電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分第一章緒論1、寫出下列正弦電壓信號(hào)的表達(dá)式(設(shè)初始相角為零)(1)峰-峰值10V,頻率10 kHz;(2)有效值220 V,頻率50 Hz;(3)峰-峰值100 mV,周期1 ms；(4)峰-峰峰 0.25 V ,角頻率 1000 rad/s;)，由于 0,于是得到:解：正弦波電壓表達(dá)式為v(t)=Vmsin( t(1) v(t) = 5sin(2 104 t) V ；(2) v(t) = 220 v,?sin 100 t V ；(3) v(t) = 0.05sin 2000 t V ;(4) v(t) = 0.125sin 10001 V ；2、電壓放大電路模型如圖(主教

2、材圖1.4. 試分別計(jì)算下列條件下的源電壓增益Avs /(1 )R10Rsi, Rl10R;(2)RRsi ,R R;2a )所示，設(shè)輸出開路電壓增益Av。10 s :(3) RRsi. 10Rl R /10 ；(4 )Ri 10RsiRL R /10 o電壓放大電路模型解：由圖可知,Vsv(RsiRi) ,Riv皆1Av i ,所以可得以下結(jié)果:(1) Ri 10Rsi，Rl10R 時(shí)，vsVi11二"(Rsi Ri )77 Vi，vRi1010vi ，則源電壓增益為AvsVs100Vi 11 8.26 011Vi 10同理可得:(2) Avsv5viVs 2vi2.5(3) Av

3、s 10vi 11 0.0826 Vs11vi/ ,、 v10vi 11(4) Avs 0.826Vs11vi 10文檔3、在某放大電路輸入端測(cè)量到輸入正弦信號(hào)電流和電壓的峰 -峰值分別為5 pA和5mV 輸出端接2kQ電阻負(fù)載，測(cè)量到正弦電壓信號(hào)峰-峰值為IV。試計(jì)算該放大電路的電壓增 益入、電流增益A、功率增益Ap,并分別換算成dB數(shù)。解：電壓增益Av 二V 200vi 0.005V20lg Av 201g 200 201g(2 102) 20(lg 2 lg102) 46dB電流增益AL1V 2000100ii5 10 A201gA 201g100 40dB功率增益ApP一(吁20006

4、20000P 5 103V 5 106A101g AP 101g 20000 43dB4、當(dāng)負(fù)載電阻Rl 1k時(shí)，電壓放大電路輸出電壓比負(fù)載開路(R )時(shí)輸出電壓減 少20%求該放大電品&的輸出電阻 R。解：設(shè)負(fù)載開路時(shí)輸出電壓為V',負(fù)載電阻Rl 1k時(shí)輸出電壓為V ,根據(jù)題意v (1 20%)v'0.8v'而v . v'RL (R RL)則R (v' . v1)RL (1 0.8 1) 1 1032505、一電壓放大電路輸出端接1kQ負(fù)載電阻時(shí)，輸出電壓為1V,負(fù)載電阻斷開時(shí)，輸 出電壓上升到1.1V,求該放大電路的輸出電阻R 0解：設(shè)v&#

5、39;為負(fù)載電阻斷開時(shí)輸出電壓，即v 1.1V ；負(fù)載電阻Rl 1k時(shí)，輸出電壓 為v IV。根據(jù)v /v'Rl/(RRl),則輸出電阻為R (v' v 1)Rl (1.1V 1V 1) 1 1031006、某放大電路輸入電阻R 10k ，如果用1 p A電流源(內(nèi)阻為8)驅(qū)動(dòng)，放大電路輸出短路電流為10mA開路輸出電壓為10V。求放大電路接4kQ負(fù)載電阻時(shí)的電壓增益 Av、 電流增益A、功率增益Ap,并分別換算成dB數(shù)表示。解：根據(jù)題意可得輸出電阻R 10V (10 10 3 A) 1k由于放大電路開路輸出電壓為v'于是可得10V，電流信號(hào)源電流is 1 A,負(fù)載電阻

