清华大学电工与电子技术作业习题.doc

第1章 电路理论及分析方法习题(共9题)（注：英文习题采用美国电路符号）1.1（直流电源功率）图1.1所示电路，求各电流源的端电压和功率，并判断出哪个电流源输出功率，哪个电流源吸收功率。已知：IS1=1 A, IS2=3A, R1=5W, R2=10W。图1.1 习题1.1的图R2R1IS2IS1-+-+I1US2US1（答案：US1= -10V, US2=40V, PS1=10W, PS2= -120W ）1.2 图1.2所示电路，求8W电阻两端的电压UR和恒流源的端电压US各是多少。（答案： UR = -32V ，US= -40V）-2 A+4 W- 10 V +8 W8 V-+6V- 8 V +图1.2 习题1.2的图+20 V+-8 W+ -12V6 W4 W+ US - -4AUR1.3 图1.3所示电路，求2A恒流源的功率。（答案： P = -24W ）6 W图1.3 习题1.3的图1.4 (仿真习题)用仿真的方法求图1.4所示电路中的I1 和I2 。 （答案：I1=0.5A、I2=2A）图1.4 习题1.4的图12V-+10W20W20WI1 18V-+I220W10W10W说明：1、要求自己下载Multisim仿真软件，可以是Multisim2001、V7V10等版本中的任一种。2、自学第10章 Multisim电路仿真有关内容。3、仿真题作业要求有仿真电路图和仿真的数据结果，图和数据结果可以打印也可以手写。1.5 (电源模型的等效互换法)Use source transformations to find the voltage U across the 2mA current source for the circuit shown in Figure 1.5. (Answer: U = 1.8 V)+-600 W1400 W3000 W2 mA-+6 mAU1.4 VFigure 1.51.6 (戴维宁定理)Using Thevenins theorem, find the current I through the 2V voltage source for the circuit shown in Figure 1.6.（Answer： I=5A）2V5A+-1W4W5W2W7WIFigure 1.61.7 （戴维宁定理，结点电位法）图1.7所示电路，已知 R1=1kW, R2=2kW, R3=6kW, R4=2kW, R5=4kW,。用戴维宁定理和结点电位法两种方法求电流I3。（答案：-0.5mA）图1.7 习题1.7的图R5+12V-24VR2R4R1R3I3+6V图1.8 习题1.8的图+-US-+IS-2A4W4W36V4W4V24V12W24W3W6W1.8 （解题方法任选）如图1.8所示电路，当恒流源IS为何值时，它两端的电压US0。（答案：-1.5A）图1.9 习题1.9的图1 W12 V4 A3 W1A3 WIAC1.9 (仿真习题) 图1.9所示电路，用仿真方法求电流I，用直流工作点分析法求A、B、C三个结点电位（答案：I = 2.6 A， VA = 7.8 V，VB = 2.8 V，VC = 10 V）1 WB4 W+-第2章 正弦交流电路习题（12题）2.1 已知电流 。求出各电流的频率，有效值，初相位，并在同一坐标内画出i1、i2的相量图，比较它们相位领先与落后的关系。2.2将下列各相量所对应的瞬时值函数式写出来（设f=50Hz）。2.3 判断下列表达式是否正确，若不正确，请说明原因，并写出正确的表达式。1）2）3）4）2.4已知 (答案 )2.5 (复杂交流电路, 戴维宁定理) Using Thevenins theorem, Find the voltage uab between a and b for the circuit of Figure 2.5. （Answer：uab=28.8sin(5t+111.3o) V)Figure 2.58W+-2.4H2H0.1 F5sin5t V5cos5t Auabab+_图2.6 习题2.6的图j2kW1kW-j3.6kWj6kW-3kW+-+2.6 (复杂交流电路，结点电位法)如图2.6所示电路，已知： 。用结点电位法求1kW电阻两端的电压 ，并求虚线部分电路的平均功率、无功功率和视在功率，并根据计算结果说明该部分电路的性质（感性、容性、电阻性）。（答案： , S=6.38 mVA , P=6.3 mW , Q=1.03 mvar）2.7 （复杂交流电路，相量图）如图2.7所示电路，已知I=IL=I1=4A，w=1000rad/s, 电路的有功功率P=120W。求电路参数R、L、C。