1、第四章自我檢測題參考答案 一、填空題1.集成運放作線性應(yīng)用時必領(lǐng)構(gòu)成負(fù)反饋組態(tài)，作非線性應(yīng)用時必須構(gòu)成正反饋和開環(huán)組態(tài)。2.為獲得輸入電壓中的高頻信號，應(yīng)選用高通濾波器。3.反相輸入放大電路的輸入電阻小，同相比例運算電路的輸入電阻大。二、判斷題1.集成運放組成運算電路時，它的反相輸入端均為虛地。()2.理想運放構(gòu)成線性應(yīng)用電路時，電路增益均與運放本身參數(shù)無關(guān)。()3.用集成運放組成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，應(yīng)采用反相輸入方式。()4.為避免 50 電網(wǎng)電壓形成的干擾進(jìn)入放大器，應(yīng)串接帶阻濾波器。()三、選擇題1.用集成運放構(gòu)成功能電路，為達(dá)到以下目的，應(yīng)選用對應(yīng)的電路為：欲實現(xiàn)的放大電路應(yīng)選(A)；

2、欲將方波電壓轉(zhuǎn)換成三角波電壓，應(yīng)選(E)；在直流量上疊加一正弦波電壓，應(yīng)選(B)；對共模信號有很大的抑制作用，應(yīng)選(C)；將正弦波電壓轉(zhuǎn)換成二倍頻，應(yīng)選(G)；將矩形波轉(zhuǎn)換成尖頂波，應(yīng)選(D)。A.反相輸入放大運算電路 B.同相輸入放大運算電路 C. 差分輸入放大電路D.微分運算電路 E.積分運算電路 F.加法運算電路G.乘方運算電路2.基本微分電路中的電容應(yīng)接在運算放大器的(A)。A.反相輸入端 B. 同相輸入端 C.反相輸入端與輸出端之間四、圖 Z4.1(a)所示電路參考電壓 UREF=3V，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為 5V，正向壓降為 0.7V，在圖(b)中畫出電壓傳輸特性。解：圖 Z4.1(a)所

3、示電路為比較器電路。門限電壓 UT=3V。當(dāng) uiUREF（3V）時，比較器輸出為高電平，穩(wěn)壓管反偏反向擊穿，uo1=UZ=+5V。 當(dāng) uiUREF，比較器輸出為電平低電平，穩(wěn)壓管正偏導(dǎo)通，uo2=0.7V在圖 Z4.1(b)中畫圖方法：ui從零開始，輸出電壓為低電平不變，uo=0.7V。當(dāng) ui=3V 時，比較器輸出跳變?yōu)楦唠娖剑敵?uo=5V，ui3V，uo=5V 不變。電壓傳輸特性圖請讀者在圖 Z4.1(b)中自畫。五、圖 Z4.2 為一穩(wěn)壓電路，UZ為穩(wěn)壓管 VZ 的穩(wěn)壓值，且 UiUZ，寫出 uo的表達(dá)式。解：因 UiUZ，穩(wěn)壓管反偏穩(wěn)壓，使輸入端電壓穩(wěn)定不變，即 ui=UZuo

4、=(1+Rf/R1)UZ 第四章 習(xí)題參考答案4.1 判斷題1.運放在深度負(fù)反饋的情況下，放大特性與運放本身參數(shù)無關(guān)，僅取決手外接電路元件及參數(shù)，因而在使用過程中不需要考慮運放的特性參數(shù)。()2.集成運放構(gòu)成的放大電路不僅能放大交流信號，也能放大直流信號。 （）3.濾波器的特征頻率一定等于截止頻率。 （）4.凡是用集成運放構(gòu)成的運算電路，都可以用“虛短”和“虛斷”概念求解運算關(guān)系。()5. 為了提供集成運放組成放大電路的增益，可選用 10M 電阻作為反饋電阻。()6.當(dāng)比較器的同相輸入端電壓大于反相輸入端電壓時，輸出端電壓為Uom。 （）4.2 選擇題1. 集成運放組成(B)輸入放大器的輸入電

5、流基本上等于流過反饋電阻的電流，而(A)輸入放大器的輸入電流幾乎等于零，所以(A)輸入放大器的輸入電阻大。A.同相 B.反相 C.差分2.在多個輸入信號的情況下，要求各輸入信號互不影響，宜采用(A)方式的電路，如果要求能放大兩信號的差值，又能抑制共模信號，應(yīng)采用(C)方式的電路。A.反相輸入 B.同相輸入 C.差分輸入3.由集成運放組成的電路如圖 P.4.1 所示。其中圖(a)是(D)，圖(b)是(B)，圖(c)是(C)。圖 P4.1A.積分運算電路 B.微分運算電路 C.遲滯比較器D.反相求和運算電路 E.單值比較器電路4.(B)運算電路可將方波電壓轉(zhuǎn)換成三角波電壓A.微分 B.積分 C.乘

