電子技術(shù)課后答案

1、第4章   集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用4.1   在如圖4.2所示電路中，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓V，電阻k，電位器k，試求調(diào)節(jié)Rf時(shí)輸出電壓uo的變化范圍，并說(shuō)明改變電阻RL對(duì)uo有無(wú)影響。分析   本題電路由一個(gè)反相輸入比例運(yùn)算電路和一個(gè)穩(wěn)壓電路組成，反相輸入比例運(yùn)算電路的輸入電壓從穩(wěn)壓管兩端取得，即。解   根據(jù)反相輸入比例運(yùn)算電路的電壓傳輸關(guān)系，得：由上式可知輸出電壓uo與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)，所以改變電阻RL對(duì)uo沒(méi)有影響。當(dāng)時(shí)，有：當(dāng)k時(shí)，有：（V）所以，調(diào)節(jié)Rf時(shí)輸出電壓uo可在V

2、范圍內(nèi)變化。圖4.2   習(xí)題4.1的圖4.2   在如圖4.3所示電路中，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓V，電阻k，電位器k，試求調(diào)節(jié)Rf時(shí)輸出電壓uo的變化范圍，并說(shuō)明改變電阻RL對(duì)uo有無(wú)影響。圖4.3   習(xí)題4.2的圖分析   本題電路由一個(gè)同相輸入比例運(yùn)算電路和一個(gè)穩(wěn)壓電路組成，同相輸入比例運(yùn)算電路的輸入電壓從穩(wěn)壓管兩端取得，即。解   根據(jù)同相輸入比例運(yùn)算電路的電壓傳輸關(guān)系，得：由上式可知輸出電壓uo與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)，所以改變電阻RL對(duì)uo沒(méi)有影

3、響。當(dāng)時(shí)，有：（V）當(dāng)k時(shí)，有：（V）所以，調(diào)節(jié)Rf時(shí)輸出電壓uo可在612V范圍內(nèi)變化。4.3   如圖4.4所示是由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的低內(nèi)阻微安表電路，試說(shuō)明其工作原理，并確定它的量程。圖4.4   習(xí)題4.3的圖分析   本題電路是一個(gè)反相輸入電路，輸入電流I就是待測(cè)量的電流。由于電阻R引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可以應(yīng)用“虛斷”和“虛短”兩條分析依據(jù)分析。解   由于集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，故，流過(guò)微安表的電流If就是待測(cè)量的電流I，即

4、：所以微安表的量程就是該電流表的量程，為50A。4.4   如圖4.5所示是由集成運(yùn)算放大器和普通電壓表構(gòu)成的線性刻度歐姆表電路，被測(cè)電阻Rx作反饋電阻，電壓表滿量程為2V。（1）試證明Rx與uo成正比。（2）計(jì)算當(dāng)Rx的測(cè)量范圍為010k時(shí)電阻R的阻值。圖4.5   習(xí)題4.4的圖分析   本題電路是一個(gè)反相輸入比例運(yùn)算電路，輸入電壓V，反饋電阻Rf就是被測(cè)電阻Rx，即。解   （1）根據(jù)反相輸入比例運(yùn)算電路的電壓傳輸關(guān)系，得：所以：可見(jiàn)被測(cè)電阻Rx與輸出電壓uo成正比。（

5、2）當(dāng)Rx最大（10k）時(shí)電壓表滿量程（2V），因此得：（k）4.5   如圖4.6所示為一電壓-電流變換電路，試求輸出電流io與輸入電壓ui的關(guān)系，并說(shuō)明改變負(fù)載電阻RL對(duì)io有無(wú)影響。分析   本題電路是一個(gè)同相輸入電路，由于電阻R引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋，所以集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可以應(yīng)用“虛斷”和“虛短”兩條分析依據(jù)分析。解   設(shè)電阻R上的電壓為uR，其參考方向?yàn)樯险仑?fù)，且與電流iR參考方向關(guān)聯(lián)，如圖4.7所示。由于集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，故，。因，故電阻R1上無(wú)電壓降，于是得：由上式可

