第五章集成运放电路习题集规范标准答案

1、3.2.4 集成运算放大器1 集成运算放大器的的特点（ 1 ）内部电路采用直接耦合，没有电感和电容，需要时可外接。（ 2 ）用于差动放大电路的对管在同一芯片上制成，对称性好，温度漂移小。（ 3）大电阻用晶体管恒流源代替，动态电阻大，静态压降小。（ 4）二极管由晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。2 集成运算放大器的组成（ 1 ）输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反相输入端，作用是减小零点漂移、提高输入电阻。（ 2 ）中间级：是带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。（ 3）输出级：是互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载

2、能力。（ 4）偏置电路：由各种恒流源电路构成，作用是决定各级的静态工作点。3集成运放的理想模型集成运放的主要参数有：差模开环电压放大倍数Ado,共模开环电压放大倍数 Ac。，共模抑制比Kcmr,差模输入电阻rid,输入失调电压 Ui。，失调电压温度系数 AUio/AT,转换速率 Sr等。在分析计算集成运放的应用电路时，通常将运放的各项参数都理想化。集成运放的理想参数主要有：（ 1 ）开环电压放大倍数Ad。（ 2 ）差模输入电阻rid（ 3）输出电阻r。0（ 4）共模抑制比KcMR理想运放的符号以及运放的电压传输特性u。Ad。* Ado（uu）如图3.4所示。Uo 8u o -+ 1u Uou+

3、 O +UOM衣理想特性 。实际特性一U OM(a)理想运放的符号(b)运放的电压传输特性图3.4理想运放的符号和电压传输特性4.运放工作在线性区的分析依据引入深度负反馈时运放工作在线性区。工作在线性区的理想运放的分析依据为：(1)两个输入端的输入电流为零，即 i i 0 ,称为“虚断”。(2)两个输入端的电位相等，即u u ,称为“虚短”。若u 0,则u 0,即反相输入端 的电位为“地”电位，称为“虚地”。5.运放工作在非线性区的分析依据处于开环状态或引入正反馈时运放工作在非线性区。工作在非线性区的理想运放的分析依据为：(1) u u 时 u。 U OM , u u 时 u。Uom。(2)

4、i i 0。1 .2.5 放大电路中的负反馈2 .反馈的基本概念反馈：将放大电路输出信号 (电压或电流)的一部分或全部，通过某种电路(称为反馈电路)送回到输入回路，从而影响输入信号的过程。正反馈：反馈信号增强输入信号。负反馈：反馈信号削弱输入信号。3.5所示。放大倍数(闭环放大倍数)为:x。AAf X；1 AF负反馈放大电路的原理框图如图式中A 旦 是基本放大电路的放大倍数(开环放大倍数)，F "是反馈网络的反馈系数。Xdx。xo图3.5负反馈放大电路的原理框图应用瞬时极性法判别反馈极性(判别是正反馈还是负反馈)的方法:(1)任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负(以或 标记)。(2)

5、沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性。(3)根据反馈信号对输入信号的作用(增强或削弱)确定反馈极性。晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性如图3.6所示。+0-O- A - + +©(a)晶体管(b)场效应管(c)集成运算放大器图3.6晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性3.5.2负反馈的类型及其判别负反馈放大电路有电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈4种类型。电压反馈和电流反馈的判别：电压反馈的反馈信号取自输出电压,比，所以反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路(即反馈信号与输出电压成正失；电流反馈的反馈信号取自输出电流，反馈信号与输出电

6、流成正比,Uo 0),则反馈信号消 所以反馈电路不是直接从输出端引出的，若输出端交流短路，反馈信号仍然存在。串联反馈和并联反馈的判别：串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，即Ud UiUf,以得到基本放大电路的净输入电压Ud,所以反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端；并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，即id ii if ,以得到基本放大电路的净输入电流 id,所以反馈信号与输入信号加在同一个输入端。3.负反馈对放大电路性能的影响 A(1)减小放大倍数， Af 。1 AF(2)稳定放大倍数,dAf1 dAAf 1 AF A(3)减小非线性失真。(4)展宽通频带。(5)改

