图7-30 习题7.54电路图7-31 习题7.55电路解:TTL集成电路多余输入端悬空时相当于接高电平。74LS04输出低电平UOL=0.35V,最大值UOLmax=0.5V,为此:因此,295Ω
2023-11-24
计算机电路基础习题解答
8.47 已知电路如图8-22所示,试分析:
(1)电路有否可能产生正弦波振荡?
(2)若能振荡,R1、R2阻值有何关系?振荡频率是多少?
(3)为了稳幅,电路中哪个电阻可采用热敏电阻?其温度系数如何?
解:参阅例8-1。
8.48 已知RC桥式振荡电路如图8-23所示,R=16kΩ,C=0.01μF,R1=1.1kΩ,试计算:
图8-22 习题8.47电路
图8-23 习题8.48电路
(1)振荡频率f0。
(2)Rf最小值。
(3)若电路连接无误,但不能振荡,应调整电路哪一个元件?
(4)若输出波形失真严重,应如何调整?
(2)Rf=2R1=2×1.1kΩ=2.2kΩ
(3)应调节Rf,使其满足
(4)Rf或R1选用热敏电阻。Rf选用负温度系数或R1选用正温度系数。
8.49 已知文氏电桥和集成运放如图8-24所示,(1)欲组成RC桥式振荡电路,电路应如何连接?(2)正确连接后,试求电路振荡频率;(3)电路起振和维持振荡的条件;(4)要使振荡稳定,R1R2应选用什么元件?
答:(1)①端与⑦端连接;③端与⑧端连接;②端与⑤端连接;④端与⑥端连接。
(2)
(3)起振条件:(R1/R2)>2。
维持振荡条件:(R1/R2)=2。
图8-24 习题8.49电路
(4)R1或R2中的一个元件采用热敏元件。若是R1,应为负温度系数;若是R2,应为正温度系数。
8.50 试判断图8-25电路能否产生正弦振荡,并说明理由。(图中CB、CE、CC、CL均为旁路或隔直耦合电容,LC为高频扼流圈)
解:图8-25a:能,满足相位平衡条件,电容三点式正弦振荡器。
图8-25b:否,不符合三点式振荡器电抗要求。
图8-25c:能,满足相位平衡条件,变压器反馈式正弦振荡器。
图8-25d:能,RfCB负反馈,LC正反馈,其中LC串联谐振频率的信号正反馈最强。
图8-25e:能,满足相位平衡条件,电感三点式正弦振荡器。
图8-25f:能,满足相位平衡条件,电容三点式正弦振荡器。
图8-25g:能,满足相位平衡条件,电容三点式正弦振荡器。
图8-25h:否,负反馈。
图8-25i:否,UC=UE=Vcc,晶体管不能处于放大工作状态,即不能满足振幅平衡条件。
8.51 图8-25e、f中LC有什么作用?
答:LC为高频扼流圈,提供晶体管VT静态集电极电流通路,但直流压降很小,晶体管动态范围大;同时,LC对振荡信号感抗很大,可视作开路,LC并联在谐振回路两端,对回路的Q值影响很小。若用集电极电阻RC替代,晶体管动态范围缩小,更关键的是降低了回路的Q值。
8.52 试写出图8-25e、g、h谐振频率表达式。
解:图8-25e:
图8-25 习题8.50电路
图8-25g:
图8-25h:
8.53 根据三点式LC振荡器组成原则分析图8-26所示电路有否可能组成正弦振荡器?若能,有什么附加条件?
解:图8-26a:能组成正弦振荡器,条件是:L2C2<L1C1。Xbe为电容C3,则L1C1也必须为容性,L2C2必须为感性,ω2>ωo>ω1。
图8-26b:能组成正弦振荡器,条件是:L2C2<L1C1。Xce为电感L3,则L2C2也必须为感性,L1C1必须为容性,ω2>ωo>ω1。
图8-26c:能组成正弦振荡器。Xbc为电感L1,则L2C2、L3C3均应为容性,ωo>ω2,ωo>ω3。
图8-26d:不能,Xcb为电容C2,Xce为电容C1,Xcb与Xce电抗不能同性。
图8-26e:不能,Xcb为电感L3,Xbe为电感L2,Xcb与Xbe电抗不能同性。
图8-26f:能组成正弦振荡器。Xce、Xbe同为电容,则L3C3必须为感性,ω3>ωo。
图8-26 习题8.53电路
8.54 图8-27为由集成运放组成三点式振荡器原理电路,为满足相位平衡条件,试在集成运放框内填入同相和反相输入端标志(正、负号)。
解:同相和反相输入端标志如图8-27所示。
8.55 图8-28是由3个LC谐振电路组成的振荡器的交流通路,试根据下列条件分析电路能否起振?若能起振,属何种振荡类型?
