《电工学》第六版上下册课后答案

《电工学》第六版上下册课后 14 二极管和晶体管 14.3 二极管 14.3.2 在图1所示的各电路图中,E = 5V ,u= 10 sin ω tV ,二极管D的正向压降 i 可忽略不计,试分别画出输出电压u的波形。 0 [ 解] 图 1: 习题14.3.2图 (a) u为正半周时,u> E,D导通,u< E,D截止。u为负半周时,D截 i i i i 止。 D导通时,u= E,D截止时,u= u。 0 o i (b) u为 正 半 周 时 ,u> E,D导 通 ,u< E,D截 止 。u为 负 半 周 时 ,D截 i i i i 止。 D导通时,u= u,D截止时,u= E。 0 i 0 u的波形分别如图2(a)和(b)所示。 0 图 2: 习题14.3.2图 14.3.5 在图3中,试求下列几种情况下输出端电位V及各元件中通过的电流。(1)V= Y A +10V ,V= 0V ,(2)V= +6V ,V= +5.8V ;(3)V= V= +5V .设二极管的正 B A B A B 向电阻为零,反向电阻为无穷大。 [解] 图 3: 习题14.3.5图 (1) 二极管D优先导通,则 A 10V= 9 × = 9VV Y 1 + 9 V9Y ?3 = A = 1 10×A = 1mAI= I= DR A 3R 9 × 10 D反向偏置,截止,I= 0 B DB (2) 设D和D两管都导通,应用结点电压法计算V, A B Y 5.86 +11.8 × 9 1 1 V=V =V = 5.59V < 5.8VY 1 11 19 + + 1 1 9 可见D管也确能导通。 B ? 5.59 6 ?3 I= A = 0.41mA A = 0.41 × 10DA 31 × 10 5.8 ? 5.59 ?3 I= A = 0.21mA A = 0.21 × 10DB 31 × 10 5.59?3 I== 0.62 ×10A A = 0.62mA R 39 × 10 3 (3) D和D两管都能导通 A B 5 5 +1 1 V= V = 4.74VY 1 1 1 ++1 1 9 V4.74Y ?3 = A = 0.53 10×A = 0.53mAI= R 3R 9 × 10 I0.53R I= I= mA = 0.26mA=DDA B 22 14.4 稳压二极管 14.4.2 有两个稳压二极管D和D,其稳定电压分别为5.5V 和8.5V ,正向压降都 Z 1Z 2 是0.5V 。如果要得到3V 的稳定电压,应如何连接, [解] 应按图4(a)或(b)连接,U= 3V 。图中R、R是限流电阻。 Z 12 图 4: 习题14.4.2图 14.5 晶体管 14.5.1 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 下所列, 晶体管I晶体管II 2 3 1 2 3 1 管脚 管脚 4 3.4 9 电位/V 电位/V ?6?2.3?2 试判别管子的三个电极,并说明是硅管还是锗管,是N P N 型还是P N P 型, [解] N P N 型,集电极电位最高,发射极电位最低,U> 0,P N P 型,发射极电位 BE 最高,集电极电位最低,U< 0。 BE 硅管,基极电位与发射极电位大约相差0.6V 或0.7V ,锗管,基极电位与发射极 电位大约相差0.2V 或0.3V 。 由此可知, 晶体管I,N P N 型,硅管,1 ?B 、2 ? E、3 ?C , 晶体管II ,P N P 型,锗管,1 ?C 、2 ?B 、3 ? E。 14.5.3 如何用万用表判断出一个晶体管是N P N 型还是P N P 型,如何判断出管子 的三个管脚,锗管或硅管又如何通过实验区别出来, [解] (1) 先判断基极 将插入万用表“-”,实为表内电源正极,插孔的测试笔轮流接任一管脚, 而后将另一测试笔分别接另外两个管脚,如果两次测得管脚间的电阻同 为低电阻,BE极间和BC 极间的P N 结上加正向电压,或同为高电阻,上 述极间的P N 结上加反向电压,,则接万用表“-”插孔的是基极。 (2) 判断是N P N 型管还是P N P 型管 在(1)中,测得管脚间的电阻同为低电阻时,则为N P N 型管,测得同为高 电阻时,则为P N P 型。 (3) 判断集电极 对 已 知 的N P N 型 管 或P N P 型 管 照 图5所 示 的 两 种 方 法 接 线 , 未 知 管 图 5: 习题14.5.3图 脚1和2用测试笔分别接万用表的“+”,“-”插孔,注意,“-”插孔接表内电 5 源的正极,,比较两种接法1,2管脚间的电阻高低。对N P N 型管,电阻 较低时接“-”插孔的是集电极,对P N P 型管,电阻较低时接“+”插孔的是 集电极。 (4) 判断是锗管还是硅管 B,E极间正向压降在0.6 0.7V 时为硅管,在0.2 0.3V 时为锗管。? ? 14.5.4 图 6: 习题14.5.4图 在图6所示的各个电路中,试问晶体管工作于何种状态,设U= 0.6V 。 BE [解] 计算结果见下表。 (a)管 (b)管 (c)管 UC C 12mA 8mA I? C (sat) RC IC (sat) 0 = 0.24mA 0.2mA I B β 6 ?0 .612 ?0 .6 I I< 0 mA = 0.11mAmA = 0.24mABB 50 47 0 0 状态 I< I 放大I> I 饱和截止 B B B B 7 目录 第15章 基本放大电路 3 第15.2节 放大电路的静态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.2.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3节 放大电路的动态分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第15.3.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第15.3.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第15.3.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4节 静态工作点的稳定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第15.4.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第15.6节 射极输出器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.6.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.6.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第15.7节 差分放大电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第15.7.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第15.9节 场效晶体管及其放大电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第15.9.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第15.9.3题 1 List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 习题15.2.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 习题15.3.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 习题15.3.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 习题15.4.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 习题15.6.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 6 习题15.6.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 7 习题15.7.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 8 习题15.9.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 9 习题15.9.2图 . 15 基本放大电路 15.2 放大电路的静态分析 15.2.3 在图1中,若U= 10V ,今U= 5V ,I= 2mA,试求R和R C C C E C C B 的阻值。设晶体管的β = 40。 [解] 图 1: 习题15.2.3图 由U= U?R I可求 C E C C C C U? U ?5 10 C C C E R= ? = = 2.5k?C ?3I 2 × 10C I2C I?= mA = 0.05mA B β 40 U10C C R? B = k? = 200k?I 0.05B 15.3 放大电路的动态分析 15.3.2 在习题1图所示的固定偏置放大电路中,U= 9V ,晶体管的β = 20,I= C C C 1mA。今要求|A| ? 100,试计算R,R及U。 uC B C E 3 [解] I1C ? I = mA = 0.05mABβ 20 U9C C ? k? 180k?R== BI 0.05B 26 r= [200 + (20 + 1) × ]? = 720? = 0.72k?be 1.05 βRC |A| u= (空载时 |A| 最大) urbe |A| r100 × 0.72 ube R= k? = 3.6k? = Cβ 20 UU? RI= (9 ?3 .6 × 1)V = 5.4V= C E C C C C 15.3.3 有一放大电路如习题1图所示,其晶体管的输出特性以及放大电路的交、直 流负载线如图2所示。试问,(1)R,R,R各为多少,(2)不产生失真的最大输入 B C L 电压U为多少,(3)若不断加大输入电压的幅值,该电路首先出现何种性质的 iM 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)将电阻R调 L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及|A|将如何变化, B C C E u [解] 图 2: 习题15.3.3图 由图2可知,静态值为 I= 2mA, I= 40µA, U= 5V C B C E 电源电压为 电 U= 10V C C 流放大系数为 2IC == 50 β = I0.04 B (1) U 10C C R? B = k? = 250k?I 0.04B 10 ? 5 U? U C C C E R= k? 2.5k?= = C I C2 由交流负载线可得 1 210 0 tan α= , =R = 1.5k? , 0L 0 RR 8 ? 5 L L 由此得 0 RR2.5 × 1.5RRC LC 0 L 0== RR=k? = 3.75k? L L R? R 2.5 ? 1.5 C R+ R CL L (2) 由图2可知 8 ? U= (8 ?5) V = 3V U? U= (5 ?0 .3)V = 4.7V C EQ C EQ C ES 不失真的最大输出电压约为U= 3V ,先求出|A|后,再求不产生失真 oM u的最大输入电压U iM 26(mV ) 26[200 (1 + 50) = + × r= 200(?) + (1 + β) ]? = 0.86k? be I (mA) 2 E0 R β50 × 1.5|A| = L u = 87 = r be 0.86 于是 U 3oM U= = V = 34.5mViM |A|87 u (3) 首先产生截止失真,这时可调节R,减小其阻值以增大I,将静态工作 B B 点Q上移一点。 (4) 将R阻 值 增 大 , 不 影 响 直 流 负 载 线 , 通 过Q点 的 交 流 负 载 线 与 横 L 0轴 的α角将有所减小。 (5) I不变,I约减小一半,U增大,|A|将减小一半。 B C C E u 15.3.4 已知某放大电路的输出电阻为3.3k?,输出端开路电压的有效值U= 2V , o0 试问该放大电路接有负载电阻R= 5.1k?时,输出电压将下降到多少, L [解] R R LLU= E= UoL o o0 r+ R r+ R LLo o 或 5.1RL U=U= × 2V = 1.2V oL o0 r+ R 3.3 + 5.1 Lo 5 15.3.5 在图3中,U= 12V ,R= 2k?,R= 2k?,R= 300k?,晶体管的β =C C C E B ? ? UU o1o250。电路有两个输出端。试求,(1)电压放大倍数A= 和A= ,(2)输 u1 u2 ? ? U U ii出电阻r和r。 o1o2 [解] 图 3: 习题15.3.5图 U? U12 ?0 .6 C C BE I= = mA = 0.028mAB R+ (1 + β)R 300 + (1 + 50) × 2B E I= (1 + β)I= (1 + 50) × 0.028mA = 1.43mA E B 26r= [200 + (1 + 50) × ]? = 1127?? 1.13k?be 1.43 从集电极输出, ? UβR o1 C50 × 2 = ? A= = ? ? ?1u1 ? rbe + (1 + β)R 1.13 + (1 + 50) × 2E U i r? R= 2k? o1 C 从发射极输出, ? U(1 + β)Ro2 E A= ?=1u2 ? r+ (1 + β)R U E bei 0 r1130r+ R be ber? S o2 ? =? = 22.6? β β50 00式中,R = R//R,设信号源内阻R? 0,则R ? 0。 S B S S S 15.4 静态工作点的稳定 15.4.2 在 教 材 图15.4.1所 示 的 分 压 式 偏 置 放 大 电 路 中 , 已 知U= 24V ,R= C C C 3.3k?,R= 1.5k?,R= 33k?,R= 10k?,R= 5.1k?,β = 66, 并 E B1 B2 L ? 0。(1)试求静态值I,I和U,(2)画出微变等效电路,(3)计算晶体管 设RS B C C E 的输入电阻r,(4)计算电压放大倍数A,(5)计算放大电路输出端开路时的电 be u 压放大倍数,并说明负载电阻R对电压放大倍数的影响,(6)估算放大电路的输 L 入电阻和输出电阻。 [解] (1) U 24C C V= B R= × 10V = 5.58VB2 R+ R 33 + 10 B1 B2 5.58 ? 0.6 ? UV B BEI? I= C E = mA = 3.32mAR 1.5E I3.32C I? B =mA = 0.05mAβ60 U= U? (R+ R)I= [24 ? (3.3 + 1.5) × 3.32]V = 8.06V C E C C C E C (2) 26(mV ) r= 200(?) + (1 + β) be I (mA) E 26 = [200 + (1 + 66) × ]? = 0.72k? 3.32 (3) ? ? 0 R 1 3.3 × 5.1 A= ?β L = ?66 × = ?183.7 u ×r 0.72 3.3 + 5.1 be (4) R3.3CA = ?β = ?66 × = ?302.5u 0.72 rbe (5) r= r//R//R? r= 0.72k? i be B1B2 be r? R= 3.3k? o C 15.4.5 设 计 一 单 管 晶 体 管 放 大 电 路 知, R已 = 3k?。 要 求|A| ? 60,rL ui ? 1k?,r< 3k?, 工 作 点 稳 定 。 建 议 选 用 高 频 小 功 率 管3GD100, 其 技 术 o 数 据见教材附录C ,β值可选在50 ? 100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,查教材附录H ,。 [解] 7 图 4: 习题15.4.5图 (1) 选择放大电路和晶体管 要求工作点稳定,可选用分压偏置放大电路,教 材图15.4.1,,选U= C C 12V , 按 建 议 选 用 晶 体 管3GD100, 设β = 50, 并 设|A| = 60,r= ui 1k?。 (2) 参数计算 26 由式r [200 (1 β) ? + + ]? ? r可求be i IE 26(1 + β)26 × 51 I? I= mA = 1.66mAC E r?200 1000 ? 200 i ? 0 βR L | | 由式 A = 可求 u r be 60 × 10= k? = 1.2k? RL 50 RRC L0 R=L R + RC L 即 0 RR L1.2 × 3L R= k? = 2k? = C 0R? R 3 ?1 .2 L L 设V= 4V B ? U VB BE4 ? 0.6 R= = k? 2?k? E I E1.66 I1.66C 基极电流I? =mA = 0.033mAB β50 设I= 10I,即 2 B I= 10 × 0.033mA = 0.33mA ? I 2 1 得 V4 B = k? = 12.12k?(取12k?)R= B2 I0.332 12 ? 4 U? V C C B R= = k? = 24.24k?(取24k?)B1 I 0.33 1 (3) 核查静态工作点 由U= U?( R+ R)I做直流负载线(图4) C E C C C E C I= 0 U= U= 12V C C E C C U12C C U0 mA 3= I=== mA C EC R+ R E2 + 2C U= [12 ? (2 + 2) × 1.66]V = 5.4V C E 静态工作点合适,在小信号情况下,不会产生失真。 15.6 射极输出器 15.6.1 在图5所示的射极输出器中,已知R= 50?,R= 100k?,R= 30k?,R= S B1 B2 E 1k?,晶体管的β = 50,r= 1k?,试求A,r和r。 be ui o [解] 图 5: 习题15.6.1图 (1 + β)R (1 + 50) × 1 E A= = = 0.98u r+ (1 + β)R 1 + (1 + 50) × 1be E r= R//R[r+ (1 + β)R] = 16k? //i B1B2 be E 0 r+ R 1000 + 50be r? S o =? = 21? β 50 式中 0R = R//R//R? 50? S B1 B2 S 15.6.2 两级放大电路如图6所示,晶体管的β= β= 40,r= 1.37k?,r 1 2 be1 be2= 0.89k?。(1)画出直流通路,并估算各级电路的静态值(计算U时忽略I), C E1B2 9 ,A和A,(3)计算r和r。 (2)画出微变等效电路,并计算Au1 u2ui o [解] 图 6: 习题15.6.2图 (1) 前极静态值 20V= × 8.2V = 4VB1 33 + 8.2 4 0.6? I? I= = 1mAmA C 1 E1 3 0.39 + 1 I?= 25µAmA B1 40 U? 20 ? (10 + 3 + 0.39) × 1 = 6.6V C E1 后极静态值 U? U(20 ?10 × 1) ? 0.6 C 1 BE2I? I= C 2 E2 = mA = 1.8mA RE2 5.1 1.8 I== 45µAmA B2 40 U= (20 ?5 .1 × 1.8)V = 10.8V C E2 (2) 前级电压放大倍数 0 R9.1 1 L = ?21 A = ?β = 40? × u1 1 00 r+ (1 + β)R1.37 + (1 + 40) × 0.39 be 1 E1 式中? ? RRE2L 0 R= R+ (1 + β) ?//rC 1be2 2 L1 R + RE2 L 后级电压放大倍数 0 + β)R (1 + 40) × 2.5(1 2 L A= = 0.99 = u2 0r+ (1 + β)R 0.89 + (1 + 40) × 2.5be2 2 L 两级电压放大倍数 A= A? A= ?21 × 0.99 = ?20.8 u u1 u2 (3) 00r= r= R//R//[r+ (1 + β)R] = 4.77k? i i1 B1B2be1 1E1 + R r0.89 + 10be2 C 1 r= r? o o2 = k? = 272?β 240 前级的集电极电阻R即为后级的基极电阻。 C 1 从本例的两级放大电路看,提高了输入电阻,降低了输出电阻。 15.7 差分放大电路 15.7.3 在 图7所 示 的 差 分 放 大 电 路 中 ,β = 50,U= 0.7V , 输 入 电 压u= BE i1 7mV ,u= 3mV 。 i2 (1)计算放大电路的静态值I,I及各电极的电位V,V和V, (2)把输B C E C B 入电压U,u分解为共模分量u,u和差模分量u,u, (3)求单i1 i2 ic1 ic2id1 id2端共模输出u和u, oc1oc2 (4)求单端差模输出u和u, (5)求单端总输出u和u, od1 od2o1o2(6)求双端共模输出u,双端差模输出u和双端总输出u。 oc od o [解] 图 7: 习题15.7.3图 (1) 静态时,u= u= 0,由教材图15.7.5的单管直流通路可得 i1 i2 RI+ U+ 2RI= U B B BE E E EE U? UEE BE I= B R+ 2(1 + β)R EB 11 于是 6 ? 0.7 I= AB 3 310 × 10+ 2 × (1 + 50) × 5.1 × 10 ?3 = 0.01 × 10A = 0.01mA 50 0.01mA 0.5 I= βI= × = mAC B I= (1 + β)I= 51 × 0.01mA = 0.51mA E B 3 ?3 V= U? RI= [6 ? 5.1 × 10× 0.5 × 10]V = 3.45V C C C C C 3 ?3 V= ?6 + 2RI= [?6 + 2 × 5.1 × 10× 0.51 × 10]V = ?E E E 3 ?30.798V V= ?RI= ?10 × 10× 0.01 × 10V = ?0.1V B B B (2) u+ u7 + 3i1 i2 u= u= =mV = 5mVic1 ic2 22 u? u7 ?3 i1 2i u= ?u== mV = 2mV id1 id2 2 2 (3) 由习题15.7.2所证明的公式得出 RC u= u= ?βu oc1 oc2 ic1r 2(1 β) R+ + + R beE B 式中 26 r= [200 + (1 + 50) × ]? = 2.8k?be 0.51 于是 5.1 u= u= ?50 × × 5mVoc1 oc2 10 + 2.8 + 2(1 + 50) × 5.1 = ?2.39mV (4) 50 × 5.1 βR C u= ? u = ? × 2mV = ?39.8mV od1 id1 R 10 + 2.8+ rB be 50 × 5.1 u= ? βRod2 u = ? × (?2)mV = +39.8mV Cid2 R 10 + 2.8+ rB be (5) = u+ u= [(?2.39) + (?39.8)]mV = ?42.2mVu o1 oc1 od1 u= u+ u= [(?2.39) + 39.8]mV = +37.4mV o2 oc2 od2 (6) u= u? u= 0 oc oc1 oc2 u= u? u= (?39.8 ? 39.8)mV = ?79.6mV od od1 od2 u= u? u= (?42.2 ?37 .4)mV = ?79.6mV = u o o1 o2 od 15.9 场效晶体管及其放大电路 15.9.2 在图8所示的源极输出器中,已知U= 12V ,R= 12k?,R= 1M ?,R= DD S G1 G2 500k?,R= 1M ?。 