第8章习题答案.(DOC).docx

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1、第8章信号检测与处理电路8.1 教学内容与要求本章重点讲述集成运放在信号检测与处理中的应用，介绍了集成运放在解决实际工程问题中的作用， 以及信号检测系统中常用的仪用放大电路、有源滤波器电路、电压比较器电路的组成结构、工作原理及工 程应用。教学内容与教学要求如表8.1所示。表8.1第8章教学内容与要求内容提要教学内容教学要求重点与难点熟练掌握正确理解一般了解信号检测系统中的放大电路精密仪用放大器的电路组成和工 作原理及应用V重点：精密仪用放 大器分析难点：信号检测系 统中的放大电路工作原理分析电荷放大器的组成及工作原理采样保持电路的组成及工作原理V精密整流电路的组成及工作原理有源滤波电 路滤波电

2、路的基础知识重点：滤波电路的 基础知识及低通滤 波电路的分析方 法；低通与高通之 间的关系；带通、 带阻与低通、高通 之间的关系难点：滤波电路传 递函数的推导方法低通、高通有源滤波器的滤波特 性及分析方法V带通、带阻及全通有源滤波器的 电路结构与特性开关电容滤波器组成及工作原理无限增益的有源滤波电路组成及 分析方法V集成有源滤波器的结构及应用V电压比较器的特性和分析方法V重点：求各种比较 潜阈值电压及画传 递函数难点：迟滞比较器 阈值电压的确定8.1.1 信号检测系统中的放大电路精密仪用放大器具有大的电压放大倍数，高输入电阻和高共模抑制比。它具有较高精度和良好性能， 主要是完成对微弱小信号的精

3、密放大。精密仪用放大器的电路多种多样，最常用的为由三个集成运放组成的差分测量放大电路，但由于运放 特性难以匹配，电阻值也不可能特别精确，因此放大还有一定的误差，在要求较高的场合，可采用集成仪 用放大器。电荷放大器可以将电荷量转换成电压量，主要用于电容类传感器的电荷放大。采样保持电路用于A/D 转换过程中，保持采样值不变，直到A/D转换结束。精密整流电路用于对小信号的整流。822有源滤波电路1.滤波电路的基础知识_ 8+图 P8.4【解8.4(1)根据图8-12 (b)可得电路的传递函数为44=（猊令s = j,一得电路的频率特性为2tiRCR,4（加）=（1 + U）R,4（加）=（1 + U

4、）1 + /o令/ = o,可得通带放大倍数为41 Rf I 150,4=1 +=1 +=4 R 50（2）当户忒）时，A” 0.707 A,故通带截止频率fu= fo =ItiRC27rxi 50 x 1。3 x 0.033 x 10-6= 32.17H7 输人端加入信号与 =5sin 120cof时，f = 120 /2%=19.1HZ。在此信号频率下的电压放大倍数为: 2.961+（。32.178.5 图P8.5所示电路为施密特触发器，稳压管稳压值Uz=6V,求施密特触发器的电压传输特性和 回差电压。头土近图 P8.5【解8.5】由图可知：+ u =t/z 二(6) X V& + a R

5、2 + Rt R2 + Rf令_=+,求出的/就是阈值电压，因此得出:7?2 + Rf7?2 + 凡3绘=6或V所以回差电压为U = 0TH2 0TH1 = 12； V4 + %R3 3kCvdz nm NM vd/?! 10kQ5。-IP-R2 20kQ+3 vo_r 8.6 如图P8.6所示，设运放为理想的，稳压管的稳压值是6V,二极管是信开关管，其正向压降可忽 略不计。试求该电压比较器的阈值电平，并画出它的电压传输特性曲线。U图 P8.6【解8.6】由图可知：u_ 0 & u + N x3 - 20 u + 1 x3 = 2q+lR+R2 1 R+R210 + 20 10 + 203 令

6、_= +,求出的/就是阈值电压，因此得出:Uth = L5V当 a一1.5V 时，U=6V；当 aoo VDi图 P8.7【解8.7在图8-9 (a)所示的电路中，设被整流电路为正弦信号，当为正值时，运放输出端电压打：为负值，这时VD2导通而VDi截止。在电阻上无电流流过，故输出4。为零。当七为负值时, 运放输出端电压可为正值，这时VDi导通而VD2截止，图8-9 (a)组成了反向比例运算电路，则输出电凡压C =-U- O 当 K =凡时，Un - -Ui o Or 111OI%输入信号为% =0.7sina(V)时，输出信号的波形如图解P8.7所示。8.8 设一阶LPF和二阶HPF的通带放大