图8-27 习题8.54电路
图8-28 习题8.55电路
(1)L1C1<L2C2<L3C3。
(2)L1C1>L2C2>L3C3。
解:先参阅例8-3。
(1)若L1C1<L2C2<L3C3,则ω1>ω2>ω3。若满足ω1>ω2>ωo>ω3,则X1、X2呈感性,X3呈容性,电路组成电感三点式振荡器。
(2)若L1C1>L2C2>L3C3,则ω1<ω2<ω3。若满足ω1<ω2<ωo<ω3,则X1、X2呈容性,X3呈感性,电路组成电容三点式振荡器。
8.56 已知方波发生器如图8-29所示,R1=R2=Rf=10kΩ,C=0.1μF,试求方波周期T和频率f。
解:
8.57 已知矩形波发生器如图8-30所示,R1=20kΩ,R2=60kΩ,Rf1=50kΩ,Rf2=100kΩ,C=0.01μF,试求矩形波周期和占空比。
图8-29 方波发生器
图8-30 矩形波发生器
解:参阅例8-4。
8.58 已知用CMOS门电路构成的多谐振荡器电路如图8-2a所示,RS=100kΩ,R=20kΩ,C=0.1μF,试估算其振荡频率。
解:T=2.2RC=2.2×20×103×0.1×10-6s=4.4ms。
8.59 已知电路如图8-31所示,RS=100kΩ,R=22kΩ,RRP=47kΩ,C=1nF,试求电路振荡频率的范围。
解:
电路振荡频率调节范围6.59~20.7kHz。
8.60 已知电路如图8-32所示,RS=100kΩ,R=22kΩ,RP=47kΩ,C=1nF,试求电路振荡脉冲周期和占空比的调节范围。
图8-31 习题8.59电路
图8-32 习题8.60电路
解:脉冲周期:T=1.1(2R+RRP)C
脉冲宽度调节范围:tW1=1.1RC~1.1(R+RRP)C
8.61 已知占空比和振荡频率可调的多谐振荡器电路如图8-33所示,RS=100kΩ,RRP1=10kΩ,RRP2=22kΩ,C=10nF,试求电路振荡频率可调范围。若RRP1调至5kΩ,试求占空比可调范围。
解:
电路振荡频率调节范围:2.16~4.13kHz。
电路占空比调节范围0.156~0.844。
8.62 试用CMOS门电路设计一个振荡频率为10kHz的方波发生器。
解:设计电路如图8-34所示,门电路可选用CC4069(6反相器),为提高带负载能力,6反相器剩余4个反相器并联。取C=1nF,RS=300kΩ。T=2.2RC,则
取RRP=100kΩ,调节可得45.5kΩ。Rs取(5~10)R=300kΩ。
图8-33 占空比和振荡频率可调的多谐振荡器
图8-34 习题8.62题解电路
8.63 试用CMOS门电路设计一个振荡频率为10kHz,占空比可调的矩形波发生器。画出电路,并计算元件参数。
解:设计电路如图8-35所示,解题思路同上题,并从上题得出,R=45.5kΩ,将R一分为二:RRP1和RRP2,取系列标称值,各为33kΩ。
先调节RRP1使振荡频率为10kHz,此时,RRP1=R-RRP2=(45.5-33)kΩ=12.5kΩ。再调节RRP2可调节占空比,振荡频率不变。由于该支路中串入两个反向并联的二极管VD1和VD2,因此充放电时间常数不同,从而调节了占空比。
占空比调节范围:
8.64 试分别用CMOS和TTL施密特反相器设计一个振荡频率为10kHz的方波发生器。
解:用CMOS和TTL施密特触发器构成方波发生器,电路相同,如图8-36所示。但RC参数估算公式不同。取C=1nF,则有
用CMOS施密特,
用TTL施密特,。
图8-35 习题8.63题解电路
图8-36 施密特触发器组成的多谐振荡器
8.65 已知电路如图8-37所示,R=33kΩ,RRP=47kΩ,C=1nF,试按CMOS和TTL分别计算其振荡频率调节范围。
解:(1)CMOS施密特反相器:
电路振荡频率调节范围15.4~37.4kHz。
(2)TTL施密特反相器:
电路振荡频率调节范围11.4~27.5kHz。
8.66 电路如图8-38所示,R=33kΩ,RRP=47kΩ,C=1nF,试求:
图8-37 习题8.65电路
图8-38 习题8.66电路
(1)简述电路名称;(2)RP作用;(3)调节范围。
解:(1)电路为施密特触发器组成的多谐振荡器。
(2)RP的作用是调节占空比。
(3)占空比:
8.67 已知电路如图8-39所示,R1=R2=47kΩ,RS1=RS2=200kΩ,C1=10μF,C2=10nF,HA为压电蜂鸣器,试分析电路功能。
解:CC4011是CMOS2输入端4与非门,有4个相同的与非门,图8-39组成两组多谐振荡器。
图8-39 习题8.67题解电路
前一组振荡频率:
后一组振荡频率:。
用前一组的振荡输出控制后一组的振荡,后一组输出端接压电蜂鸣器(电压5~6V),能发出间歇频率为1Hz的嘟声(1kHz)。
8.68 试指出图8-40各石英晶体振荡电路属于并联型还是串联型(CB、CE均为旁路或隔直耦合电容)?
解:石英晶体有两个振荡频率,分别为串联振荡频率fs和并联振荡频率fp,串联谐振时,石英晶体阻抗最小;并联谐振时,石英晶体阻抗最大。
图8-40 习题8.68电路
图8-40a:并联型,LC回路呈容性,与C1、晶体构成电容三点式振荡器,交流等效电路如图8-41所示。
图8-40b:串联型。利用石英晶体串联谐振时阻抗最小,反馈最强的特性,f0=fs。
图8-40c:串联型。利用石英晶体串联谐振时阻抗最小,反馈最强的特性,f0=fs。
8.69 试画出石英晶体多谐振荡器典型应用电路。若要求其振荡频率fosc=11.0592MHz,该电路元件参数应如何选择?
解:石英晶体与门电路组成多谐振荡器如图8-42所示,振荡频率取决于石英晶体的振荡频率。因此,应选择振荡频率fosc=11.0592MHz的石英晶体;RF为直流负反馈电阻,使反相器静态工作点位于线性放大区。RF不宜过大过小,过小使反相器损耗过大;过大使反相器脱离线性放大区,一般取RF=1~10MΩ。电容C1、C2起稳定振荡的作用,一般取10~100pF。
图8-41 图8-39a交流等效电路(www.chuimin.cn)
图8-42 石英晶体多谐振荡器
8.70 已知同相输出施密特触发器的两个阈值电压:UTH+=3V,UTH-=2V,当输入电压波形如图8-43a所示时,试画出输出电压波形。
解:画出输出电压波形如图8-43b所示,当输入电压上升至大于UTH+=3V时,电路翻转,输出高电平UOH;当输入电压下降至UTH-=2V时,电路翻转,输出低电平UOL。
8.71 已知电路如图8-44a所示,UOH=3.9V,UOL=0.2V,UTH+=3.3V,UTH-=2.2V,输入电压波形为锯齿波,幅值Um=4.4V,如图8-44b所示,试画出输出电压波形。
图8-43 习题8.70波形
图8-44 习题8.71电路和波形
a)电路 b)输入电压波形 c)输出电压波形
解:图8-44a电路为施密特触发器(反相),UTH+和UTH-为其输入端的两个阈值电压,UOH和UOL是输出高电平和低电平电压值。当输入电压上升至UTH+=3.3V时,电路翻转输出低电平UOL;当下降至UTH-=2.2V时,电路翻转输出高电平UOH,如图8-44c所示。
8.72 已知CMOS门电路组成的单稳态电路,定时元件参数R=1kΩ,C=0.01μF,试求其暂稳脉冲宽度和输入信号的最高频率。
解:tW=0.693RC=0.693×1×103×0.01×10-6s=6.93μs
一般认为,单稳态电路恢复时间需要(3~5)τ,取3τ,则
Tmin=tW+tre=0.693RC+3RC=3.69RC=3.69×1×103×0.01×10-6s=36.9μs
fmax=1/Tmin=1/36.9=27.1kHz