试 求 静 态 值 、 电 压 放 大 倍 数 、 输 入 电 阻 和 输 出 电 G 阻 。 设V? V,g= 0.9mA/V 。 G S m [解] 图 8: 习题15.9.2图 RUG2DD V? V= S G R+ R G2G1 500 × 12 = V = 4V 1000 + 500 U= U? V= (12 ?4) V = 8V DS DD S V 4S ?3I= × = A = 0.33 10A = 0.33mA D 3R12 × 10 S ? ? UgURgRom Sm gs S ? A=== 1 u ? ? ? 1 + gRU+ gUR Um Si m gs Sgs?? 1 × 0.5 r= R+ (R//R) = M? = 1.33M? i G G1G21 + 1 + 0.5 求输出电阻r,图9,, o ? 将输入端短路,设信号源内阻很小,略去,,输出端加一交流电压U,如接有 o 负载电阻R,则除去,,可求电流 L ? ? UUoo?? ??I = ? gU I= d m gso R R SS 而 ? ? U= ?U gs o 则 ? U1 o?? ? I= + gU= (g+ )Uo m o m oR RSS 13 图 9: 习题15.9.2图 故 ? U 11or= = //R= o S ?1g Im o (g+ )m R S 1 当R? 时 S g m 1r? o gm 在本题中 1 1R= 12k? = = 1.1k?S g0.9 m 故 r? 1.1k? o 15.9.3 场效晶体管差分放大电路如教材图15.11所示,已知g= 1.5mA/V ,求电压m uo 放大倍数A= 。u u i [解] u与u反相,所以 o i u1 1o A== ? gR= ? × 1.5 × 15 = ?11.25 u m D u 2 2 i 15 目录 第16章 集成运算放大器 3 第16.2节 运算放大器在信号运算方面的应用 . . . . . . . . . . . . . . . 3 第16.2.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第16.2.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第16.2.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第16.2.6题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第16.2.10题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第16.2.12题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第16.2.13题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第16.2.15题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第16.2.17题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第16.2.18题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第16.2.20题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第16.2.22题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第16.2.25题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第16.3节 运算放大器在信号处理方面的应用 . . . . . . . . . . . . . . . 13 第16.3.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1 List of Figures 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 习题16.2.2图 .2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 习题16.2.3图 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 习题16.2.5图 . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 习题16.2.6图 . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题16.2.10图 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题16.2.12图 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 习题16.2.13图 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 习题16.2.15图 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 习题16.2.17图 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 习题16.2.18图 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 习题16.2.18图 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 习题16.2.20图 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 习题16.2.22图 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 习题16.2.25图 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 习题16.3.3图 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 习题16.3.3图 16 集成运算放大器 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.2.2 在 图1所 示 的 同 相 比 例 运 算 电 路 中 , 已 知R= 2k?,R= 10k?,R= 1 F 2 2k?,R= 18k?,u= 1V ,求u。 3 i o [解] 图 1: 习题16.2.2图 u 1iu= R + 3= 18 × V = 0.9VR+ R 2 + 18 32 于是得 ? ? ? ? R10 F × 0.9V = 5.4V u= 1 + u= 1 + o + 2 R 1 16.2.3 为了获得较高的电压放大倍数,而又可避免采用高值电阻R,将反相比例 F 运算电路改为图2所示的电路,并设R? R,试证, F 4 ?? uRRoF 3 A== ?1 + uf uR Ri 1 4 [证] 因i? i,u? u= 1 f ? + 0 故得 uuRi AF= ?u= ? u A i RR R 1 1 F 3 图 2: 习题16.2.3图 又 i+ i= i或 i+ i= i 3 4 1 3 4f uu? uui o A A + = RRR 1 3 4 将u代入,整理后得 A RRR) R+ (R+ F 4 3 F 4u= ? o ui R R 1 4 因R? R,故 F 4 R+ RRRF 4 F 3 u= ? o ui R R 1 4 于是得出 ?? uRRoF 3 A== ?1 + uf uR R i 41 16.2.5 电路如图3所示,已知u= 1V ,u= 2V ,u= 3V ,u= 4V ,R= R= i1 i2 i3 i4 1 2 2k?,R= R= R= 1k?,求u。 3 4 F o [解] 应用结点电压法求u, + uu i3 i4 + 3 + 4RR 3 4 u==V = 3.5V+ 1 1 2 + RR 3 4 图 3: 习题16.2.5图 应用叠加原理求u, o ?? RRRF FF u? + u= o 1 + u?ui1 i2RR R//R1 2 12???? 11 1 = 1 + 3.5 1 2 V× ?× ?× 1 2 2 = 5.5V 16.2.6 求图4所示电路的u与u的运算关系式。 o i [解] 图 4: 习题16.2.6图 RF u = ? u o1 i R 1 2RRFu= ? u? u= ?u? u= ?2u= u o o1 o1 o1 o1 o1 iRR 1 16.2.10 图5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u与u、u的运算关系式。 o i1i2 5 [解] 图 5: 习题16.2.10图 ? ? K R K R22 u? i2 u= u 1 +o o1 R R2 2?? R/K 1ui1 (1 K )uK 1 = + ? +i2 R 1 = (1 + K )u?(1 + K )u i2 i1 = (1 + K )(u? u) i2 i1 16.2.12 为了用低值电阻实现高放大倍数的比例运算,常用一T 形网络代替R,电路 F 如图6所示。试证明 uR+ R+ RR/Ro 2 3 23 4 = ? uR i 1 [证] 图中,i= i 1 2 图 6: 习题16.2.12图 即 uui D= ? RR 1 2 R2u= ? u D iR 1 又 i= i+ i= i+ i 3 2 4 1 4 u u? uuD o i D= ? RRR3 1 4 uuuuo D i D = ? + ?? RRR R 3 1 43 R2u代入,则 i 将u = ? D R1 RRu1 22o= u + u+ u ? iiiR RRRRR 1 3 1 14 3 RRRR+ RR+ 24 34 2 3 u =?uoi R R 1 4 R+ R+ RR/R2 3 2 34 ? = ui R 1 16.2.13 电路如图7所示,试证明u= 2u。 o i [证] 图 7: 习题16.2.13图 7 ? ? R u= u= 2u 1 +o2 i2 i2R u? u? uu o1 i1i1 o2= R R 于是得出 u= u= 2u? 2u o o1 i1 i2 = 2(u? u) = 2u i1 i2i 16.2.15 ui 电路如图8所示,试证明i= L。RL [证] A接成同相比例运算电路,A为电压跟随器,u= u。 12o2 o 图 8: 习题16.2.15图 u?u u?u i o2i o2 u=R+ u=× 10 + u 1+ 3 o2 o2 R+ R10 + 10 2 3 u+ ui o = 2 ? ?? ? R10 + uF ui o u=1 + u= 1 + o1 1+ R 10 21 = u+ u i o u? uu+ u?u ui o o io1 o i= = =L R RR L L L 16.2.17 在图9所示的电路中,电源电压为+15V ,u= 1.1V ,u= 1V 。试问接入 i1 i2 输入电压后,输出电压u由0上升到10V 所需的时间。 o [解] 运算放大器接成差分运算电路,为一积分运算电路。 