6、法 D.除法5.相對來說，(B)比較器的抗干擾能力強(qiáng)。A.單值 B.遲滯4.3 在圖 P4.2 所示電路中，ui=10mV 試計算輸出電壓 uo的大小。圖 P4.2 解題分析：對于由運放組成的應(yīng)用電路的分析求解，先應(yīng)分析判斷組成的是何種電路，再根據(jù)電路列出輸出、輸入關(guān)系，再求得所要的電量的數(shù)值。本電路是一差動輸入放大器，除直接代入公式計算外，一般情況下，用疊加定理求解。通過解題來說明差動輸入放大器對共模信號有很強(qiáng)的抑制作用。解：本電路是一差動輸入放大器，用疊加定理求解。設(shè)同相輸入端信號單獨作用，則反相輸入端輸入信號對地短接，電阻 R 左端接地。且在同相端輸入的信號為兩電阻分壓而得。有iiouu

7、RRu321iiiuuRRRu3222=20mViouu2設(shè)反相輸入端信號單獨作用，則同相輸入端輸入信號對地短接，電阻 R 左端接地。有=20mViouRRu2=0Vooouuu本題輸入一大小相同、極性相同的信號即共模信號，在外接電阻對應(yīng)相等的情況下，差動輸入組態(tài)輸出為零，說明其對共模信號有很強(qiáng)的抑制作用。4.4 圖 P4.3 所示電路，已知 ui=1V，試求：開關(guān) S1、S2都閉合時的 uo值；開關(guān) S1、S2都斷開時的 uo值；開關(guān) S1閉合、S2斷開時的 uo值。圖 P4.3解題分析：對于由運放組成的應(yīng)用電路的分析求解，先應(yīng)分析判斷組成的是何種電路，再根據(jù)電路列出輸出、輸入關(guān)系，再求得所

8、要的電量的數(shù)值。解：開關(guān) S1、S2都閉合時，該電路為反相輸入放大電路，列出電路輸出、輸入關(guān)系為 uo=1Viukk1010開關(guān) S1、S2都斷開時，該電路為電壓輸出器電路，列出電路輸出、輸入關(guān)系為 uo=ui=1V開關(guān) S1閉合、S2斷開時，該電路為差動輸入放大電路，用疊加定理求解。設(shè)同相輸入端信號單獨作用，則反相輸入端輸入信號對地短接，則有2Vioukku10101設(shè)反相輸入端信號單獨作用，則同相輸入端輸入信號對地短接，有=1Vioukku1010=1Vooouuu4.5 用集成運放設(shè)計具有以下輸入輸出關(guān)系的功能電路：uo=3ui14ui2uo=ui1+2ui2解：4.6 圖 P4.4 是

9、自動化儀表中常用的“電流電壓”和“電壓電流”轉(zhuǎn)換電路，試用“虛短”或“虛斷”概念推導(dǎo)圖(a)中 UO與 IS的關(guān)系式；圖(b)中 IO與 US的關(guān)系式。圖 P4.4解：圖(a)中，同相輸入端經(jīng)電阻接地，電路為反相輸入組態(tài)，可用“虛地”概念，有 U-=U+=0根據(jù)“虛斷”概念，反相輸入端電流為零，即 I-=0，故 IRf=IS根據(jù) KVL，可列方程U-IRfRf=0IRfRf=UOUO=IRfRf 圖(b)，電路為同相輸入組態(tài)。根據(jù)“虛斷”概念，I+=0，I-=0根據(jù) KCL，IR1+I-=IOIR1=IO根據(jù)“虛短”概念 U-=U+= US IR1=U-/R1= US/R1IO= US/R14

10、.7 圖 P4.5 為運放紐成的電流放大電路，光電池產(chǎn)生的電流很微弱，經(jīng)運放放大后驅(qū)動發(fā)光二極管 LED 發(fā)光，R2為輸出電流取樣電阻，R1為負(fù)反饋電阻。設(shè) IS=0.1mA，求使LED 發(fā)光的電流 IL值。(提示應(yīng)用“虛短”、 “虛斷”和求 KCL 解)圖 P4.5解：根據(jù)“虛斷”，有I2=IS=0.1mA運放同相輸入端接地，可用“虛地”概念，有U-=U+=0可求得UR2=I2R1=10VIR2= UR2/R2=10mAIR2方向由右向左根據(jù) KCL 可得IL= I2+ IR2=10.1 mA4.8 利用運放構(gòu)成穩(wěn)壓二極管參數(shù)測試電路如圖 P4.6 所示，己知 US=5V，R=1k，測得電壓

