各文字和数字代表什么? 答 : K 表示晶闸管, P 表示普通型, 表示额定正向平均电流为, 8 表示额定电压为 8V, F 表示导通时平均电压为.9V 练习与思考 9.. 在图 9.. 的单相半空桥式整流电路中, 变压器二次侧交流电压的有效值为 V, 选用 4V 的晶闸管是否可以? T T a ~ _ L b T4 T 练习与思考 9.. 图 答 : 设晶闸管的导通角为 8, 晶闸管所承受的最高正向电压, 最高反向电压等 于 :

113 可以看出即使是在理想的情况下, 加在晶闸管的最大电压也超过了 4V, 并且在实际情况下还要考虑电网电压波动, 管压降及导通实际小于 8º 这些因素, 所以这个数值还要增加 在工程应用中还必须考虑晶闸管上出现的瞬时电压不会损坏管子本身, 通常要求晶闸管的正向 ( 反向 ) 重复峰值电压约为最高正向 ( 反向 ) 电压的 ~ 倍, 综上所述选用 4V 的晶闸管不能满足要求 联系与思考 :9.. 为什么接电感性负载的可控整流电路图 ( 图 9..) 的负载上会出现负压? 而接续流二极管后负载上就不出现负电压可, 又是为什么? 答 : 电路如图所示 : T ~ _ Ut- D L o - 这是由于电感是储能元件, 其所产生的感应电动势将阻碍电流的变化, 当电路中的电流由零逐渐变大时, 电感中的感应电动势极性为上正下负, 而当电流减少时, 其感应电动势的级 性为上负下正 当电压 经过零值变为负时, 如果感应电动势 e L 和电压 相叠加的的值大于零时, 晶闸管承受正向电压, 晶闸管中仍将哦于电流通过, 只要这时候的电流大于晶闸管的维持电流, 晶闸管就不能关断, 负载上就出现了负压 当接上续流二极管时, 电路如右图所示 : 其工作原理为当电源电压 经过零值变为负值时, 负载上感应电动势产生的电流经过这个二极管 D 形成回路, 这时负载两端的电压近似为零, 晶闸管因承受反向电压而关断, 所以接续流二极管不会出现卜压 联系与思考 9.. 设 U =V,U D =.7V, 单结晶体管的分压比 ŋ=.6, 试问发射极升高到多少伏管子导通, 如果 U =5V, 则又如何? 答 : 当 U E =ŋu U D, 单结晶体管发射极导通代入已知条件 :U =V,U D =.7V 可得 U E =.6.7=.7V 代入已知条件 :U =5V,U D =.7V 可得 U E =.6 5 =9 V 练习与思考 :9..4 为什么触发电路与主电路同步? 在本书中是如何实现同步的?

114 _ L - ~ p 答 : 这是为了使晶闸管承受的正向电压每个半周期内, 触发电路发出第一个触发脉冲的时刻保持不变, 从而使晶闸管的导通角和输出电压平均值保持不变, 使得主电路的输出电压 可控 本书中实现的同步电路如下 : 其工作原理是 : 通过变压器将触发电路与主电路接在同一电源上, 所以每当主电路的交流电源电压过零点时, 单结晶体管基极间的电压 U 也为零, 如果此时电容上还有残余电压, 必然要向电阻 快速放电, 以保证电容器在每一半波之初从零 ( c ) 开始充电, 这样就使触发电路每半周期产生的第一个脉冲时间保持不变, 从而使晶闸管的导通角和输出电压平均保持不变 练习与思考 :9..5 如何实现触发脉冲移相? 答 : 电路图如下 : _ L - ~ p 移相是通过改变 P 的阻值, 从而改变电容器 的充电时间常数 τ=(p) 来实现的 在电路中, 如果改变电位器 P 的阻值, 就使电容器的充电变慢 ( 或变快 ) 触发电路每半波产生第一个脉冲的时间将后移 ( 或前移 ), 晶闸管的导通角随之改变, 从而输出电压的平均值也发生变化, 因此通过改变 P 可起到移相作用 练习与思考 9..6 什么是稳压管削波作用? 其目的何在? 答 : 稳压管削波作用是将整流电压变换成梯形波, 稳定在一个电压值 U Z, 即削去顶上一块, 就是所谓的削波 由于稳压管将整流输出电压稳定在一个电压值 U Z, 就使单结晶体管输出的冒充幅度和每半个周产生第一脉冲的时间受交流电源电压波动的影响 练习与思考 9..7 在单结晶体管的触发电路中, 电容 一般在.~µF 范围内, 如果取

115 得太大或太小, 对晶闸管的工作有何影响? 电阻 一般在 5~Ω 之间, 如果取得太小 或太大, 对晶闸管的触发有何影响? _ L - ~ p 答 : 单结晶体管触发电路如下 : 因为电容器 的放电时间常数由 和 决定, 如果 太小, 则放电时间很短, 触发脉冲 宽度很小 由于晶闸管从阻断状态到完全道统需要一定的时间, 这就有可能使晶闸管根 本来不及触发 如果 太大, 则由于充电时间常数 (P) 的最小值决定于晶闸管的 最小控制角, 则 (P) 就必须很小, 这将引起单结晶管的直通现象 如果 太小, 则放电时间很短, 触发脉冲宽度很小, 也将可能造成晶闸管来不及触发 如果 过大, 单结晶体管尚未导通时, 其漏电流可能在 上产生较大的电压加在晶闸管 的控制极上而导致晶闸管的误触发 PGE4 4 F 由真值表可以看出, 当三个输入变量中有两个及两个以上为 时, 输出才为 由此可知, 该电路为一多数表决电路. 解 :() 由例图.4 可得两个函数表达式分别为 : F (,, ) = F (,, ) = () 真值表如下 : F F

116 () 当 中有奇数个为 时,F =, 所以该电路为一判奇电路 当 中有两个或两个以上为 时,F =, 所以该电路为一多数表决电路.4 练习与思考 练习与思考.. 逻辑运算中的 和 是否表示两个数字? 逻辑加法运算和算术加法运算有何不同? 答 : 逻辑运算中的 和 不是表示两个数字, 而表示两种相反的状态, 逻辑加法运算和算术加法运算不仅在取值上不同, 它们所表示的意义也不同, 前者表示一种逻辑关系, 而后者是单纯的数量关系 练习与思考.. 什么是正逻辑和负逻辑? 如对练习与思考..(a) 图和练习与思考..(b) 图的二极管门电路采用负逻辑分析, 试列出逻辑状态表, 并说明其逻辑功能 5V D D Y D D Y (b) (a) 练习与思考.. 图答 : 若规定高电位为, 低电位为零, 则为正逻辑 ; 若规定高电位为零, 低电位为, 则为负逻辑 采用负逻辑分别对练习与思考..(a) 图和练习与思考..(b) 图分析可得如下逻辑状态表 Y Y

117 由逻辑状态表可知, 练习与思考..(a) 图为一与门, 练习与思考..(b) 图为一或门 练习与思考.. 在练习与思考..(a) 图中, 二极管的正向压降为.7V, 试问 : () 端接 V, 端接.V;() 端均接 V 时输出端的电压为几伏? 答 :( ) 端接 V, 端接.V 时, 先导通, 使 Y 为 V, 从而 截至, 故输出为 V () 均接 V 时, 同时导通 D D,Y=.7=.7V, 故输出为.7V 练习与思考..4 在教材图..(a) 中, 二极管的正向压降为.7V, 试问 : () 端接 V, 端接.V;() 端均接.V, 输出端电压为几伏? 答 :( ) 端接 V, 端接.V, 管导通, 管截至, 输出为.7=.V () 均接.V 时, 两二极管均不导通, 输出为 V 练习与思考..5 试写出练习与思考..5 图所示电路的逻辑式, 并画出输出波形 Y 答 : 由图可得电路的逻辑式为 : Y = 练习与思考..5 的图 输出波形 Y 见右图 : 练习与思考.. 为了实现 Y =, 练习与思考图.. 中各门电路多余输入端的处 理是否正确? 哪些电路能是现在 Y =? U (a) U (b) (c) (d) (e) (f) 练习与思考.. 图答 : 对于 (a) 图, 如果前级没有足够的驱动能力是可以的, 能是现在 Y =

118 对于 (b) 图, 是正确的且可以实现 Y = 对于 (c) 图, 是不正确的, 不能实现 Y = 对于 (d) 图和 (e) 都是不正确的, 应将多余端接地 对于 (f) 图, 是正确的, 可以实现 Y = 练习与思考.. 什么是线与, 试写出练习与思考.. 图中 Y 的逻辑式 义可得 : 练习与思考.. 图 答 : 将多个 O 门的输出端再按 与 逻辑进行输出, 即为 线与 由 线与 的意 Y = Y Y = Y 的逻辑式还可由教材 P 的分析列出逻辑状态表, 写出表达式并化简得到 练习与思考.. 在练习与思考.. 图所示的电路中, 试画出输出信号 Y 的波形 答 : 由 (a) 图可得 Y 的逻辑表达式为 : Y = E E = E E

119 E Y 由此可得 Y 的波形如右图所示 练习与思考.5. 逻辑代数和普通代数有什么区别? 答 : 取值不同 : 逻辑代数只取, 两种 意义不同 : 逻辑代数表示一种逻辑关系, 和 分别为两种相反状态, 而普通代数只 是一种单纯的数量关系 练习与思考.5. 能否将 =, =, = = 这三个逻 辑式化简为 =? 答 : 对于 =, 当 = 时 和 可取任意值, 故不能化简为 = 对于 =, 当 = 时 和 可取任意值, 故不能化简为 = 对于 = =, 当 = 时, 两边均为, 可为任意值 当 = 时, 两 边均为, 可为任意值 故也不能化简为 = 练习与思考.5. 逻辑函数的四种表示法 ( 逻辑状态表 逻辑式 逻辑图 卡诺图 ) 之间是如何转换的? 答 : 转换关系如下 : 练习与思考.5.4 什么是最小项? 答 : 如果一个逻辑表达式, 其中每一个乘积项所包含的 n 个不相同的变量中的每一个变量都以其原变量或反变量的形式出现, 且只出现一次, 那么这个表达式就是一个最小项表达式 练习与思考.5.5 如何理解逻辑状态标和卡诺图是唯一的? 答 : 逻辑状态表中包含了所有输入变量的所有取值组合及其对应的输出变量的取值, 反