AA12 图 9: 习题16.2.17图 由A可得 1 ?? RRRF 3 F u= 1 +u?u o1 i2 i1RR+ RR 2 31 1 R20F (u? u) = i2 i1= (1 ?1 .1)V = ?0.2V R10 1 由A可得 2 Z u1 o1 u= ? u dt = ? t o1 o R CR C4 F 4 F 0.2 = t V = 10t V 3 ?6 20 × 10× 1 × 10 u由0上升到10V 所需时间为 o u10o t = = s = 1s1010 16.2.18 按下列运算关系式画出运算电路,并计算各电阻值, (4)u= 0.5u,(5)u= 2u? u。已知R= 10k?。 [解] o i o i2 i1 F (4) 电路如图10所示 RRRR11FF ( u = ? u = ? ?u) = uo o1 i i RRRR 11 1 1 9 图 10: 习题16.2.18图 图 11: 习题16.2.18图 得 RR10FF = 0.5 R = k? = 20k?=1R0.50.5 1 (5) 电路如图11所示 ? ? RRF Fu? i2 u= 1 + u= 2u? u o i1 i2 i1 RR 11 得 RRF F 1 + = 2 = 1RR 1 1 R= R= 10k? 1 F 16.2.20 在教材图16.2.9所示的积分运算电路中,如果R= 50k?,C= 1µF ,u如 1 F i 图12(a)所示,试画出输出电压u的波形。 o [解] (1) t = 0 ? 10ms时, ZZ 1 1 5dtV u= ? udt = ? o i 3 ?6 R C 50 × 10× 1 × 101 F 5= ? t V3 ?6 50 × 10× 1 × 10 = ?100t V 图 12: 习题16.2.20图 (2) t = 10 ? 20ms时 Z 1 (5)dt 100t ?= + Ku= ? o R C1 F 1 s时,u = ?1V ,故K = ?2。于是得 当t = 10ms = o100 u= (100t ? 2)V o u的波形如图12(b)所示。 o 16.2.22 在图13中,求u。 o [解] 图 13 : 习题16.2.22 图 11 i = i+ i c f duuu? u i cc c = C +R dt R duc u= RC+ 2u i cdt 解之,得 3 2 t? RC? )mVu=(1 e c 2 4Ru= ? = ?4uuo c c R 2 t ? RC = 6(e?1) mV 16.2.25 图14是应用运算放大器测量小电流的原理电路,试计算电阻R? R的阻 F 1 F 5 值。输出端接有满量程5V ,500µA的电压表。 [解] 5 Uo 3 = ? = 1 10 ×? = 1k?R= F 1 ?3I5 × 10 1 ? ? U5 o3R= ? R=?1 × 10 ?F 2 F 1 ?3 I 0.5 × 102 3 = 9 × 10? = 9k?? ? U5 o 3R(RR) (1 9) 10 ?=? + =? + × F 3 F 1 F 2?3 I 0.1 × 103 3= 40 × 10 ? = 40k? ? ? U5 o 3R=? (R+ R+ R) =? (1 + 9 + 40) × 10 ? F 4 F 1 F 2 F 3 ?3 I 0.05 × 104 3 = 50 × 10? = 50k? UoR=? (R+ R+ R+ R) F 5 F 1 F 2 F 3 F 4I 5 ? ? 53 = ?(1 + 9 + 40 + 50) × 10??30.01 × 10 3 = 400 × 10? = 400k? 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.3.3 图15是火灾报警电路的方框图。u和u分别来自两个温度传感器,它们安 i1i2 装在室内同一处,一个安装在塑料壳内,产生u,另一个安装在金属板上,产 i1 生u。无火情时,u= u,声光报警电路不响不亮。一旦发生火情,安装在 i2i1 i2 金属板上的温度传感器因金属板导热快而温度升高较快,而另一个温度上升较 慢,于是产生差值电压(u? u),当这差值电压增高到一定数值时,发光二极 i2 i1 管发亮,蜂鸣器发响,同时报警。请按图示方框图设计电路。 [解] 所设计火灾报警电路如图16所示,请自行读图分析。 图 15: 习题16.3.3图 13 图 16: 习题16.3.3图 15 目录 第17章 电子电路中的反馈 3 第17.2节 放大电路中的负反馈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第17.2.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第 17.2.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第 17.2.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第 17.2.6题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第 17.2.7题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第17.3节 振荡电路中的正反馈 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第17.3.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第17.3.4题 1 List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 习题17.2.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 习题17.2.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 习题17.3.1图 . 17 电子电路中的反馈 17.2 放大电路中的负反馈 17.2.1 试判别图1所示的放大电路中引入了何种类型的交流反馈。 [解] 图中R为反馈电阻。设在u的正半周,晶体管各级交流电位的瞬时极性为 F i 图 1: 习题17.2.1图 B(?) ?? C(?) ?? B(?) ?? E(?) ?? B112 21 (?) 即可看出,发射极E交流电位的负极性反馈到基极B,降低了B的交流电位, 211 使U减小,故为负反馈。 另外,反馈电路从发射极引出,引入到基极,故为并be1 联电流反馈。 17.2.3 为了实现下述要求,在图2中应引入何种类型的负反馈,反馈电阻R应从何 F 处引至何处,(1)减小输入电阻,增大输出电阻,(2)稳定输出电阻,此时输入电 阻增大否, [解] (1) R应从E引至B,并联电流负反馈, F 3 1 (2) R应从C引至E,串联电压负反馈,此时输入电阻增大了。 F 31 17.2.5 当保持收音机收听的音量不变时,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, 3 图 2: 习题17.2.3图 [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 倍数同时降低,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。 17.2.6 有一负反馈放大电路,已知A = 300,F = 0.01。试问,(1)闭环电压放大倍 数A为多少,(2)如果A发生?20% 的变化,则A的相对变化为多少, f f [解] (1) A 300A= = = 75f 1 + AF 1 + 300 × 0.01 (2) ?A?A 1 f= ? AA 1 + (A + ?A)F f 1= ?20% × 1 + (300 ? 300 × 20%) × 0.01 = +4.34%和 ? 5.88% 17.2.7 有 一 同 相 比 例 运 算 电 路 , 如 教 材 图17.2.1所 示 。 已 知A= 1000,F = uo +0.049。 如 果 输 出 电 压u= 2V , 试 计 算 输 入 电 压u, 反 馈 电 压u及 净 输 入 o i f 电压u。 d [解] A 1000uo A= = = 20uf 1 + A F 1 + 1000 × 0.049uo u2o u== V = 0.1V i A 20uf u= uF = 2 × 0.049V = 0.098Vf o u= u? u= (0.1 ? 0.098)V = d i f 0.002V 17.3 振荡电路中的正反馈 17.3.1 图3是用运算放大器构成的音频信号发生器的简化电路。(1)大致调到多 R1 大才能起振,(2)R为双联电位器,可从0调到14.4k?,试求振荡频率的调节范 P 围。 [解] 图 3: 习题17.3.1图 (1) 电压放大倍数按同相输入计算,即 RFA= 1 + uf 1 R 因 为 产 生 振 荡 的 最 小 电 压 放 大 倍 数 为3, 所 以R? 2R。 刚 起 振 F 1 时 , 振荡幅度小,不足以使二极管导通,这时R= R+ R= F F 1 F 2 5 3k?,所 以R? 1.5k?时才能起振。 1 (2) 振荡频率为 1f= 0 2πRC 调到最小时,f最大,即 当将RP 0 1 f= H z = 995.2H z ? 0max 3 ?6 2π 1.6 100.1 10× × × × 1000H z 当将R调到最大时,f最小,即 P 0 1f= H z = 99.5H z ? 0min 3 ?6 2π × 16 × 10× 0.1 × 1017.3.4 100H z 在调试教材图17.3.3所示电路时,试解释下列现象, (1) 对调反馈线圈的两个接头后就能起振, (2) 调R,R或R的阻值后就能起振, B1B2 E (3) 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) 适当增大L值或减小C 值后就能起振, (6) 反馈太强,波形变坏, (7) 调整R,R或R的阻值后可使波形变好, B1B2E (8) 负载太大不仅影响输出波形,有时甚至不能起振。 [解释] (1) 原反馈线圈接反,对调两个接头后,满足相位条件, (2) 调阻值后,使静态工作点合适,以满足起振条件, (3) 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,即增大反馈量,以满足幅度条件, (5) 因为LC 并联电路在谐振时的等效阻抗模为 L|Z| = 0 RC 当适当增大L值或减小C 值后,可使|Z|增大,因而就增大了反馈幅度, 0 容易起振, (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 f 波形变坏, (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LC 并 联 电 路 的 等 效 电 阻R。R的 增 大 , 一 方 面 使|Z|减小,因而使反馈幅度减小,不易起振,也使品质因数Q减小,因 0 而降低了选频性,使波形变坏。 7 目录 第18章 直流稳压电源 3 第18.1节 整流电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第18.1.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 第18.1.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第18.1.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第18.1.7题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第18.1.8题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第18.2节 滤波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第18.2.4题 第18.3节 直流稳压电源 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 第18.3.