11、表讀數(shù)為11.3V。求通過穩(wěn)壓二極管的電流和穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值；若將增大到 7V，測得電壓表讀數(shù)為13.36V，求穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻 rz。圖 P4.6解：根據(jù)“虛短”概念 U-=U+= US=5V根據(jù)“虛斷”，有 IR=IZIZ為通過穩(wěn)壓二極管的電流。IZ =IR= US/R=5V/1 k=5mA穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值 UZUZ= USUO=16.3V若將增大到 7V，測得電壓表讀數(shù)為13.36V，可求得=7mARUISZ=20.36VOSZUUU穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻=2.03mAVIIUUrZZZZz206. 44.9 求圖 P4.7 所示電路的 Uo。 圖 P4.7解：圖 P4.7 所示電

12、路的第一級運放組成反相輸入組態(tài)放大電路，其輸出電壓 Uo1=5.1ViURR12第二級運放組成反相輸入組態(tài)放大電路，其輸出電壓 Uo2=V1 . 5145oURRUo= Uo2Uo1=10.2V4.10 利用運放的“電壓電流”轉(zhuǎn)換作用，可制成高輸入電阻的直流毫伏表，如圖 P4.8所示。已知 R=1 k，A 表的滿量程為 100A，內(nèi)阻 RM=7.5k，試求 A 表滿刻度偏轉(zhuǎn)時，對應(yīng)的被測電壓 UImax為多大？圖 P4.8解：根據(jù)“虛斷”，流過電阻 R 上電流 IR=I根據(jù)“虛短”概念 U-=U+ UR=UIA 表滿刻度偏轉(zhuǎn)時，為 A 表的滿量程值，IR=I=100AUR= IRR=100A1

13、 k=100mV對應(yīng)的被測電壓UImax=10 0mV4.11 電路如圖 P4.9 所示，設(shè) uo初始值為零，列出 uo與 ui1、ui2的關(guān)系式。 圖 P4.9解：圖 P4.9 所示電路，第一級電路為反相求和電路uo1=5 ui12.5 ui22211ififuRRuRR第一級電路為積分電路dtuCRuut0o13co1dtuuutii02163o5 . 251010101001dtuuutii021o5 . 254.12 求圖 P4.10 所示電路的輸入輸出關(guān)系。圖 P4.10解：圖 P4.9 所示電路，運放 A1、A2組成電壓跟隨器，則有uo1= ui1uo2= ui2運放 A3組成同相

14、求和電路。當(dāng) uo1單獨作用uRRuo341=5 ui11122341iouRRRRRu1333333302701iu當(dāng) uo2單獨作用=5 ui22121341iouRRRRRu2333333302701iu=5 ui1+5 ui2ooouuu4.13 電路如圖 P4.11 所示，寫出 ia、ib以及電壓放大倍數(shù) uo/ui的表達(dá)式。圖 P4.11解：圖 P4.11（a）所示電路，運放 A 同相輸入端經(jīng)電阻 R5接地，可用“虛地”概念，有0uu根據(jù)“虛斷”，有ii=ia=1RuiuR2= uR4=ouRRR344uR2= iaR2=21RRui=ouRRR34421RRuiuo=iuRRRR

15、12431圖 P4.11（b）所示電路，運放 A1同相輸入端經(jīng)電阻 R5接地，可用“虛地”概念，有011uu根據(jù)“虛斷”概念i2+=0iR3=ibib =34RRuo運放 A2組成電壓跟隨器電路uo2= uI2= ibR3=343RRRuo根據(jù)“虛斷”概念=01iiR1=1i2343221RRRRuRuRuooiuo=iuRRRRR132344.14 求圖 P4.12 所示電路的輸入、輸出表達(dá)式，并分析電路特點。圖 P4.12解：圖 P4.12 所示電路，乘法器電路輸出輸入關(guān)系為uz=Kuoui2運放組成同相輸入放大電路2212212iozuuRRRKuRRRu根據(jù)“虛斷”“虛短”概念1 iu