8.73 试画出利用74LS121片内定时电阻Rint(Rint=2kΩ)构成上升沿触发,输出脉冲宽度为10μs的单稳态电路,并估算定时电容值。
解:74LS121利用片内定时电阻Rint构成单稳态电路时,Rint端直接接VCC;上升沿触发时,触发脉冲应从TR+输入,TR-A、TR-B中至少应有一端接地;定时电容接在Ct与Rt/Ct之间,画出电路如图8-45所示。
图8-45 习题8.73题解电路
8.74 试画出利用74LS121(不用片内定时电阻Rint)构成下降沿触发,输出脉冲脉宽为100μs的单稳态电路,若定时电容C=0.01μF,试估算定时电阻值。
解:下降沿触发时,触发脉冲可从TR-A或TR-B或同时从该二端输入,TR+接高电平。不用片内定时电阻R-int时,外接定时电阻R接在VCC与Rt/Ct之间,定时电容接在Rt/Ct与Ct之间,画出电路如图8-46所示。
8.75 由于按键由弹性元件构成,按下瞬间会产生抖动现象,即高低电平不稳定,不稳定时间一般小于10ms。因此,对于计算机来讲,必须设法去除按键触点抖动的影响。一般,按键的连接方式有两种:一种是按下呈低电平,如图8-47a所示;另一种是按下呈高电平,如图8-47b所示。试用CMOS单稳态电路CC4098分别去除这两种按键触点抖动的影响。
图8-46 习题8.74题解电路
图8-47 按键的连接方式
a)按下呈低电平 b)按下呈高电平
解:单稳态电路去除按键触点抖动影响的工作原理是利用按键按下的第一个跳变边沿触发单稳电路,并使单稳态电路的输出脉冲宽度大于抖动期时间(10ms)。
图8-47a中,按键按下呈低电平,作为触发脉冲输入到单稳态电路时,应利用其下降沿触发,触发信号从TR-端输入,TR+端接低电平;输出仍维持负脉冲形式,因此从端输出,如图8-48a所示。
图8-47b中,按键按下呈高电平,应利用其上升沿触发,触发信号从TR+端输入,TR-端接高电平;输出仍维持正脉冲形式,因此从Q端输出,如图8-48b所示。
单稳态电路输出脉冲宽度tW=RCln2=10ms,若取C=0.1μF,则R=144kΩ。
8.76 试利用CC4098将宽度为100μs的正脉冲延时500μs(原正脉冲宽度不变)。
解:本题解题方法可参阅例8-7和表8-3。延时应由正脉冲前边沿(上升沿)触发,触发信号从TR+端输入;而保持原脉冲宽度不变,应由延时脉冲后边沿触发,有两种选择:若从Q1端输出(正脉冲),则Q1与TR-2联结;若从端输出(负脉冲),则与TR+2联结。电路和波形如图8-49所示,RC参数计算如下:
tW1=0.693R1C1=500μs,若取C1=100nF,则R1=7.22kΩ
tW2=0.693R2C2=100μs,若取C2=100nF,则R2=1.44kΩ
8.77 试利用CC4098将宽度为100μs的负脉冲延时500μs(原负脉冲宽度不变)。
解:电路如图8-50所示,RC参数同上题。
图8-48 单稳态抖动电路
a)下降沿触发 b)上升沿触发
图8-49 习题8.76题解电路与波形
a)电路 b)波形
图8-50 习题8.77题解电路与波形
a)电路 b)波形
8.78 试用555定时器设计一个振荡频率为10kHz的矩形波发生器。
解:电路如图8-51所示,取C1=0.01μF,C=1nF,则
取R1=51kΩ,R2=47kΩ。
8.79 条件同上题,要求方波发生器。
图8-51 555构成多谐振荡器
图8-52 习题8.79题解电路
解:方波发生器电路如图8-52所示,取C1=0.01μF,C=1nF,则
8.80 试用555定时器组成周期为10ms,占空比为30%的矩形波发生器。(取C=0.1μF)
解:电路如图8-52所示。
8.81 试用555定时器组成暂稳脉宽为10ms的单稳态电路(取C=0.1μF)
解:555定时器构成单稳态电路如图8-53所示。
取C1=0.01μF,C=0.1μF,则
