思考题与习题答案

1、思考题与习题33-1填空：解：(1)集成运放电路采用直接耦合的原因是(为了便于集成)；(2)集成运放电路的输入级采用差分放大电路的主要原因是为了(抑制零漂)；(3)集成运放电路的中间级通常采用(共射)组态放大电路；(4)某集成运放的共模增益和差模增益分别为2dB和100dB,它的共模抑制比为(98dB);(5)理想集成运放线性区有而非线性区没有的特性是(虚短特性)。3-2集成运放有通用型、高阻型、高速型、低功耗型、高精度型、高压型和大功率型等不同类型。选择：解：(1)放大微弱信号，应选(高精度型)集成运放；(2)放大变化缓慢的信号，应选(通用型)集成运放；(3)放大10100MHz的信号，应选

2、(高速型)集成运放；(4)遥控器中使用，应选(低功耗型)集成运放；(5)放大内阻很大的信号，应选(高阻型)集成运放。3-3根据要求选择合适的反馈类型或组态。解：(1)为了稳定静态工作点，应选择(直流负反馈)；(2)为了稳定输出电压，应选择(电压负反馈)；(3)为了将输入电压转换为电流，应选择(电流串联负反馈)；(4)为了提高输入电阻，减小输出电阻，应选择(电压串联负反馈)；(5)为了产生自激振荡，应选择(正反馈)。523-4一个负反馈放大电路的开环增益A=10,反馈系数F=10,试分别按照A一1Af=和Af定一计算电路的闭环增益，并比较两种计算结果的误差。若A=100,1 AFF2 一，.F=

3、10,重复以上计算，再次比较它们的计算结果，说明后者的计算误差为什么比前者大？解：5_2(1) A=10,F=1055AA1051051Af=5J=3:99.9Af=1001 AF11010110F此时二者误差很小，约为0.1%。(2) A=100,F=10立AA1001001Af=2=-50Af1001 AF1100102F此时二者误差很大，高达50%误差之所以远比前者大，主要原因是后者运放的开环增益太小，不符合A1Af=七一要求的深度负反馈条件1+AF»1o1AFF3-5找出题3-5图所示各电路中的反馈网络元件，判断它们的反馈极性和组态，并用Multisim软件仿真电路的工作情况

4、。(a)(c)(b)题3-5图解：(1)图a反馈网络兀件：R、R2图b反馈网络元件：R(3)图c反馈网络兀件：R、R反馈极性与组态：电压串联正反馈反馈极性与组态：电压并联负反馈反馈极性与组态：电流串联负反馈(4)仿真：略。3-6反馈放大电路如题3-6图所示。题3-6图解：(1)找出电路中的级间反馈网络元件，判断它们的反馈极性和组态；级间反馈网络元件：R、R、R反馈极性与组态：电压并联负反馈(2)如果R8开路，电路还能否正常放大？要求简单说明理由：如果R开路，电路不能正常放大，因为此时运放A处于开环状态而构成电压比较器。(3)用Multisim软件仿真电路的工作情况。略。3-7反馈放大电路如题3

5、-7图所示。题3-7图解:(1)计算该电路的电压增益人口=晅、Auf2='、Af=uo：UiUoiUiAufUoUiUoUoijA.UoiUi=AUf2AUf1Rl/R3R(-)二R4RR1R4Uo1R3,ri_RA-UoUo_Rl1一一AUf2一一fUiUirUo1R4葭0R4(2)试在级间引入负反馈，以改善放大电路的性能，并指出该级间负反馈的组态:题3-7图修改级间负反馈的组态：电流并联负反馈；(3)用Multisim软件仿真电路的工作情况，说明增加级间负反馈前、后电路电压增益的变化情况：仿真略。增加级间负反馈后，电路的电压增益变小了。3- 8反馈放大电路如题3-8图所示。题3-8

6、图解：(1)找出电路中的级间反馈网络元件，判断它们的反馈极性和组态：级间反馈网络元件：R、R、R、A、R、R10、尾；反馈极性与组态：电压串联负反馈；(2)推导U03与Uo的关系式；R7Uo3-U4-U3一二二"UoR6R7(3)推导Uo与U的关系式，计算电路的电压增益、输入电阻和输出电阻；R2R2R7Ui=U.1Uo3-Uo&R°(R2Rl0)(R6R7)Uo(R2Ri0)(RR7)A"=-二TTUiR2R7r,r°=0(4)分别用MUltisim软件仿真R=R、R=0、&=0、R2=0和R0=00时电路的工作情况，观察、分析实验现象。