16、uu則21121iiouuRRKu該電路具有以下特點：1該電路為除法電路， ui1除以 ui2；2其系數(shù)為乘法器的增益系數(shù) K 與同相輸入放大電路增益的乘積。121RR4.15 一階低通濾波器如圖 4.4.2 所示，已知 Rf=100k，R1=10k，R2=10 k，若要求通帶截止頻率 fH=50Hz，試估算電容 C 應(yīng)取多大？并求通帶增益。解：一階低通濾波器電路通帶截止頻率為fH=50HzRCf210C=F0.31810-6F50101028. 612130Rf取標(biāo)稱值為 0.33F 電容器。通帶增益為=1+10=1111RRAfup4.16 有源高通濾波器如圖 4.4.4 所示，已知 Rf

17、=56k，R1=10k，R=5.6 k，C=0. 1F，試計算截止頻率及通帶電壓放大倍數(shù)。圖 4.4.4解：一階高通濾波器電路截止頻率為fL=Hz284.35Hz630101 . 0106 . 528. 6121RCf通帶電壓放大倍數(shù)為=1+5.6=6.611RRAfup4.17 二階低通有源濾波器如圖 4.4.6 所示，已知 Rf=5.86k，R1=10k，R=10 0k，C=0. 1F，試計算上限截止頻率、Q 值和通帶增益。圖 4.4.6解：二階低通有源濾波器上限截止頻率fH=Hz15.92Hz630101 . 01010028. 6121RCf通帶增益為=1+0.586=1.58611R

18、RAfupQ 值為0.707414. 11586. 13131upAQ4.18 二階有源帶通濾波器如圖 4.4.10 所示，圖中 C=0. 1F，R1=7.96k，R=24.3k，Rf=46.2k，試求該電路的中心頻率 f0、帶寬 BW 和通帶增益Au。圖 4.4.10解：二階有源帶通濾波器中心頻率 f0HzHz=2000Hz63101001. 01096. 728. 6121CRf510501通帶增益 AuAu=Auf=1+1+1.9=2.9RRf13 .242 .46Q 值為109 . 23131ufAQBW= f0/Q=200Hz4.19 試設(shè)計一中心頻率 f0=100Hz 的陷波器，要

19、求 Q=10。解：選所要設(shè)計的陷波器電路如圖 T4.19 所示。圖 T4.19已知 BEF 的中心頻率 fo=1000Hz。設(shè) C=47000pF。有Hz10021RCfo則33887121016.2951104700010021RR 取 E96系列標(biāo)稱值 3.40k 電阻，R 用兩只 E96系列標(biāo)稱值 3.40k 電阻并聯(lián)，電容212C 可用兩只 47000 pF 電容并聯(lián)。，則 Aup=1.95。10)2(21upAQ95. 111fupRRA則 Rf=0.95R1，由從運放同相與反相兩輸入端外接直流電阻平衡的要求，可知R1/Rf=R+R=268 k=136k可求得R1=279.15kR1

20、取 E12系列標(biāo)稱值 R1=270k+9.1k 組成。故 Rf=256.5k，取 E12系列標(biāo)稱值Rf=240k+16k 組成。4.20 比較器電路如圖 P4.13 所示，ui=5sintV畫出與輸入信號相對應(yīng)的輸出波形；畫出電壓傳輸特性。圖 P4.13解：圖 P4.13 所示電路為遲滯比較器uo=Uom =6V其門限電壓由疊加定理求得，當(dāng)輸出電壓為Uom時，可求得UT1=V=4V32010206201010212211REFomURRRURRR當(dāng)輸出電壓為Uom時，可求得UT2=V=0V32010206201010212211REFomURRRURRR畫出電壓傳輸特性電壓傳輸特性畫法：輸出電

21、壓為6V 時，當(dāng)輸入電壓由零增加到4V 時，輸出電壓由翻轉(zhuǎn)到6V。輸出電壓為6V 時，當(dāng)輸入電壓減小到 0V 時，輸出電壓由翻轉(zhuǎn)到+6V。4.21 圖 P4.14 所示電路為三角波產(chǎn)生電路，若 VD 與 R 串接后與 R4并聯(lián)(如圖中虛線部分)，則構(gòu)成鋸齒波電路，分析兩種電路工作原理。 圖 P4.14解：三角波產(chǎn)生電路工作原理電路由同相輸入滯回比較器（A1）和積分器（A2）組成。A1的同相輸入端電壓由 A1的輸出電壓 uo1和 A2的輸出電壓 uo= uo2迭加而成。uo經(jīng) R1反饋至 A1同相輸入端控制滯回比較器翻轉(zhuǎn)。A1反相輸入端接地，up1= uN1=0 時比較器翻轉(zhuǎn)。則閾值電壓 ZTU

