思考题与习题3-答案要点

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

2、 10100MHz 的信号，应选（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）。3- 4一个负反馈放大电路的开环增益A105 ，反馈系数 F10 2 ， 试分别按照AfA和 Af1A 100 ，AF计算电路的闭环增

3、益，并比较两种计算结果的误差。若1FF 10 2 ，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：（ 1） A105 ， F10 2AfA10510599.9Af1AF 1105 10 21 1031001F1此时二者误差很小，约为0.1%。（ 2） A100， F10 2AfA100100Af11AF110010 2501002F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AfA1要求的深度负反馈条件 1 AF1 。AFF13- 5找出题 3- 5 图所示

4、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。ui+UCC-R4+R2uiuouo+R1-R1RLuoui+T-R2-R2R3R5R1（a）（ b）（ c ）题3- 5图解：（ 1）图 a反馈网络元件：R1、 R2反馈极性与组态：电压串联正反馈（ 2）图 b反馈网络元件：R2反馈极性与组态：电压并联负反馈（ 3）图 c反馈网络元件： R、 R反馈极性与组态：电流串联负反馈12（ 4）仿真：略。3- 6 反馈放大电路如题3- 6图所示。R5R2-R3A1-ui+A2uoR1+R6R4R8R7题3- 6图2解：（ 1）找出电路中的级间反馈网络元件，判

5、断它们的反馈极性和组态；级间反馈网络元件：R6、 R7、 R8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 R8 开路，电路不能正常放大，因为此时运放（ 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- 7 图所示。R3uo1R1ui-A1+R2A1 处于开环状态而构成电压比较器。+A2-+RLuo-R4题 3- 7图解：（ 1）计算该电路的电压增益Auf 1uo1 、 Auf 2uo 、 Aufuo ：uiuo1uiuo1R3uiR3uouoRLAuf 1R1Auf 2uiuiR1uo1R4R4RLuoA

6、ufuououo1Auf 2Auf 1RL(R3 )R3RLuiu01uiR4R1R1R4（ 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：RFR3uo1R1ui-A1+R2+A2-+RLuo-R4题 3- 7图修改3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。R5uiR1R3-uoA1A2+R2R4R6R10+uo3AR83-R7R9题 3-8 图解：（ 1）找出电路中的级间反馈网络元

7、件，判断它们的反馈极性和组态：级间反馈网络元件： R6、 R7、 R8、A3、R9、 R10、 R2；反馈极性与组态：电压串联负反馈；（ 2）推导 uo3 与 uo 的关系式；R7uo3u 3 u 3uoR6R7（ 3）推导 uo 与 ui 的关系式，计算电路的电压增益、输入电阻和输出电阻；uiu 1R2uo3R2 R7R7 ) uoR2R10(R2 R10 )(R6Aufuo( R2R10 )( R6R7 )uiR2R7ri，ro 0（ 4）分别用 Multisim软件仿真 R1R1 、 R10 、 R90 、 R2 0 和 R10时电路的工作情况，观察、分析实验现象。仿真略。 R1 R1

8、、 R10 、 R90 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A1 处于开环状态而构成4电压比较器。3- 9 反馈放大电路如题3- 9 图所示，已知R1R 。+A2RP-Ruo2R1RRui+A1uo-RR题 3-9 图解：（ 1）判断 A2 支路对 ui 构成的反馈极性和组态：电压并联负反馈。（ 2）推导 uo2 与 uo 、 uo 与 ui 的关系式：uo2 对 uo 构成反相比例运算电路，因此uo 2R uouoRui 、 uo 2 对 uo 构成同相加法运算电路。由于uRRuo20.5ui0.5uo2 0.5ui 0.

9、5uouiR RRRRuo0.5uouRR因此 uo0.5ui 。（ 3）如果 R1 开路，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 R1 开路，电路能正常放大，因为 A1 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20k，电压增益为 - 50。5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ri R1 ，因此， R120k ；ifRF

10、R350 ， 因 此 有i1R1由 于 电 压 增 益 为 Au-R1+ui+-uoR3 50R1 1 0 0k0 ；R2-平衡电阻 R2R1 / R3 20 / 1000题3- 10图 反相比例运算电路19.6k 。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：R1ui+-uoR2R3R4R5( R2R3 ) / R5R2题 3- 11图uR3 ) / R5 u0u uiR4 ( R2R2R3uo R4(R2R3 ) / R5 ( R2R3 ) uiR4 (R2 R3R5 ) R5 (R2 R3 ) uiR2 ( R2 R3 ) / R5 R2 R