6、知輸出電流io與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)，所以改變RL對(duì)io沒(méi)有影響。           圖4.6   習(xí)題4.5的圖                      圖4.7   習(xí)題4.5解答用圖4.6 &#

7、160; 如圖4.8所示也是一種電壓-電流變換電路，試求輸出電流io與輸入電壓ui的關(guān)系，并說(shuō)明改變負(fù)載電阻RL對(duì)io有無(wú)影響。分析   本題電路由一個(gè)同相輸入的集成運(yùn)算放大器和一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成，由于電阻R引入了電流串聯(lián)負(fù)反饋，所以集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可以應(yīng)用“虛斷”和“虛短”兩條分析依據(jù)分析。解   設(shè)電阻R上的電壓uR參考方向如圖4.9所示，且與電流iR參考方向關(guān)聯(lián)。由于集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，故，。因，故電阻R1上無(wú)電壓降，于是得：由于場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流為0，所以：由上式可知輸出電流io與負(fù)載電阻RL無(wú)關(guān)，所

8、以改變RL對(duì)io沒(méi)有影響。         圖4.8   習(xí)題4.6的圖                      圖4.9   習(xí)題4.6解答用圖4.7   如圖4.10所示為一恒流電路，試求輸出電

9、流io與輸入電壓U的關(guān)系。分析   本題電路也是一個(gè)同相輸入電路，并引入了負(fù)反饋，所以集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可以應(yīng)用“虛斷”和“虛短”兩條分析依據(jù)分析。解   設(shè)電阻R上的電壓uR參考方向如圖4.11所示，且與電流iR參考方向關(guān)聯(lián)。由于集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，故，可得：              圖4.10   習(xí)題4.7的圖  

10、0;                  圖4.11   習(xí)題4.7解答用圖4.8   求如圖4.12所示電路中uo與ui的關(guān)系。分析   本題電路在負(fù)反饋回路中引入了由Rf1、Rf2和Rf3組成的T型電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替反相輸入比例運(yùn)算電路中的反饋電阻Rf，其目的是使電路在增大輸入電阻的同時(shí)，也能滿足一定放大倍數(shù)的要求，同樣可以應(yīng)用“

11、虛斷”和“虛短”這兩條分析依據(jù)分析計(jì)算。解   設(shè)電阻R1、Rf1、Rf2、Rf3中電流i1、if1、if2、if3的參考方向如圖4.13所示，連接Rf1、Rf2、Rf3的節(jié)點(diǎn)為A，根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)，即，可知，因，故電阻R1上無(wú)電壓降，于是得：于是得：所以：整理，得：            圖4.12   習(xí)題4.7的圖      

12、0;                  圖4.13   習(xí)題4.7解答用圖4.9   電路及ui1、ui2的波形如圖4.14所示，試對(duì)應(yīng)畫(huà)出uo的波形。圖4.14   習(xí)題4.9的圖分析   本題電路是加法運(yùn)算電路，可根據(jù)加法運(yùn)算電路原理分段相加。運(yùn)用這種方法可將一些常規(guī)的波形變換為所需要的波形。解

13、   根據(jù)加法運(yùn)算電路原理可得：當(dāng)時(shí)，ui1由0跳變到3V，ui2由-3V跳變到0，故uo由3V跳變到-3V。當(dāng)時(shí)，ui1由3V跳變到0，ui2由-3V跳變到0，故。在期間，一條直線。在期間，一條直線。當(dāng)時(shí)，重復(fù)時(shí)刻的狀態(tài)。以此類(lèi)推，可畫(huà)出uo波形如圖4.15所示。圖4.15   習(xí)題4.9解答用圖4.10   電路及ui1、ui2的波形如圖4.16所示，試對(duì)應(yīng)畫(huà)出uo的波形。圖4.16   習(xí)題4.10的圖分析   本題電路是減法運(yùn)算電路，可根