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第18.3.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第18.3.6题 1 List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 习题18.1.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 习题18.1.7图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 习题18.2.4图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 习题18.3.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 习题18.3.6图 . 18 直流稳压电源 18.1 整流电路 18.1.1 在图1中,已知R= 80?,直流电压表V 的读数为110V ,试求,(1)直流电流 L 表A的读数,(2)整流电流的最大值,(3)交流电压表V的读数,(4)变压器二次侧 1 电流的有效值。二极管的正向压降忽略不计。 [解] 图 1: 习题18.1.1图 (1) U110o I = = A = 1.38Ao R 80 L (2) I= πI= 3.14 × 1.38A = 4.33A om o (3) U110o U= = V = 244.4V1 0.45 0.45 (4) I = 1.57I= 1.57 × 1.38A = 2.16A o 18.1.2 在 教 材 图18.1.1所 示 的 单 相 半 波 整 流 电 路 中 , 已 知 变 压 器 二 次 侧 电 流 的 有 效 值U = 30V , 负 载 电 阻R= 100?, 试 问 ,(1)输 出 电 压 和 输 出 电 流 的 L 平 均 值U和I各为多少,(2)若电源电压波动?10%,二极管承受的最高反向电o o 压为多 少, [解] 3 (1) U= 0.45U = 0.45 × 30V = 13.5V o 13.5Uo I= = A = 0.135A o 100 R L (2) ? U= 1.12U = 1.1 × 1.414 × 30V = 46.7VDRM 18.1.3 若采用教材图18.1.3所示的单相桥式整流电路,试计算上题。 [解] (1) U= 0.9U = 0.9 × 30V = 27V o 27Uo I= = A = 0.27A o 100 R L (2) ? U= 1.12U = 1.1 × 1.414 × 30V = 46.7VDRM 18.1.7 ? 图2是二倍压整流电路,U= 22U ,试分析之,并标出U的极性。o o [分析]?当u在正半周时,D导通,D截止,C被充电到u的最大值2U ,极性左正 1 2 1 图 2: 习题18.1.7图 右负,。到u负半周时,D截止,D导通,u和C两端电压121 相加。这时,电源 ?一方面经D供给R电流,同时经D给C充电,充到等于u的最大值2U 和C两 2L 22 1?端电压之和。由于C放电很慢,其上电压近似为2U 。因此,C两端电压接 12 ?近22U ,极性下正上负,,此即为R上的电压U。当D截止时,C通过R放 L o 22 L 电,但因一般R阻值较大,放电时间常数很大,所以C两端电压U衰减很小, L 2o ?基本维持在22U 值。由于U基本上为变压器二次绕组电压最大值的两倍,故o 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2?2U ,电容C的耐 1?? 压应大于2U ,C的耐压应大于22U 。2 18.1.8 有一电解电源,采用三相桥式整流。如要求负载直流电压U= 20V ,负载电 o 流I= 200A,(1)试求变压器容量为多少千伏安,(2)选用整流元件。考虑到变 o 压器二次绕组和管子上的压降,变压器的二次侧电流要加大10%。 [解]查教材表 18.1.1 (1) 变压器二次侧相电压的有效值为 U20o U = =V = 8.55V 2.342.34 考 虑 到 变 压 器 二 次 绕 组 和 管 子 上 的 压 降 , 变 压 器 的 二 次 侧 电 压 要 加 大10%,即 U = 1.1 × 8.55V = 9.4V 变压器二次侧相电流的有效值为 I = 0.82I= 0.82 × 200A = 164A o 三相变压器的容量为 S = 3U I = 3 × 9.4 × 164V ? A = 4624.8V ? A ? 4.6kV ? A 取5kV ? A容量的变压器。 (2) 通过每管的电流平均值为 1 1I= I= × 200A = 66.7AD o 3 3 管子截止时承受的最高反向电压为 U= 2.45U = 2.45 × 9.4V = 23V DRM 可选用100A、50V 的整流管。 18.2 滤波器 18.2.4 在图3具有π形RC 滤波器的整流电路中,已知交流电压U = 6V ,今要求负载 输出电压U= 6V ,负载输出电流I= 100mA,试计算滤波电阻R。 o o [解] 5 图 3: 习题18.2.4图 取 U= 1.2U = 1.2 × 6V = 7.2V c1 7.2 ?6U? U c1 o =? = 12? 故 R = ?3I100 × 10 o 18.3 直流稳压电源 18.3.1 稳 压 二 极 管 稳 压 电 路 如 图4所 示 , 已 知u 28.2 sin ω V ,U6V ,R = t= =o L 2k?,R = 1.2k?。试求,(1)S断开,S合上时的U和I,(2)S和S均合上时 12I Z 1 2 的U和I,并说明R = 0和D接反两种情况下电路能否起稳压作用。 I Z Z [解] 图 4: 习题18.3.1图 (1) S断开,S合上,此时无电容滤波 1 2 28.2U= 0.9U = 0.9 × I ? V = 0.9 × 20V = 18V 2 U? U18 ?6 I o?3 = A = 10 10×A = 10mAI= R 3R 1.2 × 10 U6o ?3 ×I== A = 3 10 A = 3mA o 3R2 × 10 L I= I?I = (10 ? 3)mA = 7mA Z R o 和S均合上,此时带电容滤波 (2) S1 2 U= 1.2U = 1.2 × 20V = 24V I ?6 24 U? U I o?3 I= = A = 15 × 10A = 15mA R 3R 1.2 10× L = 3 mAIo I= I?I = (15 ? 3)mA = 12mA Z R o 如R = 0,因U= 24V ,它直接加在U为6V 的稳压管上,引起很大的反 I Z 向击穿电流而使稳压管损坏。一般而言,R = 0,电路失去稳压作用。 如 将D反接,U= 0.7V ,达不到输出6V 的要求。 Z o 18.3.4 电 路 如 教 材 图18.3.3所 示 。 已 知U= 6V ,R= 2k?,R= 1k?,R= Z 1 2 3 2k?,U= 30V ,T 的电流放大系数β = 50。试求,(1)电压输出范围,(2)当U= 1 O 15V ,R= 150?时,调整管T 的管耗和运算放大器的输出电流。 L [解] (1) 求电压输出范围 电位计调到最上端R1 U= U= 6V Omin Z + RR + 1 2 1 2× 6V = 18V 电位计R调到最下端U= U= 1Omax Z R 1 2 故U的输出范围为6 ?18 V 。o (2) 求T 的管耗和运算放大器的输出电流 由于R比R,R,R都小的多,故 L 123 15I ? I ? = A = 0.1A = 100mA Uo150 C o RL T 的管耗为 P= UI= (30 ? 15) × 0.1W = 1.5W C C E C 运算放大器的输出电流为 I100C I= =mA = 2mAB β50 18.3.6 在图5中,试求输出电压U的可调范围为多少, o [解] 运算放大器接成电压跟随器,输出端电位,即W 7805的3端电位,和同相 输入端电位相同,而u? u,故图中U= 5V 。 + ? X X 7 图 5: 习题18.3.6图 R+ R+ R3.3 + 5.1 + 3.31 p 2 U=U=× 5V = 6.96V Omin X X R+ R 5.1 + 3.3 1 p + R+ RR + 5.1 + 3.33.3 1 P 2U=U= Omax × 5V = 17.73VX X R 3.3 1 9 目录 第20章 门电路和组合逻辑电路 4 第20.2节 基本门电路及其组合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第20.2.3题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第20.3节 TTL门电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第20.3.2题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第20.5节 逻辑代数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第20.5.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第20.5.6题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第20.5.7题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第20.6节 组合逻辑电路的分析和综合 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第20.6.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第20.6.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 第20.6.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第20.6.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第20.6.10题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第20.6.13题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第20.6.14题 第20.7节 加法器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第20.7.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 第20.7.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第20.8节 编码器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第20.8.1题 第20.9节 译码器和数字显示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 第20.9.2题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 第20.9.