电路第9章练习题答案

第9章 正弦稳态电路的分析 答案例 如图所示正弦稳态电路，已知I1=I2=10A,电阻R 上电压的初相位为零，求相量•I 和•S U 。

解： 电路中电阻R 和电容C 并联，且两端电压的初相为0。

由电阻和电容傻姑娘的电压与电流的相位关系可知：电阻电流•1I 与电压•R U 同相，电容电流•2I 超前电压•R U 相角90○，故ο0101∠=•I A ο90102∠=•I A由KCL 方程，有 ()101021j I I I +=+=•••A由KVL 方程，有 ︒•••∠==++-=+=9010010010010010010101j j I I j U S V例 如图所示正弦稳态电路，R 1=R 2=1Ω。

（1）当电源频率为f 0时，X C2=1Ω，理想电压表读数V 1=3V ，V 2=6V ，V 3=2V,求I S 。

（2）电路中电阻、电容和电感的值不变，现将电源的频率提高一倍，即为2 f 0，若想维持V 1的读数不变，I S 问应变为多少如果把电源的频率提高一倍，而维持V1的读数不变，即R1上的电压有效值U R1＝3V，那么R1上的电流的有效值I也不变，此时仍把•I设置为参考相量，故︒•∠=03I A。

由于L和C1上的电流•I不变，根据电感和电容上电压有效值与频率的关系，电源的频率提高一倍，电感上电压表的读数增大一倍，而电容上电压表的读数降为原来的一半，故电源得频率提高一倍，X C2也降为原来得一半，即所以例如图所示正弦稳态电路，已知I1＝10A，I2=20A，R2=5Ω，U=220V,并且总电压•U与总电流•I同相。

求电流I和R，X2，X C的值。

例 如图所示正弦稳态电路，已知有效值U 1=1002V, U=5002V ，I 2=30A ，电阻R=10Ω，求电抗X 1，X 2和X 3的值。

由电路可得两边取模得已知2550=U V ，所以6002=U V ，故有。

四、习题解答9-1 题9-1图所示为ＴＴＬ与非门构成的微分型单稳态电路，试画出在输入信号I v 作用下，a 、b 、d 、e 、0v 各点波形，求输出0v 的脉冲宽度。

Iv 0v abde0.01Fμ100Ω5.1k Ω题 9-1图解 在输入信号I v 作用下，a 、b 、d 、e 、0v 各点波形如图9-8所示。

3.6V3.6V3.6V3.6V3.6V 0.3V 0.3V0.3V 0.3V 0.3V0.3V-1.5V1.4V 1.4V1.4V-1.5Vd ab etwv Iv脉宽3300.7()(100100)0.0110210w t R R C s s --=+=+⨯⨯=⨯9-2 题9-2图所示为ＣＭＯＳ反相器构成的多谐振荡器，试分析其工作原理，画出a 、b 点及O v 的工作波形，写出振荡周期的公式。

Ov C2R 1R ba题9-2图图9-8 题9-1 波形图解 题9-2图中电路是教材中CMOS 型多谐振荡器的改进电路，阈值电压V T 不同，振荡频率会改变。

C 两端电压峰值变为2V DD ，从而大大减小了由于阈值电压V T 的离散性导致振荡频率的变化。

1R 接入后保护了CMOS 门输入二极管。

a 、b 点及0v 的工作波形如图9-9所示。

振荡周期计算 令1210R R =，有12lnDD T w T V V t R C V +=，222ln DD Tw DD TV V t R C V V -=-，12w w T t t =+ 若1,2T DD V V =则ln 9 2.2T RC RC =≈。

9-3 利用图9-13所示的集成单稳态触发器，要得到输出脉冲宽度等于3ms 的脉冲，外接电容C 应为多少？（假定内部电阻int R Ω（2k ）为微分电阻。

） extC ext R extR intR ext C C CV CC V Ov O v '74121ext/C CCV 2A 1A BIv extC extR int R ext C C CV CCV Ov O v '74121ext/C 2A 1A BIv (b )(a)解 因为int 0.7w t R C =，所以33int 310 2.140.70.7210w t C uF uF R -⨯===⨯⨯ 9-4 题9-4图是用两个集成单稳态触发器74121组成的脉冲变换电路，外接电阻和外接电容的参数如图所示。

