《模拟电子技术》 吴建军教材 第6章 信号的运算和处理-仿真练习题及答案

第6章信号的运算和处理【Multisim仿真练习题】仿真题6.1在Multism中构建反相输入比例放大电路，如图6.75（a）所示，采用运算放大器的型号为μA741，直流电源供电为±12V。在实际电路实验中，还需要对μA（1）按给定直流输入信号，测量对应的输出电压，把结果记入表6.1中。观察随着输入信号的增大，输出信号的变化，并分析原因。（a）仿真电路（b）包含调零电路的电路图图6.75反相输入比例放大电路解：测试电路如图1所示，电路正常放大。输入输出波形如图2所示。图1测试电路图图2输入输出波形图输入端接入直流电压，进行测试，测试结果如表6.1所示。图3输入端接入直流电压源表6.1反相输入比例放大电路测试数据Ui(V)0.30.50.71.01.11.21.3理论计算值Uo(V)-3-5-7-10-11-12-13仿真测量值Uo(V)-2.987-4.097-6.987-9.986-10.986-11.118-11.118仿真放大倍数Auf-9.956-8.194-9.981-9.986-9.987-9.265-8.552根据数据分析可知，该电路的放大倍数约为10，输出波形与输入波形反相。当输入电压过大时，超出电路输出范围，电路输出失真，输出电压基本保持不变。在该比例放大器的输入端加入1KHz，有效值为0.5V的交流信号，用示波器观察输出波形，并与输入波形相比较。表6.2输入与输出波形图及参数波形对比如图2所示参数UiUo有效值0.5V5V频率1KHz1KHz相位0o180o仿真题6.2在Multism中构建同相输入比例放大电路，如图6.76所示，采用运算放大器的型号为μA741，按给定直流输入信号，测量对应的输出电压，测量表如表6.1所示。观察随着输入信号的增大，输出信号的变化，并分析原因。（2）在该比例放大器的输入端加入1KHz，有效值为0.5V的交流信号，用示波器观察输出波形，并与输入波形相比较。解：该电路测试图如图3所示，输出波形如图4所示。根据数据分析可知，该电路的放大倍数约为10，输出波形与输入波形同相。当输入电压过大时，超出电路输出范围，电路输出失真，输出电压基本保持不变。读者自行测试。图3同相比例放大电路测试图图4输入输出波形图仿真题6.3图6.77实现差分比例运算，根据表6.3的数据进行仿真测试，测量对应的输出电压，把结果记入表6.3中。表6.3差分比例运算电路测试数据输入信号Ui10.20.2－0.2输入信号Ui2－0.30.3－0.3计算值Uo仿真测量值Uo图6.76同相输入比例运算放大电路图6.77差分比例运算电路解：差分比例运算仿真测试图如图5所示。测试数据读者根据表6.3输入信号，自行进行测试。以输入0.2V和0.3V测试输出电压为987.047mV,与理论计算uo图5差分比例放大电路的测试图仿真题6.4图6.78实现反相加法器，根据表6.4的数据进行仿真测试，测量对应的输出电压，把结果记入表6.3中。表6.4反相加法器测试数据输入信号Ui11.01.5－0.2输入信号Ui20.4－0.41.2计算值Uo仿真测量值Uo图6.78反相加法器图6.79积分电路解：反相加法电路仿真图如图6所示。根据测试数据读者根据表6.4输入信号，自行进行测试。图6反相加法电路仿真图仿真题6.5在Multisim中构建加减法电路，输入与输出电压间满足以下关系：电路中的电阻阻值在3~100KΩ之间，根据表6.4的输入数据，测量对应的输出电压，把结果记入表6.表6.5加减法电路测试数据Ui1Ui2Ui3计算值Uo仿真测量值Uo0.40.80.411.02解：加减法电路参考电路如图7所示。图7加减法电路参考图仿真题6.6积分电路如图6.79所示，其中，运放可采用μA741，电阻与电容参数如图所示，（1）当输入电压为幅度为±5（2）当输入为有效值为1V，频率为1KHz的正弦波电压信号时，分析输入与输出的波形，测试输入电压与输出电压的相位差，观察积分电路对输入电压和输出电压相位的影响。（3）当输入为有效值为1V，频率为1KHz的正弦波电压信号时，积分电路引入反馈电阻RF，观察输出电压波形的变化，并测量输出电压与输入电压的相位差，理解反馈电阻对积分电路的影响。解：（1）积分电路如图8所示，闭合开关K1,K2、K3断开，接入输入电压为幅度为±5，脉冲宽度为1ms，周期为2ms的矩形脉冲电压信号图8积分电路仿真图图9矩形脉冲输入对应的输出波形（2）闭合开关K2,K1,K3保持断开，输入为有效值为1V，频率为1KHz的正弦波电压信号，如图10所示输入、输出波形。图10输入、输出波形根据题意，测试两个同频正弦波的相位差，利用示波器光标测试两个波形的波峰相差时间，如图10所示∆t=250μs，周期T=1ms，根据计算公式（3）闭合开关K2和K3,K1仍保持断开，在步骤2的基础上加入反馈电阻。观察示波器输出波形波峰和波谷平顶现象得到改善，如图11所示。这是因为反馈电阻RF1引入的负反馈让低频信号的干扰或失调电压减小，使得输出波形正常。由图可知∆t=253.52μs，周期T=1ms，根据计算公式图11引入反馈电阻后的输入、输出波形仿真题6.7图6.80所示滤波器电路，其中（a）图为二阶低通滤波器，（b）图为二阶高通滤波器，（c）图为带通滤波器，（d）图为带阻滤波器，试通过Multisim中的波特测试仪或频率分析对图6.80所示电路的频率特性分别进行仿真分析：（1）测试滤波器的频率特性；（2）由频率特性确定电路的通带或阻带的截止频率和通带电压放大倍数Aup（a）低通滤波器（b）高通滤波器（c）带通滤波器（d）带阻滤波器图6.80滤波器电路解：（a）该低通滤波器的频率特性如图12所示，截止频率为74.532Hz，通带电压放大倍数Aup图12低通滤波器的频率特性图13波特仪光标测试图（b）高通滤波器的频率特性如图14所示，该滤波器的高频通带较窄。通频带电压放大倍数约为1.5。频带范围为85.281Hz~643.444KHz。实际高通滤波器的频率特性更像一个频带范围较宽的带通滤波器。图14高通滤波器的频率特性图15通频带放大倍数测试图16高通滤波器截止频率测试（c）带通滤波器的频率特性如图17所示，通频带电压放大倍数Aup=2，通带频率范围为100Hz~253.662Hz。图17带通滤波器的频率特性图18通频带放大倍数测试图19带通滤波器截止频率测试（d）带阻滤波器的频率特性如图20所示。阻带范围为667.526Hz~1.673KHz。通带放大倍数约为1.5.图20带阻滤波器的频率特性图21阻带测试仿真题6.8在Multisim中，利用单限比较器的特性，构建一个烟雾浓度报警电路，参考电路如图6.81所示，通过分压电路模拟烟雾传感器检测浓度变化引起的电压改变，作为比较器的输入电压。参考电压UREF图6.81烟雾报警模拟电路解：烟雾报警仿真电路如图22所示。当烟雾浓度转换的电压大于等于6V时，红色报警指示灯点亮。否则，报警指示灯熄灭。图22烟雾报警电路仿真仿真题6.9在Mu