第3章习题解答
第三章习题解答
第三章习题解答一、判断下列说法是否正确，凡对的在括号内打“√”，否则打“×”。
（1）现测得两个共射放大电路空载时的电压放大倍数均为－100，将它们连成两级放大电路，其电压放大倍数应为10000。
( )（2）阻容耦合多级放大电路各级的Q点相互独立，( )它只能放大交流信号。
( )（3）直接耦合多级放大电路各级的Q点相互影响，( )它只能放大直流信号。
( )（4）只有直接耦合放大电路中晶休管的参数才随温度而变化。
( )（5）互补输出级应采用共集或共漏接法。
( )二、现有基本放大电路：A.共射电路B.共集电路C.共基电路D.共源电路E.共漏电路根据要求选择合适电路组成两级放大电路。
（1）要求输入电阻为1kΩ至2kΩ，电压放大倍数大于3000，第一级应采用，第二级应采用。
（2）要求输入电阻大于10MΩ，电压放大倍数大于300，第一级应采用，第二级应采用。
（3）要求输入电阻为100kΩ～200kΩ，电压放大倍数数值大于100，第一级应采用，第二级应采用。
（4）要求电压放大倍数的数值大于10，输入电阻大于10MΩ，输出电阻小于100Ω，第一级应采用，第二级应采用。
（5）设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且，输出电阻R o＜100，第一级应采用，第二级应采用。
三、选择合适答案填入空内。
（1）直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是。
A.电阻阻值有误差B.晶体管参数的分散性C.晶体管参数受温度影响D.电源电压不稳定（2）集成放大电路采用直接耦合方式的原因是。
A.便于设计B.放大交流信号C.不易制作大容量电容（3）选用差分放大电路的原因是。
A.克服温漂B. 提高输入电阻C.稳定放入倍数（4）差分放大电路的差模信号是两个输入端信号的，共模信号是两个输入端信号的。
A.差B.和C.平均值（5）用恒流源取代长尾式差分放大电路中的发射极电阻R e，将使电路的。
A.差模放大倍数数值增大B.抑制共模信号能力增强C.差模输入电阻增大（6）互补输出级采用共集形式是为了使。
第3章习题答案
思考题：题3.1.1 组合逻辑电路在结构上不存在输出到输入的 ，因此 状态不影响 状态。
答：反馈回路、输出、输入。
题3.1.2 组合逻辑电路分析是根据给定的逻辑电路图，而确定 。
组合逻辑电路设计是根据给定组合电路的文字描述，设计最简单或者最合理的 。
答：逻辑功能、逻辑电路。
题3.2.1 一组合电路输入信号的变化顺序有以下三种情况，当 时，将可能出现竞争冒险。
（A ）00→01→11→10 （B ）00→01→10→11 （C ）00→10→11→01 答：B题3.2.2 清除竞争冒险的常用方法有（1）电路输出端加 ；（2）输入加 ；（3）增加 。
答：电容，选通脉冲，冗余项。
题3.2.3 门电路的延时时间是产生组合逻辑电路竞争与冒险的唯一原因。
（ ） 答：×题3.2.4 根据毛刺产生的方向，组合逻辑的冒险可分为 冒险和 冒险。
答：1型、0型。
题3.2.5 传统的判别方法可采用 和 法来判断组合电路是否存在冒险。
答：代数法、卡诺图。
题3.3.1 进程行为之间执行顺序为 ，进程行为内部执行顺序为 。
答：同时、依次。
题3.3.2 行为描述的基本单元是 ，结构描述的基本单元是 。
答：进程、调用元件语句。
题3.3.3 结构体中的每条VHDL 语句的执行顺序与排列顺序 。
答：无关题3.4.1串行加法器进位信号采用 传递，而并行加法器的进位信号采用 传递。
（A ）超前，逐位 （B ）逐位，超前 （C ）逐位，逐位 （D ）超前，超前 答：B题3.4.2 一个有使能端的译码器作数据分配器时，将数据输入端信号连接在 。
答：使能端题 3.4.3 优先编码器输入为70I I -（0I 优先级别最高），输出为2F 、1F 、0F （2F 为高位）。
当使能输入00,651====I I I S 时，输出012F F F 应为 。
答：110题3.4.4 用4位二进制比较器7485实现20位二进制数并行比较，需要 片。
