第五章集成運放電路習題集規(guī)范標準答案

1、3.2.4 集成運算放大器1 集成運算放大器的的特點（ 1 ）內部電路采用直接耦合，沒有電感和電容，需要時可外接。（ 2 ）用于差動放大電路的對管在同一芯片上制成，對稱性好，溫度漂移小。（ 3）大電阻用晶體管恒流源代替，動態(tài)電阻大，靜態(tài)壓降小。（ 4）二極管由晶體管構成，把發(fā)射極、基極、集電極三者適當組配使用。2 集成運算放大器的組成（ 1 ）輸入級：是雙端輸入、單端輸出的差動放大電路，兩個輸入端分別為同相輸入端和反相輸入端，作用是減小零點漂移、提高輸入電阻。（ 2 ）中間級：是帶有源負載的共發(fā)射極放大電路，作用是進行電壓放大。（ 3）輸出級：是互補對稱射極輸出電路，作用是為了提高電路的帶負載

2、能力。（ 4）偏置電路：由各種恒流源電路構成，作用是決定各級的靜態(tài)工作點。3集成運放的理想模型集成運放的主要參數(shù)有：差模開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ado,共模開環(huán)電壓放大倍數(shù) Ac。，共模抑制比Kcmr,差模輸入電阻rid,輸入失調電壓 Ui。，失調電壓溫度系數(shù) AUio/AT,轉換速率 Sr等。在分析計算集成運放的應用電路時，通常將運放的各項參數(shù)都理想化。集成運放的理想?yún)?shù)主要有：（ 1 ）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ad。（ 2 ）差模輸入電阻rid（ 3）輸出電阻r。0（ 4）共模抑制比KcMR理想運放的符號以及運放的電壓傳輸特性u。Ad。* Ado（uu）如圖3.4所示。Uo 8u o -+ 1u Uou+

3、 O +UOM衣理想特性 。實際特性一U OM(a)理想運放的符號(b)運放的電壓傳輸特性圖3.4理想運放的符號和電壓傳輸特性4.運放工作在線性區(qū)的分析依據(jù)引入深度負反饋時運放工作在線性區(qū)。工作在線性區(qū)的理想運放的分析依據(jù)為：(1)兩個輸入端的輸入電流為零，即 i i 0 ,稱為“虛斷”。(2)兩個輸入端的電位相等，即u u ,稱為“虛短”。若u 0,則u 0,即反相輸入端 的電位為“地”電位，稱為“虛地”。5.運放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù)處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋時運放工作在非線性區(qū)。工作在非線性區(qū)的理想運放的分析依據(jù)為：(1) u u 時 u。 U OM , u u 時 u。Uom。(2)

4、i i 0。1 .2.5 放大電路中的負反饋2 .反饋的基本概念反饋：將放大電路輸出信號 (電壓或電流)的一部分或全部，通過某種電路(稱為反饋電路)送回到輸入回路，從而影響輸入信號的過程。正反饋：反饋信號增強輸入信號。負反饋：反饋信號削弱輸入信號。3.5所示。放大倍數(shù)(閉環(huán)放大倍數(shù))為:x。AAf X；1 AF負反饋放大電路的原理框圖如圖式中A 旦 是基本放大電路的放大倍數(shù)(開環(huán)放大倍數(shù))，F(xiàn) "是反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)。Xdx。xo圖3.5負反饋放大電路的原理框圖應用瞬時極性法判別反饋極性(判別是正反饋還是負反饋)的方法:(1)任意設定輸入信號的瞬時極性為正或為負(以或 標記)。(2)

5、沿反饋環(huán)路逐步確定反饋信號的瞬時極性。(3)根據(jù)反饋信號對輸入信號的作用(增強或削弱)確定反饋極性。晶體管、場效應管及集成運算放大器的瞬時極性如圖3.6所示。+0-O- A - + +©(a)晶體管(b)場效應管(c)集成運算放大器圖3.6晶體管、場效應管及集成運算放大器的瞬時極性3.5.2負反饋的類型及其判別負反饋放大電路有電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋和電流并聯(lián)負反饋4種類型。電壓反饋和電流反饋的判別：電壓反饋的反饋信號取自輸出電壓,比，所以反饋電路是直接從輸出端引出的，若輸出端交流短路(即反饋信號與輸出電壓成正失；電流反饋的反饋信號取自輸出電流，反饋信號與輸出電

