電工學(xué)-第10章-課后習(xí)題答案-課件

第10章集成運(yùn)算放大器10.1集成運(yùn)算放大器概述10.2反響的根本概念10.3負(fù)反響對(duì)放大電路性能的改善10.4理想運(yùn)算放大器10.5根本運(yùn)算電路10.6電壓比較器10.7RC正弦波振蕩電路分析與思考教學(xué)根本要求練習(xí)題返回主頁(yè)教學(xué)基本要求1.了解集成運(yùn)算放大器的根本組成和電壓傳輸特性；2.理解反響的概念，了解負(fù)反響對(duì)放大電路性能的影響；3.理解理想運(yùn)算放大器并掌握其根本分析方法；4.理解根本運(yùn)算電路的工作原理和分析方法；5.理解根本電壓比較器的組成和電壓傳輸特性；*6.了解遲滯電壓比較器的組成和電壓傳輸特性；7.理解自勵(lì)振蕩的條件，了解用集成運(yùn)算放大器組成的RC振蕩電路的工作原理。返回10.1集成運(yùn)算放大器概述(一)集成運(yùn)算放大器的組成輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸入端輸出端圖10.1.1集成運(yùn)放的組成◆特點(diǎn)：①多級(jí)直接耦合放大電路；②輸入級(jí)采用差分放大電路，KCMRR和ri很高；③中間級(jí)采用多級(jí)共射電路，Au很高；④輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，ro很小，帶負(fù)載能力很強(qiáng)。返回下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.1.2集成運(yùn)放的圖形符號(hào)反相輸入端同相輸入端輸出端uou－u+－ud+Ao－++◆

輸入方式:

①反相輸入

②同相輸入

③差分輸入F00781723456100dB2387546u－u+uo+UCC－UEE圖10.1.3F007的外部接線和管腳圖返回下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(二)電壓傳輸特性u(píng)d0uo+ε－ε線性區(qū)正飽和區(qū)負(fù)飽和區(qū)+UOM－UOM當(dāng)－ε≤ud≤+ε時(shí)：uo=Aoud=Ao(u+－u－)當(dāng)ud＞(+ε)時(shí)：

uo=+UOM≈+UCC當(dāng)ud＜(－ε)時(shí)：

uo=－UOM≈－UEE返回下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)10.2反響的根本概念放大電路Ao反饋電路F輸入信號(hào)xi凈輸入信號(hào)xd輸出信號(hào)xoxf反響信號(hào)比較環(huán)節(jié)圖反響示意圖開環(huán)放大倍數(shù)：Ao=xoxd閉環(huán)放大倍數(shù)：Af=xoxi反響系數(shù)：F

=xfxo返回下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)上一節(jié)(一)反響的分類:(1)正反響和負(fù)反響：①正反響：xf與xi作用相同，使xd增加；②負(fù)反響：xf與xi作用相反，使xd減小。(2)電壓反響和電流反響：①電壓反響：xf∝uo(xo)②電流反響：xf∝io(xo)(3)串聯(lián)反響和并聯(lián)反響①串聯(lián)反響：xf與xi以串聯(lián)的形式作用于凈輸入端；②并聯(lián)反響：xf與xi以并聯(lián)的形式作用于凈輸入端。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)AoFxi

xd

xf

xo圖10.2.1反饋示意圖(4)直流反響和交流反響①直流反響：xf是靜態(tài)直流分量；②交流反響：xf是動(dòng)態(tài)交流分量。(二)反響的判斷方法1.判斷是否存在反響？哪些是反響元件？2.是正反響還是負(fù)反響？◆對(duì)于負(fù)反響：3.判斷是交流負(fù)反響還是直流負(fù)反響？◆對(duì)于交流負(fù)反響：4.判斷交流負(fù)反響的類型：電壓反響？電流反響？串聯(lián)反響？并聯(lián)反響？返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)例如：在圖10.2.2(a)所示電路中，－ud+－uf+(1)當(dāng)無(wú)負(fù)反響時(shí)，ud≈uiud≈ui－uf當(dāng)uo=0時(shí)：(2)當(dāng)增加RF和R1后：uf=0因此

uf∝uo◆結(jié)論:RF和R1：串聯(lián)電壓負(fù)反響。Ao++－uiuoR2RLR1RF(a)串聯(lián)電壓負(fù)反響圖10.2.2集成運(yùn)放電路中的負(fù)反響〔注：與書中的電路有所不同)返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)AO++－uiR2R1RLRuo+－RFiiidif(2)增加RF支路后：id=ii－if當(dāng)io=0時(shí)：◆結(jié)論:RF：并聯(lián)電流負(fù)反響。io

if=0因此

if∝io×例如：在圖10.2.2(b)所示電路中，(1)當(dāng)無(wú)負(fù)反響時(shí)，id≈ii(b)并聯(lián)電流負(fù)反響圖10.2.2集成運(yùn)放電路中的負(fù)反響〔注：與書中的電路有所不同)返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)例如：在圖10.2.3所示電路中，RCRB1RB2REC2C1+UCC+ui－+++uo－(1)對(duì)直流信號(hào)