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 第20.9.5题 1 List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 4 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 7 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8 逻辑状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 9 编码表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 10 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 11 逻辑状态表 List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 习题20.2.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 习题20.3.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 习题20.5.7图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 习题20.5.7图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 习题20.6.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6 习题20.6.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 7 习题20.6.4图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 8 习题20.6.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 9 习题20.6.10图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 10 习题20.6.13图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 11 习题20.6.14图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 12 习题20.7.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 13 习题20.8.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 14 习题20.9.2图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 15 习题20.9.4图 3 20 门电路和组合逻辑电路 20.2 基本门电路及其组合 20.2.3 在图1所示的门电路中,当控制端C = 1和C = 0两种情况时,试求输出Y 的 逻辑式和波形,并说明该电路的功能。输入A和B的波形如图中所示。 [解] 由图得出Y 的逻辑式 图 1: 习题20.2.3图 Y = AC ? BC C = 1 Y = A ? 1 = A = A 传送信号A C = 0 Y = 1 ? B = B = B 传送信号B 20.3 TTL门电路 20.3.2 用 内 阻 为50k?/V 的 万 用 表 的 直 流 电 压 挡(0 ? 10V )去 测 量T T L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 数。(1)其余输入端全悬空时,(2)其余输入端全接电源(+5V )时,(3)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0.3V 时。[ 解] 根据教材21.4节的分析,可画图如图2所示, 图 2: 习题20.3.2图 20.5 逻辑代数 20.5.5 应用逻辑代数运算法则化简下列各式,(1) Y = AB + A B + AB, (3) Y = (A + B) + AB,(5) Y = ABC + A + B + C + D. [解] (1) Y = AB + A B + AB = AB + (A + A)B = AB + B = A + B (3) Y = (A + B) + AB = A B + AB = A B ? AB = (A + B)(A + B) = AA + AB + AB + BB = AB + AB = A ? B (5) Y = ABC + A + B + C + D = ABC + ABC + D = 1 + D = 1 20.5.6 应用逻辑代数运算法则推证下列各式,(3) AB + A B = AB + AB, (5) (A B) (A B) 1。+ + + + (AB) ? (AB) = [解] (3) AB + A B = AB + A B = AB ? A B = (A + B)(A + B) = AA + AB + AB + BB = AB + AB (5) (A + B) + (A + B) + (AB) ? (AB) = (AB) + (AB) + (AB) ? (AB) = (AB) ? (AB) + (AB) ? (AB) = 1 20.5.7 应用卡诺图化简下列各式,(1) Y = AB + ABC + ABC ,(3) Y = AB + BC D + ABD + ABC D。 [解] (1) 将逻辑函数化为最小项表示式 Y = AB + ABC + ABC = AB(C + C ) + ABC + ABC = ABC + ABC + ABC + ABC 5 图 3: 习题20.5.7图 画出卡诺图,如图3所示。 应用卡诺图化简,得 Y = B (3) 可用三种方法画卡诺图 a 用逻辑状态表 四 输 入 变 量 有16种 组 合 , 由 每 组 输 入 变 量 取 值 求 出 输 出 变 量Y 为1 或0,由逻辑式(3)得出的状态表如表1所示。 由逻辑状态表画出卡诺图,如图4所示。 图 4: 习题20.5.7图 b 用最小项表达式 将逻辑函数化为 最小项表达式, Y = AB + BC D + ABD + ABC D = ABC D + ABC D + AB C D + AB C D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D 即可画出图4所示的卡诺图。 表 1: 逻辑状态表 A B C D Y 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 c 直接写入 逻 辑 式 第 一 项AB占 最 下 行 四 个 小 方 格 , 第 二 项BC D占 最 左 列 中 间 两 个 小 方 格 , 第 三 项ABD占 第 三 行 中 间 两 个 小 方 格 , 第 四 项ABC D占一个小方格。用卡诺图化简时,可将图中取值为 1 的小方格圈成三个圈,如图4所 示,由此得出 Y = AB + BC + AD 20.6 组合逻辑电路的分析和综合 20.6.1 (1)根据逻辑式Y = AB + A B列出逻辑状态表,说明其逻辑功能,并画出 用与非门和非门组成的逻辑图,(2)将上式求反后得出的逻辑式具有何种逻辑功 能, [解] (1) 逻辑状态表和逻辑图分别如表2和图5所示。 7 图 5: 习题20.6.1图 表 2: 逻辑状态表 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 (2) Y = AB + A B = AB ? A B = (A + B) ? (A + B) = AB + AB (1)是同或门Y = A ? B,(2)是异或门Y = A ? B。 20.6.3 列出逻辑状态表,分析图6所示电路的逻辑功能。 [解] 图 6: 习题20.6.3图 Y = A ? (BC + BC ) = A(BC + BC ) + A(BC + BC ) 表 3: 逻辑状态表 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 其逻辑状态如表3所示,它是一判奇电路。当输入有奇数个1时,输出为1,否则 为0。 20.6.4 化简Y = AD + C D + A C + B C + DC ,并用74LS20双4输入与非门组成 电路。 [解] 图 7: 习题20.6.4图 9 Y = AD + C D + A C + B C + DC = AD + C (D + D) + A C + B C = AD + C + A C + B C = AD + C (1 + A) + B C = AD + C + B C = AD + C (1 + B) = AD + C 要用74LS20与非门组成电路,须将上式变换为与非门逻辑式 Y = AD + C = AD + C = AD ? C 用74LS20与非门的连线如图7所示。 20.6.5 某一组合逻辑电路如图8所示,试分析其逻辑功能。 [解] 图 8: 习题20.6.5图 (1) 由逻辑图列出逻辑状态表(如表4)所示 8421编码表见教材表20.8.2,当十进制数5接高电平时,DC BA = 0101, 由图20.3.10分析,可知输出Y = 1,发光二极管亮,当十进制数6接高电 平时,DC BA = 0110,Y = 0,发光二极管不亮。 表 4: 逻辑状态表 B A Y D C 十 进 制数 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 2 0 0 1 0 0 3 0 0 1 1 1 4 0 1 0 0 0 5 0 1 0 1 1 6 0 1 1 0 0 7 0 1 1 1 1 8 1 0 0 0 0 9 1 0 0 1 1 (2) 分析逻辑功能 由表4可知,凡是十进制的奇数接高电平时,Y = 1,否则Y = 0。故该电 路为判奇电路。 20.6.10 旅客列车分特快、直快和普快,并依此为优先通行次序。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A,B,C 分别代表特快、直快、普快,开车信号分别 为Y,Y,Y。 A B C [解] 图 9: 习题20.6.10图 (1) 列逻辑状态表,如表5所示, 11 表 5: 逻辑状态表 A B C Y Y Y ABC 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 (2) 写逻辑式 Y= AB C + ABC + ABC + ABC A = AB(C + C ) + AB(C + C ) = AB + AB = A(B + B) = A Y= ABC + ABC = AB B Y= A BC C (3) 画逻辑图(如图9所示) 20.6.13 某 汽 车 驾 驶 员 培 训 班 进 行 结 业 考 试 , 有 三 名 评 判 员 , 其 中A为 主 评 判 员,B和C 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] 图 10: 习题20.6.13图 (1) 列逻辑状态表,如表6所示, 当A、B、C 为1时,认为合格,当A、 B、C 为0时,认为不合格。 表 6: 逻辑状态表 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 (2) 写逻辑式 Y = ABC + AB C + ABC + ABC + ABC = ABC + AB + AB = ABC + A A C = + B = A ? BC 或取Y = 0列逻辑式, Y = A B C + A BC + ABC = A B + ABC = A(B + C ) = A ? BC Y = A ? BC (3) 画逻辑图(如图10所示) 20.6.14 某同学参加四门课程考试,规定如下, (1)课程A及格得1分,不及格得0分,(2) 课 程B及格得2分,不及格得0分,(3) 课程C 及格得4分,不及格得0分, (4)课程D及格得5分,不及格得0分。 