《模拟电子技术》(第3版)课件与教案第4章

1、第4章集成运算放大器的线性应用由理想运放构成的反相比例运算电路如图E4.1所示。图中R1= 10 k , Rf= 30 k ,R2的取值。试估算它的电压放大倍数和输入电阻，并估算 解：如图E4.1所示电路RfRiRiRl = 10 kR2=Ri/Rf= (10/30) k =7.5 kro _ CZ*图 E4.1由理想运放构成的同相比例运算电路如图E4.2所示。图中R1 = 3k ，若希望它的电压放大彳夸数为7,试估算电阻Rf、R2的取值。图 E4.2解：如图E4.2所示电路Rf =(Avf 1)Ri= ( 7 1)3 k =18 kR2=R/Rf= (318) k4.3由理想运放构成的同相比

2、例运算电路如图= 2.57 kE4.2所示。如集成运放的最大输出电压为12V,电阻 R1=10k , Rf= 390k下的输出电压Vo ：(1)正常情况；(2)电阻R1开路。解：如图E4.2所示电路R2= R1 /Rf ,输入电压等于0.2V，试求下列各情况(1)vo= ( 1Rf390)0.2V = 8V(2)vo = v = v+= vi4.4由理想运放构成的运算电路如图E4.4所示。图中，R1= R2= Rf =10 k , vi1 = 2V ,vi2 = 3V, V1 = V2=2V,试求输出电压 vo的值。Vti吊10 kQ10 kU jFX in )0 kU小二 段pl=t-3V

3、*10kW图 E4.4解：如图E4.4所示电路，相对于图（a）、图（b）(a)Vo(叉口R1RfR2、,10 CV|2)(210所示电路分别有:1010 3）V 1V10（b）方法一将由R1、VI1、VI2、R2构成的一端口网作戴维南等效电路变换，有典型的反相输入比例运算电路。R/ = Ri/R2= (10/10) k =5 kViV11Ri一V|2R2(21010一 2)V 3V10VoRViR1053V6V方法由叠加定理，有VoRfR /R2v2 )1010/102)V 6VE4.5所示电路是由运放构成的试证明解答：如果信号源能够输出足够的电流（信号源内阻很大）4.5由理想运放构成的放大电

4、路如图E4.5所示。,在集成运放放大电路中引入电压并联负反馈，即可构成电流一电压变换电路，如图E4.5所示。在理想运放的条件下，输Vo入电阻Rif = 0, v= v+ = 0, ii=if =vo= - Rf ii可见，输出电压 Vo与输入电流ii成线性关系。应当指出，实际电路 Rif不可能为零，或者信号源内阻不可能无穷大，所以Rs比Rif大得越多，电流一电压的变换精度越高。4.6由理想运放构成的运算电路如图E4.6 所小。图中， Ri=R2=R4=10k , R3= R5 =20k , R6= 100k,vii= vi2 = 10mV ,vi3 = 60mV，试求vo与vi的关系式及vo的

5、数值。解答：如图E4.6所示电路VoR3、201020(V1vl2 )（一R1R21010R6R6、, 10040100vo1RM3)R5(R41020Voi(60)mV 100mV10)mV 40mV2010020100100vl1vl2vl3 20Vl1 20V25Vl31010101020(2010 20105 60)mV 100mVR3R3、R6R6Vo (Vl1 Vl2 ) Vi3R1R2 R4R5R3R6Vl1R1R4R3R6Vl2R2R4R6Vl3R5ITJT图 E4.64.7由理想运放构成的放大电路如图E4.7所示，试求:(1) vo与VZ的关系式；(2)若 Vl=12V, v

6、z=8V, R1 = 20k , Rf= 10k ,则 vo=?图 E4.7解答：如图E4.7所示电路(D voRfvzR1VoRfRi10 8204V4.8 试分别设计能实现下列运算关系的集成运放运算电路，画出电路图并标出元件数 值。设所采用的集成运放是理想的。(1)vo= 2vi(Rf= 39 k(2)vo= 5vi(Rf= 20 k(3)vo= ( VI1 VI 2)(Rf= 10 k(4)vo= 2vi1 +4 vi 2(Rf= 10 k(5)vO100 vZdt(Cf = F)解答：相对于（1）、（2）、(3)、（4）、（5）所列要求分别有:(1)选取反相比例运算电路，如图E4.所示

7、,图中(3)(4)Rf =39 kRf39R -K19.5KR1 Avf 2R2= Ri/ Rf = (19.5/39) k =13 k选取同相比例运算电路，如图Rf =20 kRfR1= Avf 1R2= R1/Rf =E4.所示,图中20 K 5 15K(5/20) k选取反相加法运算电路，如图Rf = 10 kRfR1 = aAvfRfR2 =avfE4.所示,图中10K 10K110K 100K0.1R3= R1/R2/Rf= ( 10/100/10 )选取如图E4.所示电路，图中= 4.76 kRf = 10 kRf-V11R4Rf2_ _ vI2R1 R3R4Rf10 K25K2取