6、Rl 4k800v_v'Rl(RRl)10 4103(11034103)viis R1 106 10 103201gA 20lg 800 58dBv' (R Rl) 10 (1 103 4 103)is1 10 62000201gA 201g2000 66dB2 _ _ 2 '一P vRlv' Rl (RRl) RlPi2s Rii2s R10 4333_2310 (1 104 10 ) 4 10(1 10 6)2 10 10361.6 10101gAp 10lg(1.6 106) 62dB7、有以下三種放大電路備用：（1）高輸入電阻型：Ri1 1M , Av

7、1 10, Ri 10k ; （2）高增益型： 10k , Av2 100,R2 1k ；（3 ）低輸出電阻型：Ri3 10k , Av 3 1, R 3 20 。用這三種放大電路組合，設(shè)計(jì)一個(gè)能在 100Q負(fù)載電阻上提供至少0.5W功率 的放大器。已知信號(hào)源開路電壓為 30mV（t效值），內(nèi)阻為Rsi 0.5M 。解：由于高輸入電阻放大電路對(duì)電壓信號(hào)源衰減小，所以輸入級(jí)（第一級(jí)）宜采用高輸入電阻型放大電路；低輸出電阻放大電路帶負(fù)載能力強(qiáng)，所以輸出級(jí)（第三級(jí)）宜采用低輸出電 阻型放大電路；中間級(jí)（第二級(jí)）用高增益型。于是三種放大電路模型互聯(lián)組成的放大電路如 圖解所示。在該放大器中，輸入信號(hào)源為

8、Vs 30mV、內(nèi)阻Ri 0.5M 的電壓源；前級(jí)放大電路的受控源及輸出電阻是后級(jí)放大電路的信號(hào)源和內(nèi)阻，而后級(jí)放大電路的輸入電阻則是前級(jí) 放大電路的負(fù)載電阻。設(shè)三個(gè)放大電路模型的輸入電壓分別為 Vil、Vi2和Vi3,于是ViiRsiR1 106(1 0.5) 1060.03V0.02VV2Ri2R1 R2Av 1M110 1033 10(10 10) 100.02V0.1VV331010正 100(1 10)0.1V10020 100111000 V132放大器輸入功率Vo2 Rl (1000 132)2, 100W0.574W0.5W8、如圖所示電流放大電路的輸出端直接與輸入端相連，求輸

9、入電阻Rii ii i2 ii ii (1 )ii (1 MR則Ri vs.iiR/(1)9、在電壓放大電路的上限頻率點(diǎn)處，電壓增益比中頻區(qū)增益下降了3dB,在相同輸入電壓條件下，該頻率點(diǎn)處的輸出電壓是中頻區(qū)輸出電壓的多少倍？解：設(shè)輸入電壓為M;中頻區(qū)輸出電壓為V ,電壓增益為Av ；上限頻率點(diǎn)輸出電壓為Vh ,增益A h。依題意20 lg Avh20 lg Av3dB又因?yàn)?0lg Avh 20lg Av20(lg Vh / Vi lgV/'Vi) 20lgVHV所以Vh0.707V在相同輸入電壓條件下，上限頻率點(diǎn)的輸出電壓約為中頻區(qū)的0.707倍。10、設(shè)一放大電路的通頻帶為20H

10、z 20kHz,通帶電壓增益20lg AvM40dB ,最大不失真交流輸出電壓范圍是 3 3V。(1)若輸入一個(gè)10sin(4 103t)mV的正弦波信號(hào)，輸 出波形是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真和非線性失真 ？若不失真，則輸出電壓的峰值是多大？(2 )若 Vi 40sin(4 104t)mV ,重復(fù)回答(1)中的問(wèn)題;(3 ) 若Vj 10sin(8 104t)mV ,輸出波 形是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真和非線性失真？為什么？解：(1 )由于2 f 4103 ,所以此時(shí)輸入正弦波信號(hào)的頻率 f 2kHz,在20Hz 20kHz的通頻帶內(nèi)，AvAm100,輸出電壓的峰值為Vm A Vm 100 10mV 1V，未

