第十一章 模拟电子电路读图习 题
11.1 电路如图P11.1所示，其功能是实现模拟计算，求解微分方程。
（1）求出微分方程；
（2）简述电路原理。
图P11.1
解：（1）设A1、A3的输出电压分别为uO1、uO3。由于每个集成运放均引入了负反馈，根据“虚断” 和“虚短”可得下列关系式及微分方程：
（2）当参数选择合适时，输入合适uI，便可在输出得到模拟解uO。
11.2 图P11.2所示为反馈式稳幅电路，其功能是：当输入电压变化时，输出电压基本不变。主要技术指标为
（1）输入电压波动20％时，输出电压波动小于0.1％；
（2）输入信号频率从50～2000Hz变化时，输出电压波动小于0.1％；
（3）负载电阻从10kΩ变为5 kΩ时，输出电压波动小于0.1％。
要求：
（1）以每个集成运放为核心器件，说明各部分电路的功能；
（2）用方框图表明各部分电路之间的相互关系；
（3）简述电路的工作原理。
提示：场效应管工作在可变电阻区，电路通过集成运放A3的输出控制场效应管的工作电流，来达到调整输出电压的目的。
图P11.2
解：（1）A1：反相比例运算电路；A2：半波精密整流电路；A3：二阶低通滤波器；T：等效成可变电阻。
（2）图P11.2所示电路的方框图如解图P11.2所示。
解图P11.2
（3）当参数选择合适时，若ui幅值增大导致uO增大，则rds减小，使得uO1、uO2减小，从而使uO减小，趋于原来数值。过程简述如下：
uI↑→uO↑→rDS↓→uO1↓→uO2↓
uO↓←
若ui幅值减小，则各物理量的变化与上述过程相反。
11.3 在图P11.2所示电路中，参数如图中所标注。设场效应管D-S之间的等效电阻为rds。
（1）求出输出电压uO与输入电压uI、rds的运算关系式；说明当uI增大时，rds应如何变化才能使uO稳幅？
（2）当uI为1kHz的正弦波时，定性画出uO和uO2的波形。
（3）uO3是直流信号，还是交流信号，为什么？为使uO稳幅，当uI因某种原因增大时，uO3的幅值应当增大，还是减小，为什么？
（4）电位器RW的作用是什么？
解：（1）列A1反相输入端的节点电流方程可得
为了在uI 变化时uO 基本不变，uI增大时rds应减小。
（2）A2与D1、D2、R6等组成半波整流电路，uO2和uO的关系为
因此波形如解图P11.3所示。
（3）uO3为直流信号，因为A3组成了 解图P11,3
二阶低通滤波器，所以uO3是uO2的平均值。
uI增大时uO3应增大；因为只有uO3增大rDS才会减小。
（4）调零。
11.4 在图P11.2所示电路中，设场效应管d-s之间的等效电阻为rds。为了使得输入电压uI波动20％时，输出电压uO波动小于0.1％，rds应变化百分之多少？
解：当uI变化20％时，uO变化0.1％。根据
，
此时（）变化0.5%，即变化0.5% 。
11.5 五量程电容测量电路如图P11.5所示，CX为被测电容，输出电压uO是一定频率的正弦波，uO经AC/DC转换和A/D转换，送入数字显示器，即可达到测量结果。
（1）以每个集成运放为核心器件，说明各部分电路的功能；
（2）用方框图表明各部分电路之间的相互关系；
（3）简述电路的工作原理。
图P11.5
解：（1）A1：文氏桥振荡电路；A2：反相比例运算电路；A2：C－AC（电容－交流电压）转换电路；A4：带通滤波器。
（2）图P11.5所示电路的方框图如解图P11.5所示。
解图P11.5
（3）文氏桥振荡电路输出频率为f0的正弦波，经反相比例运算电路作用于被测电容，通过C-AC电路转换成与电容容量成正比的交流电压，再通过中心频率为f0的带通滤波器输出频率为f0的交流信号，因此输出交流电压的幅值正比于电容容量。
为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等，C－AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同，容量越高的档，阻值越小，以保证转换系数的最大值基本不变。
可参考P575～P576。
11.6 电路如图P11.5所示，试求解：
（1）uO1的频率；
（2）uO2与uO1的运算关系式；
（3）在五个量程中，uO3与uO2的各运算关系式；
（4）A4及其有关元件所组成的电路的中心频率为多少？
解：（1）uO1的频率
（2）uO2与uO1的运算关系式
（3）uO3与uO2的各运算关系式
测量档自低向高Rf分别为1MΩ、100kΩ、10kΩ、1kΩ、100Ω。
（4）带通滤波器的中心频率
11.7 电路如图P11.5所示。回答下列问题：
（1）在不同量程下，uO3与uO2转换系数的最大值为多少？为什么这样设计？简述理由。