120 映咯逻辑问题的全部因果关系, 因此对于一个逻辑问题来说它是唯一的表示方法 卡诺图画出了所有变量组成的全部最小项的所占有的小方块, 这些小方块中取 的部分恰好是逻辑函数取 的最小项, 同样反映了逻辑问题的全部因果关系, 所以也是唯一的 练习与思考.5.6 试用卡诺图表示 Y =, 从图上能否看 出这已是最简式? 答 : 卡诺图如右所示 由图可知, 已是最简式 练习与思考.6. 由逻辑式 Y = 列出逻辑状态表, 并说明具有 判偶逻辑功能 答 : 逻辑状态表如下 : Y 由状态表可知, 仅当输入变量中有两个取 时, 输出为, 否则为, 所以, 此逻辑式有判偶功能 练习与思考.6. 计算下列各式 :( ) Y = ; () Y = ; () Y = 解 : 根据异或运算 相同为, 不同为 的运算法则可得 : () Y = = = = = ( ) Y = = = = ( ) Y = = = = = 练习与思考.6. 某机床电动机由电源开关 S, 过载保护开关 S 安全开关 S 控制 三个开关同时闭合时, 电动机转动 ; 任一开关断开时, 电动机停转 试用逻辑门实现, 画出控制电路 解 : 由题意, 令三个开关的状态全为 时, 输出 Y 为, 由此可得输出 Y 的表示式为 :

121 Y = S S S Y = S 由与非门表示为 : S S 控制电路如下所示 练习与思考.6.4 试证明 = 证明 : 左边 = = ( ) ( ) = 左边 = 右边, 得证 练习与思考.7. 二进制加法运算和逻辑加法运算的含义有何不同? 答 : 二进制加法运算是一种算术运算, 采用逢 进位法 而逻辑加法运算是一种 或 运算, 不存在进位问题 练习与思考.7. 将十进制,4, 转换为二进制数 ; 将二进制数,, 转换为十进制数 解 : 将某十进制转换为二进制数时, 用 连续去除, 取余倒序排列即可得 () =() (4) =() () =() () = 4 =() () = 4 =() () = 5 4 =() 练习与思考.7. 什么是半加器? 什么是全加器? 答 : 半加器 : 只求本位和, 暂不计进位 全加器 : 计入进位, 即结果为本位和数和进位数两部分 练习与思考.7.4 试说明 =,=,= 各式的含义 答 := 是一种普通代数的加法运算 = 是二进制加法运算 = 是逻辑与运算, 表示一种逻辑关系 练习与思考.7.5 试用两片 T69 型全加器实现八位二进制加法运算 解 : O w I O w I S 7 S 6 S 5 S 4 S S S S

122 在上图中, 和 分别为两个八位二进制数的低四位 和 分别为两个八位二进制数的高四位 S 7 S 6 S 5 S 4 S S S 和 S 分别为本位和 为低四位向高四位的进位, 为高八位进位输出 练习与思考.9. 什么是译码? 什么是编码? 答 : 编码是将某一信号或对象表示成数字或某种文字和符号的过程 译码是编码的反过程, 即将数字或某种文字和符号按编码时的原意译成对应的信号或对象 练习与思考.9. 二进制译码 ( 编码 ) 和二一十进制译码 ( 编码 ) 有何不同? 答 : 二进制斑马是将某种信号按一定规则编成二进制代码的过程 二一十进制编码是将十进制的十个数码 ~9 按一定规则编成二进制代码的过程.5 习题详解 习题.. 如果与门的两个输入端中, 为信号输入端, 为控制端 设输入 的信号波形如题图.. 所示, 当控制端 = 和 = 两种状态时, 试画出输出波形 如果是与非门 或门 或非门则又如何, 分别画出输出波形 最后总结上述四种门电路的控制作用 习题.. 图解 : 当为与门时, Y = 当控制端 = 时, Y = ; = 时, Y = 当为与非门时, Y = 当控制端 = 时, Y = ; = 时, Y = Y = 当为或门时, 当控制端 = 时, Y = ; = Y = 时, 当为或非门时, Y 4 = 当控制端 = 时, Y = 4 ; = 时, Y 4 = 波形图如下图所示

123 Y Y Y Y 4 控制作用 : 与门在控制端为高电平时工作, 传送信号 ; 控制端为低电平时输出置. 与非门在控制端为高电平时工作, 输出 的反信号 或门在控制端为低电平时工作, 输出信号 ; 在高电平时输出信号 或非门在控制端为低电平时工作, 输出 的反信号 ; 在高电平时输出为 习题.. 试画出题.. 图中与非门输出 Y 的波形 习题.. 图 解 : 由图可得 Y 的逻辑表示式为 : Y = 由此可得 Y 的输出波形为 : 习题.. 在图.. 的们电路中, 当控制端 = 和 = 两种情况时, 试球输出 Y 的逻辑式和波形, 并说明该电路的功能, 输入 和 的波形如图中所示 习题.. 图

124 解 : 由图可得 Y 的逻辑式为 : Y = 时,Y= = 时,Y= = 由上可知, 该电路的功能为通过对 端的控制来分别传送信号 和 习题.. 在题.. 图所示两个电路中, 当控制端 E = 和 E = 求输出 Y 的波形, 输入 和 的波形如图中所示 两种情况时, 试 解 : 对于 (a) 图, 当 E = 时,G 门工作, 传送信号 至输出端 Y;G 处于高阻态 当 E = 时,G 门工作, 传送信号 至输出端 Y;G 处于高阻态 EN G Y E EN E EN G & Y 习题.. 图 对于 (b) 图, 当 E = 时, 三态与门处于高阻态 ; E = 时, Y =, 输出波形如下

125 习题.. 用内阻为 5K Ω / v 的万用表的直流电压挡 (~) 去测量 TTL 与非门的 一个悬空输入端与 地 之间的电压值, 在下列情况下, 估计该表的读书 :( ) 其余输入端 全悬空时 ;() 其余输入端全接电源 (5V) 时 ;() 其余输入端全接 地 时 ;(4) 其余 输入端中有一个接 地 时 ;(5) 其余输入端全接.V 时 解 : 根据教材. 节的分析可知 : 第 () 种情况下的电压表值同第 () 种情况 ; 第 () 种情况下的电压表值同第 (4) 种情况 习题.4. 图.4. 是两个三态 MOS 门电路, 其中 T 和 T 组成的即为第 4~48 页赵菊平 图.4. 所示的非门电路, 试分析其工作情况, 并画出各个逻辑符号 UDD UDD E T' T Y T T TG Y T E V 习题.4. 图 对于 (a) 图, 是在非门的基础上增加了一个控制管 T 和一个或非门 当 E = 时, T 截止, 或非门输出为,T 亦呈截止状态, 故输出为高阻态 当 E = 时, T 导通, 门电路正常工作 Y= 对于 (b) 图 : 是在非门的输出端串进一个 MOS 模拟开关, 作为输出状态的控制开光

126 当 E = 时, 传输门 TG 截止, 输出为高阻态 当 E = 时,TG 导通,Y= (a) 和 (b) 的逻辑符号分别为 : E EN Y E EN Y (a) (b) 习题.5. 根据下列各逻辑式, 画出逻辑图 : ()Y=(); ()Y=; ()Y=()(); (4)Y=; (5)Y=() 解 : & Y Y Y & & & () () () & Y & Y & (4) (5) 习题.5. 用与非门和非门实现以下逻辑关系, 画出逻辑图 : ()Y= ; ()Y= ; ()Y= ( ) ; (4)Y= 解 :()Y= = ()Y= = ()Y= ( ) = = (4)Y= = 逻辑图分别如下 :

127 & & Y & Y & () () & & & & Y & & Y & & () (4) 习题.5. 用与非门和非门组成下例逻辑门 () 与门 Y=; () 或门 Y=; () 非门 Y= ; (4) 与或门 Y=DEF; (5) 或非门 Y= 解 : ()Y== ()Y== ()Y= = (4)Y=DEF= DEF (5)Y= = 习题.5.4 写出题.5.4 图所示靓图的逻辑式

128 & & & Y & & & Y 习题.5.4 图 解 : (a) 图 :Y= = =( )()= = (b) 图 :Y= = 习题.5.5 应用逻辑代数法则化简下列各式 () Y= ; () Y= ; () Y= () ; (4) Y=( )(D D ); (5) Y= D 解 : ()Y= =( ) = = ()Y= =( ) = =( )= ()Y= () =() =() ( ) = = (4)Y=( )(D D ) =( )( D D) =()( D D)=()()= (5)Y= D= D=D= 习题.5.6 应用逻辑代数运算法则推证下列各式

129 () =; () = ; () = ; (4)( )()=; (5) () () () () = 证明 :() 左边 = = = 故左边 = 右边 得证 () 左边 = =( ) = = 故左边 = 右边 得证 () 左边 = = = =( ) () = 故左边 = 右边 得证 (4) 左边 =( )() ==()= = 故左边 = 右边得证 (5) 左边 =( ) ( ) = = ( )( )= 故左边 = 右边得证习题.5.7 应用卡诺图化简下列各式 ()Y= ; ()Y= D D D D ; ()Y= D D D; (4)Y= D 解 : () 先将逻辑函数化为最小项表达式为 : Y= =( )