22、RRUu21表明時滯回比較器翻轉(zhuǎn)。ZToURRUu21 比較器的輸出電壓 uo1經(jīng) R5接至 A2的反相輸入端，而，所以積分電路輸出ZoUu1電壓 )0(521)0(15212)()(cZcoouUCRttuuCRttu式中，uc(o)為電容上的初始電壓。假設(shè)接通電源瞬間，uo1=UZ ，電容 C 上 uc(0)=0，A2的輸出為零，A1的同相輸入端電壓 up1為負(fù)值。此時，電容 C 開始充電，積分器的輸出電壓 uo2由零值開始線性上升。這樣 A1同相輸入端電壓 up1 由負(fù)值逐漸上升。當(dāng) uo達(dá)到，而 up1=0,滯回比較器翻ZURR21轉(zhuǎn)，使 uo1由UZ迅速跳變到+UZ。當(dāng) uo1跳變成

23、+UZ后，積分器的輸出電壓 uo開始線性下降，此時，A1的 up1也逐漸下降。當(dāng) uo下降到,而 up1=0 時，滯回比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，uo2由+UZ迅速跳變到UZ。ZURR21根據(jù)以上分析，電路輸出電壓 uo的波形為三角波如圖圖 T4.21(a)所示。圖 T4.21(a)鋸齒波電路如果三角波波形不對稱，即上升時間與下降時間不相等，則成為鋸齒波。VD 與 R 串接后與 R4并聯(lián)，這樣積分器 A2設(shè)有二條積分支路：當(dāng) VD 導(dǎo)通時，經(jīng) 二極管導(dǎo)通電阻與 R 串接后與 R4并聯(lián)的等效電阻 RTC；VD2截止時，經(jīng) R4C。當(dāng) uo1為+UZ時,VD 導(dǎo)通, uo1通過等效電阻 RT向 C 電;當(dāng) u

24、o1為UZ時, VD 截止,電容通過 R4放電和反向充電.產(chǎn)生鋸齒波波形如圖 T4.21(b)所示。圖 T4.21(b)4.22 圖 4.5.16 所示電路為三角波產(chǎn)生電路，R2=10k，R1=20k，R5=20k，C=0. 1F，求輸出三角波的頻率。圖 4.5.16解：三角波產(chǎn)生電路頻率=62.5 Hz16010101 . 01020102041010446333512CRRRf4.23 用集成測量放大器 INA104 組成放大電路，要求電壓放大倍數(shù)為 100，RG應(yīng)選多大？解：用集成測量放大器 INA104 組成放大電路，電壓放大倍數(shù)由下式估算GuRkA401要求電壓放大倍數(shù)為 100，則

25、100GRk401RG=0.404k=4049940 k4.24 用 UAF42 集成有源濾波器設(shè)計一個濾波器 100Hz 的陷波器，應(yīng)如何選擇外接元器件？畫出電路圖。解：本電路采用圖 T4.24 所示電路圖。為簡化設(shè)計，取，。21fffRRR21ZZZRRR4321RRRRR 取陷波器的阻帶為 20Hz，而 f0=100Hz，由式（4.4.27）可得QfBWo/5BWfQo 已知PF，fN=100Hz，由式（4.4.25）可得100021CCC=1.6M10010100028. 612112NfCfR71028. 61取k，代入式（4.4.36），可得k。221ZZRR2313ZZZZRRR

26、RQ103ZR電路為同相輸入組態(tài)，本電路 RG由電阻 R3代替，因，21fffRRR，由式（4.4.31）可得21ZZZRRR4321RRRRR22211112411CRRCRRRRRRRRRQffGQQG1233411RRRRRRRGQ5=2501115050501QQQQRRRRRQ=50k/86.25 kRQ取 E12系列標(biāo)稱值 6.2K。在圖 T4.24 中把阻值換成 1.6M。其余阻值與圖中所標(biāo)阻值相同。21,ffRR 圖 T4.244.25 仿照圖 4.5.13 所示電路，設(shè)計一個給 24V 汽車蓄電池電壓過壓、欠壓告警電路，當(dāng)蓄電池電壓大于 26V 時和低于 20V 時，各由一個發(fā)光二極管 LED 發(fā)光告警。解：所選電路如圖 T4.25 所示。注意！要把圖 T4.25 中電源值改