（答案：10W，8.66mH，57.7mF）图2.8 习题2.8的图-+2WiuS0.4mH100mFuC-+iS2W图2.7 习题2.7的图LRuCiCiLiRi+-i12.8（仿真习题）如图2.8所示电路，已知us=10sin(5000t+45o)V, is=2sin(5000t+60o)A,求电流i的有效值和电容电压uC的瞬时值表达式。 注意：(1) 要区分电源的RMS-有效值与PK-最大值即峰值，(2) iS、uS的初相位应该设置为-60o和-45o （答案：I=4.133A，uC=8.68sin(5000t-79o)V ）2.9（串联谐振）如图2.9所示电路中，已知u=40sin10t(V), i=5sin10t(A), R=3W, L=4H。求网络内的等效串联电路的元件参数值。（答案：5W，2.5mF）图2.10 习题2.10的图abRCu+-R1ciL图2.9 习题2.9的图网络u+-RiL2.10 （谐振电路计算）如图2.10所示电路，已知R=20W, C=0.1F, w=5105rad/s。当u和i同相位时Uab=Ubc。求R1和L的值。（答案：R1=10W, L=20H）2.11 （谐振电路计算）如图2.11所示电路，当U=10V、w=1000rad/s时u与i同相位，而且IR=IL= 。求电路参数R、L、C的值。（答案: R=10W, L=10mH, C=200F）图2.11 习题2.11的图RLu+-iiLiRCuR+-uC+-RLiC图2.12 习题2.12的图-+CiR-Liu2.12 （功率因数提高）如图2.12所示电路，已知 , R=6W, L=25.5mH 。（1）计算该电路的电流IR-L、电路的有功功率P及功率因数cos；（2）欲使电路的cos提高到1，需并联多大的电容C。并联电容后，电流I的值为多少，电路的有功功率P是否有变化？（答案：IR-L=22A, P=2904 W, cos=0.6, C255 F, I=13.2 A）第3章 三相电路习题（4题） 3.1 （三相Y接负载）图3.1所示电路，在线电压为380V、频率为50Hz的三相电源上接入了一组Y形接法负载，（1）当Z1= Z2= Z3=10W 时，求各线电流和中线电流的大小，并求负载消耗的总有功功率和电源提供的总视在功率；（2）当 ，Z2= Z3=10W时，求各线电流和中线电流的大小，并求负载消耗的总有功功率和电源提供的总视在功率；图3.1习题3.1的图Z2NZ3BZ1CA(答案：（1）IA= IB= IC =22A, I0=0, P=14520W, S=14520 VA；（2）IA= IB= IC =I0 =22A, P=12100W, S=14520 VA)3.2 （多组三相对称负载）A balanced D load and a balanced Y load are connected in parallel as in Figure 3.2. , R1=54.85W, R2=13.35W, L=0.04H. Determine the line current iA，iAY and iAL. (Answer: ， ACB图3.2 习题3.2的图R1LR2uABiALiAYiAD ， ）3.3 （三相功率）380V、50Hz的三相电源对Y接对称感性负载提供50 kVA的视在功率和38.3 kW的有功功率。求每相负载的复数阻抗Z。（答案： ）3.4 （仿真习题）图3.4所示三相对称电路，已知r=1W，R=100W，L=0.318H， 。用仿真的方法（1）观察三相电源波形；（2）求线电流iAL和相电流iAB的有效值。注意：1、三相电源用 Y接（3PHY）类型，要将中线接地，其标称电压值是相电压的最大值（相序从上到下依次是A、B、C ）；2、观察电源电压波形时用四通道的虚拟示波器，有一个通道可以不用。（答案：I AL = 4.6A，IAB =2.66A）iALrrriAB+uAB-ABCABCRLRRLL图3.4 习题3.4的图第5章 暂态分析习题（6题） 5.1 图5.1所示电路，已知IS=10mA, R=2kW, R1=1kW, C=1F 。uC(0-)=4V。t=0时开关闭合，用三要素法求换路后的电流i，i1 ，及电压uAB，并画出电压及电流随时间变化的曲线。(答案：i(t)=10-7.2e-200t(mA), i1(t)=7.2e-200t(mA), uAB(t)= -20+21.6e-200t(V) )图5.2习题5.2的图-+USS0.5A50mF8W+iCC-18VuCR2ISR112W-+uABSRC图5.1 习题5.1的图-+iIS-+uCi1RR1AB5.2图5.2所示电路在开关S断开前已处于稳态，在t=0时S断开，求S断开后的uC和iC。