第三章习题解答
第3章 力学基本定律与守恒律 习题及答案1．作用在质量为10 kg 的物体上的力为i t F)210(+=N ，式中t 的单位是s ，(1)求4s 后，这物体的动量和速度的变化．(2)为了使这力的冲量为200 N ·s ，该力应在这物体上作用多久，试就一原来静止的物体和一个具有初速度j 6-m ·s -1的物体,回答这两个问题．解: (1)若物体原来静止，则i t i t t F p t 1401s m kg 56d )210(d -⋅⋅=+==∆⎰⎰,沿x 轴正向，ip I imp v111111s m kg 56s m 6.5--⋅⋅=∆=⋅=∆=∆ 若物体原来具有6-1s m -⋅初速，则⎰⎰+-=+-=-=t tt F v m t m F v m p v m p 000000d )d (,于是⎰∆==-=∆t p t F p p p 0102d,同理， 12v v ∆=∆,12I I=这说明，只要力函数不变，作用时间相同，则不管物体有无初动量，也不管初动量有多大，那么物体获得的动量的增量(亦即冲量)就一定相同，这就是动量定理． (2)同上理，两种情况中的作用时间相同，即⎰+=+=tt t t t I 0210d )210(亦即 0200102=-+t t 解得s 10=t ，(s 20='t 舍去)2．一颗子弹由枪口射出时速率为10s m -⋅v ，当子弹在枪筒内被加速时，它所受的合力为 F =(bt a -)N(b a ,为常数)，其中t 以秒为单位：(1)假设子弹运行到枪口处合力刚好为零，试计算子弹走完枪筒全长所需时间；(2)求子弹所受的冲量．(3)求子弹的质量． 解: (1)由题意，子弹到枪口时，有0)(=-=bt a F ,得ba t =(2)子弹所受的冲量⎰-=-=tbt at t bt a I 0221d )(将bat =代入，得 ba I 22=(3)由动量定理可求得子弹的质量202bv a v I m == 3．如图所示，一质量为m 的球，在质量为M 半径为R 的1/4圆弧形滑槽中从静止滑下。
第3章思考题和习题解答
第3章短路电流计算3-1 什么叫短路？短路的类型有哪些？造成短路的原因是什么？短路有什么危害？答：短路是不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。
短路种类有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路。
短路的原因主要有设备绝缘自然老化，操作过电压，大气过电压，污秽和绝缘受到机械损伤等。
短路的危害有：1 短路产生很大的热量，导体温度身高，将绝缘损坏。
2 短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏。
3 短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏。
4 短路造成停电，给国家经济带来损失，给人民生活带累不便。
5严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步发电机失去同步，严重的可能造成系统解列，甚至崩溃。
6 不对称短路产生的不平横磁场，对附近的通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。
3-2 什么叫无限大功率电源供电系统？它有什么特征？为什么供配电系统短路时，可将电源看做无限大功率电源供电系统？答：所谓“无限大容功率电源”是指端电压保持恒定、没有内部阻抗和功率无限大的电源，它是一种理想电源，即相当于一个恒压源。
无限大功率电源供电系统的特征是：系统的容量无限大、系统阻抗为零和系统的端电压在短路过程中维持不变。
实际上并不存在真正的无限大功率电源，任何一个电力系统的每台发电机都有一个确定的功率，即有限功率，并有一定的内部阻抗。
当供配电系统容量较电力系统容量小得多，电力系统阻抗不超过短路回路总阻抗的5%~10%，或短路点离电源的电气距离足够远，发生短路时电力系统母线降低很小，此时可将电源看做无限大功率电源供电系统，从而使短路电流计算大为简化。