7、变输入电阻和输出电阻。对输入电阻的影响：串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。对输出电阻的影响：电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。习题5-1试根据F007运算放大器的电路说明为什么“2”端是反相输入端；“3”端是同相输入端。3”端是同相输入解：“2”端是反相输入端，从此端输入输出波形与输入波形反相,端，从此端输入输出波形与输入波形同相，5-2判断题图5-48图所示各电路的反馈类型。a)b)c)图5 -48 题5-2图解：a) 1M 电阻：交直流电流并联负反馈；3.9k和12 k电阻：交直流电流串联负反馈b） Rf电阻：交流电流串联正反馈；Re11, Re2电阻：

8、交直流电流串联负反馈；Re12电阻：直流电流串联负反馈c） Rf：交流电压串联负反馈;Rei :交直流电流串联负反馈;Re2：直流电流串联负反馈5-3电路见图5-9 ,要求：（1）指出图中的反馈电路，判断反馈极性 （正、负反馈）和类 型。（2）若已知uo3ui,ui/ii7.5k,Ri=R6,求电阻R为多少？（3）求电路的输入电阻ri解：（1） R2为第一级的反馈电阻构成并联电压负反馈。R4、R为第二级的反馈电压阻构成串联电压负反馈。R为两级间的反馈电阻构成并联电压负反馈(2) ii iii6ui 3uiuiRIR6R6 7.5k 5R6 37.5k也uiii5 3ui uRiR6(3) ri

9、 = 7.5k ?5-4分析图5-50中两个电路的级间反馈，试回答：（1）是正反馈还是负反馈，是直流反馈还是交流反馈？何种类型？（2）各自的电压放大倍数大约是多少?a)b)图5-50 题5-4图解：（1） a）. R2 :交直流电压并联负反馈,b). R5 ：电压串联正反馈Ui 00 UoAuUo100100Ui,uiUoUiAuUo1110Ui(2) a)b)115-5电路见图 电压Uo与输入电压5-51 ,要求：（1）指出反馈电路,判断反馈的正负及类型；（2）写出输出Ui之间关系的表达式；（3）输入电阻ri Ui/ii解：（1） Rf ：电压并联负反馈Ui(2) iRUoUiRfAuuo

10、ui1Rri5-6在图5-52所示的电路中,线性组件 A均为理想运算放大器（图5-52e电路中，已知运放的最大输出电压大于Uz,且电路处于线性放大状态），试写出各电路的输出与输入的关系式。000解:b)R2c)Uid)e)R/2A-c)Ui00Uo2R0uoAuR2RiUiiUiUoUoUiUoUi2RR2 UoR2R3Au三UidUo CdtUo UzUoe)d)题5-6图图 5-52UoUiR2R2RiR2R3UiiUR2 dtR33Uz5-7在图5-53所示的两个电路中 Ai和A2都是理想的集成运放放大器。（1）比较这两个电路在反馈方式上的不同。（2）计算图5-53a电路的电压放大倍数；

11、若要图5-53a和b两个电路的电压放大倍数相同，则电阻R2应选多大?ik9kR29k R5UoiR6+-A2ikob)UiUoa)图5-53题5-7图解：（i） a）图中的反馈方式为单级反馈，R2、R5为电压串联负反馈;b）图中的反馈方式为级间反馈，R2为电压串联负反馈(2)Ui1Uoi Ui9AuiAui10A 100UiUi1Uo UiR2Uo (R21)Ui AU -oUi(R2 1) R2=99 k5-8电路见图5-54 ,已知VCC15 V，试分别 画出S断开和合上时的Uo波形。解：S断开时:Ui2RUo6RS闭合时;UiR 0.5R6RUoUiUoUi34学生都25-9 电路见图