7、仿真略。R=R、R=0、R=0三种情况的仿真结果相同，都能正常放大；R2=0和R10=°°两种情况的仿真结果相同，都不能正常放大，因为此时A处于开环状态而构成电压比较器。3-9反馈放大电路如题3-9图所示，已知R=R。R题3-9图解：(1)判断A2支路对U构成的反馈极性和组态：电压并联负反馈。(2)推导42与4、Uo与U的关系式：RUo2Uo构成反相比例运算电路，因此Uo2=-Uo=-UoRUi、Uo2对Uo构成同相加法运算电路。由于RRuUiUo2=0包0.5Uo2=0.5u-0.5UoRRRRR=u=uo=0.5uoK1-KooRR因此uo=0.5Uj。(3)如果R,开

8、路，电路还能否正常放大？电路的电压增益会如何变化？要求简单说明理由，并用Multisim软件仿真验证该结论：如果R开路，电路能正常放大，因为A仍然工作在线性区；电路的电压增益将增大，因为它去除了A2支路的负反馈，而负反馈会降低电压增益；Multisim软件仿真验证了这些结论。3-10设计一个比例运算电路，要求输入电阻为20kQ,电压增益为-50。解:由于电压增益为负值，所以应使用反相比例运算电路形式，如题3-10图所示。由于输入电阻n=R,因此，R1=20kC；由于电压增益为Au=-=-50,因此有RiR=50R=10Ck0;平衡电阻旦=R1R=201000球19.6kQ。ifRf题3-10图

9、反相比例运算电路3-11某运算电路如题3-11图所示，试推导电路的运算表达式，并说明电路的功能。解：题3-11图u_=(R2R3)/R5,R2U0R4(R2R)RR2R3-U二UiR4(R2R)/R(QR3)R4(R2R3R5)R5(R2A)Uo=Ui=UiR(R2R3)/R5R2R5功能：同相比例运算电路。3-12某运算电路如题3-12图所示，已知R/R2URS/®,试推导电路的运算表达式，并说明该电路的功能。解:R2RR3U=Ui1Ui2=U_=UoR1R2R1R2R3R4UoR2Ui1R1R2Ui2题3-12图功能：同相加法运算电路。R6RiUi1>°0-A1+

10、UolR4R5>-A2+3-13某运算电路如题3-13图所示，已知R3/R=R4/R6,试求电路的运算表达式,并说明该电路的功能。该电路与实现同样功能的基本电路相比，具有什么优点？R3zn题3-13图解：第一级为同相比例运算电路，故Uo1=(1)Ui1R1第二级为减法运算电路。Uo1单独作用（Ui2接地）时为反相比例运算电路，输出,R6R3、R6Uo=-Uo1=一(1)Ui1R4RR4当Ui2单独作用（Uo1接地）时为同相比例运算电路，输出R6Uo''=(1,)Ui2R4据叠加定理，总输出电压RRRUo=U。'Uo''=-(13)6Ui1(16)U

11、i2R3R4-=R1R6RR4R4-Uo=(1R6)(Ui2-Ui1)R4可见整个电路实现减法运算功能。与实现同样功能的基本电路相比，具有输入电阻高的优点。3-14某运算电路如题3-14图所示，试求该电路的运算表达式，并说明电路的功能。解：根据虚短特性和叠加定理，有Ui2”Rf10kOR2200kOR4U_U二-Ui3R3R4R3R3R4Ui410kORUi3-15kOR4Uo200kO题3-14图EUi3qUi4-驷Uis0Ui452005200205205U。=u._(u1)Rf=u(u1u)200RR21010二u-20Ui120u-20ui220u：；.=41u-20!-20ui2=4