3-3无限大功率电源供电系统三相短路时，短路电流如何变化？答：三相短路后，无源回路中的电流由原来的数值衰减到零；有源回路由于回路阻抗减小，电流增大，但由于回路内存在电感，电流不能发生突变，从而产生一个非周期分量电流，非周期分量电流也不断衰减，最终达到稳态短路电流。
习题答案第3章
t s (2%) 4T
T ，为惯性环节的时间常数。 将已知数据 t s (2％)＝15 秒代入上式，求得惯性环节的时间常数 T
则闭环传递函数为
3.75 秒。
WB ( s )
单位反馈系统的开环传递函数为
1 15s 1
WK ( s )
WB ( s) 1 1 WB ( s ) 15s
s0
劳斯表中出现 s 行为全 0 行，且无符号变化，则闭环系统临界稳定，有 2 对对称于原 点的特征根。可通过辅助方程得到。
3
令 F ( s ) 3s 18s 12 0
4 2
解得
3-9 系统如图 P3-4 所示，问 取何值系统方能稳定。
s1, 2 j 0.87 ， s 3, 4 j 2.29 10 s ( s 1)
则 令 xc (t ) 0
xc (t ) L1 [ X c ( s )] 1 e t cos(3t )
可得 t m 0.94 s
阶跃响应的最大峰值 根据超调量的定义
x max (t m ) 1.37
%
调节时间 t s (5%)
x max (t m ) xc () 100% 37% x c ( )
0.2 sX c ( s ) 2 X r ( s )
又输入信号为 X r ( s )
1 ，则输出 s
X c ( s ) 10 s2
拉氏反变换后，得单位阶跃响应为
xc (t ) 10t
c (t ) 0.24 x c (t ) （2） 0.04 x
微分方程两侧同时取拉氏变换，得
5 4 3 2
（4） s 4 s 4 s 4 s 7 s 8s 10 0
第三章部分习题解答
(b) ( A + B)(AB ) = AAB + BAB = AB
(c) ABC(B + C ) = ( A + B + C )(B + C ) = C + B( A + B ) = C + AB
(d) A + ABC + ABC + CB + CB = A(1 + BC + BC) + C(B + B ) = A + C
L3 = A3 ⊕ C
可分别用异或门、三态门设计逻辑电路，如图题解 3.4.4a、b 所示。
图题解 3.4.4
7
3．4．7 某雷达站有 3 部雷达 A、B、C，其中 A 和 B 功率消耗相等，C 的 功率是 A 的两倍。这些雷达由两台发电机 X 和 Y 供电，发电机 X 的最大输出功 率等于雷达 A 的功率消耗，发电机 Y 的最大输出功率是 X 的 3 倍。要求设计一 个逻辑电路，能够根据各雷达的启动和关闭信号，以最节约电能的方式启、停 发电机。
X = ABC + ABC + ABC + ABC = AB ⊕ C + B A ⊕ C
Y =AB+C 由逻辑表达式可设计出最节约电能的发电机启、停方式的逻辑电路，如图 题解 3.4.7b 所示。
表题解 3.4.7
A
B
C
X
Y
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
《计算机组成原理》第3章习题答案
第3章习题解答1 1．．指令长度和机器字长有什么关系指令长度和机器字长有什么关系??半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思么意思? ?解：解：指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度可以等于机器字长，指令长度可以等于机器字长，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或也可以大于或小于机器字长。
通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