11、超出正負(fù)3伏范圍，所以輸出波形不會(huì)產(chǎn)生非線性失真，也不會(huì)產(chǎn)生頻率失真。(2 ) 此時(shí)輸入信號(hào)的頻率f 20kHz fH ,輸出波形的峰值Vm 0.707 Av Vim 70.7 40mV 2.83V 3V ,輸出波形仍不會(huì)出現(xiàn)非線性失真。雖然信號(hào)頻率已達(dá)到放大電路的上限頻率，但是由于是單一頻率信號(hào)，所以也不會(huì)出現(xiàn)頻率失真 (含多個(gè)頻率成分的信號(hào)才有可能出現(xiàn)頻率失真)。(3 )此時(shí)輸入信號(hào)的頻率f 40kHz,超出通頻帶，Vm的幅度會(huì)明顯減小，所以不會(huì)出現(xiàn)非線性失真，又因?yàn)閂i是單一頻率的正弦波，所以也不會(huì)產(chǎn)生頻率失真。第二章運(yùn)算放大器求該運(yùn)算1、如圖所示電路，當(dāng)運(yùn)放的信號(hào)電壓VI 20mV時(shí)，

12、測(cè)得輸出電壓v 4V 放大器的開環(huán)增益A 。解：根據(jù)圖題可知Vn 0,則vpR2RR2vI1k 20mV20-mV(1000 1)k1001vAv (Vp Vn )A 1 200200Vp Vn 20 一 mV1001因此用分貝表示的開環(huán)增益為Av20 lg 200200 106dB2、電路如圖所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益A、 106,輸入電阻ri 109 ,輸出電阻r 75 j電源電壓V 10V , V 10V。(T"當(dāng)運(yùn)放輸出電壓的飽和值為電源電壓時(shí), 求輸入電壓Vp Vn的最小幅值(2)求輸入電流ii。解：(1)輸入電壓的最小幅值vP vN v /Av ,當(dāng)v Vm 10V時(shí)，有v

13、P vN10V 10610 V輸入電流 ii (vp vn)510 V 1091 10 8 A3 、電路如圖所示，vs 1V,設(shè)運(yùn)放是理想的。(1)求iii2、 和k的值;(2)求 閉環(huán)電壓增益Av v/vs、電流增益A k"和功率增益ApP/P；(3)當(dāng)最大輸出電壓V (max) 10V,反饋支路R、R的電流為100仙A,當(dāng)R29R,時(shí)，求R,、R2的值。解：(1)理想運(yùn)放的輸入電阻ri,iiip iN 0,由圖知vs 1V,輸出電壓為R29AvVS(1向心° I, 1V10Vii iN 0i1 i2 v . (R1 R2) 10V. (1 9)k 1mAiL v . R

14、l 10V. 1k10mAii2 iL 11mA(2)理想運(yùn)放ri, ii 0故電壓增益A v vS 10V 1V 10電流增益A i . ii 10 0功率增益ApPL/Pi /vsii說(shuō)明理想運(yùn)放ri,故從輸入端不吸取電流，A、Ap皆為無(wú)窮。10V 時(shí), 當(dāng)最大輸出電壓V (max) 10V ,反饋支路電流i1 100 A, R2 9R1, vv (R1 R2)i1 (R1 9R1) 100 A10V 10R, 100 A10R,10V100 AR 10kR2 90k的值4、設(shè)圖中的運(yùn)放為理想器件，試求出圖 a、b、c、d中電路輸出電壓(a)(b)(c)(d)解:利用理想運(yùn)放的特性:vnv

15、P, ii °。由a圖可知:iii20 ViRV1 VR22V10k2V v v 6V20k，由b圖可知:(120(1 )2V106V由c圖可知:vp2V由d圖可知:Vnvp2Vv 2V5、電路如圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的，圖a電路中的Vi 6V ,圖b電路中的V 10sin tmV ,圖c中Vii 0.6V、Vi2 0.8V,求各放大電路的輸出電壓 v。和 圖a、 中各支路的電流。33 kQi1i2ViVpR1i3i4VnR3VpR30.2mA 10kiLVoRl4V5k0.8mA（門解：圖（a）利用理想運(yùn)放的特性：VnVp , in ip 0R26vp Vi 6V 2Vp R1 R2