（2）为什么uO1的频率和由A4及其有关元件所组成的电路的中心频率相同？简述理由。
（3）二极管D1～D4的作用是什么？
解：（1）在不同量程下，uO3与uO2转换系数的最大值均为。
为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等，以便作为所接A/D转换电路的输入电压，C-AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同，容量越高的档，阻值越小，以保证转换系数的最大值基本不变。
（2）为了滤去其它频率的干扰和噪声，便于测量。
（3）二极管D1～D4起限幅作用，D1、D2限制A2的输出电压幅值，D3、D4限制A3的净输入电压幅值，以保护运放。此外，在误操作（即带电操作）时，也为被测电容提供低阻放电回路，以保护测量电路。
直流稳压电源如图11.8所示。
（1）用方框图描述电路各部分的功能及相互之间的关系；
（2）已知W117的输出端和调整端之间的电压为1.25V，3端电流可忽略不计，求解输出电压UO1和UO2的调节范围，并说明为什么称该电源为“跟踪电源”？
图P11.8
解：（1）方框图如解图P11.8所示。
解图P11.8
（2）输出电压调节范围为
因为在调节R2时，UO2的数值始终和UO1保持相等，故称之为“跟踪电源”。
11.9 电路如图P11.8所示。已知W117的输出端和调整端之间的电压为1.25V，3端电流可忽略不计，输出电流的最小值为5mA；1和2端之间电压大于3V才能正常工作，小于40V才不至于损坏；晶体管T1饱和管压降的数值为3V；电网电压波动范围为±10％ 。
（1）求解输出电压UO1和UO2的调节范围；
（2）为使电路正常工作，在电网电压为220V时，UI的取值范围为多少？
（3）若在电网电压为220V时，UI＝32V，则变压器副边电压有效值U2约为多少伏？
解：（1）输出电压调节范围为
（2）根据方程组
输入电压的取值范围为22.1～37.5V。
（3）变压器副边电压有效值
11.10 电路如图P11.8所示。回答下列问题：
（1）电路中各电容的作用；
（2）二极管D5的作用；
（3）调整管为什么采用复合管。
解：（1）滤波。
（2）保护W117，使电路在断电时C3有一个放电回路，而不通过W117放电。
（3）在负载电流一定时，减小A的输出电流；或者说，在A的输出电流一定时，增大负载电流。
11.1 电路如图P11.1所示，其功能是实现模拟计算，求解微分方程。
（1）求出微分方程；
（2）简述电路原理。
图P11.1
解：（1）设A1、A3的输出电压分别为uO1、uO3。由于每个集成运放均引入了负反馈，根据“虚断” 和“虚短”可得下列关系式及微分方程：
（2）当参数选择合适时，输入合适uI，便可在输出得到模拟解uO。
11.2 图P11.2所示为反馈式稳幅电路，其功能是：当输入电压变化时，输出电压基本不变。主要技术指标为
（1）输入电压波动20％时，输出电压波动小于0.1％；
（2）输入信号频率从50～2000Hz变化时，输出电压波动小于0.1％；
（3）负载电阻从10kΩ变为5 kΩ时，输出电压波动小于0.1％。
要求：
（1）以每个集成运放为核心器件，说明各部分电路的功能；
（2）用方框图表明各部分电路之间的相互关系；
（3）简述电路的工作原理。
提示：场效应管工作在可变电阻区，电路通过集成运放A3的输出控制场效应管的工作电流，来达到调整输出电压的目的。
图P11.2
解：（1）A1：反相比例运算电路；A2：半波精密整流电路；A3：二阶低通滤波器；T：等效成可变电阻。
（2）图P11.2所示电路的方框图如解图P11.2所示。
解图P11.2
（3）当参数选择合适时，若ui幅值增大导致uO增大，则rds减小，使得uO1、uO2减小，从而使uO减小，趋于原来数值。过程简述如下：
uI↑→uO↑→rDS↓→uO1↓→uO2↓
uO↓←
若ui幅值减小，则各物理量的变化与上述过程相反。
11.3 在图P11.2所示电路中，参数如图中所标注。设场效应管D-S之间的等效电阻为rds。
（1）求出输出电压uO与输入电压uI、rds的运算关系式；说明当uI增大时，rds应如何变化才能使uO稳幅？
（2）当uI为1kHz的正弦波时，定性画出uO和uO2的波形。
（3）uO3是直流信号，还是交流信号，为什么？为使uO稳幅，当uI因某种原因增大时，uO3的幅值应当增大，还是减小，为什么？
（4）电位器RW的作用是什么？
解：（1）列A1反相输入端的节点电流方程可得
为了在uI 变化时uO 基本不变，uI增大时rds应减小。
（2）A2与D1、D2、R6等组成半波整流电路，uO2和uO的关系为