8.82 路灯照明自控电路如图8-54所示,图中R0为光敏电阻,受光照时电阻很小,无光照时电阻很大,K为继电器,试分析其工作原理。
图8-53 555构成单稳电路
图8-54 习题8.82电路
解:白天,R0受光照时电阻很小,C上充得电压uC>2VCC/3,555定时器输出低电平,继电器K失电,常开触点K1断开,灯暗。
晚上,R0无光照时电阻很大,与R2、RP分压后UA电压很低,电容C上电压uC放电,当uC<VCC/3时,555定时器输出高电平,继电器K得电,常开触点K1闭合,灯亮。
调节RP,可调节黑白亮暗临界点。
8.83 已知触摸式台灯控制电路如图8-55所示,触摸A极板灯亮,触摸B极板灯灭,试分析其工作原理。
解:电路右半部分为低直流电压生成电路,由R2、C5降压,桥式整流,R1、C4、VS组成滤波稳压电路,输出直流电压6V,提供555定时器工作电源。
电路左半部分为555定时器组成的双稳态触发器电路。
触摸电极A时,人体感应的杂波信号经C1耦合,VD1整流,生成一个负脉冲信号,使555输出端输出高电平,K得电使K1吸合,灯亮。
触摸电极B时,人体感应的杂波信号经C2耦合,VD2整流,生成一个正脉冲信号,使555输出端输出低电平,K失电使K1断开,灯灭。
8.84 图8-56所示电路为由555定时器组成的门铃电路(R1较小,且R1≪R2),按下按钮S;扬声器将发出嘟嘟声,试分析电路工作原理。
解:图8-56电路构成多谐振荡器,但复位端受控于按钮S,当S按下时,高电平,电路振荡,振荡频率由R3、R4、C2确定。若为音频,则扬声器发出该单一频率的声音。按钮S按下的同时,C1充电至VCC,S断开后,C1通过R2放电,放电至端低电平阈值,电路停振扬声器无声。调节R2、C1参数可调节门铃嘟声延时时间;调节R3、R4、C2参数,可调节嘟声音频频率。
图8-55 习题8.83电路
图8-56 习题8.84电路
8.85 已知负电压发生电路如图8-57所示,试分析电路工作原理。
解:图8-57电路均由多谐振荡器和负极性整流电路组成。
图8-57a中,CC4069(6反相器)的G1、G2组成多谐振荡器,G3、G4、G5、G6并联组成隔离和驱动电路(增大负载能力),VD1、VD2、C2、C3组成负极性整流电路,其工作原理为:uO1正极性时,通过VD2向C2充电,极性左+右-;uO1负极性时,uO1负极性电压与C2电压串联叠加,通过VD1向C3充电,极性上-下+,因此UO为直流负电压。
同理,图8-57b中,555定时器构成多谐振荡器,VD1、VD2、C3、C4组成负极性整流电路。
图8-57 习题8.85电路
从理论上讲,输出直流负电压最大值可达-VCC。但实际上,由于存在损耗和输出负载电流,输出负电压一般可达到-2VCC/3。主要与振荡频率和多谐振荡器的最大输出电流、C3、C4容量和损耗角、输出负载电流大小有关。原则上,振荡频率越高、振荡器输出电流越大、C3、C4容量越大、损耗角越小、输出负载电流越小,输出负电压越高。因此,图8-57a、b两种电路在振荡频率和整流参数相同条件下,图8-57b比图8-57a输出负电压更高一些,带负载能力强一些,原因是555定时器电路输出电流较大。
8.86 已知防盗报警电路如图8-58所示,细导线ab装在门窗等处,若盗贼破门窗而入,ab线被扯断,扬声器将发出报警嘟声,试分析电路工作原理。
解:图8-58中,555定时器构成多谐振荡器,但复位端因导线ab接地,555定时器停振,盗贼破门窗而入,扯断ab线,电容C1充电至端高电平阈值,555定时器振荡,扬声器发声。调节R3、R4、C2可调节扬声器嘟声频率。
8.87 已知楼道延时灯控制电路如图8-59所示,S为按钮开关,K为继电器,K1为继电器常开触点,试分析电路工作原理,并计算延时时间。