16、12 6Vo (1 3Vp(1 % 2V 4VR310(6 2)V-0.33mA12kiLi4ioioiLi4 0.8 ( 0.2)mA 1mA圖(b)因 VnVp 0, in ip 0vo(-R2)vi15 (10sin t)mV 150sin tmVR 110sin t Ai2 i1 * vn 10sin tmV. 1kR1iLV。RL150sin t(mV)5k30sin t AioiLi2 ( 30sint 10sin t) A 40sin t A圖（c）運(yùn)算電路Ai的輸出電壓為Vo1R21Vi1R1100500.6V1.2V差分式放大電路A2的輸出電壓為V。R22Vo1 (1R2R2

17、2、)Vi2R2100 (50 (1.2) (1100 )(0.8)V(0.6 1.2)V 1.8V506 、（1）設(shè)計(jì)一同相放大電路，如圖a所示，川5環(huán)增益Av 10,當(dāng)Vi 0.8V時(shí)，流 過(guò)每一電阻的電流小于100仙A,求R1和R2的最小值；（2）設(shè)計(jì)一反相放大電路，如圖b所示，使其電壓增益Av vjvi 8,當(dāng)輸入電壓 1V 時(shí),流過(guò)R1和R2的電流小于20仙A,求R1和R2的最小值。解：（1）同相放大電路如圖a所示,Vn VpVi , iRvnRiViRiR1 minVii Rimax0.8V100 10 3mA8k文檔10 (1 R2)R1R29R1R2min9Rimin9 8k7

18、2k文檔(2)同相放大電路如圖b所示,Rimini1 max1V20 10 3mA50kR2min8R1min8 50k400k7 、電流-電壓轉(zhuǎn)換器如圖所示。設(shè)光探測(cè)試儀的輸出電流作為運(yùn)放的輸入電流is,信號(hào)內(nèi)阻RsiR , (1 )試證明輸出電壓v。isR,求輸入電阻R和輸出電阻Ro ;當(dāng)is 0.5mA, Rsi 10k , R 10k ,求輸出電壓v。和互阻增益A。RvoiRisR輸入電阻R ,因?yàn)関p vn0,Ri0;理想運(yùn)放ro0,故輸出電阻Ro0輸出電壓voisR 0.510V5V8、電路如圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的，設(shè)三極管 T的Vbe Vb Ve 0.7V ( 1 )求出三極 管

19、的c、b、e各極的電位值；(2)若電壓表讀數(shù)為200mV試求三極管電流放大系數(shù)IC/IB的值。c、b、e各極的電位為解：（1）利用虛短概念,Vc Vni Vpi V26VVb Vp2 0VVbe Vb Ve 0.7VVe Vb VBe 0.7V三極管的B值VlVniR1263 A 1 103A 1 mA 6 103所以電流放大系數(shù)Vo VbR2200 1010 1033-A20 10 6 A 20 A1 103A20 10 6 A509 、如圖物示電路作為麥克風(fēng)電路的前置放大器，麥克風(fēng)的輸出電壓為電 路的輸入電壓Vi 12mV （有效值），信號(hào)源內(nèi)阻Rsi 1k , Ri R； Rsi （ R

20、：為電路外接電阻）。要求輸出電壓v。1.2V （有效值），求電路中各電阻值，設(shè)計(jì)時(shí)該電路所有電阻小于500kQ。R2 % 之文檔解：電路所需的電壓增益1.2V12mV100若選擇 R2.R R3.R8A R2 R3 (R2R3LR)旦JR3) JR3RRR4R100 16 8(艮)R4R4于是RR11 Rsi,選 R,148k,凡 49kR2R38 49k392kR4 R3 10.5 392k ,10.5 37.3k選標(biāo)準(zhǔn)電阻R'1 51k , R2 R3 390k , R4 39k ,則電壓增益為390(1 390)酬 7.36(1 10) 7.3688533953Av 88 100