第9章 A/D转换与D/A转换9-1 一个8位D/A转换器的分辨率为多少？解答：n位D/A转换器的分辨率为，因此8位D/A转换器的分辨率为。

9-2 图9-27所示电路为3位T形电阻D/A转换器。

（1）试分析其工作原理，求出v O的表达式；（2）如果已知n=8位的D/A转换器中，V REF=-10V，R f=3R，输入D=11010100时，输出电压v O=？（3）如果R f=2R，对应（2）中的输出电压v O又是多少？解答：（1）S3、S2、S1、S0为模拟开关，分别受输入代码d3、d2、d1、d0的状态控制，也就是说输入代码的高低电平状态可控制流入集成运放A反相输入端的电流，也就控制了输出电压的大小。

从而使得输出电压与输入的数字代码成比例关系。

输出电压表达式为：（2）如果已知n=8位的D/A转换器中，V REF=-10V，R f=3R，输入D=11010100时，同理可推出n=8位的D/A转换器的输出电压，即。

（3）如果R f=2R，对应（2）中的输出电压为。

9-3 在图9-8所示的倒T形电阻D/A转换器5G7520的应用电路中，若n=10，V REF=-10V，R f=R，输入D=0110111001时，输出电压v O=？解答：输出电压为9-4 一个8位D/A转换器的最小输出电压增量V LSB为0.02V，当输入代码为01001101时，输出电压v O为多少？解答：输出电压为9-5 不经过采样、保持可以直接进行A/D转换吗？为什么？在采样保持电路，选择保持电容C h时，应考虑哪些因素？解答：A/D转换时，由于输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，因此A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。

采样就是把连续变化的模拟信号在一段时间内的信号用选定的瞬间点对应的值来表示，此值经量化/编码，便得到其对应的数字代码；采样的值是瞬时的，在下一个采样时刻到来之前这个值必须保持，否则对其操作的控制器来说则读不到转换器的输出值。

第9章时序逻辑电路习题解答9.1 d R端和d S端的输入信号如题9.1图所示，设基本RS触发器的初始状态分别为1和0两种情况，试画出Q端的输出波形。

题9.1图解：9.2 同步RS触发器的CP、R、S端的状态波形如题9.2图所示。

设初始状态为0和1两种情况，试画出Q端的状态波形。

题9.2图解：9.3 设主从型JK触发器的初始状态为0，J、K、CP端的输入波形如题9.3图所示。

试画出Q端的输出波形（下降沿触发翻转）。

解：如题9.3图所示红色为其输出波形。

第9章时序逻辑电路225题9.3图9.4 设主从型JK触发器的初始状态为0，J、K、CP端输入波形如题9.4图所示。

试画出Q端的输出波形（下降沿触发翻转）。

如初始状态为1态，Q端的波形又如何？解：如题9.4图所示红色为其输出波形。

题9.4图9.5 设维持阻塞型D触发器的初始状态为0，D端和CP端的输入波形如题9.5图所示，试画出Q端的输出波形（上升沿触发翻转）。

如初始状态为1态，Q端的波形又如何？解：如题9.5图所示红色为其输出波形。

第9章时序逻辑电路226题9.5图9.6 根据CP时钟脉冲，画出题9.6图所示各触发器Q端的波形。

（1）设初始状态为0；（2）设初始状态为1。

（各输入端悬空时相当于“1”）题9.6图解：第9章时序逻辑电路2279.7 题9.7图所示的逻辑电路中，有J和K两个输入端，试分析其逻辑功能，并说明它是何种触发器。

题9.7图=⋅⋅⋅=⋅+⋅解：由图得D Q F J Q Q F J QJ K Q n D Q n+10 0 0 0 00 0 1 1 10 1 0 0 00 1 1 0 01 0 0 1 11 0 1 1 11 1 0 1 11 1 1 0 0此电路为D触发器和与非门组成的上升沿触发的JK触发器。