7、倍数均为2。通带截止频率分别为2Hz和50kHz。试用它们 构成一个带通滤波电路，并画出幅频特性。解8.8低通滤波器的通带截止频率为50kHz,高通滤波器的通带截止频率为2Hzo将两个滤波器 串联，就构成一个通带为2Hz50kHz的带通滤波电路。其通带放大倍数为4p =4通带增益为201g 4P -12其幅频特性如图解P8.8所示。8.9 在图P8.9所示电容测试电路中，已知输入电压是频率为100Hz、幅值为5V的锯齿波，J 为 被测电容，通过测量输出电压的直流电压得到Cx的容量；G为消振电容。(1)设Cx = 005rF时，uo =-10V,试选取R的阻值；(2)根据选取R的阻值，试分析该电

8、路的测量范围以及测量范围与相关器件的关系。VDa2R图 P8.98.10 试求如图P8.10所示电压比较器的阈值电平，并画出它的电压传输特性曲线。设稳压管的稳压值 是10V,运放的饱和输出电压为15VoX5。-I1-R1 20kQ-IkQ+ (ZOrn_0+UoR? 30kQI买VDZ图 P8.10LW 8.10由图可知：十 =U + rx+r2 1xU3020令_=+，求出的/就是阈值电平，因此得出:当(/o=+10V 时当 Uo= - 10V 时TH2 =其电压传输特性曲线如图解P8.10所示。UJV1()20 + 3020 + 30x(10)20T-10T U,N图解P8.10所示8.1

9、1在图P8.ll (a)和(b)所示电路中，均为理想集成运算放大器。(1)指出它们分别是什么类型的电路；(2)画出它们的电压传输曲线。10kO10kQIkOO OO+IkOIkQ oI ijnoo+IkQIkOZ6VIkQZ6V(b)图【解8.11】 (a)图所示电路为迟滞电压比较器。P8.ll当UO=+6V时t/TH1 = -0.6V当Uo= 6V时t/TH2 = 0.6V其电压传输特性曲线如图解P8.ll (a)所示。(b)图所示电路为反向输入的比例运算电路。u0 = 一 10%其电压传输特性曲线如图解P8.ll (b)所示。图解P8.10(b)R 20kQ图 P8.12-0.6 00.6

10、-6图解 P8.U(a)8.12 电路如图P8.12所示，双向稳压管的Uz =6V ,输入电压为=0.5sin co/ ,试画出wo|、uO2 以及。的波形，并指出集成运放的工作状态。【解8.12由图可知Ai工作在线性状态，构成反相输入比例运算电路。ux = -4%20A2工作在非线性状态，构成反相输入的过零电压比较器。当0】 0 时、u()2 = -6VA3工作在线性状态，构成积分电路。k2dt + uo“01、/2以及o的波形如图解P812所示。8.13 图P8.13所示电路为一监控报警电路，试说明其工作原理。并说明该监控电路关键器件参数选择 的基本原则。? Vcc图 P8.13【解8.1

11、3】当Mr时，运放输出正的饱和值，晶体管VT导通，继电器J线圈得电，触电闭合, 信号灯亮，电铃报警。当/ oo+4-O&广50kQY(a)100kQ(b)P8.148.14由图可知:u_ = ux50 -100+50X(10)=y V令_=+,求出的/就是阈值电平,因此得出:当 t/o=+10V 时当 Uo= - 10V 时“TH2!2V3.12v3其输出电压波形如图解P8.14所示。()Z/ms-10 图解P8.148.15 某理想运放组成的电路如图P8.15所示，画出电路的电压传输特性。已知运放输出 Uom=12V。A?图 P8.15【解8.15】当输入电压6V时，集成运放Al的输出=+1

12、2V, A2的输出42 =-12V。使 得二极管VD导通，VD2截止，输出电压% =+12 V。当输入电压 3V时, 集成运放Al的输出与=12V , A2的输出=+12V。使得二极管VDi 截止，VD2导通，输出电压分 =+12V。当输入电压3V 6V时，集成运放4的输出与 =12V, A2的输出2=12V。使得二极管VDi、都截止，输出电压4 =0V。其电压传输特性曲线如图解P8.15所示。八 12036 u，V图解P8.158.16 图P8.16所示电路为监控报警装置，Uref为参考电压，卬为被监控量的传感器送来的监控信 号，当i超过正常值时，指示灯亮报警。请说明其工作原理及图中的稳压二