UBE=UB－UF=UB－REIE(2)對(duì)交流信號(hào)：

ube=ui－uf即ud=ui－uf其中

uf=

Reie∝ie≈icuBE+－+uf－◆結(jié)論:RE：串聯(lián)電流負(fù)反響。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.2.3放大電路中的反響反響元件:RERCC2C1RB+ui－+++uo－+UCC［補(bǔ)充例題1］判斷圖示電路的反響類型。if電壓反饋并聯(lián)反饋ii［解］

∵

ui＞0uo＜0∴ib=ii－ifib∵if=ub－uoRB≈－uoRB即if∝uo◆結(jié)論:RB：并聯(lián)電壓負(fù)反響。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)［例］試判斷圖示電路中Rf所形成的反響。uo1∞－++△R11Rf1R12ui∞－++△R21Rf2R22uoRf［解］－uf+－ud+用瞬時(shí)極性法判斷正、負(fù)反響：設(shè)：ui＞0→uo1＞0→uo＜0→uf＜0∵ud=ui－uf

=ui+|uf|＞ui→為正反響；∵輸出端開路時(shí)，uf≠0→為電壓反響；∴為串聯(lián)電壓正反響。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.2.4例10.2.1的電路〔三〕負(fù)反響對(duì)放大電路性能的改善Xd=Xi－XfXoXi=XoXd+Xf=Xo/Xd1+Xf/

Xd=Xo/Xd1+XfXoXoXd反饋深度

|Af|

=

|Ao|1+|F|

|Ao|即：如果：

|F|

|Ao|＞＞1——深度負(fù)反響。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)AoFxi

xd

xf

xo圖

10.2.1

反饋示意圖|Af|

≈1|F|▲對(duì)于深度負(fù)反響：(1)提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性d|Af||Af|d|Ao||Ao|

=11+|F|

|Ao|

可見：d|Af||Af|d|Ao||Ao|＜例如：|F|

=0.009，|Ao|

=1000

如果：=20%d|Ao||Ao|那么：=2%d|Af||Af|返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(2)加寬了通頻帶O|A|f0.707

|Ao||Ao||Af|0.707|Af|

圖10.3.1加寬通頻帶B0f1f2Bff3f4返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(3)改善了非線性失真：AouiuoudAoFuiufuouo(a)無(wú)負(fù)反響時(shí)(b)有負(fù)反響時(shí)圖10.3.2改善非線性失真返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(4)穩(wěn)定了輸出電壓或電流電壓負(fù)反響：穩(wěn)定uo電流負(fù)反響：穩(wěn)定io(5)改變了輸入電阻或輸出電阻串聯(lián)反響：ri↑并聯(lián)反響：ri↓電壓負(fù)反響：ro↓電流負(fù)反響：ro↑返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)10.3理想運(yùn)算放大器◆

理想運(yùn)放的主要條件：(1)開環(huán)放大倍數(shù)：Ao→∞(2)開環(huán)輸入電阻：ri→∞(3)開環(huán)輸出電阻：ro→0(4)共模抑制比：KCMRR→∞Ououd+UOM－UOM圖10.4.1理想運(yùn)放的電壓傳輸特性◆傳輸特性：當(dāng)u+＞u－時(shí)：uo=+UOM當(dāng)u+＜u－時(shí)：uo=－UOMuou－u+－ud+∞－++△理想運(yùn)放的圖形符號(hào)返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)反饋電路◆引入深度負(fù)反響時(shí)理想運(yùn)放的分析方法：uo－ud+∞－++△圖10.4.2引入負(fù)反響后的理想運(yùn)放電路(1)∵Ao→∞∴uoAoud==0即u+=u－