（答案：uC(t)= -6+24e-1000t V，iC(t)= -1.2e-1000t A ）5.3 图5.3所示电路在开关闭合前已处于稳态，US=24V，在t=0时S闭合，求t0时的i1(t)。(答案：i1(t)= 3-2e-50t(mA) )2kWSC图5.3习题5.3的图-+i1US-+uCR4R3R2R13kW6kW4kW10mF5.4 图5.4所示电路，电压us波形如图所示，是一个周期性连续脉冲波形，T=5mS, R=5kW, C=0.1F。写出02T和2T3T时的uC和uo的表达式，并画波形图。（答案：t=02T时， ， ； t=2T3T时， 图5.4习题5.4的图C-R+uS-+uo-+uCtuST3.4V05T4T3T6T2T0.3V ， 。其中t=0.5ms）5.5 图5.5所示电路，一个电路盒子中由独立直流电源和电阻组成，测量a、b两端的开路电压Uo=20V(见图a)，测量a、b两端的短路电流Io=1mA(见图b)。若在a、b两端接一未充电的电容C(见图c) ，在t=0时开关闭合，要求开关闭合后10秒电容上的电压达到10V，求应接入多大的电容。（答案：C=721mF）I0(a)电路盒子ab-+U0电路盒子ab(b)电路盒子ab-+ uC t=0SC(c)图5.5 习题5.5的图5.6 （仿真习题：利用仿真的方法学习RL电路的暂态分析）电感线圈（如直流电机电枢绕组、直流继电器线圈）在断电时，在线圈两端会产生一个高电压。用图5.6所示电路, 仿真这个过程，r为线圈内阻，U=1V。（1）用示波器同时检测uR和ur的波形，测量当开关断开时uR的最大值。其中ur的 波形与iL的波形相似，因此用ur的波形代表iL的波形。（2）接入续流二极管D，再重复上述实验。由此仿真得出什么结论。图5.6 习题5.6的图urRiLruRL+-U1V+-0.1H+-1kWSt=0t=0.5SD1W答案：（1）uR(t=0.5S)= -1000V （2）接入续流二极管D后，| uR(t=0.5S) | RZ）+-RZRLUZUZ+-uoui图11.2 习题11.2的图+-RZRLDZUI图11.3 习题11.3的图IIWIZ 11.3 （稳压管计算题）图11.3所示电路，DZ为理想稳压管（即忽略稳压管的正向压降），稳定电压为UZ=10V，稳定电流为IZmin=5mA和IZmax=20mA。输入电压UI=30V，限流电阻RZ=1kW，负载电阻RL=2kW。试分析当输入电压波动10时，电路能否正常工作？如果波动+30，电路还能否正常工作？（答案：当UI=30V时IZ=15mA，当UI波动+10时IZ=18mA，当UI波动-10时IZ=12mA，均能正常工作；当UI波动+30时不能正常工作）11.4 （晶体三极管，判断工作状态）根据晶体管管脚上所测出的电位值（V）,判断图11.4（a）、（b）、（c）所示各晶体管是硅管还是锗管，是NPN型管还是PNP型管及各晶体管的工作状态（饱和、放大或截止）。(a)(b)(c)图11.4 习题11.4的图E B C-2 -2.3 -6E B C1.6 2.3 5E B C1.3 2.0 1.6第12章 晶体管交流放大电路习题（11题）12.1 （晶体三极管，判断工作状态）图12.1所示电路，当输入电压ui为以下三个值时，判断晶体管的工作状态（放大、饱和还是截止）？并求各静态工作点值（IBQ、ICQ、UCEQ）。（设晶体管发射结正向压降UBE=0.7V，饱和压降UCES=0.3V）（提示：求B点电位时可以用戴维宁定理。）图12.1 习题12.1的图RCR1+10Vb=50-5V40kW+VCCui10kW-VEE1kWR2B(1) 0V； (2) 3V； (3) 5V。（答案：（1）截止状态；（2）放大状态；（3）饱和状态 ）12.2. （估算法、图解法）晶体管放大电路如图12.2(a)所示，已知UCC=12V, RC=3kW，RB=226kW，晶体管的b=40。发射结正向压降UBE=0.7V。+uo-+ui-+UCCRCTC2C1RB75mA100mA0 4IC(mA)IB=25 mA50mA12324681012UCE(V)图12.2 习题12.2的图(a)(b)RL+（1） 试用直流通路估算各静态值IB、IC、UCE。（2） 如晶体管的输出特性如图12.2(b)所示，试用图解法求静态工作点IC 、UCE；并求最大不失真输出电压幅值Uom（设RL=）。（3） 在静态时（ui=0）C1和C2上的电压各是多少？（4） 若UCC=10V，今要求UCE=5V，IC=2mA，试求RC和RB的值。（答案：（1）IB=50A、IC=2mA、UCE=6V; （2）UOM5V; （3）UC1=0.7V, UC2=6V;（4）RC=2.5kW, RB=186kW。）