14、據(jù)減法運(yùn)算電路原理分段相加。運(yùn)用這種方法也可將一些常規(guī)的波形變換為所需要的波形。解   根據(jù)減法運(yùn)算電路原理可得：當(dāng)時(shí)，ui1由0跳變到3V，ui2由3V跳變到0，故uo由6V跳變到-6V。當(dāng)時(shí)，ui1由3V跳變到0，ui2由3V跳變到0，故。在期間，一條直線。在期間，一條直線。當(dāng)時(shí)，重復(fù)時(shí)刻的狀態(tài)。以此類(lèi)推，可畫(huà)出uo波形如圖4.17所示。圖4.17   習(xí)題4.10解答用圖4.11   求如圖4.18所示電路中uo與ui的關(guān)系。圖4.18   習(xí)題4.11的圖分析

15、0;  在分析計(jì)算多級(jí)運(yùn)算放大電路時(shí)，重要的是找出各級(jí)之間的相互關(guān)系。首先分析第一級(jí)輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，再分析第二級(jí)輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，逐級(jí)類(lèi)推，最后確定整個(gè)電路的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。本題電路是兩級(jí)反相輸入比例運(yùn)算電路，第二級(jí)的輸入電壓ui2就是第一級(jí)的輸出電壓uo1，整個(gè)電路的輸出電壓。解   第一級(jí)的輸出電壓為：第二級(jí)的輸出電壓為：所以：4.12   求如圖4.19所示電路中uo與ui的關(guān)系。圖4.19   習(xí)題4.12的圖分析  

16、0;本題電路第一級(jí)為電壓跟隨器，第二級(jí)為同相輸入比例運(yùn)算電路，整個(gè)電路的輸出電壓。解   第一級(jí)的輸出電壓為：第二級(jí)的輸出電壓為：4.13   按下列運(yùn)算關(guān)系設(shè)計(jì)運(yùn)算電路，并計(jì)算各電阻的阻值。（1）（已知k）。（2）（已知k）。（3）（已知k）。（4）（已知k）。（5）（已知F）。分析   運(yùn)算放大電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)根據(jù)已知的運(yùn)算關(guān)系式確定待設(shè)計(jì)電路的性質(zhì)，其次再計(jì)算滿足該關(guān)系式的電路元件參數(shù)。解   （1）根據(jù)運(yùn)算關(guān)系式，可知待設(shè)計(jì)電路為反相輸入比例運(yùn)算電路，如圖4.20（

17、a）所示。所以：（k）平衡電阻為：（k）（2）根據(jù)運(yùn)算關(guān)系式，可知待設(shè)計(jì)電路為同相輸入比例運(yùn)算電路，如圖4.20（b）所示。所以：（k）平衡電阻為：（k）（3）根據(jù)運(yùn)算關(guān)系式，可知待設(shè)計(jì)電路為反相輸入加法運(yùn)算電路，如圖4.20（c）所示。所以：（k）（k）（k）平衡電阻為：（k）（4）根據(jù)運(yùn)算關(guān)系式，可知待設(shè)計(jì)電路為減法運(yùn)算電路，如圖4.20（d）所示。所以：（k）（k）?。海╧）則：（k）（5）根據(jù)運(yùn)算關(guān)系式，可知待設(shè)計(jì)電路為反相輸入積分加法運(yùn)算電路，如圖4.20（e）所示。應(yīng)用“虛斷”和“虛短”這兩條分析依據(jù)得：解之得：與關(guān)系式對(duì)照可得：（k）（k）平衡電阻為：（k）  

18、;   （a）                                    （b）       （c）  &#

19、160;                                 （d）（e）圖4.20   習(xí)題4.13解答用圖在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有時(shí)并不是一種運(yùn)算關(guān)系式僅有一種電路，有的關(guān)系式可用不同形式的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.14  

