第四章自我检测题参考答案

1、第四章自我检测题参考答案 一、填空题1.集成运放作线性应用时必领构成负反馈组态，作非线性应用时必须构成正反馈和开环组态。2.为获得输入电压中的高频信号，应选用高通滤波器。3.反相输入放大电路的输入电阻小，同相比例运算电路的输入电阻大。二、判断题1.集成运放组成运算电路时，它的反相输入端均为虚地。()2.理想运放构成线性应用电路时，电路增益均与运放本身参数无关。()3.用集成运放组成电压串联负反馈电路，应采用反相输入方式。()4.为避免 50 电网电压形成的干扰进入放大器，应串接带阻滤波器。()三、选择题1.用集成运放构成功能电路，为达到以下目的，应选用对应的电路为：欲实现的放大电路应选(A)；

2、欲将方波电压转换成三角波电压，应选(E)；在直流量上叠加一正弦波电压，应选(B)；对共模信号有很大的抑制作用，应选(C)；将正弦波电压转换成二倍频，应选(G)；将矩形波转换成尖顶波，应选(D)。A.反相输入放大运算电路 B.同相输入放大运算电路 C. 差分输入放大电路D.微分运算电路 E.积分运算电路 F.加法运算电路G.乘方运算电路2.基本微分电路中的电容应接在运算放大器的(A)。A.反相输入端 B. 同相输入端 C.反相输入端与输出端之间四、图 Z4.1(a)所示电路参考电压 UREF=3V，稳压管稳压值为 5V，正向压降为 0.7V，在图(b)中画出电压传输特性。解：图 Z4.1(a)所

3、示电路为比较器电路。门限电压 UT=3V。当 uiUREF（3V）时，比较器输出为高电平，稳压管反偏反向击穿，uo1=UZ=+5V。 当 uiUREF，比较器输出为电平低电平，稳压管正偏导通，uo2=0.7V在图 Z4.1(b)中画图方法：ui从零开始，输出电压为低电平不变，uo=0.7V。当 ui=3V 时，比较器输出跳变为高电平，输出 uo=5V，ui3V，uo=5V 不变。电压传输特性图请读者在图 Z4.1(b)中自画。五、图 Z4.2 为一稳压电路，UZ为稳压管 VZ 的稳压值，且 UiUZ，写出 uo的表达式。解：因 UiUZ，稳压管反偏稳压，使输入端电压稳定不变，即 ui=UZuo

4、=(1+Rf/R1)UZ 第四章 习题参考答案4.1 判断题1.运放在深度负反馈的情况下，放大特性与运放本身参数无关，仅取决手外接电路元件及参数，因而在使用过程中不需要考虑运放的特性参数。()2.集成运放构成的放大电路不仅能放大交流信号，也能放大直流信号。 （）3.滤波器的特征频率一定等于截止频率。 （）4.凡是用集成运放构成的运算电路，都可以用“虚短”和“虚断”概念求解运算关系。()5. 为了提供集成运放组成放大电路的增益，可选用 10M 电阻作为反馈电阻。()6.当比较器的同相输入端电压大于反相输入端电压时，输出端电压为Uom。 （）4.2 选择题1. 集成运放组成(B)输入放大器的输入电

5、流基本上等于流过反馈电阻的电流，而(A)输入放大器的输入电流几乎等于零，所以(A)输入放大器的输入电阻大。A.同相 B.反相 C.差分2.在多个输入信号的情况下，要求各输入信号互不影响，宜采用(A)方式的电路，如果要求能放大两信号的差值，又能抑制共模信号，应采用(C)方式的电路。A.反相输入 B.同相输入 C.差分输入3.由集成运放组成的电路如图 P.4.1 所示。其中图(a)是(D)，图(b)是(B)，图(c)是(C)。图 P4.1A.积分运算电路 B.微分运算电路 C.迟滞比较器D.反相求和运算电路 E.单值比较器电路4.(B)运算电路可将方波电压转换成三角波电压A.微分 B.积分 C.乘

6、法 D.除法5.相对来说，(B)比较器的抗干扰能力强。A.单值 B.迟滞4.3 在图 P4.2 所示电路中，ui=10mV 试计算输出电压 uo的大小。图 P4.2 解题分析：对于由运放组成的应用电路的分析求解，先应分析判断组成的是何种电路，再根据电路列出输出、输入关系，再求得所要的电量的数值。本电路是一差动输入放大器，除直接代入公式计算外，一般情况下，用叠加定理求解。通过解题来说明差动输入放大器对共模信号有很强的抑制作用。解：本电路是一差动输入放大器，用叠加定理求解。设同相输入端信号单独作用，则反相输入端输入信号对地短接，电阻 R 左端接地。且在同相端输入的信号为两电阻分压而得。有iiouu