12、1(驷口3且U4)-20%202205205=403ui4-20uii-20ui2可见整个电路实现加减运算功能。3-15某运算电路如题3-15图所示，试推导uo与Q的关系式，并说明电路的功能。题3-15图解:口二=口由=口1，uq=u42=ui2，ui=ui1ui2,uo=u01u02u二一u2uo1-uo2=,R3R&R2ui1-ui2uo1-u02=,R3RR3R2RR3Ru0二uiR3功能：同相差分比例运算电路。3-16某运算电路如题3-16图所示，分别说出A、4、A构成的各个单元电路的名称，并求电路的运算表达式。假设R6=R7、R=R9。解：A构成的单元电路名称：电压跟随器；4

13、构成的单元电路名称：反相比例运算电路；A构成的单元电路名称：减法运算电路。电路的运算表达式:RR8Uii题3-16图Ui2UoUo1=Ui1,Uo2R5R3Ui2Uo=-(U02-U01)=-(Ui1R6R6R5'Ui2)R33-17某运算电路如题3-17图所示，试求该电路的运算表达式，并说明电路的功能。CUi2R-一Ui1RUoIIC：0)题3-17图解：电路是反馈放大器结构，具有“虚短”（U+=U_）和“虚断"（i+=i特性。首先列出U和Ui2所在回路的电流方程Ui1-u_cdUM=CTdtUi2-U_d(u_-Uo)一C两式相减，整理后可得Uii-Ui2du0二Cdt1

14、,、，,所以Uo=m；(Uii-Ui2)dtRC即，输出电压是差模输入电压的积分。3-18电压比较器电路如题3-18图所示。UiRi1Hi20kQR2lt>R5VUr20kQR3T2kQUo题3-18图DzKUz=6V解：(1)确定它的阈值电压Ut：电路中的运放工作在开环模式，无虚短特性，但有虚断特性。ui-URu-5iRR2=5i20=2.50.5UiR1R22020当U_AU+时，运放输出为-Uom,此时输出端连接的稳压二极管正向导通，输出电压Uo=-0.7V;当U_<U+时，运放输出为也OM,此时输出端连接的稳压二极管反向击穿，工作在稳压状态，出电压uo=坨V。阈值电压ut是

15、输出跳变时对应的Ui值，可由U_=U+=0求出Ui值:Ut2.5一二-5V0.5Uo/V八(2)画出它的电压传输特性：见题3-18解图。(3)说明电阻R和稳压二极管R3在电路中起限流作用，保护稳1稳压二极管DZ的作用是输出限幅。3-19由理想运放A1、A2构成的两个比较器，能分别将如题3-19图a所示的正弦电压Ui=6sinUV)整形为如题3-19图b、题3-19图c所示的Uo1、Uo2波形。Dz的作用。极管Dz。题3-18解图10Ui/V(c)题3-19图解:(1)说明AA2分别构成哪种类型的比较器：Ai构成单限电压比较器，A2构成迟滞电压比较器;(2)分别求出这两个比较器的阈值电平：Ai构

16、成单限电压比较器，阈值电平UT=6sin=424V4A2构成迟滞电压比较器，阈值电平3-20电压比较器如题3-20图所示,二5二UT+=6sin=4.24V,UT=6sin=-24V。4一4已知稳压二极管的稳定电压Uz=±6V。试画出它的电压传输特性曲线，并用Multisim软件仿真电路的工作情况。题3-20解图ui+Dz题3-20图解：不管输入电压的极性如何，稳压管都是稳压导通的，因此电路始终存在负反馈。由于门限电压Ut=0,故构成双向限幅过零比较器，输出电压U。=Uz=±6V,电压传输特性如题3-20解图所示。3-21根据使用需求，选择集成运放的应用电路。解：11(1)欲实现电压增益入=100,应选用同相比例运算电路。(2)某信号中叠加有3V直流电压，欲去除该直流成分，应选用高通滤波器电路。(3)欲比较两个电压信号的大小，且具有一定的抗干扰能力，应选用迟滞比较器电路。(4)欲将方波电压转换为三角波电压，应选用积分电路。(5)为了抑制高频干扰，应选用低通滤波器电路。(6)为了防止50Hz电网电压的干扰，应选用带阻滤波器电路。(7)欲产生1kHz的正弦波信号，应选用正弦波振荡器电路。3-22设计一个一阶有源低通滤波器电路，要求通带增益Aum=5,截止频率fH=1000Hz,反馈电阻选择40kC,电容选择0.1件。解：电路结构如题3-22解图所示。根