9.8 根据题9.8图所示的逻辑图和相应的CP、d R、D的波形，试画出Q1和Q2端的输出波形。

设初始状态Q1=Q2=0。

题9.8图解：第9章时序逻辑电路2289.9 试用4个D触发器组成一个四位右移移位寄存器。

检 测 题 (第9章)一、选择题 答案：1. （D ）2. （D ）3. （D ）4. （C ）5. （B ）二、填空题答案：1.单稳态2.截止，高电平3.定时元件R 、C4.微分电路5.输出波形的幅度 三、分析计算解：（1）T+CC 22128,33V V V ==⨯=T-CC 11124,33V V V ==⨯=T+T-844V V V V ∆=-=-= （2）根据I V 上升过程中，I CC 23V V >时，O 0V =，I V 下降过程中，I CC 13V V <时，O 1V =画出波形图如图R9.1（3）T+A T-A 114,4222V V V V V V ====⨯=，T+T-422V V V V ∆=-=-=04812v i (V)v O (V)V OH V OLtt图R9.1四、解：以最简单的三个与非门组成的环形振荡器为例，V A V B V C VD2tpd tpd3tpd图R9.2图T9.2，它是由三个反相器组成的环形振荡器，环形振荡器是由奇数个与非门依次首尾相接组成的环形电路，这个电路没有稳定状态，它必然会产生自激振荡。

其振荡频率完全取决于与非门的平均延迟时间。

设初始瞬态为1A =，经过第1个门的延迟在经第2门延迟，最后第3门延迟而反馈到A 点，使0A =，从1A =到0A =总过需要经历D1D2D31t t t T ++=的时间。

同理，使0A =变为1A =也要经历相同的时间过程。

因此振荡周期为126pd T T t ==（在美级门的平均延迟时间相等的情况下），故每级门的平均传输延迟时间为D /6t T =，从示波器荧光屏上读出波形周期T ，算出D t 的值。

各门输出波形如图图T9.2所示。

基于上述原理，将任何3≥的奇数个反相器首尾连接成环形电路都能产生自激振荡，振荡周期2pd T nt =。

五、答：（1）图P9.3（a ）构成对称式多谐振荡器，图T9.3(b)构成石英晶体多谐振荡器 （2）T9.3（a ）的振荡周期频率为OH IK OH TH 12,nV V T Rfcl f V V T-≈=-，T （或f ）与R 、C及OH V 、OL V 、T V 有关，图T9.3(b)的振荡频率f 非常稳定，仅由晶体的谐振荡频率决定。

习题九解答9－1 解：谐振频率0ω为：()s rad LC/1051020010201151230⨯=⨯⨯⨯==--ω；100102001020100111230=⨯⨯===--C L R R LQ ω； 谐振时电流I ，电压L U ，C U 为： ()A R U I 1.010010===()V QU LI U L 1000101000=⨯===ω()V QU I CU C 10001010010=⨯===ω9－2 解：（1）谐振时，R I U 00=，()Ω=⨯==∴-3300101011I U R ；00QU U C =，100110000===∴U U Q C ； C L R Q 1=，531010010=⨯=∴CLLCf 1200==πω ，61021⨯=∴πLC⎩⎨⎧==∴pfC mH L 59.19.15 （2）100=Q（3）()s rad Q BW /102100102460⨯=⨯==ππω9－4 解: UI P =max ,即1cos =ϕ，电路发生了串联谐振。

（1）根据谐振条件CL 001ωω=，可得： ()()H C L 02.01082500116220=⨯⨯==-ω；由W R U I R UI P 10022max====,得()Ω===1100102max P U R ，则电路的品质因数50102.025000=⨯==RLQ ω（2）各电压电流相量为：VU o 1510.∠=，VU U o R 1510..∠==，A RUI o 1510..∠==，V j U jQ U ooL 105500151050..∠=∠⨯==，V U U o L C 75500..-∠=-=U .9－5 解:当Q>>1时，原电路可看做为0G 、L 、C 并联电路，且：L RCLR G ==2200ω，所以原电路可化为： （1）谐振时，R 获得max P ，则0G 获得max P ，而LC于开路，Ω=∴K R 500，S G 3010501⨯=；又1000==G CQ ω ，U ..C()F QG C 96301021010501100-⨯=⨯⨯==∴ω； ()()mH C L LCQ 5.01021011,1,1926200=⨯⨯==∴=∴>>-ωω()Ω=⨯⨯⨯⨯==∴=--51021050105.0,93300C LG R L RC G （2）()()mA G U I s 1105050100150200=⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=； ()V G I U 5010501013300=⨯⨯⨯==-；()W I U P s 1.010*******=⨯⨯==-9－7 解: 将L 与电压源串联化为L 与电流源并联，由W P 1000=，且只有电阻消耗有功，可知()A RPI R 10==，R s I I = ，且R C L s I I I I ....++=，∴电路发生并联谐振，()Ω-=10C X 。

