1、第二章 信號放大電路2-1 何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？ 在測量控制系統(tǒng)中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對其基本要求是：輸入阻抗應(yīng)與傳感器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數(shù)和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉(zhuǎn)換速率（無畸變的放大瞬態(tài)信號）；高輸入共模范圍（如達幾百伏）和高共模抑制比；可調(diào)的閉環(huán)增益；線性好、精度高；成本低。2-2 (1)利用一個和一只的電位器設(shè)計可變電源，輸出電壓范圍為； (2)如果時，在空載狀態(tài)下將一個的負載接到電壓源上時，請問電源電壓的變化量是多少？（參數(shù)：輸入阻

2、抗，差模增益，輸出阻抗）（1）電路設(shè)計如圖X2-1所示：圖X2-1（2）由于電壓跟隨器屬于輸入串聯(lián)、輸出并聯(lián)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)下的輸入、輸出阻抗為： 由上式我們可以看出，電壓跟隨器中的反饋增大了等效輸入阻抗，減小了等效輸出阻抗，可以達到阻抗變換的效果。進一步計算得：2-3 在圖2-2所示的電路中，已知，并令運算放大器的和，在以下不同情況下，計算輸出失調(diào)誤差。(1)；(2)；(3)，并且把所有電阻阻值縮小為原來的分之一；(4)在(3)條件的基礎(chǔ)上，使用的運算放大器。（1）直流噪聲增益為：反相端輸入的等效電阻為：故直流噪聲輸出電壓為：（2）當時，直流噪聲輸出為：（3）當同時把所有電阻減小倍時，直流噪聲

3、輸出為：（4）采用的運算放大器時，直流噪聲輸出為：減小輸出直流噪聲的方法有：1、 電阻匹配可以消除輸入偏置電流產(chǎn)生的直流輸出噪聲；2、 在合理范圍內(nèi)等倍數(shù)減小電阻阻值；3、 采用輸入失調(diào)電流更小的運算放大器。2-4 在圖2-47所示的電路中，已知,和。假設(shè)運算放大器有，和輸出飽和電壓，在不同情況下，計算運算放大器經(jīng)過多長時間進入飽和。(1)；(2)。（1）當時，充電時間常數(shù)為，而充電電壓為直流噪聲電壓，故輸出端飽和時間為：（2）當時，輸入誤差變?yōu)椋?，輸出端飽和時間變?yōu)椋?-5 (1)在圖2-48所示的電路中，運算放大器的，所有電阻都為，分析對反相放大器性能的影響；(2)為了使最小，在同相端上應(yīng)

4、該串聯(lián)多大的電阻？（1）假設(shè)運算放大器是理想的，根據(jù)“虛短”可知：在輸入源時：（2）運算放大器同相輸入端串接的電阻是為運算放大器提供補償，以抵消對直流電壓輸出的影響。在僅考慮同相端輸入時，假設(shè)運算放大器理想，利用基爾霍夫電壓定律可求得同相放大增益，即為同相噪聲增益：所以可算出同相端串聯(lián)的電阻值為：，取標稱值為（提示：此題不可簡單將反饋電阻直接等效，采取的方法雖然結(jié)果對，但是原理不可行）2-6 圖2-4b所示中的運算放大器使用，電路增益為，為使電路輸入電阻最大，求滿足條件的電阻值（令輸入失調(diào)可調(diào)范圍為，最大失調(diào)電流，最大失調(diào)電壓）。此時要聯(lián)合考慮失調(diào)電壓和失調(diào)電流的影響，由于兩者的作用方向不一定

5、相同，故直流噪聲輸出為：輸入電阻為，由題意可知：解得，故取，（1%）2-7 什么是CAZ運算放大器？它與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是什么？何種場合下采用較為合適？CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關(guān)的切換，使內(nèi)部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態(tài)。它與自動調(diào)零放大電路的主要區(qū)別是由于兩個放大器輪換工作，因此始終保持有一個運算放大器對輸入信號進行放大并輸出，輸出穩(wěn)定無波動，性能優(yōu)于由通用集成運算放大器組成的自動調(diào)零放大電路，但是電路成本較高，且對共模電壓無抑制作用。應(yīng)用于傳感器輸出信號極為微弱，輸出要求穩(wěn)定、漂移極低，對共模電壓抑制