2 2．．零地址指令的操作数来自哪里零地址指令的操作数来自哪里??一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得寻址方式获得??各举一例说明。
各举一例说明。
解：解：双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。
双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器中。
例如，前述零地址和一地址的加法指令。
前述零地址和一地址的加法指令。
3 3．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，指令长度指令长度16位；每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。
操作数、单操作数和双操作数三类。
若双操作数指令已有若双操作数指令已有K 种，无操作数指令已有L 种，问单操作数指令最多可能有多少种单操作数指令最多可能有多少种??上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少? ? 解：解：解：X= (2X= (24一K)×26一[L/26]双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：224一1。
单操作数指令的最大指令数：15×2单操作数指令的最大指令数：15×26一l(l(假设双操作数指令仅假设双操作数指令仅1条，为无操作数指令留出1个扩展窗口个扩展窗口))。
第三章习题解答及参考答案
(
)
①
2 式中 m 为整数。令 u = αr ，显然上式是 u 的周期函数，周期为 2π ，故可展开成傅里 ∞ 1 1 + sgn (cos u ) = ∑ Cn e inu 2 2 n = −∞
叶级数：
其中，
Cn =
1 2π
∫
π 2
−π 2
e −inu du =
sin (nπ 2) nπ
②
遂有：
∞ 1 1 sin (nπ 2 ) inαr 2 e + sgn cos αr 2 = ∑ 2 2 nπ n= −∞
②
σ ( f x ,0 ) 2λd i =1− f x = 1− f x f0 σ0 l
l l ≤ λd i f x ≤ (见附图3 - 4(b)) 4 2
2 1 l l σ ( f x ,0 ) = (l − λd i f x ) l − = − λd i l f x 2 2 2
λd ；两个一级分量与中央亮斑 L
附图 3-2
习题[3-2]图示
附图 3-3
归一化强度分布
[3-3]
将面积为 10 mm × 10 mm 的透射物体置于一傅里叶变换透镜的前焦面上作频谱分析。
用波长 λ = 0.5 µ m 的单色平面波垂直照明，要求在频谱面上测得的强度在频率 140 线/mm 以下能准确代表物体的功率谱。并要求频率为 140 线/mm 与 20 线/mm 在频谱面上的间隔为 30mm,问该透镜的焦距和口径各为多少？ 解：取面积为10mm ×10mm 的透射物体的对角线方向为 x 轴。因要求在 140 线/mm 以下的 空间频率成分不受到有限孔径的渐晕效应的影响，故透镜的口径 D 应满足条件：
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当线圈改接在交流电源上时，阻抗模
感抗
电感
3.7当30V的直流电压加到某一线圈上时，消耗的功率为150W；改用230V的交流电压加到同一线圈上时，消耗的功率为3174W。求此线圈的感抗。
谐振频率
品质因数
谐振特征
电路呈纯阻性，阻抗最小，电流最大。
电阻电压等于电源电压，电感、电容上的电压大小相等、方向相反。
电路局部过电压，有可能会出现电感电压UL（电容电压UC）远远大于电源电压U的现象，因此，串联谐振又称为电压谐振。
电源不输出无功功率，电感与电容间进行能量交换。
(2)并联谐振
谐振的条件
两个正弦量之间的相位差为
（2） ，
波形图及相量图如图3.8所示
3.3两正弦交流电流分别为 ， ，试用相量法及相量图法求i=i1+i2的瞬时值三角函数式。