7、RRu321iiiuuRRRu3222=20mViouu2设反相输入端信号单独作用，则同相输入端输入信号对地短接，电阻 R 左端接地。有=20mViouRRu2=0Vooouuu本题输入一大小相同、极性相同的信号即共模信号，在外接电阻对应相等的情况下，差动输入组态输出为零，说明其对共模信号有很强的抑制作用。4.4 图 P4.3 所示电路，已知 ui=1V，试求：开关 S1、S2都闭合时的 uo值；开关 S1、S2都断开时的 uo值；开关 S1闭合、S2断开时的 uo值。图 P4.3解题分析：对于由运放组成的应用电路的分析求解，先应分析判断组成的是何种电路，再根据电路列出输出、输入关系，再求得所

8、要的电量的数值。解：开关 S1、S2都闭合时，该电路为反相输入放大电路，列出电路输出、输入关系为 uo=1Viukk1010开关 S1、S2都断开时，该电路为电压输出器电路，列出电路输出、输入关系为 uo=ui=1V开关 S1闭合、S2断开时，该电路为差动输入放大电路，用叠加定理求解。设同相输入端信号单独作用，则反相输入端输入信号对地短接，则有2Vioukku10101设反相输入端信号单独作用，则同相输入端输入信号对地短接，有=1Vioukku1010=1Vooouuu4.5 用集成运放设计具有以下输入输出关系的功能电路：uo=3ui14ui2uo=ui1+2ui2解：4.6 图 P4.4 是

9、自动化仪表中常用的“电流电压”和“电压电流”转换电路，试用“虚短”或“虚断”概念推导图(a)中 UO与 IS的关系式；图(b)中 IO与 US的关系式。图 P4.4解：图(a)中，同相输入端经电阻接地，电路为反相输入组态，可用“虚地”概念，有 U-=U+=0根据“虚断”概念，反相输入端电流为零，即 I-=0，故 IRf=IS根据 KVL，可列方程U-IRfRf=0IRfRf=UOUO=IRfRf 图(b)，电路为同相输入组态。根据“虚断”概念，I+=0，I-=0根据 KCL，IR1+I-=IOIR1=IO根据“虚短”概念 U-=U+= US IR1=U-/R1= US/R1IO= US/R14

10、.7 图 P4.5 为运放纽成的电流放大电路，光电池产生的电流很微弱，经运放放大后驱动发光二极管 LED 发光，R2为输出电流取样电阻，R1为负反馈电阻。设 IS=0.1mA，求使LED 发光的电流 IL值。(提示应用“虚短”、 “虚断”和求 KCL 解)图 P4.5解：根据“虚断”，有I2=IS=0.1mA运放同相输入端接地，可用“虚地”概念，有U-=U+=0可求得UR2=I2R1=10VIR2= UR2/R2=10mAIR2方向由右向左根据 KCL 可得IL= I2+ IR2=10.1 mA4.8 利用运放构成稳压二极管参数测试电路如图 P4.6 所示，己知 US=5V，R=1k，测得电压

11、表读数为11.3V。求通过稳压二极管的电流和稳压二极管的稳压值；若将增大到 7V，测得电压表读数为13.36V，求稳压二极管的动态电阻 rz。图 P4.6解：根据“虚短”概念 U-=U+= US=5V根据“虚断”，有 IR=IZIZ为通过稳压二极管的电流。IZ =IR= US/R=5V/1 k=5mA稳压二极管的稳压值 UZUZ= USUO=16.3V若将增大到 7V，测得电压表读数为13.36V，可求得=7mARUISZ=20.36VOSZUUU稳压二极管的动态电阻=2.03mAVIIUUrZZZZz206. 44.9 求图 P4.7 所示电路的 Uo。 图 P4.7解：图 P4.7 所示电

12、路的第一级运放组成反相输入组态放大电路，其输出电压 Uo1=5.1ViURR12第二级运放组成反相输入组态放大电路，其输出电压 Uo2=V1 . 5145oURRUo= Uo2Uo1=10.2V4.10 利用运放的“电压电流”转换作用，可制成高输入电阻的直流毫伏表，如图 P4.8所示。已知 R=1 k，A 表的满量程为 100A，内阻 RM=7.5k，试求 A 表满刻度偏转时，对应的被测电压 UImax为多大？图 P4.8解：根据“虚断”，流过电阻 R 上电流 IR=I根据“虚短”概念 U-=U+ UR=UIA 表满刻度偏转时，为 A 表的满量程值，IR=I=100AUR= IRR=100A1