第9章 信号发生电路自测题填空题1．正弦波振荡电路属于 反馈电路，它主要由 、 、 和 组成。

其中， 的作用是选出满足振荡条件的某一频率的正弦波。

2．自激振荡电路从1AF >到1AF =的振荡建立过程中，减小的量是 。

3．RC 正弦波振荡电路、LC 正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路是按组成 的元件不同来划分的。

若要求振荡电路的输出频率在10kHz 左右的音频范围时，常采用 元器件作选频网络，组成 正弦波振荡电路。

4．在正弦波振荡电路中，为了满足振荡条件，应引入 反馈；为了稳幅和减小非线性失真，可适当引入 反馈，若其太强，则 ，若其太弱，则 。

5．在 型晶体振荡电路中，晶体可等效为电阻；在 型晶体振荡电路中，晶体可等效为电感。

石英晶体振荡电路的振荡频率基本上取决于 。

6．当石英晶体作为正弦波振荡电路的一部分时，其工作频率范围是 。

`7．集成运放组成的非正弦信号发生电路，一般由 、 和 几个基本部分组成。

8．非正弦波发生电路产生振荡的条件比较简单，只要反馈信号能使 的状态发生跳变，即能产生周期性的振荡。

9．方波和矩形波输出电压的幅值取决于比较器的 ；三角波和锯齿波输出电压的幅值取决于比较器的 。

答案：1．正、放大电路、反馈网络、选频网络、稳幅环节、选频网络。

2．放大倍数。

3．选频网络、RC 、RC 。

4．正、负、不易起振、容易产生非线性失真。

5．串联、并联、石英晶体本身的谐振频率。

6．s p f f f ≤≤。

7．开关元件、反馈网络、延迟环节。

8．比较器。

9．输出电压、阈值电压。

选择题1．为了满足振荡的相位平衡条件，反馈信号与输入信号的相位差应该等于 。

A ．o90； B ．o 180； C ．o 270； D ．o 360。

2．为了满足振荡的相位条件，RC 文氏电桥振荡电路中放大电路的输出信号与输入信号之间的相位差，合适的值是 。

【A ．o90； B ．o 180； C ．o 270； D ．o 360。

第九章习题参考答案9-1对应于图9-la 逻辑图，若输入波形如图9-54所示，试分别画出原态为0和原 态为1对应时刻得Q 和◎波形。

3D 八图9-54逆9-1图解得到的波形如题9-1解图所示。

9-2逻辑图如图9-55所示，试分析它们的逻辑功能，分别画出逻辑符号，列出逻辑 真值表，说明它们是什么类型的触发器。

解 对于（a ）：由图可写出该触发器的输出与输入的逻辑关系式为：(9-1)原态为•丿京态为a) b)图9-55题9-2图下面按输入的不同组合，分析该触发器的逻辑功能。

(1) R n =1、S D =0若触发器原状态为0，由式(9-1)可得Q=0、Q =1 ；若触发器原状态为1，由式(9-1) 同样可得Q =0、Q = 1。

即不论触发器原状态如何，只要R D =1、S° =0，触发器将置成0态。

(2) R D=0、S°=l用同样分析可得知，无论触发器原状态是什么 > 新状态总为：Q =1・Q=0，即触发器被置成1态。

(3) R[)=Sj)=0按类似分析可知，触发器将保持原状态不变。

⑷= s° = 1两个“与非”门的输出端Q和Q全为0，这破坏了触发器的逻辑关系，在两个输入信号同时消失后，由于“或非”门延迟时间不可能完全相等，故不能确定触发器处于何种状态。

因此这种情况是不允许出现的。

逻辑真值表如表9-1所示，这是一类用或非门实现的基本RS触发器，逻辑符号如題9-2(a) 的逻辑符号所示。

对于(b)：此图与(a)图相比，只是多加了一个时钟脉冲信号，所以该逻辑电路在CP =1时的功能与(a)相同，真值表与表9-1相同；而在CP=0时相当于(a)中(3)的情况，触发器保持原状态不变。

逻辑符号见趣9-2 (b)逻辑符号。

这是一类同步RS触发器。

Q1000]表9」題9・2 (a)真值表00不变1 1 不定题9・2 (a)的逻辑符号9-3同步RS 触发器的原状态为1，R 、S 和CP 端的输入波形如图9-56所示，试画出 对应的Q 和。