12、5-55 , R 100k,求输出电压Uo与输入电压Ui之间关系的表达式。解：设第二个放大器 A2的输出为Uo2ui对第一个放大器:对第二个放大器:uo得出UoRUo2R得出Uo2UiUoUo2 Uo所以 Uo 0.5Ui5-10试设计一电路，完成如下运算功能:电阻不小于10kI1Uoi2 5Ui1 9Ui2 k5-11算出最大值加法运算电路和输入电压Ui1 , Ui2的波形见图5-56,10Ui3o,且要求每路输入+O+画出输出电压UO的波形, k解:4VUom oU om5-121V2V3 4A1的输出为Uo1电路见图5-57 ,求输出电压Uo与输入电压ui1 , Ui2之间运算关系的表达

13、式。/s解:设第一个放大器对第一个放大器:Ui1Ui1 Ui2 Ui1Ruo1R1对第二个放大器:Ui2 UoR2Uo1 Ui2R1Ui1Ui2RUi1 Ui2Ui两式相加得:Uo R二二二 UiR R R25-13电路见图5-58，试求输出电压Uo与Ui之间运算关系的表达式图5-58 题5-13图解：设第一个放大器输入为的输出为Uii对第一个放大器：UiiR4R3R4Uouoi又有：-Ri曾即:UiUoR2所以有UoR2 R3R4UiR1R45-14 电路见图5-59 ,求电路中的输出电压U。60k-4V0-20k2V30 k30k0UO解：对第一个放大器:对第一个放大器：230k图5-59

14、 题5-14图4 0200 Uo2300 Uoi60Uo18V30602一 Uo26V又有:UolUo2UolUo60-Uo 7V30学生5v5-15运算放大器组成的测量小电流Ix的电流表电路见图5-59 。输出端所接的电压表满量程为5V、500 A,若要得到5mA、0.5mA、10 A3 种量程，试计算 RFp RF2、RF3的阻值。5mA -0.5mA10 uAQQRfiR F2R F3oo被测图5-60 题5-15图5解：RfiRfi1kRF1RF20.5RF29kRF1RF2RF30.01RF3 490k5-16 电路见图5-61,求 U o, U i。题5-16图图 5-61UilO

15、Lk解：对放大器A2 :Uo1Uoo得出Uo15050对放大器A3.也Uo10 U03 /得出U50100100对放大器A1u_Uo30 u01得出u10100100Uoo3o5uiuo5-17电路见图5-62,已知RR2R3R4Rf,求输出电压Uo与输入电压Ui运算关系的微分方程。OUi解：对于第一个运放11得出 Ui Uo U22oUo1, Uo1对于第二个运放一o1R2dUoCf得出 Uo1R2CFdtdUo出所以 UoUiR2CFdUodt5-18设图5-63a中的运算放大器都是理想的,输入电压的波形见图5-63b ,电容器上的初始电压为零， 试画出Uo的波形。300k Q100k Q

16、_La)b)图5-63 题5-18图解：对于第一个运放50 -u"得出uo13ui1100300Ui26 d 0 U02 r.一 .对于第二个运放 3 100 10 得出Uo210 Ui2dt100 10出对于第三个运放uo1-uo2-uo得出uouo1uo2 即：uo3ui110ui2dt100 1001005-19电路见图5-64 ,已知运算放大器的最大输出电压幅度为12V,稳压管VS稳定电压为6V,正向压降为 0.7V,要求：(1)运算放大器A1, A2, A3各组成何种基本应用电路；(2)若输入信号ui = 10sin co t V,试画出相应的uo1, uo2 , uo的波形，并在图中标出有关电压的幅值。图5-64 题5-19图解：(1)运算放大器 A反相比例放大器；A2 ：反相过零比较器；A3 :电压跟随器。(2)若输入信号ui= 10sin cot V,试画出相应的uo1 , uo2 , uo的波形，并在图中标出有关电压的幅值。5-20电路见图 6-65 ,已知R产R3=R = 4.7k,R2=1k ,R4 =