13、 k=100mV对应的被测电压UImax=10 0mV4.11 电路如图 P4.9 所示，设 uo初始值为零，列出 uo与 ui1、ui2的关系式。 图 P4.9解：图 P4.9 所示电路，第一级电路为反相求和电路uo1=5 ui12.5 ui22211ififuRRuRR第一级电路为积分电路dtuCRuut0o13co1dtuuutii02163o5 . 251010101001dtuuutii021o5 . 254.12 求图 P4.10 所示电路的输入输出关系。图 P4.10解：图 P4.9 所示电路，运放 A1、A2组成电压跟随器，则有uo1= ui1uo2= ui2运放 A3组成同相

14、求和电路。当 uo1单独作用uRRuo341=5 ui11122341iouRRRRRu1333333302701iu当 uo2单独作用=5 ui22121341iouRRRRRu2333333302701iu=5 ui1+5 ui2ooouuu4.13 电路如图 P4.11 所示，写出 ia、ib以及电压放大倍数 uo/ui的表达式。图 P4.11解：图 P4.11（a）所示电路，运放 A 同相输入端经电阻 R5接地，可用“虚地”概念，有0uu根据“虚断”，有ii=ia=1RuiuR2= uR4=ouRRR344uR2= iaR2=21RRui=ouRRR34421RRuiuo=iuRRRR

15、12431图 P4.11（b）所示电路，运放 A1同相输入端经电阻 R5接地，可用“虚地”概念，有011uu根据“虚断”概念i2+=0iR3=ibib =34RRuo运放 A2组成电压跟随器电路uo2= uI2= ibR3=343RRRuo根据“虚断”概念=01iiR1=1i2343221RRRRuRuRuooiuo=iuRRRRR132344.14 求图 P4.12 所示电路的输入、输出表达式，并分析电路特点。图 P4.12解：图 P4.12 所示电路，乘法器电路输出输入关系为uz=Kuoui2运放组成同相输入放大电路2212212iozuuRRRKuRRRu根据“虚断”“虚短”概念1 iu

16、uu则21121iiouuRRKu该电路具有以下特点：1该电路为除法电路， ui1除以 ui2；2其系数为乘法器的增益系数 K 与同相输入放大电路增益的乘积。121RR4.15 一阶低通滤波器如图 4.4.2 所示，已知 Rf=100k，R1=10k，R2=10 k，若要求通带截止频率 fH=50Hz，试估算电容 C 应取多大？并求通带增益。解：一阶低通滤波器电路通带截止频率为fH=50HzRCf210C=F0.31810-6F50101028. 612130Rf取标称值为 0.33F 电容器。通带增益为=1+10=1111RRAfup4.16 有源高通滤波器如图 4.4.4 所示，已知 Rf

17、=56k，R1=10k，R=5.6 k，C=0. 1F，试计算截止频率及通带电压放大倍数。图 4.4.4解：一阶高通滤波器电路截止频率为fL=Hz284.35Hz630101 . 0106 . 528. 6121RCf通带电压放大倍数为=1+5.6=6.611RRAfup4.17 二阶低通有源滤波器如图 4.4.6 所示，已知 Rf=5.86k，R1=10k，R=10 0k，C=0. 1F，试计算上限截止频率、Q 值和通带增益。图 4.4.6解：二阶低通有源滤波器上限截止频率fH=Hz15.92Hz630101 . 01010028. 6121RCf通带增益为=1+0.586=1.58611R

18、RAfupQ 值为0.707414. 11586. 13131upAQ4.18 二阶有源带通滤波器如图 4.4.10 所示，图中 C=0. 1F，R1=7.96k，R=24.3k，Rf=46.2k，试求该电路的中心频率 f0、带宽 BW 和通带增益Au。图 4.4.10解：二阶有源带通滤波器中心频率 f0HzHz=2000Hz63101001. 01096. 728. 6121CRf510501通带增益 AuAu=Auf=1+1+1.9=2.9RRf13 .242 .46Q 值为109 . 23131ufAQBW= f0/Q=200Hz4.19 试设计一中心频率 f0=100Hz 的陷波器，要

19、求 Q=10。解：选所要设计的陷波器电路如图 T4.19 所示。图 T4.19已知 BEF 的中心频率 fo=1000Hz。设 C=47000pF。有Hz10021RCfo则33887121016.2951104700010021RR 取 E96系列标称值 3.40k 电阻，R 用两只 E96系列标称值 3.40k 电阻并联，电容212C 可用两只 47000 pF 电容并联。，则 Aup=1.95。10)2(21upAQ95. 111fupRRA则 Rf=0.95R1，由从运放同相与反相两输入端外接直流电阻平衡的要求，可知R1/Rf=R+R=268 k=136k可求得R1=279.15kR1

20、取 E12系列标称值 R1=270k+9.1k 组成。故 Rf=256.5k，取 E12系列标称值Rf=240k+16k 组成。4.20 比较器电路如图 P4.13 所示，ui=5sintV画出与输入信号相对应的输出波形；画出电压传输特性。图 P4.13解：图 P4.13 所示电路为迟滞比较器uo=Uom =6V其门限电压由叠加定理求得，当输出电压为Uom时，可求得UT1=V=4V32010206201010212211REFomURRRURRR当输出电压为Uom时，可求得UT2=V=0V32010206201010212211REFomURRRURRR画出电压传输特性电压传输特性画法：输出电