6、要求不高的場合。2-8 請說明ICL7650斬波穩(wěn)零集成運算放大器是如何提高其共模抑制比的？ICL7650的輸出，其共模信號誤差項Kc1Uc相當于輸入端的共模誤差電壓Uc，即式中K1、Kc1分別為運算放大器N1的開環(huán)放大倍數(shù)和開環(huán)共模放大倍數(shù)；K1為運算放大器N1由側(cè)向端A1輸入時的放大倍數(shù)；K2為運算放大器N2的開環(huán)放大倍數(shù)。設(shè)計中可使K1K1， K2>>1，所以，因此整個集成運算放大器的共模抑制比CMRR比運算放大器N1的共模抑制比CMRR1（一般可達80dB）提高了K2倍。2-9 何謂自舉電路？應(yīng)用于何種場合？請舉一例說明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減

7、小向輸入回路索取電流，從而提高輸入阻抗的電路。應(yīng)用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的輸出阻抗可達108以上）的測量放大電路中。2-10 何謂電橋放大電路？應(yīng)用于何種場合？由傳感器電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構(gòu)成的電橋都稱為電橋放大電路。應(yīng)用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應(yīng)變式、電容式傳感器等，經(jīng)常通過電橋轉(zhuǎn)換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進一步放大，或由傳感器和運算放大器直接構(gòu)成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。2-11 圖2-32所示線性電橋放大電路中，若u采用直流，其值,且時，試求輸出電壓o 。如果要使失調(diào)電壓和失調(diào)電流各自引起的輸出小于

8、1mV，那么輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流各為多少？ 由公式：并將題設(shè)代入，可得Uo=UR/(2R)=10mV。設(shè)輸入失調(diào)電壓為u0s和輸入失調(diào)電流為I0s，當輸出失調(diào)電壓小于1mV時，輸入失調(diào)電壓u0s(1×103)/ (1+R2/R1)=0.5mV；輸入失調(diào)電流為I0s(1×103)/R1 (1+R2/R1)=4.17A。2-12 什么是可編程增益放大電路？請舉例說明。放大電路的增益通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡稱PGA。例如圖X2-2，程序為A=0(開關(guān)A斷開) 、B=0(開關(guān)B斷開)時，放大電路的電壓放大倍數(shù)

9、為-R/R1；當程序為A=1(開關(guān)A閉合) 、B=0(開關(guān)B斷開)時，放大倍數(shù)為- R2R/R1（R2+R）；當程序為A=0(開關(guān)A斷開)、B=1(開關(guān)B閉合)，放大倍數(shù)為 R3R/R1（R3+R）；當程序為A=1、B=1(開關(guān)A、B均閉合)，放大倍數(shù)為R2R3R/R1（R2 R3+R3 R +R R2）。因此可編程增益放大電路的增益是通過數(shù)字邏輯電路由確定的程序來控制。+NRUoUiBAR1R2R3圖X2-22-13 請根據(jù)圖2-37b，畫出可獲得1、10、100十進制增益的電路原理圖。由圖X2-3可得：當開關(guān)A閉合時，Uo=Ui；當開關(guān)B閉合時，Uo=10Ui，當開關(guān)C閉合時，Uo=100

10、Ui。CR+NUoBAUi9R90R圖X2-32-14 根據(jù)圖2-37c和式（2-32），若采用6個電阻，請畫出電路原理圖，并計算電阻網(wǎng)絡(luò)各電阻的阻值。N=6 : R6 =R1 +R2 + R3 +R4 +R5 , R6 +R5 =2（R1 +R2 + R3 +R4）R6 +R5 +R4=3（R1 +R2 + R3）, R6 +R5 +R4+ R3=4（R1 +R2）, R6 +R5 +R4+ R3+R2=5R1,取R1=R，則R6=3R，R5=R，R4=R/2，R3=3R/10，R2=R/5，R1=R。見圖X2-4。Uo+N5路摸擬開關(guān)RR/5R3RUi3R/10R/2圖X2-42-15 請

11、簡述圖2-25a所示的同相交流放大電路為何有高輸入阻抗特性？對于交流來講，在不接入之前，輸入阻抗為；接入后，由于運算放大器的“虛短”特性，兩端的電壓很小，故吸取的電流是很小的，對于交流來說，輸阻抗無窮大。2-16 證明圖2-49所示電路為差分式V/I轉(zhuǎn)換器，并有，式中。 由疊加原理得：由得將以上兩式聯(lián)立得：其中。若，則，且。2-17 什么是隔離放大電路？應(yīng)用于何種場合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過程中沒有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統(tǒng)（如生物醫(yī)學人體測量、自動化試驗設(shè)備、工業(yè)過程控制系統(tǒng)等）中，能在噪聲環(huán)境下以高阻抗、高共模抑制能力傳送信