若总得分大于8分(含8分),就可结业。试用与非门实现上述要求的逻辑电路。 [解] 13 图 11: 习题20.6.14图 (1) 列逻辑状态表(如表7所示) (2) 写逻辑式 Y = A BC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D = A BC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D = + AC D + ABD AC D = C D + ABD = C D D + AB = ABD ? C D (3) 画逻辑图(如图11) 20.7 加法器 20.7.1 十六进制是“逢十六进一”,是以16为底数的计数体制,它有0、1、2、3、 4、5、6、7、8、9、A、B、C 、D、E、F 共十六个数码。试将(7E6AD)转换 16 为十进制数和二进制数。 [解] 4 3 2 1 0(7E6AD)= 7 × 16+ 14 × 16+ 6 × 16+ 10 × 16+ 13 × 16 16 = 458752 + 57344 + 1536 + 160 + 13 = (517805) 10 (7E6AD)= (0111 1110 0110 1010 1101) 16 2 20.7.2 仿照全加器画出1位二进制数的全减器,输入被减数为A,减数为B,低位 来的借位数为C ,全减差为D,向高位的借位数为C。 1 表 7: 逻辑状态表 A B C D Y 总分 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 4 0 0 0 1 1 9 1 0 1 0 0 2 0 0 1 0 1 7 0 0 1 1 0 6 0 0 1 1 1 11 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 6 0 1 0 1 0 5 0 1 0 1 1 10 1 1 1 0 0 3 0 1 1 0 1 8 1 1 1 1 0 7 0 1 1 1 1 12 1 [解] (1) 列状态表 根据二进制减法规则列出如表8所示的全减器逻辑 状态表。 (2) 写逻辑式 D = A BC + ABC + AB C + ABC = (AB + AB)C + (AB + A B)C = (A ? B) ? C + (A ? B) ? C = (A ? B) ? C = B ? (A ? C ) C= A BC + ABC + ABC + ABC 1 = AC (B + B) + B(A C + AC ) = AC + B ? A ? C = AC ? B ? A ? C (3) 画逻辑图(如图12所示) 15 图 12: 习题20.7.2图 表 8: 逻辑状态表 A B C D C 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 20.8 编码器 20.8.1 试 设 计 一 个4/2线 二 进 制 编 码 器 , 输 入 信 号 为I ,I ,I ,I , 低 电 位 有 3 210 效。 [解] n 将4个输入信号编成对应的4个二进制代码输出,输出的应是2位(2= 4, n = 2)二进制代码YY,它的4种组合表示4个输入信号。编码表如表9所示。 1 0 由编码表写出Y和Y的逻辑式 10 Y= I + I = I ? I 1 3 2 3 2 Y= I + I = I ? I 0 3 1 3 1 图 13: 习题20.8.1图 表 9: 编码表 I I I I Y Y 321012 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 由逻辑式画出逻辑电路(如图13所示)。 I 的编码是隐含的,当其它输入信号无效时,电路的输出就是I 的编码。 00 20.9 译码器和数字显示 20.9.2 试设计一个能驱动七段LED数码管的译码电路,输入变量A,B,C 来自 计 数 器 , 按 顺 序000 ? 111计 数 。 当ABC = 000时 , 全 灭 , 以 后 要 求 依 次 显 示H 、O、P 、E、F 、U 、L七个字母。 [解] (1) 根据要求列出状态表,如表10所示, 17 图 14: 习题20.9.2图 表 10: 状态表 输入 输出 A B C a b c d e f g 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 (2) 由状态表写出各个输出变量的逻辑式 a = ABC + ABC + AB C + ABC = AB + AB = AB ? AB b A BC ABC ABC C =+ + + AB = AC + BC = AC ? BC c = A BC + ABC + ABC = A BC + BC = A BC ? BC d = ABC + AB C + ABC + ABC = ABC + AB C + AB = ABC + A(B + C ) = ABC + AB + AC = B(A + C ) + AC = AB AC BC AB AC C+ + = ? ? B e = f = A B C g = A BC + ABC + AB C + ABC =AC + AB = AC ? AB (3) 由逻辑式画出逻辑电路(如图14) 20.9.4 试用74LS138型译码器实现Y = A B C + ABC + AB的逻辑函数。 [解] 将逻辑式用最小项表示 Y = A B C + ABC + AB = A B C + ABC + ABC + ABC 由教材表20.9.1得出 Y= A B C Y= ABC 0 3 Y= ABC Y= ABC 6 7 因此得出 Y = Y+ Y+ Y+ Y= Y? Y? Y? Y0 3 6 7 0 3 6 7 用74LS138型译码器实现上式的逻辑图如图15所示。 19 图 15: 习题20.9.4图 20.9.5 试 设 计 一 个 用74LS138型 译 码 器 监 测 信 号 灯 工 作 状 态 的 电 路 。 信 号 灯 有 红(A)、黄(B)、绿(C )三种,正常工作时只能是红、绿、红黄、绿黄灯亮,其 他 情况视为故障,电路报警,报警输出为1。 [解] (1) 按题意列出状态表(如表11所示) 表 11: 逻辑状态表 A B C Y 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 (2) 由状态表写出逻辑式 Y = A B C + ABC + ABC + ABC 由教材表20.9.1得出 Y= A B C Y= ABC 0 2 Y= ABC Y= ABC 5 7 由此得出 Y = Y+ Y+ Y+ Y= Y? Y? Y? Y0 2 5 7 0 2 5 7 (3) 用74LS138型译码器实现监测信号灯的电路可参照上题的图15 画出。 21 目录 第21章 触发器和时序逻辑电路 4 第21.1节 双稳态触发器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第21.1.7题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第21.1.8题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第21.1.9题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第21.1.10题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 第21.1.11题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 第21.2节 寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第21.2.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第21.3节 计数器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 第21.3.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第21.3.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 第21.3.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第21.3.6题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 第21.3.8题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第21.3.9题 第21.6节 应用举例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 第21.6.1题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 第21.6.3题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第21.6.4题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 第21.6.5题 1 List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 移位(右移)状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3 4位二进制减法计算器的状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 7 六拍通电环形分配器的状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 8 状态表 . . . . . . . . . . . . . List of Figures 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 习题21.1.7图 .2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 习题21.1.8图 . 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 习题21.1.9图 . 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题21.1.9图 . 