11、5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 R1 / /R2R3 / / R4 ，试推导电路的运算表达式，并说明该电路的功能。解：R1ui1R2R1R3uui 1ui 2uuoR2R1R1R2R2R3R4ui2+uoR3R4 R2R1-uoui1R1ui 2 R3R3R1R2R2R4功能：同相加法运算电路。题3- 12图63- 13 某运算电路如题3- 13 图所示，已知 R3 / R1R4 / 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？R3R6R1R-4-A1uo1R2R5Au+2oui1ui2+题 3

12、- 13图解：第一级为同相比例运算电路，故R3uo1(1)ui1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uo R6 uo1(1R3 ) R6ui1R4R1 R4当 ui2 单独作用（ uo1 接地）时为同相比例运算电路，输出uo (1R6 )ui2R4据叠加定理，总输出电压uouo uo (1R3 ) R6 ui1(1R6 ) ui2R1R4R4R3R4uo (1R6 )(ui2ui1 )R1R6R4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。R1RF3- 14某运算电路如题3- 14 图所示，试求该电路的ui1R

13、210kO200kO运算表达式，并说明电路的功能。ui2R2-解： 根据虚短特性和叠加定理，有10kOuoR4R3R3uuui 3ui 4ui3+5kOR3R4R3R4ui4R420052005200kO5200 ui 35200ui 4205ui 3205 ui 4题 3- 14图7uo u(ui1uui 2u )RFu( ui1uui 2u ) 200R1R21010u20ui120u20ui 220u41u20ui1 20ui 241( 200 ui 35ui 4 ) 20ui120ui 220520540ui 3 ui 420ui120ui 2可见整个电路实现加减运算功能。3- 15

14、某运算电路如题3- 15 图所示，试推导uo 与 ui 的关系式，并说明电路的功能。ui1+uo1A1+-uiR3R110k2kR2uo10k-A2uo2ui2+题 3- 15图解：u 1uu 1u1ui 1 ， u 2 u 2ui 2 ， uiui 1ui 2 ， uouo1uo22uo1uo 2，ui 1 ui 2uo1 uo2，uiuoR3R1R3R2R3R1R3 R2R3 R1 R3 R2uoR1R3R2 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 A1 、 A2 、 A3 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

15、、 R8R9 。解：A1 构成的单元电路名称：电压跟随器；A2 构成的单元电路名称：反相比例运算电路；A3 构成的单元电路名称：减法运算电路。8R2R8R1ui1-R6A1+uo1R7-A3uo+R3ui2R4R5-A2+uo2R9题 3- 16图电路的运算表达式：uo1ui 1 ，uo 2R5ui 2R3uoR8 (uo2 uo1)R8 (ui 1R5 ui 2 )R6R6R33- 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-uoui1R+C题 3- 17图解：电路是反馈放大器结构，具有“虚短”（ uu ）和“虚断” （ ii 0 ）特性。首先

16、列出 ui1 和 ui2 所在回路的电流方程ui1uC duRdtui2 uC d(uuO )Rdt两式相减，整理后可得9u i1ui2duORCdt所以u O1ui2 )dt(u i1RC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。uiR120kR2-5VUR20k+R3uo2kDZU Z =6V题 3- 18图解：（ 1）确定它的阈值电压U T：电路中的运放工作在开环模式，无虚短 特性，但有 虚断 特性。u U RuiU Rui5R1R 2R 2 520 2.5 0.5ui2020当 uu压 uO0.7V时，运放输出为UOM ，此时输出端连接的稳压二极

17、管正向导通，输出电；当 uu 时，运放输出为U 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，输出电压 uO6V 。阈值电压 U T 是输出跳变时对应的ui 值，可由 u u0 求出 ui 值：U T2.55Vuo /V0.5（ 2）画出它的电压传输特性：6见题 3- 18 解图。- 50ui /V-（ 3）说明电阻 R3 和稳压二极管DZ 的作用。0.7R3 在电路中起限流作用，保护稳压二极管DZ 。题3-18 解图稳压二极管 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=6sint(V) 整形

18、为如题3- 19 图 b、题 3- 19 图 c 所示的 uo1、uo2 波形。10ui /V+605/4t/4- 6(a)uo1 /V0tuo2 /V(b)0t(c)题 3- 19图解：（ 1）说明 A1、 A2 分别构成哪种类型的比较器：A1 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：A1 构成单限电压比较器，阈值电平U T6sin4.24V4A2 构成迟滞电压比较器，阈值电平U T6sin4.24V ， U T6sin 54.24V 。443- 20 电压比较器如题 3- 20 图所示，已知稳压二极管的稳定电压U Z6V 。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。Rui-R+DZuo /V6uo0ui /V- 6题3- 20图题 3- 20解图解：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 U T=0，故构成双向限幅过零比较器， 输出电压 uo U Z 6V ，电压传输特性如题 3- 20 解图所示。3- 21根据使