解：(1)相量法求解，采用幅值相量
（2）相量图法求解，如图3.9所示。
3.4图3.10所示为某电路中电压和电流的波形图。试分别写出它的三角函数表达式、相量形式，做出相量图，并求出其相位差。
3.2典型例题分析
例3.1下列各式是否正确？为什么？
（1）
（2）
（3）
（4）
解：（1）式不正确。 是随时间做正弦变化的正弦电流，而 为表示该电流的相量，两者是不相等的。但相量表示了正弦电流的幅值和初相位，所以正弦量可以用相量表示。
（2）式正确。根据欧拉公式，可得
“Im”表示取复数虚部，而复数 的虚部就是 。
2.阻抗及其串、并联
（1）.当n个阻抗如图3.3（a）所示串联时，等效阻抗Z为
（2）.当n个阻抗如图3.4（a）所示并联时，等效阻抗满足
当两个阻抗并联时，它的等效阻抗为
分流公式
分别对应 之路的电流。
注：应用上述公式时，阻抗Z是复数。
3.RLC串联交流电路
RLC串联交流电路如图3.5所示。
1.瞬时值关系，即时域模型如图3.5（a）所示
解：三角函数表达式
相量形式
相位差
相量图如图3.11所示。
3.5有一个220V、4.2kW的电炉（纯电阻），接在220V的交流电源上，试求通过电炉的电流和正常工作时的电阻。
解：
3.6把一个线圈接在48V的直流电源上，电流为8A；将它改接于50Hz、120V的交流电源上，电流为12A，求线圈的电阻和电感。
第3章单相正弦交流电路
基本知识点：理解正弦交流电的三要素、相位差和有效值的概念；掌握正弦交流电的各种表示方法以及相互间的关系；理解电路基本定律的相量形式和阻抗的概念，并掌握采用相量法计算简单正弦交流电路的方法；掌握有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的概念，了解提高电路的功率因数的方法及经济意义；了解电路的频率特性。
视在功率常用来表示电源设备的容量，表示它能向负载提供的最大功率。它定义为
为便于记忆，常引入如图3.7所示的功率三角形来辅助记忆，它与前面提到的电压三角形和阻抗三角形为相似三角形。
注意：电路中的有功功率和无功功率守恒，即
但视在功率不守恒，即
5．功率因数的提高
(1)功率因数
其大小取决于负载本身的参数。工业设备大多是感性负载，功率因数一般在0.5~0.8左右。当功率因数不等于1，电路中发生能量互换，出现无功功率，会有以下两方面危害：
谐振频率，当 时，
品质因数
谐振特征
电路呈纯阻性，阻抗最大，电流最小。
电阻电压等于电源电压，电感、电容上的电压大小相等、方向相反。
电路局部过电流，因此，并联谐振又称为电流谐振。
3.1.5交流电路的功率关系
1．瞬时功率p，单位为瓦特（W）
上式包含两项，第一项恒大于零，是不可逆部分，反映了网络消耗能量的情况；第二项是可逆部分，反映了网络内部、网络与电源之间能量交换的情况。
表3.1.1单一参数正弦交流电路
元件名称
电阻
电感
电容
时域伏安关系
时域模型
波形图
在正弦交流电路中
相量关系
相量模型
相量图
阻抗
R
感抗
阻抗
容抗
阻抗
有效值关系
相位关系
与 同相
超前 90
滞后 90
平均功率
无功功率
3.1.4一般单相交流电路
1.基尔霍夫定律的相量形式
KCL:
KVL:
这里要注意的是电流、电压的相量的和，而不是有效值的和，在后面例题中会遇到。
例3.2正弦交流电路如图3.9所示，已知 ， ， ，且 与 同相。试求端电压有效值U及电路消耗的有功功率P。
解：为便于叙述、计算，其它物理量的参考方向如图3.10（a）所示，
设 为参考相量，则
解：
例3.2如图3.1所示日光灯电路，接于220V、50Hz交流电源上工作，测得灯管电压为100V、电流为0.4A、镇流器的功率为7W。求：（1）灯管的电阻RL和镇流器的电阻R和电感L；(2)灯管消耗的有功功率、电路消耗的总有功功率以及电路的功率因数；（3）欲使电路的功率因数提高到0.9，需并联多大的电容？
3.10图3.15所示电路中电压表V1和V2的读数都是5V，试求两图中电压表V的读数。
解：图3.15两图中，两元件都是串联的关系，设端口电流i的参考方向如图3.16（a）、（b）所示，设电流为参考相量，即 。因电容元件的电压滞后其电流 ，由图3.16（c）知，