虛短路id(2)∵ri→∞∴udriid==0虛斷路(3)∵ro→0∴uoL=uo輸出電壓不受負(fù)載的影響返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)uo∞－++△10.4根本運(yùn)算電路(一)比例運(yùn)算電路(1)反相比例運(yùn)算電路R1uiRfR2u－u+u－=u+=0虛地i1ifi1=ifuiR1=－uoRfuo=－ＲfＲ1ui閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Af返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.1反相比例運(yùn)算電路平衡電阻當(dāng)Rf=R1時(shí)：

uo=－ui反相器▲靜態(tài)時(shí):uo∞－++△R1uiRfR2u－u+平衡電阻:R2=R1//Rf返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(2)同相比例運(yùn)算電路uo∞－++△R1R2uiRfu－u+i1if圖10.5.2同相比例運(yùn)算電路u－=u+=uiif=i1uo－u－Rfuo=RfR1)u+(1+=u－Rfuo=RfR1)ui(1+uo=ui——條件

？平衡電阻:R2=R1//Rfuo∞－++△ui圖10.5.3電壓跟隨器返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)［例］測(cè)量電阻的電路如下圖。其中ui=U=10V，輸出端接有滿量程為5V的電壓表，被測(cè)電阻為Rx。(1)試找出Rx與電壓表讀數(shù)的關(guān)系；(2)假設(shè)所用運(yùn)放為F007型，為了擴(kuò)大測(cè)量電阻的范圍，將電壓表的量程選為50V是否有意義？uo∞－++△R11MΩuiRx+U－V－+0~5V［解］圖10.4.4是一個(gè)反相比例運(yùn)算電路。

(1)uo=－ＲxＲ1uiＲx=－Ｒ1uiuo=－105uoΩuo/VＲx/Ω－1－2－3－4－51052×1053×1054×1055×105返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.4.4例10.4.1的電路(2)查附錄可知：F007型的最大輸出電壓為±12V。因此，選用超過(guò)12V量程為50V的電壓表無(wú)意義。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.5加法運(yùn)算電路相當(dāng)于開路uo′′=－ＲfＲ12ui2(二)加法運(yùn)算電路uo∞－++△R12RfR2R11ui1ui2uo=uo′+uo′′

+

①

②相當(dāng)于開路ui2∞－++△R12RfR2R11uo′′∞－++△R12RfR2R11ui1uo′虛地uo′=－ＲfＲ11ui1虛地返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)uo=uo’+uo’’+)ＲfＲ12=－(ＲfＲ11ui1ui2▲假設(shè)R11=R12=R1，那么：uo=－ＲfＲ1(ui1+ui2)▲假設(shè)R11=R12=Rf，那么：uo=－(ui1+ui2)▲平衡電阻:R2=R11//R12//Rf返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)uo∞－++△R12RfR2R11ui1ui2圖10.5.5加法運(yùn)算電路(三)減法運(yùn)算電路R3uo∞－++△R1RfR2ui1ui2▲當(dāng)ui1單獨(dú)作用時(shí):+①②R3uo′∞－++△R1RfR2ui1R3uo′′∞－++△R1RfR2ui2uo’=－ＲfＲ1ui1▲當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí):uo′=(1+RfR1)u+RfR1)ui2=(1+?u－u+u+=R3R2+R3ui2=(1+RfR1)R3R2+R3ui2返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.6減法運(yùn)算電路那么：uo=uo′+uo′′當(dāng)RfR1)=(1+R3R2+R3ui2－ui1ＲfＲ1=ＲfＲ1Ｒ3Ｒ2時(shí)：uo=ＲfＲ1(ui2－ui1)▲平衡電阻:

R2//

R3=R1//Rf返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)R3uo∞－++△R1RfR2ui1ui2圖10.5.6減法運(yùn)算電路［例］兩級(jí)運(yùn)算電路如圖10.5.2所示。(1)試推導(dǎo)uo與ui1、ui2、ui3的運(yùn)算關(guān)系；(2)假設(shè):R1=R2=Rf1=30kΩ，R3=R4=R5=R6=Rf2=10kΩ，ui1=0.1V，ui2=0.2V，ui3=0.3V，求uo的值。uo′∞－++△R2Rf1R3R1ui1ui2R6∞－++△R4Rf2R5ui3+uo－［解］(1)uo′=－(Ｒf1Ｒ1ui1+Ｒf1Ｒ2ui2)第一級(jí)運(yùn)算為加法運(yùn)算：返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.7例10.5.2的電路uo=Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3=－uo′Ｒf2Ｒ4Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3Ｒf1Ｒ1ui1+Ｒf1Ｒ2ui2)+Ｒf2Ｒ4((2)uo=ui3+ui2+ui1=(0.3+0.2+0.1)V=0.6V∞－++△R2Rf1R3R1ui1ui2R6∞－++△R4Rf2R5ui3+uo－uo′返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.7例10.5.2的電路uo∞－++△CuiRfu－u+R2(四)微分運(yùn)算電路i1if+uC－u－=u+=0uC=uiif=i1i1=CduCdtif=－uoRfuo=－Rf

