第四章自我检测题参考答案.doc

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)； 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=UZ uo=(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 P4.1 A.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 iio uu R R u3 2 1 iii uu RR R u 3 2 2 2 =20mV io uu2 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 =20mV io u R R u 2 =0V ooo uuu 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=1V i u k k 10 10 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 2V io u k k u 10 10 1 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 =1V io u k k u 10 10 =1V ooo uuu 4.5 用集成运放设计具有以下输入输出关系的功能电路： uo=3ui14ui2 uo=ui1+2ui2 解： 4.6 图 P4.4 是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=UO UO=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-=IO IR1=IO 根据“虚短”概念 U-=U+= US IR1=U-/R1= US/R1 IO= US/R1 4.7 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=10V IR2= UR2/R2=10mA IR2方向由右向左 根据 KCL 可得 IL= I2+ IR2=10.1 mA 4.8 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=IZ IZ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 UZ UZ= USUO=16.3V 若将增大到 7V，测得电压表读数为13.36V，可求得 =7mA R U I S Z =20.36V OSZ UUU 稳压二极管的动态电阻 =2.03 mA V II UU r ZZ ZZ z 2 06 . 4 4.9 求图 P4.7 所示电路的 Uo。 图 P4.7 解：图 P4.7 所示电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=5.1V i U R R 1 2 第二级运放组成反相输入组态放大电路，其输出电压 Uo2=V1 . 5 1 4 5 o U R R Uo= Uo2Uo1=10.2V 4.10 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=UI A 表满刻度偏转时，为 A 表的满量程值， IR=I=100A UR= IRR=100A1 k=100mV 对应的被测电压 UImax=10 0mV 4.11 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 ui2 2 2 1 1 i f i f u R R u R R 第一级电路为积分电路 dtu CR uu t 0 o1 3 co 1 dtuuu t ii 0 21 63 o 5 . 25 101010100 1 dtuuu t ii 0 21o 5 . 25 4.12 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= ui1 uo2= ui2 运放 A3组成同相求和电路。当 uo1单独作用 u R R uo 3 4 1 =5 ui1 1 12 2 3 4 1 io u RR R R R u 1 3333 33 30 270 1 i u 当 uo2单独作用 =5 ui2 2 12 1 3 4 1 io u RR R R R u 2 3333 33 30 270 1 i u =5 ui1+5 ui2 ooo uuu 4.13 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 0 uu 根据“虚断”，有 ii=ia= 1 R ui uR2= uR4= o u RR R 34 4 uR2= iaR2= 2 1 R R ui = o u RR R 34 4 2 1 R R ui uo= i u R R R R 1 2 4 3 1 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 0 11 uu 根据“虚断”概念 i2+=0 iR3=ib ib = 34 RR uo 运放 A2组成电压跟随器电路 uo2= uI2= ibR3= 34 3 RR Ruo 根据“虚断”概念 =0 1 i iR1= 1 i 234 3 2 2 1 RRR Ru R u R u ooi uo= i u RR RRR 13 234 4.14 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 2 21 2 21 2 ioz uu RR R Ku RR R u 根据“虚断”“虚短”概念 1 i uuu 则 2 1 1 2 1 i i o u u R R Ku 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。 1 2 1 R R 4.15 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=50Hz RC f 2 1 0 C=F0.31810-6F 50101028 . 6 1 2 1 3 0 Rf 取标称值为 0.33F 电容器。 通带增益为 =1+10=11 1 1 R R A f up 4.16 有源高通滤波器如图 4.4.4 所示，已知 Rf=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=Hz284.35Hz 63 0 101 . 0106 . 528 . 6 1 2 1 RC f 通带电压放大倍数为 =1+5.6=6.6 1 1 R R A f up 4.17 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=Hz15.92Hz 63 0 101 . 01010028 . 6 1 2 1 RC f 通带增益为 =1+0.586=1.586 1 1 R R A f up Q 值为 0.707 414 . 1 1 586 . 1 3 1 3 1 up A Q 4.18 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 f0 HzHz=2000Hz 63 1 0 1001 . 0 1096 . 7 28 . 6 1 2 1 CR f 5 1050 1 通带增益 Au Au=Auf=1+1+1.9=2.9 R Rf 1 3 . 24 2 . 46 Q 值为 10 9 . 23 1 3 1 ufA Q BW= f0/Q=200Hz 4.19 试设计一中心频率 f0=100Hz 的陷波器，要求 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 Hz100 2 1 RC fo 则 3388 712 1016.295 1 10470001002 1 R R 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 2 1 2C 可用两只 47000 pF 电容并联。 ，则 Aup=1.95。10 )2(2 1 up A Q 95 . 1 1 1 f up R R A 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=279.15k R1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=4V 3 2010 20 6 2010 10 21 2 21 1 REFom U RR R U RR R 当输出电压为Uom时，可求得 UT2=V=0V 3 2010 20 6 2010 10 21 2 21 1 REFom U RR R U RR R 画出电压传输特性 电压传输特性画法： 输出电压为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 ZT U R R Uu 2 1 表明时滞回比较器翻转。 ZTo U R R Uu 2 1 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 Zo Uu 1 电压 )0( 5 21 )0(1 5 21 2 )()( cZcoo uU CR tt uu CR tt u 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 Z U R R 2 1 转，使 uo1由UZ迅速跳变到+UZ。 当 uo1跳变成+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。 Z U R R 2 1 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 uo1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 Hz 160 10 101 . 0102010204 1010 4 4 633 3 51 2 CRR R f 4.23 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 G u R k A 40 1 要求电压放大倍数为 100，则 100 G R k 40 1 RG=0.404k=404 99 40 k 4.24 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，。 21fff RRR 21ZZZ RRR 4321 RRRRR 取陷波器的阻带为 20Hz，而 f0=100Hz，由式（4.4.27）可得QfBW o/ 5 BW f Q o 已知PF，fN=100Hz，由式（4.4.25）可得1000 21 CCC =1.6M 10010100028 . 6 1 2 1 12 N f Cf R 7 1028 . 6 1 取k，代入式（4.4.36），可得k。2 21 ZZ RR 2 3 1 3 Z Z Z Z R R R R Q10 3 Z R 电路为同相输入组态，本电路 RG由电阻 R3代替，因， 21fff RRR ，由式（4.4.31）可得 21ZZZ RRR 4321 RRRRR 222 111 1 2 4 1 1 CRR CRR R R RR RRR Q f fGQ QG 1 2 3 34 1 1 R R RR RRR G Q 5= 2 50 1 11 50 5050 1 Q Q Q Q R R R R RQ=50k/86.25 k RQ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,ff RR 图 T4.24 4.25 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