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题21.1.10图 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题21.1.10图 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 习题21.1.11图 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 习题21.1.11图 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 习题21.1.11图 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 习题21.2.1图 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 习题21.3.1图 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 习题21.3.4图 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 习题21.3.5图 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 习题21.3.6图 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 习题21.3.8图 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 习题21.3.9图 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 习题21.6.1图 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 习题21.6.3图 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 习题21.6.4图 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 习题21.6.4图 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 习题21.6.5图 3 21 触发器和时序逻辑电路 21.1 双稳态触发器 21.1.7 根据图1(a)的逻辑图及图1(b)所示相应的C P ,R和D的波形,试画出Q端 D 1 和Q端的输出波形,设初始状态Q= Q= 0。 21 2 [解] Q和Q的波形如图1(b)所示。 12 图 1: 习题21.1.7图 21.1.8 电 路 如 图2(a)所 示 , 试 画 出Q和Q的 波 形 。 设 两 个 触 发 器 的 初 始 状 态 12 均 为0。 [解] J K 触发器在下降沿触发,D触发器在上升沿触发。也可先列出状态表 图 2: 习题21.1.8图 ,如表1所示,,而后由此在时钟脉冲C P 的上升沿和下降沿处画出Q和Q的波 1 2 形。如图2(b)所示。来两个时钟脉冲循环一次,输出 的是正交波形。 表 1: 状态表 = QK= 1 D = Q QQ C P J时钟脉冲数 1 2 1 1 21 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 ? 1 0 1 1 1 1 1 ? 0 2 0 1 0 0 1 0 ? 1 1 0 0 0 1 1 ? 0 21.1.9 图3所示电路是一个可以产生几种脉冲波形的信号发生器。试从所给时钟脉 冲C P 画出Y、Y、Y三个输出端的波形。设触发器的初始状态为0。 1 23 [解] 图 3: 习题21.1.9图 Y= Q Y= C P ? Q Y= C P ? Q 1 2 3 因J = Q,K = Q,故 可 先 画 出Q, 即Y, 的 波 形 。 而 后 由Y= C P ? Q,Y= 1 2 3 C P ? Q画出Y和Y的波形(如图4所示)。 23 21.1.10 试分析图5所示的电路,画出Y和Y的波形,并与时钟脉冲C P 比较,说明 12电路的功能。设初始状态为Q = 0。 [解] 由J = Q和K = Q可画出Q和Q的波形。再由输出逻辑式 Y= C P + Q Y= C P + Q 1 2 5 图 4: 习题21.1.9图 图 5: 习题21.1.10图 图 6: 习题21.1.10图 画出Y和Y的波形,如图6所示。 1 2 从波形图上看,时钟脉冲C P 经过图5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相时钟脉冲发生器。 21.1.11 图7是一单脉冲输出电路,试用一片74LS112型双下降沿J K 触发器(其外引 线排列见教材习题21.1.11)和一片74LS00型四2输入与非门[见教材图20.3.3(b)]连 接该电路,画出接线图,并画出C P 、Q、Q、Y 的波形图。 12 [解] 设两触发器的初始状态均为0。接线图和波形图分别如图8和图9所 图 7: 习题21.1.11图 图 8: 习题21.1.11图 示。 7 图 9: 习题21.1.11图 21.2 寄存器 21.2.1 试用D触发器组成4位移位寄存器。 [解] 逻辑图和移位状态如图10和表2所示。设输入数据为1101。 图 10: 习题21.2.1图 21.3 计数器 21.3.1 教材图21.3.1是由主从型J K 触发器组成的4位二进制加法计数器。试改变级 间的连接方法,画出也是由该触发器组成的4位二进制减法计数器,并列出其状 态表。在工作之初先清零,使各个触发器的输出端Q? Q均为0。 0 3 [解] 4位二进制减法计数器的逻辑图和状态表分别如图11和表3所示。 表 2: 移位(右移)状态表 移位脉冲数 寄存器中的数码 Q Q Q Q 32100 0 0 0 0 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 1 0 1 0 4 1 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 0 0 0 0 图 11: 习题21.3.1图 9 表 3: 4位二进制减法计算器的状态表 计数脉冲数 二进制数 QQQQ 十进制数 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 1 15 1 1 1 1 2 1 1 1 0 14 3 13 1 1 0 1 4 1 1 0 0 12 5 11 1 0 1 1 6 10 1 0 1 0 7 1 0 0 1 9 8 1 0 0 0 8 9 7 0 1 1 1 10 0 1 1 0 6 11 5 0 1 0 1 12 4 0 1 0 0 13 0 0 1 1 3 14 0 0 1 0 2 15 0 0 0 1 1 16 0 0 0 0 0 21.3.4 试用74LS161型同步二进制计数器接成十二进制计数器,(1)用清零法,(2)用 置数法。 [解] 用清零法和置数法将74LS161型计数器接成十二进制计数器的逻辑图分 图 12: 习题21.3.4图 别如图12(a)和(b)所示。 21.3.5 试用两片74LS290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13所示。两片74LS290均按8421码十进 图 13: 习题21.3.5图 制计数方式连接,其中片(1)为个位,片(2)为十位。计数脉冲由片(1)的C P端 0 输 入 , 片(2)的 计 数 脉 冲 由 片(1)的 最 高 位Q输 出 提 供 。 当 片(1)输 入 第 十 3 个 脉 冲 时 ,QQQQ由1001回 到0000,Q由1变 为0。 此 下 降 沿 使 片(2)由32 10 3 0000变 为0001。 当 片(1)输 入 第 二 十 个 脉 冲 时 , 片(2)变 为0010。 再 输 入 四 个 11 脉 冲 , 片(1)的状态为0100。片(2)的Q和片(1)的Q均为1,立即反馈置0,从而完成一 12 个计数循环。 21.3.6 试列出图14所示计数器的状态表,从而说明它是一个几进制计数器。 [解] 图14所示计数器的状态表如表4所示,它是一个七进制计数器。设初始 图 14: 习题21.3.6图 状态均为0。 注意,当Q由1变为0时,触发器F F才翻转。 12 表 4: 状态表 = 1 K= 1 J= QK= QQ J= QQK= 1 QQQ J计数脉冲数 2 2 1 0 1 0 2 1 0 2 1 02 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 1 1 0 1 0 3 1 1 1 1 1 1 0 1 1 4 1 1 0 1 1 1 1 0 0 5 1 1 1 1 1 1 1 0 1 6 1 1 0 1 0 1 1 1 0 7 1 1 0 0 1 1 0 0 0 21.3.8 逻辑电路如图15所示。设Q= 1,红灯亮,Q= 1,绿灯亮,Q= 1, A B C 13 黄灯亮。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0。此电路可用于晚会对彩灯的控制。 [解] 图15所示逻辑电路的状态表如表5所示,由此可知,三组彩灯点亮的顺 图 15: 习题21.3.8图 序为,红灯亮? 绿灯亮? 黄灯亮? 全亮? 全灭? 红灯亮? . . . 。 表 5: 状态表 C P J= QK= 1 J= Q+ QK= 1 J= QK= Q QQQ A A B A C B C B C AA B CB 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 2 0 1 0 1 1 0 0 1 0 3 1 1 1 1 0 0 0 0 1 4 0 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 1 0 1 0 0 0 0 0 21.3.9 分析图16所示的逻辑电路,说明发光二极管做亮3s、暗2s的循环。 [解] 设 初 始 状 态 为000。 图16所 示 逻 辑 电 路 的 状 态 表 如 表6所 示 , 由 此 可 知,发光二极管做亮3s、暗2s的循环。 21.6 应用举例 21.6.1 图17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。 13 图 16: 习题21.3.9图 表 6: 状态表 C P D= QQ+ Q D= Q D= QQ QQQ C C B CA BC B AA BA 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 2 1 1 1 1 1 0 3 0 1 0 1 1 1 4 0 0 1 0 1 0 5 1 0 0 0 0 1 6 1 1 0 1 0 0 先 在 复 位 、 置 位 端 加 负 脉 冲 , 使 初 态QQQ= 100, 而 后 输 入 脉 [解] A B C 图 17: 习题21.6.1图 冲,按J K 触发器的逻辑功能逐步分析,得出如表7所示的状态表。由表可看出 是步进电机六拍通电方式, U? UV? V? VW? W? WU? U. . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 表 7: 六拍通电环形分配器的状态表 JK JK JK UVW 脉冲数 A AB BC C1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 2 0 1 1 0 1 0 0 1 0 3 0 1 0 1 1 0 0 1 1 4 1 0 0 1 1 0 0 0 1 5 1 0 0 1 0 1 1 0 1 6 1 0 1 0 0 1 1 0 0 21.6.3 试设计一个三人抢答逻辑电路,要求, (1)每位参赛者有一个按钮,按下就发出抢答信号, (2)主持人另有一个按钮,按下电路复位, (3)先按下按钮者将相应的一个发光二极管点亮,此后,他人再按下各自的按 钮,电路不起作用。 (建议,其中一种三人抢答电路可用两片74LS00组成的三个基本RS触发器 和由 两片74LS20组成的三个与非门来实现) 15 图 18: 习题21.6.3图 [解] 根据题中建议所实现的三人抢答逻辑电路如图18所示,关键是根据要 求(3)如何连接三个与非门。 21.6.4 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A、B、C 作 图19所示的顺序点亮。 [解] 所设计的逻辑电路如图20所示。表8是状态表。先清零,三灯全暗。 图 19: 习题21.6.4图 21.6.5 试用由与非门组成的RS触发器并用起动按钮SB和停止按钮SB来控制电 21动机的起停。 图 20: 习题21.6.4图 表 8: 状态表 C P Q Q A B C 12 0 0 0 ••• 1 1 0 •?• 2 0 1 ?•? 3 1 1 ??? 4 0 0 ••• 17 [解] 逻辑电路如图21所示。 图 21: 习题21.6.5图 19