130 = 画出卡诺图如右图所示 由此可得 Y= ()Y= D D D D 由逻辑表达式直接画卡诺图如下所示 : 由图可得 :Y= D D () 将原表达式化为最小项表达式为 : Y= ( )(D D ) D D D D = D D D D D D D D D 由图可得 Y= D (4) 方法同上可画得卡诺图如右所示 : Y=D 习题.6. () 根据逻辑式 Y= 列出逻辑状态表, 说明其逻辑功能, 并画 出其由非门和与非门组成的逻辑图 () 将上式求反后得出的逻辑式具有何种逻辑功能? 解 : () 逻辑状态表和逻辑图分别如下所示 : Y & & & Y

131 由状态表可知, 当输入相同时, 输出为 ; 输入不同时输出为, 为一同或门 () 对 Y= 求反得 : Y = = =( ) ()= 此逻辑式为一异或门 习题.6. 证明题.6.(a) 图和 (b) 图两电路具有相同的逻辑功能 & & Y & Y (a) 证明 : 由图 (a) 可得 : Y= 习题.6. 图 (b) 由图 (b) 可得 : Y=() ( )= 两个表达式都为异或关系, 所以两电路具有相同的逻辑功能习题.6. 列出逻辑状态表分析题图.6. 所示电路的逻辑功能 = Y = 解 : 由图可得 : 习题.6. 图 Y= ( )= ( ) = ( ) = 其逻辑状态表如下 : Y

132 由表可知, 当输入有奇数个 时, 输出为, 否则为 所以此电路为一判奇电路 习题.6.4 化简 Y=D D D, 并用 74LS 双四输入与非门组成电路 解 :Y=D D D =D (D D )=D =D =D = D = D 用 74LS 与非门组成电路如下 : 5V D & & Y 习题.6.5 某一组合逻辑电路如题.6.5 图所示, 试分析其逻辑功能

133 & Ω & & D 8 4 编码器 解 : 由图可得 Y 的逻辑表达式为 : 由此可列出逻辑状态表如下 : 习题.6.5 图 Y= D D= D D 十进制数 D Y 由逻辑状态表可知, 当十进制数,,4,6,8 输入时, 输出 Y 为 ; 当十进制数,,5,7,9 输入时, 输出 Y 为 由题.6.5 图分析可知,Y 为 时, 发光二级管亮 ;Y 为 时, 发光二极管不亮 由上可知, 当十进制的奇数接高电平时, 发光二极管亮 因此, 此电路为判奇电路

134 习题.6.6 试分析题.6.6 图的电路, 输入端开关 D 在哪些位置时, 指示 灯 HL 能亮 5V ~ V kω D K = HL & D = 习题.6.6 图解 : 由图可知, 要使 HL 灯亮,K 导通,O 门输出低电平, 由此前推可知两个异或门的输入端开关必须打在不同的位置, 即处于如下几种位置时,HL 灯亮 习题.6.7 试分析.6.7 图所示电路的输出状态 VDD TG = Y 解 : 当 = 时,TG 不工作 Y= = 当 = 时,TG 工作, 传送信号 Y= = 习题.6.8 保险柜的两层门上各装有一个开关, 当任何一层门打开时, 报警灯亮, 试 用一逻辑门来实现 解 : 令两个开关分别为, 输出为 Y, 开关闭合时为 状态, 断开时为 状态, 则由题

135 意可得 : 当 中有一个为 时, 输出为 因此输出表达式为 : Y= = 逻辑图如下所示 : & Y 习题.6.9 题.6.9 图是两处控制照明灯的电路, 单刀双投开关 装在一处, 装在另一 处, 两处都可以开闭电灯 设 Y= 表示灯亮,Y= 表示灯灭 ;= 表示开关向上,= 表 示开关向下扳, 亦如此 试写出灯亮的逻辑式 Y ~V 解 :( ) 由题意可列逻辑状态表如下 : Y () 逻辑表达式为 :Y= = 习题.6. 旅客列车分为特快 直快和普快, 并以此为优先通行次序 某站在同一时间 只能有一趟列车从车站开出, 即只能给出一个开车信号, 试画出满足上述要求的逻辑电路, 设,, 分别代表特快 直快 普快, 开出信号分别为 Y, Y, Y 解 :( ) 由题意列逻辑状态表如下 : Y Y Y

136 () 写逻辑表达式为 : Y = = ( )( ) = = Y = = Y = () 画逻辑图如下所示 : Y & & Y & & 习题.6. 题.6. 图是一密码锁控制电路 开锁条件是 : 拨对密码, 钥匙插入锁 眼将开关 S 闭合 当两个条件同时满足时, 开锁信号为, 将锁打开 否则, 警报信号为, 接通警铃 试分析密码 D 是多少? 5V Y & & 开锁信号 & 报警信号 D 解 : 由电路图可得开锁信号为 : Y = D S 报警信号为 : Y = D S

137 若 Y = 即可开锁 所以 D 为 时, Y =S 此时只要闭合开关 S 即可 所以密码 D 为 习题.6. 甲 乙两校举行联欢会, 入场券分红 黄两种, 甲校学生持红票入场, 乙 校学生持黄票入场 会场入口处如设一自动检票机, 符合条件者可放行, 否则不准入场 试 画出此检票机的放行逻辑电路 解 : 令 表示学校 := 为甲校,= 为乙校 表示票的颜色 := 为红,= 为黄, 则 () 由题可列出逻辑状态表为 : Y () 逻辑表达式为 :Y= = () 逻辑图为 : & & Y & 习题.6. 某汽车驾驶员培训班进行结业考试, 有三名评判员, 其中 为主评判员, 和 为副评判员 在评判时, 按照少数服从多数的原则通过, 但主评判员认为合格, 亦 可通过 试用与非门构成逻辑电路实现此评判规定 解 :( ) 令,, 为 时认为合格, 为 时认为不合格, 则可列状态表如下 Y

138 () 由状态表可写逻辑式为 : Y= = = == () 画逻辑图如下所示 : & & Y 习题.6.4 某同学参加四门课程考试, 规定如下 : () 课程 及格得 分, 不及格得 分 ; () 课程 及格得 分, 不及格得 分 ; () 课程 及格得 4 分, 不及格得 分 ; (4) 课程 D 及格得 5 分, 不及格得 分 若总分大于 8 分 ( 含 8 分 ) 就可结业 试用与非门画出实现上述要求的逻辑电路 解 :( ) 令及格用 表示, 不及格用 表示, 结业为, 不能结业为, 则状态如下表 D 总分 Y () 由状态表可写逻辑式为 : Y= D D D DD = D D D DDD

139 =DDD=DD = D D = D D () 画逻辑图如下 : D & & & Y 习题.6.5 设 D 是一个 84 码的 4 位, 若此码表示的数字 x 符合 x< 或 x>6 时, 则输出为, 否则 试用与非门组成逻辑图 解 :( ) 由题意, 可画卡诺图如右图所示 : D () 由卡诺图化简得 : Y= DD = D D () 画逻辑图如下 :

140 D & & & Y & 习题.6.6 题.6.6 图是一智力竞赛抢答电路, 供四组使用 每一路由 TTL 四输入与 非门 指示灯 ( 发光二极管 ) 抢答开关 S 组成 与非门 G 5 以及由其输出端接出的晶体管 电路和蜂鸣器电路是共用的, 当 G 5 输出高电压时, 蜂鸣器响 () 当抢答开关如图示位置, 指示灯能否发亮? 蜂鸣器能否响? () 分析 组扳动抢答开关 S ( 由接 地 点扳到 6V) 时的情况, 此时其他组 再扳动各自的抢答开关是否起作用? () 试画出接在 G 5 输出端的晶体管电路和蜂鸣器电路 接晶体管 蜂鸣器电路 6V G 5 & D & & G G & & G 4 G S S S S4

141 解 :( ) 当抢答开关在图示位置时, 四个与非门的输出 D 均为高电平, 所 以指示灯不亮 G 5 的输出 Y= D = 所以蜂鸣器不响 () 在 () 的情况时, G 的三个输入端均为, 当 S 扳到 6V 时, G 的四个输入均 为, 所以输出 =, 指示灯 ( 组的 ) 亮, 同时 G 5 输出为, 蜂鸣器响 此时 G 的 输出 = 分别引到了 G G G 4 的输入端, 所以不论 S S S 4 是否扳到 6V, G G G 4 的输出均为, 所以不起作用 () G 5 输出端的晶体管电路和蜂鸣器电路为 : V H K G 5 & 习题.7. 十六进制是 逢十六进一, 是以 6 为底数的计数体制, 它有,,,, 4,5,6,7,8,9,,,,D,E,F 共十六个数码 试将 (7E6D) 6 转换为十进制 数和二进制数 解 :( 7E6D) 6 = = =(5785) (7E6D) 6 =( ) 习题.7. 仿照全加器画出 位二进制数的全减器 : 输入被减数为, 减数为, 低 位来的借位数为, 全减差为 D, 向高位的借位数为 解 :( ) 列状态表如下 : D

142 () 写逻辑式 : D= =( )( ) = ( ) = = ( ) = = ( )( ) = = () 画逻辑图 : = = D & & & & & 有效 习题.8. 试设计一个 4/ 线二进制编码器, 输入信号为 I, I, I, I, 低电平 解 : 将 4 个输入信号编成对应的四个二进制代码输出, 输出的应是 位 ( n =4,n=) 二进 制代码 Y Y, 他的四种组合表示 4 个输入信号 编码表如下表示 : I I I I Y Y 由编码表可写出 Y 和 Y 的逻辑式为 : Y 的卡诺图 I I I I X X X X X X X