21、,為提高 Av選 R4 33k ，則390390390(1 )101.8則 R151k , R2533353R3 390 k , R4 33k時(shí)該電路滿足設(shè)計(jì)要求，但此設(shè)計(jì)不是唯一的10 、將電壓源Vs轉(zhuǎn)換為電流源iL驅(qū)動(dòng)線圈Zl的電壓-電流轉(zhuǎn)換器，如圖所示。求iL，Vs的表達(dá)式。（注：電路中為使iL獨(dú)立于Zl ,設(shè)旦,)。RR3 R4解：理想運(yùn)放白特性：虛短Vn Vp , in ip 0,則有vnvp vL iLZL ,可得i1 i2vsiLZLR1iLZLvoR2(a)(b)i3i4iLvo iLZL.iLZL, i L R3R4由題中式a求出vo iLZL,代入式b可得R2 JLZL v

22、s、. iLZL 7T( ) iL -z-R1R3R4iL皿 1 vs(&RlR3R4RlR3因設(shè) R2，(RR) I/R4,則 iLvs/R4。11、差分放大電路如圖所示，運(yùn)放是理想的，電路中R4./RR3/R2。(1)設(shè)R1R2 ,輸入電阻Rid 20k , A 10,在四 力作用下,求W、R2、R3和R4的電阻值；(2) vi2 0時(shí)，求從5輸入信號(hào)端看進(jìn)去的輸入電阻 &的值;(3) vi1 0時(shí)，求從vi2輸入信號(hào)端看進(jìn)去的輸入電阻Ri2的值。解：由教材式（2.4.6 ）得知，在02 Vii作用下輸入電阻為& Ri R220k ,選 Ri R2 10k由教材式（

23、2.4.5 ）得入弓_R4 10vi2 viiRR4 10R 10 10k100k-3，所以 R3 R4 100kR1R2（2）vi2 0時(shí)，vi1作用下的輸入電阻（由理想運(yùn)放的特性有vnvp, i2 i3 ,11 i-o列出如下方程i1vi1vnRvi1vnR1vnvoR4vnvpR3-vi2R2R3由上式可以解得ii1 , (vi1R1Vi2)所以Vil端的輸入電阻為由此看出,(3)ViiRiViiViiRi(ViiR3R2R3Vi2)Vii端看進(jìn)去的電阻與Vi2的大小有關(guān)系。當(dāng)Vi20時(shí),0時(shí)，Vi2作用下的輸入電阻Ri2RiViiRi oiii2 i3,所以Vi2(R2R3)i2 ,

24、Vi2作用下的輸入電阻為R2 3 R2R3i2i2 、一高輸入電阻的橋式放大電路如圖所示，(i)試寫出Vo f ()的表達(dá)式(R/R) (2)當(dāng)?shù)?7.5V, 6=0.0i 時(shí)，求 Va、Vb、Vab 和 V。解：（1）由a、4為電壓跟隨器，有ViVolVa Vo2Vb2RVi2R R1一ViVol、V02為差分式運(yùn)算電路A3的輸入電壓信號(hào)，即有R2MRVo1(1R(R2/ 1(R12)Vi)Vi(2)Vi 7.5V , = =0.01 時(shí),V01 VaVi- ViVo2VBRR 2R V R(1) R1一 Vi11VabVaVb二 Vi ； Vi2117.5V 0.01866V 4 2R2R

25、2 /、Vo _(VAVB)(；-)ViR2 0.01866 RR1R1 4 213 、儀用放大器電路如圖所示，設(shè)電路中R4 R3, R為固定電阻Ri 1k和電位器Rp串聯(lián)，若要求電壓增益在5-400之間可調(diào)，求所需電阻R2、Rp的 p p阻值范圍。并選取R2、R3、R4和Rp ,但電路中每個(gè)電阻值必須小于 250kQo解：由教材式（2.4.9 ）可知，Ad當(dāng)最大增益Avd max 400時(shí)，設(shè) RRiRp,當(dāng) RiR'i1k , R3R4 得R2 (400 1) 2k199.5k 取 R2 200kR3 R4 51k當(dāng)最小電壓增益Avdm.5時(shí)，為1(12 2001 Rp400 4R