12.3. 在图12.3中，晶体管是PNP型锗管，其发射结正向压降UBE=-0.3V。（1） UCC和C1、C2的极性如何考虑？请在图上标出；（2） 设UCC=-12V，RC=3kW，b=75，如果要想将静态值IC调到1.5mA，问RB应调到多大？此时C1和C2上的电压各是多少？（3） 在调整静态工作点时，如不慎将RB调到零，对晶体管有无影响？为什么？通常采取什么措施防止？图12.3 习题12.3的图UCCRCTC2C1RB （答案：（2）RB=585kW, |UC1|=0.3V, |UC2|=7.5V。）12.4. 试判断图12.4中的各个电路能不能放大交流电压信号？为什么？（提示：应考虑静态和动态两个方面。）-UCC(a)+UCC(b)+UCC(c)+UCC(d)+图12.4 习题12.4的图12.5. （静态工作点稳定的共射极放大电路）在图12.5电路中，R1=50kW，R2=10kW， RC=5kW，RE=1kW，b=80，设发射结正向压降UBE=0.7V。（1） 求电路的静态工作点；（2） 求空载电压放大倍数 和输入电阻ri、输出电阻ro；（3）若放大电路接入有负载RL=10kW时，求带载电压放大倍数 ；（4）画出带负载RL=10kW时的小信号等效电路。若输入端作用有ui=5sinwt mV的信号电压时，通过小信号等效电路，求出电流ib、ic和电路输出电压uo。（5）根据电路的静态值和动态值（RL=10kW时），定性画出所示电路中各全量（或总量）电压uB、uC和电流iB、iC的波形，并标明关键点数值。(设电路中各电容的数值足够大。)（答案：（1）IB=16A，IC=1.28mA，UCE=4.3V；（2） ，ri=1.56kW，ro=5kW；（3） ；（4）ib=2.6sinwt A，ic=0.208sinwt mA，uo=0.695sin(wt-180o) V ）+-+-R1R2RCRECEC1C2uiuoVCC(+12 V)图12.5 习题12.5的图BCE12.6 （射极电流负反馈放大电路）图12.6所示电路，RS=1kW，R1=120kW，R2=30kW，RC=5kW，RE=1.5kW，Re=0.5kW，RL=5kW，b=60。(设电路中各电容的数值足够大。)(1) 画出所示电路的小信号等效电路；(2) 求输入电阻ri和输出电阻ro；(3) 若us=10sinwt mV，求电压放大倍数 及输出电压uo；（答案：（2）ri=13.7kW，ro=5kW；（3） ，uo=43.4sin(wt-180o) mV ） +-+-R1R2RCRECEC1C2uSuoVCC+15 V图12.6习题12.6的图RLReRS12.7（射极输出器）如图12.7所示射极输出器，已知RB=200kW，RE=3.9kW，RL=5kW，b=80。求（1）电压放大倍数 ，输入电阻ri和输出电阻ro；（2）若ui=2sinwt V，求uo；（3）若负载电阻变为RL=2kW, ui=2sinwt V，求这时的uo；（4）若信号源是us=2sinwt V且含有RS=2kW的内阻，求这时的uo（RL=5kW时）。（答案：（1） ，ri 94.4kW，ro18.4W；（2）uo=1.984sinwt V；（3）uo=1.972sinwt V;（4）uo=1.942sinwt V ）+-RBRLREC2C1uiVCC+12 V图12.7习题12.7的图uo+-+-+-R1R2RCREC3C1C2uiuo1VCC+15 V图12.8 习题12.8的图uo2+-12.8 （射极电流负反馈放大电路，射极输出器）图12.8所示电路，用以下参数通过计算说明：uo1与ui近似反相输出，uo2与ui近似同相输出。R1=100kW，R2=50kW，RC= RE=2kW，b=80，ui=500sinwt mV。(答案：uo1=-490sinwt mV，uo2=496sinwt mV)12.9 （多级放大器）图12.9所示多级放大器电路，ui =0.3sinwt mV, R11 = 100 kW, R12 = 20 kW, RC1 = 10 kW, RE1 = 2 kW, R21 = 39 kW, R22 = 10 kW, RC2 = 5 kW, RE2 = 1.5 kW, b1 = b2=50。(1) 求当RL = 5 kW时的输出电压uo；(2) 求输入电阻ri、输出电阻ro。+-R111R12RC1111RE1CE1C1C2ui图12.9 习题12.9的图+-R21R22RC2RE2CE2C3uoVCC+12 VRLT1T2（答案：（1）uo=606sinwt mV；（2）ri 2.34kW，ro=5kW）12.10 （多级放大器）图12.10是两级阻容耦合放大电路， 已知b1 = b2=50, 各个电阻的阻值及电源电压都已经标在电路中了。