143 X X X Y = I I = I I Y 卡诺图的画法同 Y Y = I I = I I 由逻辑式画逻辑图电路如下 : I & & I Y I Y 第十二章 门电路和组合逻辑电路 Io 的编码是隐含的, 当其输入信号无效时, 电路的输出就是 Io 的编码 习题.9. 在题.9. 图中, 若 为正弦电压, 其频率 f 为 H z, 试问七段数码管显示什么字母? Ucc - & a b c d e f g 习题.9. 图 解 : 正弦电压经过电压比较器后, 前.5 秒为, 后.5 秒输出为 当输出为 时,b e 管亮,c f 管灭, 同时 a d g 接电源, 也发光, 显示字母 ; 当输出为 时,b e 管灭,c f 管亮, 同时 a d g 也亮, 显示字母 5 习题.9. 试设计一个能驱动七段 LED 数码管的译码电路, 输入变量,, 来自计数器, 按顺序 ~ 计数 当 = 时, 全灭 ; 以后要求依次显示 H,O,P,E,F, U,L 七个字母 采用共阴级数码管 解 :() 根据要求列出状态表如下 : 输入 输出 a b c d e f g

144 () 由状态表写出各个输出变量的逻辑式为 : a = = = b = = = c = = =

145 电工学 ( 下册 ) 电子技术习题精解 d = = = ( ) = = ( ) = = e = f = g = = = () 由逻辑式画出逻辑电路如下 : 习题.9. 题图.9. 是用 74LS9 型双 /4 线译码器 ( 教材表.9. 是它的功能表 ) 和若干与非门及非门组成的脉冲分配器 脉冲由 D 端输入, 受,, S 的控制, 从 ~ 7 八个输出端的某一路输出 试分析其工作情况

146 习题.9. 图 第二十章门电路和组合逻辑电路 解 : 因为 74LS9 内部有两个独立工作的 /4 线译码器, 由电路图可知分别由 S 来控制其 工作状态 () 当 S = 时, 译码器 工作, 译码器 禁止, 当分别取,,, 四个 组合时, Y, Y, Y, Y 分别输出为, 从而打开各自连接的与非门, 脉冲 D 分别由 路, 路, 路, 路输出 () 当 S = 时, 译码器 禁止, 译码器工作 原理同 () 情况, 脉冲 D 分别由 4 路, 5 路,6 路,7 路输出 习题.9.4 试用 74LS8 型译码器实现 Y = 的逻辑函数 解 : 将逻辑式用最小项表示为 : Y = = 由教材表.9. 得出 Y =, Y = Y = 6, Y = 7 用 74LS8 型译码器实现上式的逻辑图如下所示

147 习题.9.5 试设计一个用 74LS8 型译码器监测信号灯工作状态的电路 信号灯有红 () 黄 () 绿 () 三种, 正常工作时, 只能是红 或绿 或红黄 或绿黄灯亮, 其他 情况视为故障, 电路报警, 报警输出为 解 :() 由题意可列状态表如下 : 电工学 ( 下册 ) 电子技术习题精解 Y () 由状态表写出逻辑式为 : Y = 由教材表.9. 得出 Y = Y = 5, Y =, Y = 7

148 由此得出 Y Y Y Y Y = = () 用 74LS8 译码器实现监测信号灯的电路图如下所示 Y Y Y Y 习题.. 试分别用 74LS9 型双 /4 线译码器 ( 教材图.9.) 和 74LS5 型 4 选 数据选择器 ( 教材图..) 实现 Y = 解 : Y = = () 由教材表.9. 得出 由此可得 由教材表.. 可知 Y = Y, Y =, Y = Y Y Y Y Y Y = = D =, D =, D = 第二十章门电路和组合逻辑电路 由上可画得用 74LS9 型译码器和 74LS5 型 4 选 数据选择器分别实现 Y = 的逻辑 图如下所示 :

149 习题.. 用 74LS5 型 8 选 数据选择器 ( 见教材表.. 的功能表 ) 实现 Y = 解 : 将逻辑式表示为最小项为 : 教材表.. 可得 Y = D 所以可画出逻辑图如下所示 : D D Y = 电工学 ( 下册 ) 电子技术习题精解 习题.. 试用 74LS5 型双 4 选 数据选择器来实现全加大器 解 : 全加器的逻辑式为 ( 略去下标 I, 即为 ) S = = 74LS5 型双 4 选 数据选择器的逻辑函数表达式为 : () 实现 S, 可取 : () 实现, 可取 : D D D D Y = =, D = D D, D D =, =, = =, =, = = D D 用 74LS5 型双 4 选 数据选择器实现全加器的逻辑图如下所示 D

150 习题..4 有两个 位数字的比较器, 其逻辑状态列于表..4 中, 试写出各输出逻辑式, 并画出逻辑图 表..4 一数字比较器的逻辑状态表 输入 输出 ( ) ( ) Y > Y < Y = ( ) 解 :() 由逻辑状态表可写逻辑式为 : 第二十章门电路和组合逻辑电路 Y =, Y =, Y = () 画逻辑图如下

151 第二十一章触发器和时序逻辑电路. 时序逻辑电路分析步骤 () 根据给定的时序电路图写出下列各逻辑方程式 : 各触发器的时钟信号 P 的逻辑表达式 ; 时序电路的输出方程 ;

152 各触发器的驱动方程 () 将驱动方程代入相应触发器的特性方程, 求得各触发器的次态方程, 也就是时序 逻辑电路的状态方程 () 根据状态方程和输出方程, 列出该时序电路的状态表, 画出状态图或时序图 (4) 用文字描述给定时序逻辑电路的逻辑功能..4 时序逻辑电路设计. 时序逻辑电路设计 时序电路设计根据给定的逻辑功能要求, 选择适当的逻辑器件, 设计出符合要求的时序 逻辑电路 用触发器及门电路设计同步时序电路的方法的基本指导思想是用尽可能少的时钟 触发器和门电路来实现待设计的时序电路. 时序逻辑电路设计步骤 () 根据给定的逻辑功能求出原始状态图 () 状态化图 () 状态编码, 并画出编码的形式的状态图及状态表 (4) 选择触发器的类型及个数 (5) 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 (6) 画逻辑电路图, 并检查电路自启动能力. 典型例题例. 西安电子科技大学 4 年硕士研究生入学考试试题 分析下列时序电路 已知某时序电路的原始状态图如例. 图所示, 设初态为 S () 列出该电路的原始状态表及最简状态表 () 根据给出的 X 输入序列, 作出 Z 的输出序列 X () 指出该电路的逻辑功能 例. 图 解 :( ) 由例图. 可列出电路原始状态表如下 现态 S S S S n 次态 S Z X= X= X= X= S S S S S S S S

153 由上表可以看出 S 和 S 是等价的, 所以最简状态表如下 : 现态 S S S n 次态 S Z X= X= X= X= S S S S S S () 由状态表可得当给出 X 输入的序列时 Z 的输出序列如下 : X: Z: () 由 X 序列和 Z 序列分析可知, 该电路为 脉冲序列检测电路 例. 西安电子科技大学 4 年硕士研究生入学试题电路如例. 图所示 P r P Q Q Q Q 7494 S D D D D SL S S (b) 例. 图 () 写出 S,Z 的函数表达式, 作出 Q,Q,Q 的完全状态图 () 分别画出 Q,Q,Q 及 Z 的时序图 解 :( ) 由图可知 : S = Q Q,Z= Q P 7494 为一双向移位寄存器,S S = 时, 右移, 即 Q Q S 为右移输入, 由 Q 和 Q 控制, 假定初态 Q Q Q 为 可得 Q,Q,Q 的完全状态图为 :

154 () 由状态图可得 Q,Q,Q 的波形, 由 Z= Q P 可得 Z 的波形 例. 西安电子科技大学 4 硕士研究生入学试题 计数器电路如例. 图所示 () 指出该电路的状态变化范围 ( 初值和终值 ), 其模值为多少? () 若使 M=65. 则预置输入数 D D 为多少? P T P Q Q Q D 746() D L D Q U? 746() P T P Q Q Q D 746() D L D Q U? 746() () P 解 :( ) 由图分析可知 :746() 的初值为, 当计到 时, 再来一个脉冲,Q 输出,746() 计数,Q 持续时间一个脉冲周期 746() 的初值, 当计数到 时, 其 Q 输出为, 经过非门输出给两个 746 的 LD 端, 使计数器置为初始值, 重新计数 因此模值为 746() 的状态变化范围由 到 746() 的状态变化范围由 到 (4) 若使 M=65,D 为,D 为 例.4 西安电子科技大学 5 年硕士研究生入学考试试题已知计数器电路图例.4(a) (b) 图所示, 要求 : () 列出各计数器的状态转移图 ; () 计数器的模值各是多少?

155 P P T P Q Q Q QD 746() D L D Q r P Q Q Q Q 7494 S D D D D SL S S 图 (a) 例.4 图 图 (b) 解 :( )( a ) 中计数器的初始状态为 D=, 上升沿触发, 当 O 输出为 时,LD 端 为, 置数, 重新计数, 状态转移图如下 : 对于 (b) 图, 为移位寄存器, 由图可知, 初始数据为 D D D D =,S =Q Q =.,S =, S S 为 时为右移控制端 S = Q 为串行输入 由此分析知, 随着 P 脉冲的到来 S 依 次移入寄存器中, 当 S =Q Q 为 时, 即 S S =, 寄存器执行并行置数, 由此可得状态转 移表如下 : Q Q Q Q D 即当计数到 时,S = Q Q=, 即 S S =, 寄存器并行置数为 () 由 () 中的分析可知 : (a) 中计数器的模值为 ;(b) 中寄存器的模值为 8 例.5 西安电子科技大学 5 年硕士研究生入学试题 n 电路如例.5 图所示写出该电路 J K D Q n Q 的函数式, 初态为, 画出时序波 形 J Q D Q K Q Q 69 P

156 P Q Q 例.5 图 n n 解 :J= Q,K=; Q n n n = JQ KQ = JQ = n n QQ n D= n Q ; Q n =D= Q 由以上关系可得波形图如图中所示 例.6 西安电子科技大学 5 年硕士研究生入学试题 某同步时序电路的原始状态表如下 : S S S S S n S /Z X= X= S/ S/ S/ S/ S/ S/ S/ S/ () 指出等价状态对, 列出最简状态表 ; () 根据给出的 X 输入序列, 指出 Z 的输出序列 ( 设初态为 S ) X () 该电路的检测的序列是什么? 解 :( ) 等价状态对指转换条件相同, 次态相同, 输出相同的两个状态, 由表可知 S 和 S 为等价状态对, 最简状态如表下 : S S S S n S /Z X= X= S/ S/ S/ S/ S/ S/ () 由状态表可得状态图如下 :