21、压为6V 时，当输入电压由零增加到4V 时，输出电压由翻转到6V。输出电压为6V 时，当输入电压减小到 0V 时，输出电压由翻转到+6V。4.21 图 P4.14 所示电路为三角波产生电路，若 VD 与 R 串接后与 R4并联(如图中虚线部分)，则构成锯齿波电路，分析两种电路工作原理。 图 P4.14解：三角波产生电路工作原理电路由同相输入滞回比较器（A1）和积分器（A2）组成。A1的同相输入端电压由 A1的输出电压 uo1和 A2的输出电压 uo= uo2迭加而成。uo经 R1反馈至 A1同相输入端控制滞回比较器翻转。A1反相输入端接地，up1= uN1=0 时比较器翻转。则阈值电压 ZTU

22、RRUu21表明时滞回比较器翻转。ZToURRUu21 比较器的输出电压 uo1经 R5接至 A2的反相输入端，而，所以积分电路输出ZoUu1电压 )0(521)0(15212)()(cZcoouUCRttuuCRttu式中，uc(o)为电容上的初始电压。假设接通电源瞬间，uo1=UZ ，电容 C 上 uc(0)=0，A2的输出为零，A1的同相输入端电压 up1为负值。此时，电容 C 开始充电，积分器的输出电压 uo2由零值开始线性上升。这样 A1同相输入端电压 up1 由负值逐渐上升。当 uo达到，而 up1=0,滞回比较器翻ZURR21转，使 uo1由UZ迅速跳变到+UZ。当 uo1跳变成

23、+UZ后，积分器的输出电压 uo开始线性下降，此时，A1的 up1也逐渐下降。当 uo下降到,而 up1=0 时，滞回比较器发生翻转，uo2由+UZ迅速跳变到UZ。ZURR21根据以上分析，电路输出电压 uo的波形为三角波如图图 T4.21(a)所示。图 T4.21(a)锯齿波电路如果三角波波形不对称，即上升时间与下降时间不相等，则成为锯齿波。VD 与 R 串接后与 R4并联，这样积分器 A2设有二条积分支路：当 VD 导通时，经 二极管导通电阻与 R 串接后与 R4并联的等效电阻 RTC；VD2截止时，经 R4C。当 uo1为+UZ时,VD 导通, uo1通过等效电阻 RT向 C 电;当 u

24、o1为UZ时, VD 截止,电容通过 R4放电和反向充电.产生锯齿波波形如图 T4.21(b)所示。图 T4.21(b)4.22 图 4.5.16 所示电路为三角波产生电路，R2=10k，R1=20k，R5=20k，C=0. 1F，求输出三角波的频率。图 4.5.16解：三角波产生电路频率=62.5 Hz16010101 . 01020102041010446333512CRRRf4.23 用集成测量放大器 INA104 组成放大电路，要求电压放大倍数为 100，RG应选多大？解：用集成测量放大器 INA104 组成放大电路，电压放大倍数由下式估算GuRkA401要求电压放大倍数为 100，则

25、100GRk401RG=0.404k=4049940 k4.24 用 UAF42 集成有源滤波器设计一个滤波器 100Hz 的陷波器，应如何选择外接元器件？画出电路图。解：本电路采用图 T4.24 所示电路图。为简化设计，取，。21fffRRR21ZZZRRR4321RRRRR 取陷波器的阻带为 20Hz，而 f0=100Hz，由式（4.4.27）可得QfBWo/5BWfQo 已知PF，fN=100Hz，由式（4.4.25）可得100021CCC=1.6M10010100028. 612112NfCfR71028. 61取k，代入式（4.4.36），可得k。221ZZRR2313ZZZZRRR

26、RQ103ZR电路为同相输入组态，本电路 RG由电阻 R3代替，因，21fffRRR，由式（4.4.31）可得21ZZZRRR4321RRRRR22211112411CRRCRRRRRRRRRQffGQQG1233411RRRRRRRGQ5=2501115050501QQQQRRRRRQ=50k/86.25 kRQ取 E12系列标称值 6.2K。在图 T4.24 中把阻值换成 1.6M。其余阻值与图中所标阻值相同。21,ffRR 图 T4.244.25 仿照图 4.5.13 所示电路，设计一个给 24V 汽车蓄电池电压过压、欠压告警电路，当蓄电池电压大于 26V 时和低于 20V 时，各由一个发光二极管 LED 发光告警。解：所选电路如图 T4.25 所示。注意！要把图 T4.25 中电源值改