6、流成正比,Uo 0),則反饋信號消 所以反饋電路不是直接從輸出端引出的，若輸出端交流短路，反饋信號仍然存在。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判別：串聯(lián)反饋的反饋信號和輸入信號以電壓串聯(lián)方式疊加，即Ud UiUf,以得到基本放大電路的凈輸入電壓Ud,所以反饋信號與輸入信號加在兩個不同的輸入端；并聯(lián)反饋的反饋信號和輸入信號以電流并聯(lián)方式疊加，即id ii if ,以得到基本放大電路的凈輸入電流 id,所以反饋信號與輸入信號加在同一個輸入端。3.負反饋對放大電路性能的影響 A(1)減小放大倍數(shù)， Af 。1 AF(2)穩(wěn)定放大倍數(shù),dAf1 dAAf 1 AF A(3)減小非線性失真。(4)展寬通頻帶。(5)改

7、變輸入電阻和輸出電阻。對輸入電阻的影響：串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小。對輸出電阻的影響：電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增大。習題5-1試根據(jù)F007運算放大器的電路說明為什么“2”端是反相輸入端；“3”端是同相輸入端。3”端是同相輸入解：“2”端是反相輸入端，從此端輸入輸出波形與輸入波形反相,端，從此端輸入輸出波形與輸入波形同相，5-2判斷題圖5-48圖所示各電路的反饋類型。a)b)c)圖5 -48 題5-2圖解：a) 1M 電阻：交直流電流并聯(lián)負反饋；3.9k和12 k電阻：交直流電流串聯(lián)負反饋b） Rf電阻：交流電流串聯(lián)正反饋；Re11, Re2電阻：

8、交直流電流串聯(lián)負反饋；Re12電阻：直流電流串聯(lián)負反饋c） Rf：交流電壓串聯(lián)負反饋;Rei :交直流電流串聯(lián)負反饋;Re2：直流電流串聯(lián)負反饋5-3電路見圖5-9 ,要求：（1）指出圖中的反饋電路，判斷反饋極性 （正、負反饋）和類 型。（2）若已知uo3ui,ui/ii7.5k,Ri=R6,求電阻R為多少？（3）求電路的輸入電阻ri解：（1） R2為第一級的反饋電阻構成并聯(lián)電壓負反饋。R4、R為第二級的反饋電壓阻構成串聯(lián)電壓負反饋。R為兩級間的反饋電阻構成并聯(lián)電壓負反饋(2) ii iii6ui 3uiuiRIR6R6 7.5k 5R6 37.5k也uiii5 3ui uRiR6(3) ri

9、 = 7.5k ?5-4分析圖5-50中兩個電路的級間反饋，試回答：（1）是正反饋還是負反饋，是直流反饋還是交流反饋？何種類型？（2）各自的電壓放大倍數(shù)大約是多少?a)b)圖5-50 題5-4圖解：（1） a）. R2 :交直流電壓并聯(lián)負反饋,b). R5 ：電壓串聯(lián)正反饋Ui 00 UoAuUo100100Ui,uiUoUiAuUo1110Ui(2) a)b)115-5電路見圖 電壓Uo與輸入電壓5-51 ,要求：（1）指出反饋電路,判斷反饋的正負及類型；（2）寫出輸出Ui之間關系的表達式；（3）輸入電阻ri Ui/ii解：（1） Rf ：電壓并聯(lián)負反饋Ui(2) iRUoUiRfAuuo

10、ui1Rri5-6在圖5-52所示的電路中,線性組件 A均為理想運算放大器（圖5-52e電路中，已知運放的最大輸出電壓大于Uz,且電路處于線性放大狀態(tài)），試寫出各電路的輸出與輸入的關系式。000解:b)R2c)Uid)e)R/2A-c)Ui00Uo2R0uoAuR2RiUiiUiUoUoUiUoUi2RR2 UoR2R3Au三UidUo CdtUo UzUoe)d)題5-6圖圖 5-52UoUiR2R2RiR2R3UiiUR2 dtR33Uz5-7在圖5-53所示的兩個電路中 Ai和A2都是理想的集成運放放大器。（1）比較這兩個電路在反饋方式上的不同。（2）計算圖5-53a電路的電壓放大倍數(shù)；

11、若要圖5-53a和b兩個電路的電壓放大倍數(shù)相同，則電阻R2應選多大?ik9kR29k R5UoiR6+-A2ikob)UiUoa)圖5-53題5-7圖解：（i） a）圖中的反饋方式為單級反饋，R2、R5為電壓串聯(lián)負反饋;b）圖中的反饋方式為級間反饋，R2為電壓串聯(lián)負反饋(2)Ui1Uoi Ui9AuiAui10A 100UiUi1Uo UiR2Uo (R21)Ui AU -oUi(R2 1) R2=99 k5-8電路見圖5-54 ,已知VCC15 V，試分別 畫出S斷開和合上時的Uo波形。解：S斷開時:Ui2RUo6RS閉合時;UiR 0.5R6RUoUiUoUi34學生都25-9 電路見圖