157 由此可得当输入为 X: 输出为 Z; () 由 X 和 Z 的比较可知 : 当 X 输入 后,Z 即输出为 因此该电路检测的序列为 例.7 西安电子科技大学 6 年硕士研究生入学考试试题 分析下例时序电路 () 已知计数器电路如例图.7(a) 所示, 求计数器的模值 M=? () 序列信号发生器电路如例.7(b) 图所示, 要求 : 列出状态转移主序列表 ( 设 Q Q Q Q 初态为 :); 指出所产生的 Z 序列是什么? Z D Y 4 选 MUX D D D S P P T P Q Q Q QD 746() D LD Q P r P Q Q Q Q 7494 S D D D D SL S S (a) 例.7 图 (b) 解 : () 由图可知, 计数器的初始状态为, 每来一个脉冲, 计一次数, 当计到状态 Q D =Q = 时,LD 端为低电平, 计数器置数, 重新计数 状态转换图为 : 计数器的模值为 Q D Q Q Q () 由例.7(b) 图知 :7494 为移位寄存器,S =,S = 时左移 左移输入数

158 对于 4 选 MUX,D,D,D,D, 分别为,Q,, 输入变量 =Q Q 整个电路输出序列 Z 为 :Z=Q 对于数据选择器, 由 Y= D D D D. 得 : Y=S L 由以上关系可得出状态转移主序列表如下 : S L =Y (Q Q Q Q ) n (Q Q Q Q ) n Z=Q () 所产生的 Z 序列为 例.8 西安电子科技大学 6 年硕士研究生入学试题 电路如例.8 图 (a) 所示 n () 写出该电路 D J K Q n Q Z 的函数式 ; () 设 Q Q 的初态为, 画出时序波形 D Q U? J Q P Q K JK Q (a) 解 () 由逻辑电路图可得如下表达式 : 例.8 图 (b) D=X,J=X Q,K= Q n n n Q =D=X

159 n Q n n =(X Q ) Q Q n n Q n Z= Q n Q () 由以上的关系得 Q,Q 和 Z 的波形如图 (b) 所示 例.9 西安电子科技大学 6 硕士研究生入学试题 序列检测电路的状态图如例.9 图所示 ( 设初始状态为 ), 例.9 图 () 列出原始状态表和化简状态表 ; () 对于下列输入 X 序列, 完成输出 Z 的序列 X Z 解 :( ) 原始状态表如下 : S D n S /Z X= X= 在原始状态表中可以看出, 和 D 为等价状态, 合并后得化简状态表如下 : / / D/ / / / / / S n S /Z X= X= / / / / / / () 由上面的状态表, 对于给定输入 X 序列可得如下 Z 输入序列 :( 初始为 ) 状态 )

160 X Z.4 练习与思考题 练习与思考.. 触发器的状态保持不变 答 : 由教材图..(a) 的分析可知 : 说明基本 S 触发器在置 或置 脉冲消失后, 为什么 置 后, 即 Q=, Q =,Q 反馈到 G 门, 不论 s D 置 后, 即 Q=, 反馈到 G 门, 不论 D 消失与否, 输出总为 不变 消失与否, 输出 Q =, 从而 Q= 不变 练习与思考.. 答 : s D s D和 D两个输入端起什么作用? 表示 s D 端为低电平时使触发器置 ; D 表示 D 端为低电平时使触发器置 练习与思考.. 将 JK 触发器的 J 端和 K 端悬空 ( 也称 T` 触发器 ), 试分析其逻辑功能 答 : 将 JK 触发器的 J 端和 K 端悬空, 即接高电平, 由 JK 触发器的逻辑状态表可知, 当 J=K= 时, 触发器具有计数功能, 每来一个时钟脉冲翻转一次 练习与思考.. 数码寄存器和移位寄存器有什么区别? 答 : 数码寄存器只有寄存数码和清除原有数码的功能, 而移位寄存器除此之外, 还可以在移位脉冲的控制下依次进行移位 练习与思考.. 什么是并行输入 串行输入 并行输出 串行输出? 答 : 并行输入是指数码各位从各对应输入端同时输入到寄存器中, 串行输入是指数码从一个输入端逐位输入到寄存器中 并行输出是指被取出的各位数码同时出现在其对应输出端上 串行输出是指被取出的数码在一个输出端上逐位出现 练习与思考.. 继续列出教材表.. 的状态表, 说明再经过四个移脉冲, 则所存的 逐位从 Q 端串行输出 答 : 状态表如下 :

161 移位脉冲数 Q Q Q Q 输出 练习与思考.. 什么是异步计数器, 什么是同步计数器? 两者区别何在? 答 : 组成计数器的各触发器的 P 脉冲不是同一个脉冲, 因此各触发器状态翻转不在同一时刻, 称为异步计数器 ; 组成计数器的各触发器均由同一个 P 脉冲控制, 状态翻转也在同一时刻进行, 称为同步计数器 区别 : 同步计数器运算速度快, 可靠性高, 而异步计数器运算速度慢, 而且可靠产生误码 练习与思考.. 计数器 解 : 试用两片 74LS9 型异步十进制计数器构成百进制 S q() Q S q( ) Q s q() Q s q() Q () () 74LS9 () () P () Q Q Q Q P () P P

162 练习与思考.. 74LS9 型同步十进制可逆计数器的功能表和逻辑符号分别如练习与思考表.. 所示 所谓可逆, 就是能进行加法计数和减法计数 () 说明表中各项意义 ;() 试用两片 74LS9 型计数器构成百进制计数器 先将各片接成十进制加法计数工作状态, 而后连接两片 图中 O 和 O 分别为进位和借位输出端 练习与思考.. 74LS9 型同步十进制可逆计数器的功能表 输入 输出 D LD P P_ Q Q Q Q d d d d d d d d 加法计数 减法计数 保持 练习与思考.. 图

163 解 :() D 为清零端, 高电平有效 ; LD 为置数端, 低电平有效 ; P 为加法计数控制脉冲 ;P- 为减法计数控制脉冲 () 两片 74LS9 型计数器实现百进制计数器, 接线图如下图所示 : 练习与思考..4 波形图 解 : 根据教材表..7 画出五进制计数器 P, 练习与思考.5. 单稳态触发器为什么能用于定时器控制和脉冲答 : 单稳态触发器只有一个稳定状态, 在触发信号到来前保持稳定, 来后, 触发器翻转到新的暂时状态, 经过了一定时间重新回到原来稳定状态 通过调节 的值而改变, 所以可以用于定时作用 另外, 单稳态触发器只种状态, 在 值一定时, 可得到幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲, 达到输入波形整形的目的 练习与思考.5. 压降 U E(sat) 试证明教材中试 (.5.), 略去放电晶体管的饱和

164 证明 : 由三要素定理知 :Vo(t)=Vo( )- Vo( )-Vo() 在 555 定时器中,Vo(t)= U,Vo( )=Ucc,Vo()= t e 所以 所以 U =- e =Ucc- Ucc- t p t p =ln e t p 练习与思考.5. 试证明教材中试 (.5.4), T=t p t p.7( ) 证明 : 由教材图.5.5(a) 的工作原理分析可知 : 对于电容 充电过程 :Vo()= U,Vo( )=Ucc,Vo(t)= U t p 所以 Vo(t)=Vo( )- Vo( )-Vo() e 即 U =Ucc- Ucc- U t p =-(- ) e 所以 t p = ln=( ) ln 对于电容 放电过程 :Vo()= U,Vo( )=,Vo(t)= U 则 U t p =- - U e t p =ˊln= ln 所以 T=t p t p =( ) ln.7( ).5 练习详解 练习.. 当由与非门组成的基本 S 触发器的 D 和 示的波形时, 试画出 Q 端的输出波形 设初始状态为 和 两种情况 S D 端加上题.. 图所 解 :() 初始状态为 时, 即 Q n = 当 S 和 均为 时, 触发器保持原始状态不变 当 S 变为 时, 触发器置 置 后 S 的改变不再影响触发器的状态 D () 初始状态为 时, 即 Q n =, S D 的改变不影响触发器的状态 D D D

165 习题.. 图由 ()( ) 分析可得如下 Q 端输出波形 练习.. 当由或非门组成的基本 S 触发器 题..(a) 图 的 D 和 S D 端 加上题..() 图所示的波形时, 试画出 Q 端的输出波形 设初始状态为 和 两种情况 D S D G G Q Q D SD S Q Q (a) (b)

166 S D D t Q Q 初始状态为 初始状态为 / (c) 练习.. 由或非门组成的基本 S 触发器解 : 由教材.. 节的分析可知, 由或非门组成的基本 S 触发器的逻辑功如下 : S D = D = 时, 保持原状态 ; S D =, D = 时触发器置 ; S D =, D = 时触发器置 ; S D = D = 时状态不确定 由此可得 Q 端的输出波形 练习.. 当可控 S 触发器 题..(a) 图 的 P,S 和 端加上题..(c) 图 s 所示的波形时, 试画出 Q 端的输出波形 设初始状态为 和 两种情况 t t t S P & G & G S D D & G & G Q Q S D S P D S S K Q Q (a) (b)

167 P S t t t (c) 习题.. 图 解 : 可控 S 触发器逻辑功能如下 : 当 P 为 时, 不论 和 S 端如何变化, 触发端均保持状态不变 ; 当 P 为 时, 若 S== 时, 则状态保持不变 ;S=,=, 时触发器置 ; S=,= 时, 触发器置 ; S== 时状态不确定 由此可得 Q 端的输出波形如下 : P S Q 初始状态为 Q 初始状态为 t t t t t 练习..4 当主从 JK 触发器的 P,J,K 端分别加上题..4 图所示的 波形时, 试画出 Q 端的输出波形 设初始状态为

