X007-习题课解答-清华大学-电子电路与系统基础

电子电路与系统基础习题课第七讲1、第五周作业讲解2、信号合成与分解（例3.21）李国林清华大学电子工程系下周五习题课地点：明理楼112作业1：用开关实现逻辑与/或/非运算•开关闭合时等效电阻为0，开关断开时等效电阻为无穷。如图所示，说明该电路实现的是逻辑与功能–请设计逻辑或、逻辑非功能李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季2ABAZ高电平为逻辑1低电平为逻辑0高电平开关闭合低电平开关断开灯泡亮为逻辑1灯泡灭为逻辑0LRBDDVDRABZ=AB000010100111ABZ=A+B000011101111AZ=A0110开关串联与运算李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季30A0B1A0B0A1B1A1B21RRR有一个是开路（无穷大电阻），则整体行为就是开路（无穷大电阻）只有两个都闭合（零电阻），整体行为则是短路（零电阻）短路则形成闭合回路，灯泡点亮，输出逻辑1：与运算ABZ=AB000010100111开关并联或运算李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季40A0B1A0B0A1B1A1B21GGG有一个是短路（无穷大电导），则整体行为就是短路（无穷大电导）只有两个都断开（零电导），整体行为则是开路（零电导）短路则形成闭合回路，灯泡点亮，输出逻辑1：或运算ABZ=A+B000011101111开关旁路非运算李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季50ALRDDVDRAZ11ALRDDVDRAZ0AZ=A0110Bypass旁路：提供接地电流路径数字门电路•与、或、非运算是数字逻辑的基本运算•通过开关的串联、并联和旁路，实现与、或、非逻辑运算•开关需要非线性电阻实现–晶体管、二极管、…•第4章之后讨论数字电路设计李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季6作业2直观的理解力•这是一个立方体盒子，每条边为一根金属丝电阻，现希望在对角顶点AG两端加上一个电源电压，立方体的12条边上有相同的热量发出，用于加热这个盒子内部空间。请问12条边上的电阻阻值具有什么样的关系才能达到热量均匀分布12条边的设计目标？你是如何直观地分析出这个结论的？–如果不能直观分析，请列出数学表达式证明你的结论或推导出你的结论。–假设AG两端所加电压为220Vrms交流电，从A到G为一个1kW的加热器，则12条边上的具体电阻阻值为多大？李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季7ABCDEFGH拓扑结构对称性李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季8ABCDEFGHGFCHBEDEA1R1R1R1R1R1R2R2R2R2R2R2R对称性李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季GFCHBEDA1R1R1R1R1R1R2R2R2R2R2R2R1v2v1v22,212,1RVRVPrmsrms632,21,1RVRVIrmsrmsrms释放相同的热量：吸收相同的功率一条支路电流rmsrmsVV,2,1212141RR设计结论：直观解释：电流为1/2，电阻必须4倍才具有相同的功耗李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季10GFCHBEDA1R1R1R1R1R1R2R2R2R2R2R2R2222121314131614131316131RRRRRRRR222312201RkWRVPrms2.1451000220322R3.364121RR短路、开路替代的应用•电路如果具有某种对称结构、或平衡结构（如电桥），则可直接给出短路、开路替代，简化电路分析–开路两点电压相等可短路替代–短路两点电流为零可开路替代–理想运放输入端只能‘虚短’，不能用短路线替代，原因在于短路后可能存在电流，不满足‘虚断’特性李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季11作业3：电路定理的运用练习•求图示电路中流过两个电压源的电流–方法不限，随意解决，方法越多越好•尽量利用电路定理•自行研究：比较哪种方案更好李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季12VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:8李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季13VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:8kR4:6VVS122kR4:5kR6:7kR4:82SV2SR如果求Vs1上的电流，则可以变化除了Vs1支路之外的任何电路14VVS122kR4:5kR4:6kR6:7kR4:8VVS122kR46kR48kR45kR67kR268kR45kR67VVS61,2kR65,68kR67VVS61,215kR4:6VVS122kR4:5kR6:7kR4:8kR65,68kR67VVS61,2kR37,5,68VVS32,2kRS32VVS32电子电路与系统基础李国林电子电路与系统基础李国林16kR2:2VVS51kR1:1kR1:3kR2:4kRS32VVS32清华大学电子工程系2011春季学期VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:817VVS51kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kRS32VVS32ACBDkR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS51VVS32kRS3:2电子电路与系统基础李国林清华大学电子工程系2011春季学期kR