26、p k 99k ，取 Rp 100kp p4取 R3 R4 51k , R2 200k , Rp 100k（電位器）可滿足 Avd 在 5-400 之問(wèn)可調(diào)。14 、INA2182型儀用放大器電路如圖所示，其中 R1是外接電阻。（1）它的輸 入干擾電壓Vc 1V （直流），輸入信號(hào)Vi1Vi2 0.04sin tV，輸入端電壓v1（VC0.04sin t）V ,v2（VC0.04sin t）V ,當(dāng) R11k時(shí)，求出 v3、v4、v3v4和Vo的電壓值；（2）當(dāng)輸入電壓Vid V1 V2 0.01866V時(shí)，要求V 5V ,求此 時(shí)外接電阻Ri的阻值。解：（1）利用虛短 vA v1 , vB

27、v2, R1 1kVa Vb (1 0.04sin t) (1 0.04sin t)iR A B - mA 0.08sin tmAR11v3(10.04sint)250.08sintV(12.04sint)Vv4(10.04sint)250.08sintV(12.04sint)Vv34 v3 v44.08sin tV。因R4R3 ,所以輸出電壓為v0v344.08 sin tV說(shuō)明儀用放大器可以抑制兩輸入端的共同干擾信號(hào)電壓Vc。(2)當(dāng)V 5V , Vab V. V1 V2 0.01866V時(shí)，儀用放大器的增益為A 幺5270vid0.01866由教材式(2.4.9 )可求Ri ,外接電阻代

28、替圖中RAR4(1 警)(1 2-25)270R3R1R1R 186R可選用一個(gè)R'i 100的固定電阻和Rp 500的電位器串聯(lián)。15、如圖所示為一增益線性調(diào)節(jié)運(yùn)放電路，試推導(dǎo)該電路的電壓增益A v /(vi1 vi2)的表達(dá)式。解：A、4為電壓跟隨器，有1 ViiV 2Vi2利用理想運(yùn)放的特性，有VolVn3R1Vo2 Vp3RiVn3R2Vp3Vo4R2R3VoR4Vp3將上述方程聯(lián)立求解，得R2voiR2Vo2/R1R3、()Vo ,V 1Vii , V 2Vi2R4AvV。Vi1Vi2R2R4R1R316 、設(shè)計(jì)一反相加法器，使其輸出電壓 v (7vii 14打3.55 10

29、-),允許使用的最大電阻值為280k"求各支路的電阻。解：設(shè)反響加法器各支路的電阻為 R、R2、R3、R4,反饋支路電阻為R5o因輸出電壓等于各輸入電壓按不同比例相加之和，由v(7vi1 14vi2 3.5vi3 10vi4)可寫為/RsR5R5v(Vi1 14Vi2 -3.5$3 一,4)R1R2R3R4,所以各支路電阻分別為:由上式可知最大電阻應(yīng)選為R5 ,故選R5 280kR2R3R5280 k7740k14280k14R5280k3.53.520k80kR5 280kR45 28k1010由已計(jì)算出的電阻值，可畫出設(shè)計(jì)的反相加法器電路如圖R、40 kQ號(hào) 280 kQ" c<-1 -ib-& 20 kQ17 、同相輸入加法電路圖如圖a、b所示。（1）求圖a中輸出電壓v的表達(dá) 式。當(dāng)Ri R2 R3 R4時(shí)，v應(yīng)為多少？ （ 2）求圖b中輸出電壓v的表達(dá)式， 當(dāng)R R2 &時(shí)，v應(yīng)為多少？£(a)解：（1）圖a的輸出電壓為式中vpv (1v (1R2-vi1RR2R4R3)VpR1vi2RR2R4、，R3)( R1R2)( R2vi1RVi2)若 RiR2R3R,則v Vi1Vi2（2）由于圖b的A是電壓跟隨器，故輸出電壓為v vp （A同相端電壓） pVpr2/ r3- ViR1R? /