168 P J t K t t 练习..4 图 解 : 由主从 JK 触发器的逻辑功能,P 为下降沿时翻转 主从 JK 触发器的逻辑状态表见教材表..4, 由此可得输出波形如下 P Q t t 练习..5 已知时钟脉冲 P 的波形如图..5 图所示, 试分别画出题..5 图中各触发器输出端 Q 的波形 设它们初始状态为 指出哪个具有计数功能 J P K (a) Q Q

169 P K J Q Q (b) P K J (c) Q Q P K J (d) Q Q P D (e) Q Q P D (f) Q Q 习题..5 图 解 : 由图可知 :J =K =;J =Q,K =;J =,K = Q ; J 4 = Q 4,K 4 =;D= Q 5 ;D= 各波形如下 :

170 P Q Q Q Q 4 Q 5 Q 6 由以上波形图可知 : 图 (a) (d) (e) 具有计数功能 练习..6 在题..6 图的图中, 试画出 Q 和 Q 端的波形, 时钟脉 冲 P 的波形如教材图..5 所示 如果时钟脉冲的频率是 4HZ, 那么 Q 和 Q 波形的频率各为多少? 设初始状态 Q =Q = P J K Q Q Q J K 习题..6 图 解 : 因为 JK 触发器在 J=K= 时为计数功能, 且图中两触发器均为下降沿触 发, 所以可得 Q,Q 输出波形如下 : Q

171 P Q Q 由波形图可知 : 若时钟脉冲为 4HZ, 则 Q 波形频率为 HZ,Q 波 形频率为 HZ 练习..7 根据题..7 图的逻辑图及相应的 P D 和 D 的波形, 试画出 Q 端和 Q 端的输出波形, 设初始状态 Q =Q = P S D D P = Q Q Q Q K J D t D D 习题..7 图 t t

172 解 : 由逻辑图可知, 其中有两个触发器, 分别为上升沿触发和下降沿触发 第一个脉冲到来之前, = 分别将两触发器置. 当每个 P 上升沿到时, Q 按 Q 来时, 因为 K=, Q 按 Q n 由此可得 Q, Q 输出波形为 : P D n n 变化, 即 Q = Q =D 进行状态变化 ; 当每个 P 下降沿到 Q n D D Q t t t Q t t 练习..8 电路如图..8 图所示, 试画出 Q 和 Q 的波形 设两个触 发器的初始状态为 P J Q K Q D 4 Q Q

173 习题..8 图解 :JK 触发器在下降沿触发,D 触发器在上升沿触发 由此在时钟脉冲 P 的上升沿和下降沿处画出 Q 和 Q 的波形如下 : P 4 Q Q 练习..9 题..9 图所示电路是一个可以产生几种脉冲波形的信号发生器 试从所给出的时钟脉冲 P 画出 Y,Y,Y 三个输出端的波形 设触发器的状态为 解 : 由逻辑图可知 :Y =Q,Y =P,Y = P Q 由于 Y =Q,K= 可画出 Q( 即 Y ) 的波形, 而后由 Y =P Q 和 Y = P Q 画 出 Y 和 Y 的波形, 波形如下 P Q & Y Y Y P Q & Y Y Y 习题..9 图习题.. 试分析题.. 图所示的电路, 画出 Y 和 Y 的波形, 并与时刻脉冲 P 比较, 说明电路功能 设初始状态 Q= J Q Y P K Q Y

174 解 : 由 J=Q 和 K=Q 可画出 Q 和 Q 的波形 再由输出逻辑式 Y = P Q,Y = P Q 画出 Y 和 Y 的波形, 如下所示 : P Q Y Y 从波形图上可以看出, 时钟脉冲 P 经过. 所示的逻辑电路后变为两个不同相的脉冲, 所以上述电路称为双向时钟脉冲发生器 习题.. 题..(a) 图是一单脉冲输出电路, 试用一片 74LS 型双下降沿 JK 触发器和一片 74LS 型四 输入与非门 见教材图..(b), 连接该电路, 画出线路图, 并画出 P, Q, Q,Y 的波形图 J FF Q J FF Q Q & & Y K Q K P (a)

175 U cc D D P K J S D Q P K J S D Q Q Q GND (b) 习题.. 图解 :74LS 型四 输入与非门及其引线排列见教材图..(b) 根据题.. 图 (a) 中各输入输出端和 (b) 中各端相对应可得接线图如下 : Ucc LS LS Y 设两触发器的初始状态为 对于 FF,J =,K = 对触发器置 对于 FF,J =Q,K = Q 当 FF 置 后,FF 也被置 FF FF 均为下降沿触发 而 Y= Q Q, 由此可得波形如下 :

176 P Q Q Y=Q Q 习题.. 74LS75 型四上升沿 D 触发器和 74LS 型双下降沿 JK 触发器的接线图如题..(a) 图所示, 它们外引线见教材图.6.4(b) 和题.. (b) 图所示 ( ) 试按图画出逻辑电路 ;() 设 P D D 的波形如题.. (b) 图所示, 试画出两触发器输出端 Q 的波形 两触发器的初始状态分别为 U cc U cc LS75 74LS D Q D (a) P Q P D D (b) 习题.. 图

177 解 : () 由接线图可知 : 两个触发器共用时钟脉冲 P 和 D 端 JK 触发器的 J 端和 K 端分别接 D 触发器的 Q 端和 Q 端, 由此可得逻辑图如下 : D Q J FF FF Q Q K Q P D () 初始状态为 D 触发器和 JK 触发器分别为上升沿触发和下降沿触发, 波形如下 : P D D Q Q 习题.. 试用四个 D 触发器组成四位移位寄存器 解 : 由教材表..5 D 触发器的逻辑状态表可知其逻辑功能即传送信号, 由此可得由四个 D 触发器组成四位移位寄存器如下 :

178 Q Q Q Q Q Q Q Q D D D D FF FF FF FF 数码输入 P D 假设输入数据为, 则位移状态表如下 : 寄存器中的数码 位移脉冲数 Q Q Q Q 输 出 4 并行输出 串行输出 8 习题.. 教材图.. 是由主从 JK 触发器组成的四位二进制加法计数器 试改变级 间的连接方法, 画出由该触发器组成的四位二进制减法计数器, 并列出其状态表 在工作之 前先清零, 使各个触发器的输出端 Q ~Q 均为零 解 : 4 位二进制减法器的逻辑状态如下 : 位移脉冲数 二进制数 Q Q Q Q 十进制数

179 由教材图.. 和上述逻辑状态表可得 4 位二进制减法计数器的逻辑图如下 : Q Q Q Q D 习题.. 74LS9 型计数器的逻辑图 外引线排列图及功能表如题.. 图所示 它 有两个时钟脉冲输入端 cp 和 cp 试问 ⑴ 从 cp 输入, Q 输出时, 十几进制计数器?⑵ 从 cp 输入, Q, Q, Q, Q 输出时, 是几进制计数器?⑶ 将 Q 端接到 cp 端, 从 cp 输 入, Q, Q, Q Q 输出时, 是几进制计数器? 图中 () 和 () 端全为 时, 将四个触发器清零 是清零输入端, 当该两

180 D D D D (a) 5v () () cp cp Q Q LS Q Q (b) () () Q Q Q Q 计数 计数 (c) 解 :⑴ 从 cp 输入, Q 输出时, 只有 FF 工作, 且 J=K=, 脉冲下降沿到来时翻转 所以为二进制计数器 ⑵ 从 cp 输入, Q, Q, Q, Q 输出时, J = K =, J = K =, J = K = FF 在 Q 下降沿到来时翻转, FF 在 Q 下降沿到来时翻转 p 顺序 Q Q Q

181 所以此情况为八进制计数器 ⑶ 将 Q 端接到 cp 端, 从 cp 输入, Q, Q, Q Q 输出时, 工作原理同 ⑵, 四个触发 器构成一个十六进制假发计数器 习题.. 七进制计数器? 将 74LS9 接成题.. 图示的两个电路是, 个为几进制计数器? 如何接成 习题.. 图 解 :⑴ 由( a )图知: 当 Q = Q = 时, 四个触发器清零, cp 接 Q 端, 分析可得( a )图逻 辑状态表如下 : cp Q Q Q Q 4 5 所以( a )图是五进制计数器 ⑵ 对于( b )图, 当 Q = Q = 时, 触发器清零 同上分析可知, 该图为十二进制计数器 ⑶ 若为七进制计数器, 当 Q = Q = Q = 时, 使触发器置零 逻辑图如下所示 :

182 习题..4 试用 74LS6 型同步二进制计数器接成十二进制计数器 : ⑴ 用清零发 ;⑵ 用置数发 解 :⑴ 用清零法, 当计数器到 时让触发器置, 用 Q = Q = 来控制 ⑵ 用置数法,LD 为同步并行置数控制端, 需等下一个脉冲到来时才能置数 所以计数器应 从 开始 逻辑图分别如下 : LD LD D D 习题..5 十进制计数器 试用两片 74LS9 型计数器接成二十四进制计数器 解 : 二十四进制计数器的接线图如图所示 两片 74LS9 均按 84 码十进制计数器方式连 接, 其中片 ⑴ 为各位, 片 ⑵ 为十位 计数脉冲由片 ⑴ 的 cp 端输入, 片 ⑵ 计数脉冲由片 ⑴ 的 最高位 Q 输出提供 当片 ⑴ 输入第十个脉冲时, Q Q Q Q 由 回到, Q 由