（1）计算前、后级放大电路的静态值（IB、IC、UCE），设UBE =0.6V;（2）画出微变等效电路图；（3）求各级电压放大倍数 及总电压放大倍数 ；图12.10 习题12.10的图+12 VC1uiuo-+-+30kWC2CEC3T2T120kW4kW4kW130kW3kW1.5kW（4）后级采用射极输出器有什么好处？其输出电阻ro是多少？ （答案：（1）IB1=20.6A, IC1IE1=1.05mA, UCE1=3.6V; IB2=40.3A, IC2=2mA, UCE2=6V; （3） ；（4）ro=92W。12.11（差分放大器）图12.11所示电路，RC =4 kW，设晶体管B-E间的交流电阻rbe1=rbe2= 2kW, b1= b2=80, UI1=0.05V, UI2=0.03V。电路在所示信号的作用下，放大电路的共模输出电压UOC=0.01V，求所示电路的差模电压放大倍数Ad，共模电压放大倍数AC及共模抑制比KCMRR。(提示：差模放大倍数 ) 图12.11习题12.11的图UI2+VCCUI1UORERC- VEERC+-+-+-（答案：Ad=-160，AC=0.25，KCMRR=56dB)第13章 运算放大器及应用习题（10题）13.1 （反相求和、同相求和放大器）Find the value of RF and R4 necessary to produce an output VOUT=0V in Figure 13.1. (Answer: RF =60kW，R430kW)Figure 13.1-+60kW30kWRFVOUTUI1=+1VUI2=+2VR1R230kWUI3=-2VR4R3UI4=+4V13.2 （反相积分器） 如图13.2(a)所示反相积分电路，输入波形ui如图13.2(b)所示。求t=0时的输出电压uo(t)的表达式，并画出uo(t)的波形。设t0时电容上的电压为0，运放的UOM = 10V。（答案：当0 t 1ms时，uo(t)= -5tV；当1ms t 3ms时，uo(t)= -5+3(t-1)V；当3ms -2V时，uo= -3.7V；当ui 4V或ui 2V时，uo =9.3V；当2V ui 4V时，uo =0V）Figure 13.10-+-+R=10 kWD1D2uout+4 Vuin+2 V12+5V0tuin第17章 数字电路基础习题(6题)17.1 如果“与”门的两个输入端中，A为信号输入端，B为控制端。设输入A的信号波形如图17.1所示，当控制端B=1和B=0两种状态时，试画出输出波形。如果是“与非”门、“或”门、“或非”门则又如何？分别画出各种门的输出波形。最后总结上述四种门电路的功能。图17.1 习题17.1的图ttBA17.2 试画出图17.2中与非门输出F的波形。图17.2习题17.2的图&ABCtBAttCF17.3 判断图17.3所示的各TTL门电路，哪些电路输出高电平，哪些输出低电平。(提示: TTL门电路输入负载特性有, Ri1.45kW时则Ui1.4V, 此时相当于输入高电平”1”）1(b)&1Fb(a)“1”FaR=800WR=5.1kWR=5.1kW(c)图17.3习题17.3的图Fc17.4 Using Boolean algebra（布尔代数，逻辑代数） techniques, simplify the following expression as much as possible, and implement the logic circuit using gate circuits.（提示：要求画出化简后的逻辑电路图）(1) (2) (3) (4) (5) (答案：(1)F1=A+B；(2) ; (3) F3=B; (4) F4=1; (5) F5=AB+CD )17.5 Use a Karnaugh map（卡诺图） to simplify the following expression to a minimum SOP form (SOP form, sun-of-product form, 积和式，与或式)，and implement the logic circuit using NAND gates（NAND gates，与非门。提示：对最简与或式两次求反得与非与非式后，则可以用与非门实现，与非门中包括非门，要求画出逻辑电路图。）. (1) (2) F2=AC+ABD+BC+BD (3) (4) (5) (答案：(1) ；(2) F2=AC+BD+BC; (3) ;