20、; 求如圖4.21所示電路中uo與ui1、ui2的關(guān)系。圖4.21   習(xí)題4.14的圖分析   本題兩級(jí)電路第一級(jí)為兩個(gè)電壓跟隨器，第二級(jí)為加法運(yùn)算電路。解   第一級(jí)兩個(gè)電壓跟隨器的輸出電壓為：第二級(jí)的輸出電壓為：4.15   求如圖4.22所示電路中uo與ui1、ui2的關(guān)系。圖4.22   習(xí)題4.15的圖分析   本題兩級(jí)電路第一級(jí)為同相輸入比例運(yùn)算電路，第二級(jí)為減法運(yùn)算電路。解 

21、60; 第一級(jí)的輸出電壓為：第二級(jí)的輸出電壓為：4.16   求如圖4.23所示電路中uo與ui1、ui2的關(guān)系。分析   本題兩級(jí)電路第一級(jí)為兩個(gè)電壓跟隨器，第二級(jí)為一個(gè)電壓跟隨器，求第二級(jí)電壓跟隨器輸入電壓最簡(jiǎn)便的方法是利用疊加定理。解   第一級(jí)的輸出電壓為：利用疊加定理，得第二級(jí)的輸出電壓為：圖4.23   習(xí)題4.16的圖4.17   求如圖4.24所示電路中uo與ui1、ui2、ui3的關(guān)系。圖4.24  

22、; 習(xí)題4.17的圖分析   本題兩級(jí)電路第一級(jí)由一個(gè)加法運(yùn)算電路和一個(gè)反相輸入比例運(yùn)算電路組成，第二級(jí)為減法運(yùn)算電路。解   第一級(jí)的輸出電壓為：第二級(jí)的輸出電壓為：4.18   電路如圖4.25所示，運(yùn)算放大器最大輸出電壓V，V，分別求s、2s、3s時(shí)電路的輸出電壓uo。圖4.25   習(xí)題4.18的圖分析   本題兩級(jí)電路第一級(jí)為反相輸入比例運(yùn)算電路組成，第二級(jí)為積分電路。計(jì)算時(shí)注意集成運(yùn)算放大器的輸出電壓不會(huì)超過(guò)最大輸出電壓UO

23、M。解   第一級(jí)的輸出電壓為：（V）第二級(jí)的輸出電壓為：s時(shí)電路的輸出電壓uo。（V）s時(shí)電路的輸出電壓uo。（V）s時(shí)電路的輸出電壓uo。（V）這時(shí)輸出電壓uo已超過(guò)運(yùn)算放大器的最大輸出電壓UOM，這是不可能的。實(shí)際上uo等于UOM時(shí)運(yùn)算放大器已經(jīng)工作在飽和狀態(tài)，此后uo不會(huì)再增大，所以，s時(shí)電路的輸出電壓uo仍為12V。4.19   在自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要有調(diào)節(jié)器（或稱(chēng)校正電路），以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制的精度。如圖4.26所示的電路為比例積分調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)PI調(diào)節(jié)器），試求PI調(diào)節(jié)器的uo與ui的關(guān)系式。分析  

24、; 本題電路引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可應(yīng)用“虛短”和“虛斷”兩條分析依據(jù)分析計(jì)算。解   設(shè)電流i1、if的參考方向如圖4.27所示，且電容C兩端電壓uC與流過(guò)的電流if參考方向關(guān)聯(lián)，根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)，即，可得：所以：               圖4.26   習(xí)題4.19的圖    

25、0;                 圖4.27   習(xí)題4.19解答用圖4.20   如圖4.28所示的電路為比例微分調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)PD調(diào)節(jié)器），也用于控制系統(tǒng)中，使調(diào)節(jié)過(guò)程起加速作用。試求PD調(diào)節(jié)器的uo與ui的關(guān)系式。分析   本題電路也引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可應(yīng)用“虛短”和“虛斷”兩條分析依據(jù)分析計(jì)算。解

26、   設(shè)電流i1、if的參考方向如圖4.29所示，且電容C兩端電壓uC與流過(guò)的電流if參考方向關(guān)聯(lián)，根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)，即，可得：所以：         圖4.28   習(xí)題4.20的圖                    