183 变为, 此下降沿使片 ⑵ 由 变为, 此时片 ⑴ 重新从 计数, 当第十二个脉冲到 来的时片 ⑴ 再次回到, 片 ⑵ 变为. 再输入四个脉冲后, 片 ⑴ 状态为 此时已输 入二十四个脉冲, 将片 ⑴ 和片 ⑵ 立即置. 所以由片 ⑵ 的 Q 和片 ⑵ 的 Q 来反馈置, 即两者 都为 时, 完成一个计数循环 接线图如下 : 习题..6 设初始状态为. 二十四进制计数器 试列出题..6 图所示计数器的状态表, 从而说明它是一个几及进制计数器 解 : 由图可得 : J = QQ, K =; J = Q, K = QQ ; J = K = cp = cp = cp ; cp = Q 即只有当 Q 由 时 FF 才翻转 Q Q Q 计数脉冲数 习题..6 图 计数状态表如下 :( 设初始状态为 ) J = K = J = Q K = QQ J = QQ K = Q Q Q

184 由状态表可知, 它是一个七进制计数器 习题..7 分析题..7 图所示逻辑电路的逻辑功能, 并说明其用途 设初始状态为. 画出 cp, Q, Q, Q, Q 的波形图 解 : 由逻辑图可得 : J = K =; J = K = QQ ; J = K = QQQ ; J = QQQQ, K = Q 四个触发器共用时钟脉冲和清零号 可列状态表如下 : Q Q Q Q D 习题..7 图 cp J K J K J K J K Q Q Q Q

185 8 9 状态表可知 : 该逻辑电路实现的是同步十进制计数器功能 波形如下 : P Q Q Q Q 习题..8 逻辑电路如图..8 图所示, 设 Q =, 红灯亮 ; Q =, 路灯亮 试分析该电路, 说明三组彩灯点亮的顺序 在初始状态, 三个触发器的 Q 端均为. 此电路可用于晚会对彩灯采光 Q Q Q 习题..8 图 解 : 由逻辑状态电路图知 : J = Q, K =; J = Q Q, K =; J = Q, K = Q 状态 表如下 : P J = Q, K = J = Q Q, K = J = Q, K = Q Q Q Q

186 4 5 由逻辑状态白可知 : 三组彩灯点亮的顺序为 : 红灯亮 绿灯亮 黄灯亮 全亮 全灭 红灯亮 习题..9 分析..9 图的逻辑电路, 说明发光二极管作亮 s 暗 s 的循环 D Q D Q D Q 5V < FF Q < FF Q < FF Q LED P s 习题..9 图 解 : 由逻辑电路图可知 : 发光二极管亮的条件是 Q = 又因为 : D = QQ Q ; D =Q ; D =QQ, 由此三式得状态表如下 : p D = QQ Q D =Q D =QQ Q Q Q 由状态表可知循环周期为五个脉冲, 其中三次 Q =, 两次 Q = 所以发光的二级管作亮 s 暗 s 的循环 习题.5. 题.5. 图是一个防盗报警电路,a b 两端被一细铜丝接通, 此铜丝置于认为盗窃者毕经之处 当盗窃者闯入室内将铜丝碰断后, 扬声器发出报警 ( 扬声器电压为.v, 通过电流为 4m) ⑴ 试问 555 定时器接成何种电路?⑵ 说明报警电路的工作原理 解 :

187 5.kΩ 5kΩ kω F 8Ω a b 细铜丝 6V.F.F ⑴555 定时器接成了多谐振荡器电路 习题.5. 图 ⑵ 接通电源后,a b 两端没有断开时,4 端为, 将触发器置零, 从而 U 即 端出为, 蜂 鸣器不响 当盗窃者进入从而使 a b 断开后, 电源通过 两个电阻对电容 充电的 过程以及电容通过 放电的过程交替进行, 从而使 555 定时器输出 U ( 即 端 ) 接一定周 期进行 和 的交替变化, 从而使蜂鸣器间隔性地震, 发出响声 习题.5. 题.5. 图是照明灯自动点息电路, 白天让照明灯自动熄灭 ; 夜晚自动点亮 图中 是光敏电阻, 当受到照射只, 电阻变小 ; 当无光照或光照微弱时, 电阻增大 试说 明工作原理 JQX- K 照明灯 ~V ~V V 4 P F F kω kω kω F 习题.5. 图 解 : 由图可知, 直流电源由 V 交流电经整流得到 白天时, 阻值小, µf 电容两端电压大, 使触发器置 从而输出 U 即 端电压为低电 平,K 不导通, 灯不亮

188 当夜晚到来时, 阻值增大, 从而使 µf 两端电压减小, 当小于一定值时触发器被置, 从而输出端 端为高电平, 二极管导通,K 导通, 照明灯亮 ; 习题.5. 题.5. 图是一简易触摸开关电路, 当手摸金属片时, 发光二极管亮, 经过一定时间, 发光二极管熄灭 试说明其工作原理, 并问发极管能亮多长时间?( 输出电路稍加改变也可接门铃 短时用照明灯 厨房排烟风扇等 ) 习题.5. 图 解 :⑴ 当手触摸金属片时, 相当加一个触发信号, 即 U =, SD =, 触发器置, 从而 U =, LED 发光 同时 T 截止, 电容的对 充电, 当充到一定值时, D = 使触发器置, 从而 U 为低电平,LED 灭,T 导通, 放电, 如此循环 ⑵ 发光二极管的持续时间即暂稳态保持时间 6 t = ln =. 5 =s 习题.5.4 题.5.4 图是一门铃电路, 是说明其工作原理

189 习题.5.4 图解 : 当按下按钮 S 后, 电源通过对电容 的充放电, 使得电路产生震荡, 从而输出音频信号, 蜂鸣器发声 当松开按钮 S 后, 放电, 是的电路停振 习题.6. 习题.6. 图是步进电机六拍通电方式的环形分配器的逻辑电路, 请分析之 Q Q Q SD D D D SD 习题.6. 图 解 : 由上图可知, 三个触发器 FF FF 和 FF 首先分别被置位 复位 复位, 即使初态 QQQ =. 然后输入脉冲 由 JK 触发器的逻辑功能分析可得逻辑状态表如下 : 脉冲数 J K J K J K U V W 由上表可知步进电机六拍通电方式 : U U, V V V, W W W, U U 习题.6. 设计一个三人抢答逻辑电路, 要求 : ⑴ 每位参赛者有一个按钮, 按下就发出抢答信号 ; ⑵ 主持人另有一个按钮, 按下电路复位 ; ⑶ 先按下按钮者将相的一个发光二极管点亮, 此后他人再按各自的按钮, 电路不起作用 ( 建议 : 可用由两个 74LS 组成的三个基本 S 触发器和两片 74LS 组成的三个与非门来实现 ) 解 : 本题的关键为第 ⑶ 的个要求, 当其中一个按钮按下后, 其他再按则不起作用 即按下按钮的状态来控制其他两个与非门的输出 逻辑图如下所示 :

190 D S D D SD D SD 习题.6.4 图 由上图可知, 只要有一个按钮按下, 其对应的触发器输出为, 经与非门之后输出为, 将 此 输出引入到另外两个触发器的输入端, 使其置, 从而达到了 ⑶ 的要求 习题.6.4 试设计一个由两个 T 触发器组成的逻辑电路, 能实现三个彩灯 作题.6.4 图所示的顺序亮暗 解 : 由题意可知如下所示的状态表, 令黑点代表, 圆圈代表. P Q Q 4

191 由状态表可得逻辑图如下 : FF K Q < J Q FF K Q P < J Q 习题.6.5 试用由与非门组成的 S 基本触发器并用启动按钮 S 和停止按钮 S 来控制 电机的起停 解 : 逻辑电路如下图所示 : 当按下时, 触发器直接置,T 截止, 电机停止 ; 当按下时, 触发器置,T 导通,K 通, 电机启动 S D D Q

192 随即存取存储器 (M) M 可以随时从指定的存储单元读取数据, 也可以随时向指定的存储单元写入数据 M 的 读 写非常方便, 使用起来更加灵活 由于 M 断电后存储的数据会丢失故不利于它来长期 保存数据和信息 ⑴M 的组成 M 结构中包含有存储矩阵 地址译码器, 读 / 写控制电路 片选控制部分 片选控制可用 来扩展, 使多片 M 选择性地被访问 ⑵M 的扩展 当数字系统中需要的存储容量很大, 位数很多, 而单片 M 的容量 ( 即字数 ) 或位数或两者 都不够, 需要多片 M 共同工作时, 这就是扩展 故有字数扩展和位数扩展或字数位数都扩 展 扩展方法参考教材. 节.. 可编程逻辑器件 可编程逻辑器件 ( PLD) 是一种新型的半导体通用集成电路, 泛指可有用户自行定义功能 ( 编 程 ) 的一类逻辑器件的总称 由于这类器件可由用户编程实现所需的电路逻辑, 灵活性大, 更改逻辑方便, 成本也低, 故广泛用于电子系统的设计 PLD 是采用阵列逻辑技术生产的可编程器件, 有四种基本类型 : 可编程只读存储器 (POM) 可编程逻辑阵列 (PL) 可编程阵列逻辑 (PL) 和通用阵列逻辑 (GL) 随着电导体技术 的不断发展, 又出现了在系统可编程逻辑器件 (ISP PLD), 即不需要将它从所在系统的电 路板上取下就可编程, 这样为系统的调试和修改提供了更大的方便和灵性 本章器件重在应用, 在实际使用过程中去理解他它的工作原理 例. 已知在不同地址输入情况下 OM 中的信息内容如表所示, 试画出其二极管矩阵 D D D D 解 : 当 = 时, D = D = = 时, D = D = = 时, D = D = D = = 时, D = D =

193 D D D W D W W W 图. 例. 利用 OM 构成的任意波形发生器如图所示, 改变 OM 的内容, 即可改变输出波形 当 OM 的内容如下如下所示时, 画出输出端随时间变化的波形, 欲在输出端得到一个阶梯波, OM 中的内容应该如何变化? D D D D

194 (a) 阶梯波的波形如图, 据此可得到 OM 中有效数据如表所示 (b)