因此波形如解图P11.3所示。
（3）uO3为直流信号，因为A3组成了 解图P11,3
二阶低通滤波器，所以uO3是uO2的平均值。
uI增大时uO3应增大；因为只有uO3增大rDS才会减小。
（4）调零。
11.4 在图P11.2所示电路中，设场效应管d-s之间的等效电阻为rds。为了使得输入电压uI波动20％时，输出电压uO波动小于0.1％，rds应变化百分之多少？
解：当uI变化20％时，uO变化0.1％。根据
，
此时（）变化0.5%，即变化0.5% 。
11.5 五量程电容测量电路如图P11.5所示，CX为被测电容，输出电压uO是一定频率的正弦波，uO经AC/DC转换和A/D转换，送入数字显示器，即可达到测量结果。
（1）以每个集成运放为核心器件，说明各部分电路的功能；
（2）用方框图表明各部分电路之间的相互关系；
（3）简述电路的工作原理。
图P11.5
解：（1）A1：文氏桥振荡电路；A2：反相比例运算电路；A2：C－AC（电容－交流电压）转换电路；A4：带通滤波器。
（2）图P11.5所示电路的方框图如解图P11.5所示。
解图P11.5
（3）文氏桥振荡电路输出频率为f0的正弦波，经反相比例运算电路作用于被测电容，通过C-AC电路转换成与电容容量成正比的交流电压，再通过中心频率为f0的带通滤波器输出频率为f0的交流信号，因此输出交流电压的幅值正比于电容容量。
为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等，C－AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同，容量越高的档，阻值越小，以保证转换系数的最大值基本不变。
可参考P575～P576。
11.6 电路如图P11.5所示，试求解：
（1）uO1的频率；
（2）uO2与uO1的运算关系式；
（3）在五个量程中，uO3与uO2的各运算关系式；
（4）A4及其有关元件所组成的电路的中心频率为多少？
解：（1）uO1的频率
（2）uO2与uO1的运算关系式
（3）uO3与uO2的各运算关系式
测量档自低向高Rf分别为1MΩ、100kΩ、10kΩ、1kΩ、100Ω。
（4）带通滤波器的中心频率
11.7 电路如图P11.5所示。回答下列问题：
（1）在不同量程下，uO3与uO2转换系数的最大值为多少？为什么这样设计？简述理由。
（2）为什么uO1的频率和由A4及其有关元件所组成的电路的中心频率相同？简述理由。
（3）二极管D1～D4的作用是什么？
解：（1）在不同量程下，uO3与uO2转换系数的最大值均为。
为了保证在每个测量档内被测电容所转换的输出电压最大值均相等，以便作为所接A/D转换电路的输入电压，C-AC电路在不同档的反馈电阻阻值不同，容量越高的档，阻值越小，以保证转换系数的最大值基本不变。
（2）为了滤去其它频率的干扰和噪声，便于测量。
（3）二极管D1～D4起限幅作用，D1、D2限制A2的输出电压幅值，D3、D4限制A3的净输入电压幅值，以保护运放。此外，在误操作（即带电操作）时，也为被测电容提供低阻放电回路，以保护测量电路。
直流稳压电源如图11.8所示。
（1）用方框图描述电路各部分的功能及相互之间的关系；
（2）已知W117的输出端和调整端之间的电压为1.25V，3端电流可忽略不计，求解输出电压UO1和UO2的调节范围，并说明为什么称该电源为“跟踪电源”？
图P11.8
解：（1）方框图如解图P11.8所示。
解图P11.8
（2）输出电压调节范围为
因为在调节R2时，UO2的数值始终和UO1保持相等，故称之为“跟踪电源”。
11.9 电路如图P11.8所示。已知W117的输出端和调整端之间的电压为1.25V，3端电流可忽略不计，输出电流的最小值为5mA；1和2端之间电压大于3V才能正常工作，小于40V才不至于损坏；晶体管T1饱和管压降的数值为3V；电网电压波动范围为±10％ 。
（1）求解输出电压UO1和UO2的调节范围；
（2）为使电路正常工作，在电网电压为220V时，UI的取值范围为多少？
（3）若在电网电压为220V时，UI＝32V，则变压器副边电压有效值U2约为多少伏？
解：（1）输出电压调节范围为
（2）根据方程组
输入电压的取值范围为22.1～37.5V。
（3）变压器副边电压有效值
11.10 电路如图P11.8所示。回答下列问题：
（1）电路中各电容的作用；
（2）二极管D5的作用；
（3）调整管为什么采用复合管。
解：（1）滤波。
（2）保护W117，使电路在断电时C3有一个放电回路，而不通过W117放电。
（3）在负载电流一定时，减小A的输出电流；或者说，在A的输出电流一定时，增大负载电流。