12、5-55 , R 100k,求輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間關系的表達式。解：設第二個放大器 A2的輸出為Uo2ui對第一個放大器:對第二個放大器:uo得出UoRUo2R得出Uo2UiUoUo2 Uo所以 Uo 0.5Ui5-10試設計一電路，完成如下運算功能:電阻不小于10kI1Uoi2 5Ui1 9Ui2 k5-11算出最大值加法運算電路和輸入電壓Ui1 , Ui2的波形見圖5-56,10Ui3o,且要求每路輸入+O+畫出輸出電壓UO的波形, k解:4VUom oU om5-121V2V3 4A1的輸出為Uo1電路見圖5-57 ,求輸出電壓Uo與輸入電壓ui1 , Ui2之間運算關系的表達

13、式。/s解:設第一個放大器對第一個放大器:Ui1Ui1 Ui2 Ui1Ruo1R1對第二個放大器:Ui2 UoR2Uo1 Ui2R1Ui1Ui2RUi1 Ui2Ui兩式相加得:Uo R二二二 UiR R R25-13電路見圖5-58，試求輸出電壓Uo與Ui之間運算關系的表達式圖5-58 題5-13圖解：設第一個放大器輸入為的輸出為Uii對第一個放大器：UiiR4R3R4Uouoi又有：-Ri曾即:UiUoR2所以有UoR2 R3R4UiR1R45-14 電路見圖5-59 ,求電路中的輸出電壓U。60k-4V0-20k2V30 k30k0UO解：對第一個放大器:對第一個放大器：230k圖5-59

14、 題5-14圖4 0200 Uo2300 Uoi60Uo18V30602一 Uo26V又有:UolUo2UolUo60-Uo 7V30學生5v5-15運算放大器組成的測量小電流Ix的電流表電路見圖5-59 。輸出端所接的電壓表滿量程為5V、500 A,若要得到5mA、0.5mA、10 A3 種量程，試計算 RFp RF2、RF3的阻值。5mA -0.5mA10 uAQQRfiR F2R F3oo被測圖5-60 題5-15圖5解：RfiRfi1kRF1RF20.5RF29kRF1RF2RF30.01RF3 490k5-16 電路見圖5-61,求 U o, U i。題5-16圖圖 5-61UilO

15、Lk解：對放大器A2 :Uo1Uoo得出Uo15050對放大器A3.也Uo10 U03 /得出U50100100對放大器A1u_Uo30 u01得出u10100100Uoo3o5uiuo5-17電路見圖5-62,已知RR2R3R4Rf,求輸出電壓Uo與輸入電壓Ui運算關系的微分方程。OUi解：對于第一個運放11得出 Ui Uo U22oUo1, Uo1對于第二個運放一o1R2dUoCf得出 Uo1R2CFdtdUo出所以 UoUiR2CFdUodt5-18設圖5-63a中的運算放大器都是理想的,輸入電壓的波形見圖5-63b ,電容器上的初始電壓為零， 試畫出Uo的波形。300k Q100k Q

16、_La)b)圖5-63 題5-18圖解：對于第一個運放50 -u"得出uo13ui1100300Ui26 d 0 U02 r.一 .對于第二個運放 3 100 10 得出Uo210 Ui2dt100 10出對于第三個運放uo1-uo2-uo得出uouo1uo2 即：uo3ui110ui2dt100 1001005-19電路見圖5-64 ,已知運算放大器的最大輸出電壓幅度為12V,穩(wěn)壓管VS穩(wěn)定電壓為6V,正向壓降為 0.7V,要求：(1)運算放大器A1, A2, A3各組成何種基本應用電路；(2)若輸入信號ui = 10sin co t V,試畫出相應的uo1, uo2 , uo的波形，并在圖中標出有關電壓的幅值。圖5-64 題5-19圖解：(1)運算放大器 A反相比例放大器；A2 ：反相過零比較器；A3 :電壓跟隨器。(2)若輸入信號ui= 10sin cot V,試畫出相應的uo1 , uo2 , uo的波形，并在圖中標出有關電壓的幅值。5-20電路見圖 6-65 ,已知R產(chǎn)R3=R = 4.7k,R2=1k ,R4 =