195 .4 练习与思考 练习与思考.. 只读存储器 (OM) 是由哪两个主要部件构成的? 它们的主要作用是什么? 答 : 只读存储器 (OM) 由存储矩阵和地址译码两个主要部件构成 存储矩阵是 OM 的主体, 其中存储的是以二进制代码表示的数据和信息 地址译码器是 OM 的另一个组成部分, 其作用是将输入的地址码经地址译码器译码成字线输出, 以对应存储阵列中相应的字单元地址 练习与思考.. OM 的存储矩阵是如何构成的? 怎样表示它的存储容量? 答 : 存储矩阵一般由二极管构成, 由 N 条字线和 M 条位线构成, 共有 N M 个交叉点, 每个交叉点都是一个存储单元, 存放一位二进制代码, 交叉点处接有二极管的相当于存, 没有接的相当于存 存储容量由字线数量和位线数量的乘积 N M 表示 练习与思考.. 在 OM 的存储矩阵中, 什么是存储单元? 什么是字单元? 答 : 如果把信息和数据用若干位二进制数码表示, 这样的二进制数码称为一个字, 则存放其中一位二进制代码的单元叫存储单元, 用一组存储单元 M 存放一个字, 则这 M 个存储

196 单元称为字单元 练习与思考..4 OM 的地址译码为什么又称为最小项译码器和 N 选一译码器? N N 答 ; 因为地址译码器的输入如果有 N 个输入, 则能译出 个不同的地址, 即 个最小 项 ( m, m, m, m N 组合, 与之相对应的是译码后的字线 W, W, W N ), 因此地址译码器也称为最小项译码器 N 位地址码对应 种 W N, 无论 N 位地址码如何取值, N 条字线中必有一条位高电平, 其余的字线均为, 因此地址译码器又称为 N 选一译码 器 练习与思考..5 OM 为什么只能随时读出信息而不能随时写入信息? 为什么断电 时也不会丢失信息? 答 ; 因为 OM 中存储单元所存储的内容设计时已经确定, 在制造之时利用掩模技术将数 据一次性完全固化在存储器芯片中,OM 出厂后, 它内部存储矩阵的结构已经定型, 所存的 内容不能更改, 所以只能随时读出信息而不能随时写入信息, 掉电数据也不会丢失 练习与思考.. 随机存取存储器 (M) 由哪些主要部分构成的? 它的读 / 写控制 端与片选控制端起什么作用? 解 : 随机存取存储器 (M) 由存储矩阵 地址译码器 读 / 写控制电路 片选控制四 个部分组成 读 / 写控制端控制地址选中存储矩阵中相应的存储单元进行读写操作 片选控 制是相当有多片 M 同时存在一个电路中时, 片选控制端协调这些 M 工作使之不发生冲突 练习与思考.. 现有 56 8M 一片, 试回答下列问题 : () 该 M 有多少位地址码? 答 ; 有 8 位地址码 () 该 M 有多少个字? 答 : 有 56 个字 () 该 M 字长多少位? 答 : 一共有 8 位 (4) 该 M 共有多少多少个存储单元? 答 :56 8=48 个存储单元 (5) 访问该 M 时, 每次会选中多少个存储单元? 答 : 会选中 8 个存储单元 练习与思考.. 什么是 M 的位数扩展和字数扩展? 有何实际意义? 如何实

197 现位数和字数的同时扩展? 答 : 单个存储芯片不能满足要求时, 需将若干个存储器芯片连接起来以扩展其存储容量, 以通过增加位数的办法来实现存储芯片容量的扩展叫位数扩展 以通过增加字数的办法来实现存储芯片容量扩展的叫字数扩展 首先将芯片进行位数扩展, 即将 存储芯片的片选端 读 / 写控制端 W 地址输入端对应的并联起来, 然后再进行字 数扩展, 即将位扩展的芯片用译码器来控制它们的片选端, 再将读 / 写控制端 W 地址输入端 输入 / 输出端 I O 对应的并联起来 练习与思考..4 试比较 OM 的 M 基本结构和主要功能的异同 答 :OM 由存储矩阵和地址译码器两个部分组成, 而 M 除了存储矩阵和地址译码器两个部分外, 还包含有读 / 写控制电路和片选控制两部分 OM 的主要功能是存放以二进制代码表示的信息和数据, 但其内容是在出厂之前预设先设定好的, 不能随便更改, 且掉点后数据也不会丢失 M 也是存储数据用的, 但其中所存放的数据不是预先固定的, 而是随时由外部输入, 且 M 具有易失性, 一旦断电, 所存数据立即丢失 练习与思考.. 可编程逻辑器件 (PLD) 基本结构中的核心部分是什么? 答 : 核心部分是由两个逻辑门阵列 ( 与阵列和或阵列 ) 练习与思考.. 试比较 OM POM EPOM 和 EEPOM 在结构和功能上有什么联系和区别? 答 :OM 主要由存储矩阵和地址译码器组成, 存储矩阵实际上是或阵列, 而地址译码器是与阵列 OM 存储的内容设计应经确定, 制作时完全 固化 在存储器芯片里, 内容不能更改 内容可以长期保存 适于大批量生产, 成本较低, 故叫只读存储器 POM 由一个固定的与阵列 ( 地址译码器 ) 和一个可编辑的或阵列 ( 存储矩阵 ) 组成 POM 只能编程一次, 一次成功, 一旦编好就不能再次修改, 故称为一次编程只读存储器 编程写入的信息, 可以长期保存 EPOM( 紫外线擦除可编程只读存储器 ), 它可用紫外线擦除存储器中原有信息, 可以重新写入新信息 它的存储单元是叠栅 MOS 管, 利用叠栅 MOS 管的浮栅是否注入了电荷来表示信息, 用户可以根据需要编程 利用紫外线照射石英玻璃窗口擦除 EPOM 中的内容 所以,EPOM 可反复编程使用 EEPOM( 电擦除可编程只读存储器 ), 它的存储单元也是叠栅隧道氧化层型 MOS 管 EEPOM 的编程和擦除都是通过在漏极和控制栅上加电脉冲实现的, 写入的信息长期保

198 存 (5~ 年 ) OM POM EPOM EEPOM 都是存储器, 用来存储信息 练习与思考.. 试比较 PL 和 POM 的与阵列和或阵列有何异同? 答 : PL 和 POM 的结构相似, PL 的译码器 ( 与阵列 ) 可由用户编程, 采用部分译码, 只产生函数所需要的乘积项, 对逻辑函数的处理更为有效 ; 而 POM 采用全译码方式, 产 生全部最小项 但对大多数逻辑函数而言, 不需要全部最小项, 有许多最小项是没用 的, 故 POM 的与阵列造成了硬件的浪费 PL 与 POM 的或阵列都可编程,PL 可以方 便地构成组合逻辑电路, 若在或阵列的输出端外接触发器, 还可构成时序逻辑电路 练习与思考..4 试比较 PL 和 PL 与阵列或阵列有何异同? 答 : 可编程阵列逻辑 (PL) 的基本结构与 PL 相似, 都是由与阵列和或阵列组成 PL 的或阵列是固定的, 不用编程, 与阵列是可编程 PL 在两个基本逻辑阵列之外, 它的输出端备有不同的输出电路和反馈电路 PL 的与阵列可编程,PL 的或阵列也可 编程, 而输出电路固定 练习与思考..5 GL 的突出优点是什么? 答 ; 它的突出优点是 : 在 GL 的输出端设置了多个可编程的逻辑宏单元, 是一种由 或门,D 触发器 数据选择器和一些门电路组成的控制电路 用户通过编程可将 OLM 设置成多种工作模式, 使 GL 器件有多种功能的输出 此外,GL 设置了电子标签 ( 便 于用户文档等管理 ) 和加密位 ( 防止信息非法复制 ) GL 有丰富灵活的逻辑功能, 为 复杂的逻辑设计提供了有利的方便条件 练习与思考..6 在系统编程技术有什么优越性? 答 : 在系统编程技术在编程时不需要使用编程器, 也不需要将器件从系统的电路 板上取下, 用户可以直接在系统上进行编程 它改变了产品生产的先编程后装配的惯 例, 可以先将器件全部安装在电路地板上, 然后编程制成产品 这就简化了产品设计 和生产流程, 降低了产品成本 利用 在线 技术, 可反复编程, 修改逻辑设计, 重 构逻辑系统, 实现新的逻辑功能, 对产品实行升级换代.5 习题详解 习题.. 已知 OM 的阵列图如题.. 图所示 ( ) 列表说明 OM 存储 的内容 ;() 写出 D 和 D 的逻辑式

199 解 : ()OM 存储的内容见下表 : 习题.. 图 单元 ( ) 内容 () D = W W D = W W 习题.. 习题.. 图 二极管存储矩阵如题.. 图所示 ( ) 画出简化阵列图.() 列表说 明其存储的内容 () 写出 D ~ D 的逻辑式

200 习题.. 解 : () 见下图. () 单元 ( ) 内容

201 () D = W W D = W W D = W W W D = W W 习题.. 在题.. 图中,OM 的存储矩阵是由双极型晶体管构成的 ( ) 画出简化阵列图 ( ) 列表说明其存储的内容 ( ) 写出 D ~ D 的逻辑式 习题.. 图 解 : () 画出简化阵列图如下图

202 () 地址内容 () D = W W D = W W D = W W D = W W W 习题..4 题..4 图是由 NMOS 管构成的 OM 存储矩阵 ( ) 画出简化阵列图 ( ) 列表说明存储的内容 ( ) 写出 D ~ D 的逻辑图

203 习题..4 解 : () 画出简化阵列图 () 地址 内容

204 () D = W, D = W W W D = W W, D = W W W 习题..5 试用 OM 产生一组与或逻辑函数, 画出 OM 阵列图, 并列表说明 OM 存 储的内容 逻辑函数是 : Y = Y = Y = 解 : ()OM 阵列图见图 Y = = = m7 m6 m Y = = = m5 m4 m m Y = = m 7 m6 m m5 Y = ()OM 存储的内容见表 地址 内容