13、极管和电阻起何作用？vDzNM图 P8.16【解8.16当Kref时，运放输出正的饱和值，晶体管VT导通，指示灯亮进行报警；当 ref时，运放输出负的饱和值，晶体管VT截止，指示灯不亮。当% 2V时，Al输出低电平OV, VD|导通，忽略VD1的导通电压，Vb=0Vo或当IV时,A2输出低电平OV, VD2导通，忽略VD2的导通电压，Vb=OVo此时A3的。十 G , Uo =-10V ,红发光二极管亮，Uc =-1.2Vo当lVUj fp2时，低通和高通滤波器串联就可构成带通滤波器。(2)带阻滤波器设低通滤波器的上限截止频率为,高通滤波器的下限截止频率为力,2，当满足条件 ”一时，=+U0M

14、 ；当 + v u_ 时，U() Uom o“虚短，+ =，_ =0。（4）电压比较器的分析方法求阈值电压根据电路求出集成运放同相输入端点位+、反相输入端电位一，令u+ = u_,解得的输入电压就是阈值电压Uth ；求输出低电平U。,和输出高电平通过研究集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平和输出高电平Uoh。画电压传输特性根据阈值电压，分析在输入电压由最低变到最高（正向过程）和输入电压由最高到最低（负向过程） 两种情况下，输出电压的变化规律，然后画出电压传输特性。在。过th时的跃变方向决定于U1作用于集成运故的哪个输入端。当U从反相输入端（或通过电阻）输入时，二Uoh，Ui

15、Uh，Uo = U ol；当从同相输入端（或通过电阻）输入时，UUth，U0 = Uoh，Uoo。Rt,L1-RR m . R . pFr-lIr%(s) J- -L一一 5图 P8.1解8.1滤波网络的电阻R和电容G、C2确定特征频率/o的值，电容的容量一般低于1|1F,取G = G = C = 0.1/，根据fo -可得: 2/rRCR 三C 2.X500 X 0,1X10-R 三C 2.X500 X 0,1X10-= 3185。(2)根据Q =0.7，可求得：Aup = 1.57Rf（3）根据集成运放两个输入端外接电阻的对称条件及=1 + 可得: 叩 RRf勺7% /Rf=R + R =

16、 2R代入可求得R=17.5居1,宠2=9.982o8.2 通过总结，简述下列问题：（1）滤波器的分类有哪些？（2）有源滤波器有哪些主要性能指标？（3）在实际应用过程中，有源滤波器如何选择？（4）高阶滤波器与一阶滤波器有哪些本质区别？【解8.2（1）按处理的信号不同，分为模拟滤波器和数字滤波器。按使用的元件不同，分为LC滤波器、RC滤波器和RLC滤波器。按有无使用有源器件分，分为有源滤波器和无源滤波器。按幅频特性不同分，分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器和全通滤波器。（2）有源滤波器的主要性能指标有：通带电压放大倍数4叩、特征频率力、通带截止频率向，九、通 带宽度BW和等效品质

17、因数Q。3 3）4 4）5 .3指出如图P8.3所示电路是什么滤波器，并求出它的通带增益函数和截止频率。Ri 39kQ1TT. C2O.1|1F+8Q 0.1 iF 力“八八十0R2 720Q_ _U。T nI-1 I 1 I工/?3 IkQ/?4 99kQ图 P8.3【解8.3根据电路可知:u0= （1 + 如+K3UUm=Um-U Um-U+K _L联立上述三个方程求解，得传递函数为:AG)= &s1 + s + 0)l其中iA27，/?|尺22=300H7 ，ZJ & 殳 CC?(q + cj+cd-Ap)=0.78 o上式中令$ = jo),可得滤波器的频率特性A(jco) = _灯_

18、产+加。可得幅频特性|4 汝)| =|4 汝)| =|4 汝)| =7a2/2-i)2+/o/(/02当户o时，|A(，/)| = 0；当户8时，|A(/“O| = Ap。又因为传递函数分母中的最高次数是2, 所以是二阶高通滤波器。通带增益为A, = 1+与=1 +?=loo。令: 1J(,灯/21)2+4/(/。)2一行解之得滤波器的截止频率为：fH =/；)/l.l = 273HZo6 .4 一阶低通滤波器电路如图P8.4所示，已知W=50kC, R = Rf =150kQ, C = O.O33pF。(1)试求通带电压放大倍数；(2)计算通带截止频率；(3)若在输入端加入信号=5sin 120(0,时，试求在此信号频率下的电压放大倍数。