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS51VVS32kRS3:2kR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS51kRS3:201IkR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS32kRS3:202I1SI02011IIIS18清华大学电子工程系2011春季学期19kR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS51kRS3:201I1I2ImAkkVRRRRVIS75.34||25||4231101kR1:1AkR2:4CkR2:2kR1:3BDVVS32kRS3:202I1I2I2I21II1I002ImAIIIS75.302011李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季20VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:8kRvTHTH5.1:0:kkkkkkRRRRTH26.24||2.54||42.1||||857mAkkVRRVILSS917.126.24122622kReq26.2:回路电流法验证确认李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季21VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:821543216888857777714747727324224000R-000---00-RR-0-RRRR00-RRRSSlllllVViiiiiRRRRRRRRRRRRRRRmAiiiiilllll9167.18333.01667.28333.27500.354321数值检验李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季22VVS51VVS122kR1:1kR2:2kR1:3kR2:4kR4:5kR4:6kR6:7kR4:89167.18333.01667.28333.27500.354321llllliiiiimA9167.1mA8333.0mA0834.1mA75.3mA9167.0mA1667.2mA5833.1mA6666.0mA8333.2mA1667.0mA9167.1Vv3333.440834.18Vv6667.749167.16Vv3333.348333.05Vv161667.07Vv8333.218333.23Vv8333.129167.02Vv1667.211667.21Vv1667.325833.14哪种方法好•手工采用电路定律随手算，直观方便•计算机辅助矩阵求逆，规范有效•没有计算机时，则需手工快速估算–应用电路定理进行手工估算是基本要求：基本要求–电路定理的应用过程本质上是电路方程代入化简的过程•数学方程求解的电路符号化：直观，具有明确的物理意义李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季23作业4：电路定理的应用练习•请分析确认该电路具有DAC功能？–可采用戴维南-诺顿定理简化分析–其他任意方法分析亦可李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季24VDDI1001数字输入III2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD3D2D1D0电路构件李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季25VDDI1001数字输入III2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD3D2D1D0直流偏置电压源直流恒流源单刀双掷开关GNDGNDR/2R电阻网络：具有特别的属性C/2C电容网络分离：替代定理李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季26VDDI1001数字输入III2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD3D2D1D0VDDVDDVDD恒流源李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季27D3D2D1D0数字输入2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD0IVDDD1IVDDD2IVDDD3IVDD电源合并：替代定理李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季282R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD0ID1ID2ID3I戴维南-诺顿定理2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD0ID1ID2ID3IRRNIDiN0RRNIDIDiN0121RRNIDIDIDiN0122121RRNIDIDIDIDiN012321212110001122330123282222814121nkkkNNTHoutDVIRDDDDIRDDDDRivV李国林电子电路与系统基础29n=4bitDAC为何这种结构？实际结构李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2013年春季30VDDI1001数字输入III2R2R2R2R2RRRR模拟输出VoutD3D2D1D0电流源和开关均可由晶体管在直流偏置电压源的偏置下得以实现第4章：晶体管R/2R电阻网络、C/2C电容网络是DA、AD电路的常见结构作业5用结点电压法列写矩阵方程清华大学电子工程系2013年春季31SVSRbercerbemvgERLRbceBCEPRERPRbev并联负反馈电阻串联负反馈电阻李国林电子电路与系统基础32SVSRbercerbemvgERLRbcePRbevbemebmSSbembemSScebLpcecepceEcebebepbepb