解:图8-59电路为555定时器单稳态连接方式。按钮S按下时,端输入一个负脉冲,555定时器输出端输出高电平,继电器K得电,常开触点K1闭合,灯亮。同时555定时器内部放电管截止,VCC通过R2向C1充电,充至2VCC/3(此时按钮S已释放),电路翻转,继电器K失电,触点K1复位为常开状态,灯暗。延时时间:
tW=R2C1 ln3=1×106×100×10-6×ln3s=110s
图8-58 习题8.86电路
图8-59 习题8.87电路
8.88 已知下列数字量,试将其转换为相应的模拟量(近似值取3位有效数字)。
(1)D1=10101100B,UREF1=10V。
(2)D2=11001011B,UREF2=5V。
(3)D3=1001101011B,UREF3=10V。
(4)D4=0110011101B,UREF4=5V。
解:UA=UREF×D/2n
(1)D1=10101100B=172,n=8
UA1=10×172/28=6.71875V≈6.72V
(2)D2=11001011B=203,n=8
UA2=5×203/28≈3.96V
(3)D3=1001101011B=619,n=10
UA3=10×619/210≈6.04V
(4)D4=0110011101B=413,n=10
UA4=5×413/210≈2.02V
8.89 已知下列模拟电压,试将其转换为相应8位数字量。
(1)UA1=7.5V,UREF=10V。
(2)UA2=4.2V,UREF=5V。
解:D=2nUA/UREF=28UA/UREF
(1)D1=28×7.5/10=192=11000000B
(2)D2=28×4.2/5=215.04≈11010111B
8.90 已知下列模拟电压,试将其转换为相应的10位数字量。
(1)UA1=7V,UREF=10V。
(2)UA2=2.2V,UREF=5V。
解:D=2nUA/UREF=210UA/UREF
(1)D1=210×7/10=716.8≈1011001101B
(2)D2=210×2.2/5=450.56≈0111000011B
8.91 试分别计算8位、10位、12位D/A转换器的分辨率。
解:8位:1/(28-1)=1/255≈0.00392≈0.004
10位:1/(210-1)=1/1024≈0.000977≈0.001
12位:1/(212-1)=1/4096≈0.000244
8.92 若要求D/A转换的分辨率达到下列要求,试选择D/A转换器的位数。
(1)5‰ (2)0.5‰ (3)0.05‰
解:(1)5‰=0.005,1/0.005=200,27=128<200<256=28,因此,至少应选择8位D/A转换器。
(2)0.5‰=0.0005,1/0.0005=2000,210=1024<2000<2048=211,因此,至少应选择11位D/A转换器。
(3)0.05‰=0.00005,1/0.00005=20000,214=16384<20000<32768=215,因此,至少应选择15位D/A转换器。
8.93 基准电压为下列数值时,试求8位A/D转换器的最小分辨率电压ULSB(近似值取3位有效数字)。
(1)9V (2)12V
解:ULSB=UREF/(2n-1)=UREF/(28-1)
(1)ULSB=9/255≈0.0353V
(2)ULSB=12/255≈0.0471V
8.94 按10位A/D转换器再求上题ULSB(近似值取3位有效数字)。
解:ULSB=UREF/(2n-1)=UREF/(210-1)
(1)ULSB=9/1023≈0.00880V
(2)ULSB=12/1023≈0.0117V
8.95 已知UREF=10V,若要求最小分辨率电压ULSB=0.005V以上,则A/D转换器的位数至少应有几位?
解:,因此,A/D转换器的位数至少应有11位。
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