27、0;    圖4.29   習(xí)題4.20解答用圖4.21   求如圖4.30（a）、（b）所示有源濾波電路的頻率特性，說(shuō)明兩個(gè)濾波電路各屬于何種類(lèi)型，并畫(huà)出幅頻特性曲線。圖4.30   習(xí)題4.21的圖分析   本題兩個(gè)電路都引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)，可應(yīng)用“虛短”和“虛斷”兩條分析依據(jù)分析計(jì)算。解   設(shè)輸入電壓ui為正弦信號(hào)，則電流電壓均可用相量表示。由于集成運(yùn)算放大器工作在線性

28、區(qū)，故 ，。對(duì)圖4.30（a）所示電路，有：所以，電路的電壓放大倍數(shù)為：式中為截止角頻率。電壓放大倍數(shù)的幅頻特性為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，幅頻特性曲線如圖4.31（a）所示?？梢?jiàn)如圖4.30（a）所示電路具有高通濾波特性，即的信號(hào)可以通過(guò)，而的信號(hào)被阻止，所以如圖4.30（a）所示電路是一個(gè)高通濾波電路。對(duì)圖4.30（b）所示電路，有：所以，電路的電壓放大倍數(shù)為：式中為截止角頻率。電壓放大倍數(shù)的幅頻特性為：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，幅頻特性曲線如圖4.31（b）所示?？梢?jiàn)如圖4.30（b）所示電路具有全通濾波特性，即在0范圍內(nèi)所有頻率的信號(hào)均可以通過(guò)，所以如圖4.30（b）所示電路是一個(gè)全通濾波

29、電路。        （a）                                  （b）圖4.31   習(xí)題4.21解答用圖4.22&#

30、160;  在如圖4.32所示的各電路中，運(yùn)算放大器的V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ為6V，正向?qū)妷篣D為0.7V，試畫(huà)出各電路的電壓傳輸特性曲線。分析   電壓傳輸特性曲線就是輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系特性曲線。本題兩個(gè)電路都是電壓比較器，集成運(yùn)算放大器都處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，因此都工作在非線性區(qū)。在沒(méi)有限幅電路的情況下，工作在非線性區(qū)的集成運(yùn)算放大器的分析依據(jù)是：，且時(shí)，時(shí)，其中為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)有限幅電路時(shí)，電壓比較器的輸出電壓值由限幅電路確定。圖4.32   習(xí)題4.22的圖解   對(duì)圖

31、4.32（a）所示電路，V，故當(dāng)輸入電壓V時(shí)，輸出電壓V；當(dāng)輸入電壓V時(shí)，輸出電壓V。電壓傳輸特性如圖4.33（a）所示。對(duì)圖4.32（b）所示電路，由于，V，故當(dāng)V時(shí)，集成運(yùn)算放大器的輸出電壓為+12V，穩(wěn)壓管處于反向擊穿狀態(tài)，V；當(dāng)V時(shí)，集成運(yùn)算放大器的輸出電壓為-12V，穩(wěn)壓管正向?qū)?，V。電壓傳輸特性如圖4.33（b）所示。圖4.33   習(xí)題4.22解答用圖4.23   在如圖4.34（a）所示的電路中，運(yùn)算放大器的V，雙向穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ為6V，參考電壓UR為2V，已知輸入電壓ui的波形如圖4.34（b）所示，試對(duì)應(yīng)畫(huà)出輸出電壓uo的波形及電路的電壓傳輸特性曲線。圖4.34   習(xí)題4.23的圖分析   電壓比較器可將其他波形的交流電壓變換為矩形波輸出，而輸出電壓的幅值則取決于限幅電路。解   由于V，故當(dāng)V時(shí)，集成運(yùn)算放大器的輸出電壓為+12V，經(jīng)限幅電路限幅之后，輸出電壓V；當(dāng)V時(shí)，集成運(yùn)算放大器的輸出電壓為-12V，經(jīng)限幅電路限幅之后，輸出電壓V。輸入電壓ui和輸出電壓uo的波形