已知电压（电流）的有效值形式（即初相位未知），且无源元件参数待求。
选择参考相量（即初相位为零的相量）：串联电路选电流为参考相量；并联电路选电压为参考相量；混联电路选并联支路的电压为参考相量。
从参考相量出发，利用每一元件及支路间电压、电流的相位关系和电路中KCL、KVL的约束方程定性画出相量图。
利用相量图表示的几何关系，求得所需的电流相量和电压相量。
3.1基本理论
3.1.1正弦交流电基本概念
1.正弦量
定义：随时间按正弦规律变化的电压和电流，称为正弦交流电或正弦量。
2.正弦量的三要素
正弦量的三要素：幅值、角频率和初相位
以正弦电流为例，正弦电流的瞬时表达式为
式中，Im为幅值，ω为角频率， 为初相位。
（1）幅值（最大值）和有效值
幅值：用Im、Um表示；
2.相量法
运用相量和相量模型来分析正弦稳态电路的方法称为相量法。直流电路中学习过的各种定理、公式和方法均可引用到正弦稳态电路的分析，所不同的是，电压、电流应以相量表示，电阻、电感和电容以及它们所组成的串并联电路应以阻抗来表示。运用相量法分析正弦稳态电路，根据已知条件，共有两种题型：解析法和相量图法。具体分析步骤如下：
（3）初相位
：称为正弦量的相位角，t=0时的相位角 称为初相位
相位差：两个同频率的正弦量的相位之差等于初相位之差。
例如，设两个同频率正弦电压u和电流i分别为
则
注意：初相位 和相位差 的主值范围为
，
3.1.2正弦量的相量表示法
1．三角函数表示法：也称瞬时值表示法，例
2.正弦波形图表示法：如图3.1所示。
发电设备的容量没有被充分利用；
增加线路和供电系统的功率损耗。
(2)功率因数的提高
条件
保持用电设备原有的额定电压、额定电流及功率不变，即工作状态不变。
方法
常用的方法是在供电线路或感性负载两端并联电力电容器。其电路图和相量图如图3.8所示。
所需并联电容值为
3.1.6正弦稳态电路的分析与计算
1.相量模型
在正弦稳态情况下，将时域模型中的正弦量表示为相量，无源元件参数表示为阻抗，这样得到的模型称为电路的相量模型。
上述结果表明，电阻元件始终是在消耗有功功率，而电感元件和电容元件实际是不消耗有功功率的。有功功率是反映电路实际消耗功率情况的，电路总的有功功率也就是消耗在电路各电阻上的有功功率之和。
3．无功功率Q，单位为乏（var）
电路中的电感、电容实际不消耗能量，但在电感、电容和电源之间存在着能量转移，这种能量交换规模的大小，用无功功率Q表示，其定义式为
（3）式不正确。因为“U”表示电压的有效值，电压的瞬时值用“u”表示。则正确的表示应为
（4）式不正确。正确的应为
例3.2指出下列各式的错误：
（1）
（2）
（3）
（4）
解：（1）正弦量的瞬时值不等于相量，相量的大小通常用有效值表示，正确的写法是
（2）正弦量的有效值不等于相量，也不等于瞬时值，正确的写法是
3.3习题详解
习题3
3.2已知 ，
（1）指出各正弦量的幅值、有效值、角频率、初相位、周期、频率以及两个正弦量之间的相位差为多少？
（2）试分别用波形图、相量及相量图表示上述两正弦量。
解：（1）
幅值有效值角频率初相位周期频率
uA310V220V314rad/s 0.02s 50Hz
uB310V220V314rad/s 0.02s 50Hz
（3）此题缺少单位，正确的写法是
（4）有效值不等于相量，正确的写法是
例3.3指出下列各式哪些是对的，哪些是错的？
（1） （2） （3） （4）
（5） （6） （7） （8）
解：本题是根据电感和电容元件伏安关系的时域形式
，
电感和电容元件伏安关系的相量形式
，
电感和电容元件伏安关系的有效值关系
，
来判断，所以只有（4）、（5）、（6）式是正确的，其余各式都是错误的。
解：线圈接在30V的直流电源上，电感相当于短路状态，可求出线圈的等效电阻为
线圈接在交流电源上时，由题意可求出线路电流
3.8额定电压220V、功率为100W、功率因数为0.5的日光灯20盏，与额定电压220V、功率为40W的白炽灯并联接在电压为220V的交流电源上，求总电流和总功率因数，并绘出总电流与总电压的相量图。