第9章电力系统三相短路一、填空题1.电力系统各种短路故障类型中，三相短路的后果最严重。

2.无限大功率电源供电系统发生三相短路时，某一相出现冲击电流的两个条件是：短路前电源处于空载状态和该相电源电压合闸相角为零。

3.短路电流的周期分量又可称为交流分量或强制分量，非周期分量又可称为直流分量或自由分量。

4.无限大功率电源供电系统发生三相短路时，最多只有一相出现冲击电流的原因是电源各相电压的合闸相角不同，造成短路电流非周期分量的起始值不同。

5.短路电流可能出现的最大瞬时值称为短路冲击电流。

6.断路器的遮断容量应大于（填“大于”或“小于”）短路点的短路容量。

7.发电机机端发生三相短路后，在考虑阻尼绕组作用的情况下，会经历次暂态阶段、暂态阶段和稳态短路阶段，这三个阶段各自对应的发电机电抗大小关系为x d’’<x d’<x d（填“＞”或“＜”）。

8.在实际工程中，常需要计算短路发生后任意时刻的短路电流，此时需要用到运算曲线法。

9.在利用运算曲线法计算短路电流时，须将转移电抗进行容量归算，转换为计算电抗。

二、选择题1.关于短路电流的周期分量和非周期分量，下列说法正确的是（D）（1）无限大功率电源供电系统发生三相短路时，周期分量和非周期分量都不发生衰减（2）无限大功率电源供电系统发生三相短路时，非周期分量随时间不断衰减，周期分量的幅值保持不变（3）有限大功率电源供电系统发生三相短路时，周期分量和非周期分量都会逐渐衰减到零（4）有限大功率电源供电系统发生三相短路时，非周期分量随时间不断衰减，周期分量的幅值经过一定时间的衰减以后达到一个稳定值A.（1）（3）B.（1）（4）C.（2）（3）D.（2）（4）2.冲击电流是指最恶劣条件下短路发生后哪一瞬间的值（A）A.0.01sB.0.02sC.0.1sD.0s3.如果发电厂高压母线发生三相短路，计算冲击电流时，冲击系数应取（B ）A.1.80B.1.85C.1.90D.1.954.在校验设备动稳定时，要用到下面哪一个电流（A ）A.短路冲击电流 B.短路全电流最大有效值C.短路电流周期分量有效值D.短路电流非周期分量起始值5.在校验开关设备具有的开断电流的能力时，要用到下面哪一个电流（B ）A.短路冲击电流 B.短路全电流最大有效值C.短路电流周期分量有效值D.短路电流非周期分量起始值三、简答题1.无限大功率电源有什么特点？短路计算时，什么情况下可以将等值电源看作无限大功率电源？2.电力系统中某一点的短路容量是如何定义的？该物理量有何意义？3.起始次暂态电流的计算步骤是怎样的？4.利用运算曲线法计算短路电流的步骤和方法是怎样的？起始次暂态电流和稳态短路电流可以用运算曲线法来计算吗？四、计算题1.如图所示的无穷大功率电源系统，当取S B =100MVA ，U B =U av ，求f 点发生三相短路时的冲击电流是多少？短路功率是多少？f (3)~115kV0.4Ω/km 40km30MVA u k %=10.56kV 0.3kA X R %=40.08Ω/km 0.5km解：始端线路电抗标幺值为：121.0115100404.021=⨯⨯=x 变压器电抗标幺值为：35.0301001005.102=⨯=x 电抗器电抗标幺值为：164.13.61003.036100423=⨯⨯⨯=x 末端线路电抗标幺值为：101.03.61005.008.024=⨯⨯=x则无穷大电源对短路点的转移电抗为：x f =x 1+x 2+x 3+x 4=1.736则短路电流标幺值为：I f *=1/x f =1/1.736=0.576短路电流有名值为：)kA (279.53.63100576.03=⨯⨯=⨯=⨯=**av B f B f f U S I I I I 短路冲击电流有名值为：)kA (44.13279.580.122=⨯⨯=⨯=f im ch I k i 短路功率（或短路容量）有名值为：S d =S d*×S B =I f *×S B =0.576×100=57.6(MVA)2.试求下图所示系统中f 点发生三相短路时的''P I 和ch i 。