电子技术非电类第四章课后习题答案荣雅君主编.pdf

第四章习题参考答案 4-1 什么叫“虚短”和“虚断”？ 答 虚短：由于理想集成运放的开环电压放大倍数无穷大，使得两输 入端之间的电压近似相等，即。 虚断：由于理想集成运放的开环输入电阻无穷大，流入理想集成 运放的两个输入端的电流近似等于零，即。 4-2 理想运放工作在线性区和非线性区时各有什么特点？分析方法 有何不同？ 答 理想运放工作在线性区，通常输出与输入之间引入深度负反馈， 输入电压与输出电压成线性关系，且这种线性关系只取决于外部电路的 连接，而与运放本身的参数没有直接关系。此时，利用运放“虚 短”和“虚断”的特点分析电路。 理想运放工作在非线性去（饱和区），放大器通常处于开环状态， 两个输入端之间只要有很小的差值电压，输出电压就接近正、负电压饱 和值，此时，运放仍具有“虚断”的特点。 4-3 要使运算放大器工作在线性区，为什么通常要引入负反馈？ 答 由于理想运放开环电压放大倍数，只有引入深度负反馈，才能使 闭环电压放大倍数，保证输出电压与输入电压成线性关系，即运放工作 在线性区。 4-4 已知F007运算放大器的开环放大倍数，差模输入电阻，最大输 出电压。为了保证工作在线性区，试求：（1）和的最大允许值；（2） 输入端电流的最大允许值。 解 （1）由运放的传输特性 则 （2）输入端电流的最大允许值为 4-5 图4-29所示电路，设集成运放为理想元件。试计算电路的输出 电压和平衡电阻的值。 解 由图根据“虚地”特点可得 图中各电流为 由“虚断”得 以上几式联立，可得 平衡电阻为 图4-29 题4-5图 4-6 图4-30所示是一个电压放大倍数连续可调的电路，试问电压放 大倍数的可调范围是多少？ 图4-30 题4-6图 解 设滑线变阻器被分为和上下两部分。 则，同相输入端分压为： 由“虚断”，可得： 由以上两式可得： 的变化范围为010，则的变化范围是：11。 4-7 求图4-31电路的和的运算关系式。 图4-31 题4-7图 解 由于两运放为理想运放，输入电流为零，在和上没有压降，故 运放反相输入端仍为“虚地”。 4-8 在图4-32中，已知，试求输出电压。 图4-32 题4-8图 解 由“虚断”“虚短”得 4-9 电路如图4-33示，已知各输入信号分别为，, 。试回答下列问题。 1） 图中两个运算放大器分别构成何种单元电路？ 2） 求出电路的输出电压。 3） 试确定电阻的值。 图4-33 题4-9图 解 1）前运算放大器构成反相加法电路，后运放构成减法运算电路。 2）对于多级的运放电路，计算时可采用分级计算方法。 3）电阻的大小不影响计算结果，但运算的输入级是差动放大电路， 所以要求两个入端电阻要相等，通常称为平衡电阻，其阻值为。 4-10 求图4-34所示电路中与三个输入电压的运算关系式。 图4-34 题4-10图 解 由“虚短”“虚断”可得， 化简为 4-11 图4-35所示电路是一种求和积分电路，设集成运放为理想元 件，当取时，证明输出电压信号与两个输入信号的关系为： 。 图4-35 题4-11图 解 由“虚短”“虚断”可得 当时， 4-12 设计出实现如下运算功能的运算电路图。 （1） （2） （3） （4） 题4-12(1)运算电路图 题4-12(2)运算电路图 题4-12(3)运算电路图 题4-12(4)运算电路图 4-13 电路如图4-36所示，设集成运放为理想元件，试推导与及的 关系。（设）。 解 由“虚断”“虚短”得 图4-36 题4-13图 4-14设电路如图4-37a所示，已知，和的波形如图 4-37b所示，试画出输出电压的波形。 a） b） 图4-37 题4-14图 解 由图可得： 又因为 所以 图3-14 习题3-14输出电压波形图 4-15电路如图4-38所示，设电容器的电压初始值为零，试写出输出 电压与输入电压及之间的关系式。 图4-38 题4-15图 解 如图所示： 运放的同相输入端电压为： 对运放应用“虚断”特点，列式： 由以上几式联立，解得： 4-16 图4-39所示电路为两输入信号的同相加法运算电路，试求输出信 号和两个输入信号的关系。若，求输出电压？ 解 由“虚断”特点，得： 由“虚短”特点可得： 带入数据，由以上几式解得： 图4-39 题4-16图 4-17 图4-40是应用集成运算放大器测量电压的原理电路，设图 中集成运放为理想元件，输出端接有满量程为5、500的电压表，欲得到 50、10、5、四种量程，试计算各量程的阻值。 解 由图所示，“虚地”“虚断”的特点得： 图4-40 题4-17图 当被测电压接至50V档时，输出为5V。 则 同理可得： 4-18 图4-41所示电路是应用集成运算放大器测量电阻的原理电 路，设图中集成运放为理想元件。当输出电压为时，试计算被测电阻的 阻值。 图4-41 题4-18图 再由 ， ， 得 4-19 图4-42是测量小电流的原理电路，设图中的集成运放为理想 元件，输出端接有满量程为、的电压表。试计算个量程电阻、的阻 值。 图4-42 题4-19图 解 当开关打到5mA量程时： 所以 当开关打到0.5mA量程时： 所以 当开关打到50uA量程时： 所以 4-20 如图4-43所示，各元件参数图中已标出。试列写输出电压与 输入电压的关系式。 图4-43 题4-20图 解 电路的第一级为减法运算电路，第二级为积分运算电路。 运用“虚短”、“虚断”的概念有 4-21 一积分电路和输入电压波形分别如如图4-44所示，若，试 画出输出电压的波形。 （a） （b） 图4-44 题4-21图 解 积分时间常数为 远大于输入电压的周期。输出电压波形如所 示。 题4-21解图 4-22 图4-45是一个比例积分微分校正电路，又称比例积分 微分调节器。其输出信号的相位在低频段落后于输入信号，而在高频 段又超前于输入信号，所以又称为滞后超前校正电路，该电路的原理广 泛应用于控制系统中起到调节过程的作用。试求出该电路中输出和输入 的基本关系式。 图4-45 题4-22图 解 电路中各支路电流如图所示。 由“虚地”特点得 输入电压又可表示为 由基尔霍夫电流定律 输出电压为 以上各式联立，可解得 4-23 图4-46中，运算放大器的最大输出电压，稳压管的稳定电 压，其正向压降，。当参考电压两种情况下，试画出传输特性和输出电 压的波形。 解 当时，传输特性和输出电压的波形见题4-23解图（a）和 （b）。 题4-23解图（a）习题4-23(1)传输特性 题4-23解图（b）习题4-23(1)输出电压波形 当时，传输特性和输出电压的波形见题4-23解图（c）和（d）。 题4-23解图（c）习题3-21(2)传输特性 题4-23解图（d）习题3-21(2)输出电压波形 4-24 电路如图4-47所示，已知，稳压管正向导通电压为。试画 出对应于的波形。 图4-46 题4-23图 图4-47 题4-24图 解 由图可得： 题4-24解图（a）习题4-24传输特性 题4-24解图（b）习题4-24输出电压波形 4-25 电路如图4-48所示，时刻，从变为，试求要经过多长时间由负 饱和值变为正饱和值（设时，电容电压为零）。 解 反相输入端电压为 电容上的电压为 当时，由负饱和值变为正饱和值。此时 解得 4-26 图4-49是一个输出无限幅措施的施密特触发电路。设电路从的