8、R1 =5KR2=R1/Rf= (5/10) k =3.33 k图E4.tn足e=HZZ（虚地）R 尸 gai +图E4. BAj +图E4.A： +R5= R/R3/Rf = （ 5/5/10） k =2 k（5）选取积分运算电路，如图E4.所示，图中Cf = F1Ri100Cf100 0.1 10100KR2= R1= 100 k4.9由理想运放构成的基本积分电路及输入波形vi,如图E4.9 （a）、（b）所示，vi的周期T=4s、幅值为图E2V。已知集成运放的最大输出电压Vom = 10V,假设试画出，当电阻、电容分别为下列数值时，相应的输出电压t=0时积分电容上的电压等于零。VO的波形

9、。R1= 1M,Cf=1F;R1= 1M,Cf=F;R1= 1M,Cf=F图 E4.9解答：如图E4.9所示电路，相对于（1）、（2）、（3）所列各种条件分别有:在01s时间段内，vi= 2V, Vc t 00 ,当t=1s时，有vO11122dtV VRC 0RCf在13s时间段内，vi = 2V, vC t 1s vO1 ,当t=3s时，有VO2RCf31( 2)dtVvO11 106 21 10 6 V2VVO2(1 106 1 102)V 2VvO121 106 0.5 10 6V 4VvO24(66 4)V1 100.5 104V(3)Vo12-AF V66 V100.05 1040

10、V显然,Vo已超出vom = 10V的范围,应有VO1M10V。0g * 2 U1RCf1 100.05 10ti= 0.25s即当t=ti= 0.25s时，电路已进入反向饱和区，有voi = 10V。vO2M-2t.10VR-t02R1CfvC t 1s2 1 106 0.05F t2 1 V 10V 10 6t1= 1.5s ,即当 t= t2= 1.5s 时,电路已进入正向饱和区,VO2 =10V。vo3M2t310V 正前vC t 3s2t3 3V0.0510Vt3= 3.5s ,即当 t=t3=3.5s 时,电路已进入反向饱和区,vO3= - 10V。由此可画出在(1)、(2) (c

11、)所示。和(3)情况下，输出电压 vo相应的波形分别如图 E4.中的(b)、图E4.4.10积分运算电路如图E4.10 (a)所示，A为理想运放，试求:(1)解答：如图E4.10所示电路(1)求解Vo与VI1、VI2的关系式，有:方法一由节点电流法，有.VI1i I ic 一R1VI2R2VoCf iIdtVI1(百VI2瓦)dt方法二由叠加定理,1VoR1CfvI 1dt1R2cfvI2dt方法三由戴维南定理,R = R1/R2,VIVoVIdtR1CfR2VI1R1R2R1R2RRCfR1VI 2R1R2/R2(VI1R1R2R1R1R2vI2)dt1 VI1dtR1CfRzCfvI2 d

12、t由求解出的Vo与VI1、VI2的关系式，有:1.1,VI1dt VI2 dt-R1CfR?Cf11000 VMdt 500 VI2dt1103 1 10 6vIidt12 103 1 10 6VI 2dt在t=(02) ms 时间段内，VI1=1V、vo1 = - 1000 VI1 A ( ms) V = 1 xt (ms) V即输出电压 Vo在12ms期间，从零开始，以一1V/ms的速度向负方向增长。当 t = 2ms 时，Vo1= - 2V。在 t 2ms 以后，vI1=1V, vI2= 2V , vc(0)= vc t 2ms = 2V ,贝Uvo2= 1000 VI1 (tt。) 5

13、00 VI2 (tt。)+ vc(0)=1000X 1 X (t 10) 500X ( 2) X ( tt0)+ vc(0)= vc(0) 2V即当t2ms以后，输出电压为一条数值为一2V的直线。由此，有输出电压 Vo的对应波形如图 E4.所示。图E4.4.11由双电源供电改为单电源供电使用的集成运放小信号交流放大电路，如图E4.11所示。当输入电压 Vi=30v2 sin mV时，试求输出电压V。的有效值。解答：所示，则AY R . 100 一A/f 1- 111R 10Vo = Vi Avf=30X 11mV= 330mV+ rtc（+i5 V） o1Rf图 E1.14.12一阶有源低通滤波电路如图E4.12所示。已知， A为理想运放，R1=10KRf=150K , R=100K , C= F,试求:(1)通带电压放大倍数Avf； (2)通带上限截止频率fH。解答：如图E4.12所示电路(1)通常放大倍数取决于由电阻组成的负反馈网络，有AvpRf1501- 1 R11016（2）fH康1 36 Hz 48.25Hz2 3.14 100 10 0.033 10*试设计一个语音信号放大器中的带通滤波器。要求，上限截止频率fH=3 400Hz,下限截止频率fL=300Hz ,通带电压增益 Avf 2,并用Mutisim仿真软件进行检测。提示：