Cduidt微分時(shí)間常數(shù)▲平衡電阻:

R2=Rf0uit0uot(b)波形返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.5.8微分運(yùn)算電路及其階躍響應(yīng)波形(a)電路Ui［補(bǔ)充例題2］輸入ui的波形如下圖，試畫出輸出uo的波形。設(shè)5RfC＜tp。［解］uo=－Rf

Cduidttui0+Uitptuo0t1t2uo∞－++△CuiRfR2返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(五)積分運(yùn)算uo∞－++△CuiR1u－u+R2i1if+uC－u－

=u+=0uC=u－－uo=－uoif=i1

i1=uiR1if=CduCdt

=－Cduodtuo=－∫uidt1R1C積分時(shí)間常數(shù)▲平衡電阻:0uit0uot－Uit1R1C－UOMR2=R1返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(b)波形圖10.5.8微分運(yùn)算電路及其階躍響應(yīng)波形(a)電路Ui(一)根本電壓比較器10.5電壓比較器uo∞－++

URuiuiuo0UR－UOM+UOM(b)電壓傳輸特性圖10.5.1根本比較器〔一〕(a)信號(hào)輸入方式uo∞－++

uiURuiuo0UR－UOM+UOM(b)電壓傳輸特性圖10.5.1根本比較器〔二〕(a)信號(hào)輸入方式返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)［例］分析電路的功能和工作原理。［解］①當(dāng)溫度低于某值時(shí)，R3的阻值大：ui＜UR,_+

+

+UCCR1R2R3R4KATuiURuo熱敏電阻uo=－UOMT截止，KA不通電；②當(dāng)溫度高于某值時(shí)，

R3的阻值小：

ui＞UR,

uo=+UOMT飽和導(dǎo)通，KA通電，觸點(diǎn)動(dòng)作。RD1D2uo′◆

R、D1和D2的作用？◆

調(diào)節(jié)R2的目的？圖10.6.3過(guò)溫度保護(hù)電路返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)*(二)遲滯電壓比較器u－u+_+

+

uouiURR1R2Rf當(dāng)

uo=+UOM時(shí)：u+

=UH=RfR2+Rf

UR+R2R2+Rf

UOM當(dāng)

uo=－UOM時(shí)：u+

=UL=RfR2+Rf

UR－R2R2+Rf

UOM0uouiULUH+UOM－UOM上限觸發(fā)電壓下限觸發(fā)電壓返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)(a)電路圖(b)電壓傳輸特性圖10.6.4遲滯比較器10.6

RC正弦波振蕩電路〔一〕自勵(lì)振蕩Uf=F

UoUi=UoAoUf=UiAoF=1——自勵(lì)振蕩的條件(1)自激振蕩相位條件：必須是正反響。(2)自激振蕩振幅條件：|Ao||F|=1+Uo－+Ui－－Uf+放大電路Ao反饋電路F返回上一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.6.1自勵(lì)振蕩的條件〔二〕起振過(guò)程接通電源→

Uo→Ui=Uf=|

F|Uo

→Uo1=|

AoF|

Uo＞

Uo→Uo2=|

AoF|Uo1

→Uo3=|

AoF|Uo2＞Uo2……＞Uo1◆結(jié)論：——才能起振——振蕩穩(wěn)定——不能起振①|(zhì)Ao|

|

F

|＞1②|Ao|

|

F

|=1③|Ao|

|

F

|＜1返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)+Uo－+Ui－－Uf+AoF圖10.7.1自勵(lì)振蕩的條件◆振蕩電路的組成：①放大電路②反響電路③選頻電路〔三〕選頻網(wǎng)絡(luò)：R1C1R2C2+Uf－+Uo－=UfUo)1)+j(ωR1C2-C1R2R1(1+1+C2ωR2C1時(shí),ωnR1C2=ωnR2C11當(dāng):uf

與uo同相位。返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)RC選頻網(wǎng)絡(luò)如果：R1=R2=R，C1=C2=C，那么：=UfUo)1-3+j(ffnfnf12pRCfn=1fn=2pR1R2C2C1F=諧振頻率：返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)◆

頻率特性：)1-3+j(ffnfnfF=f0|F|fjf031fn+90

–90

當(dāng)：f=fn時(shí)，

jf

=0

，uf與uo同相位|F|=|F|max31=當(dāng)：f≠fn時(shí)，

jf

≠0

，uf與uo不同相位。|F|

＜＜|F|max返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)反響電路選頻電路◆

RC振蕩電路原理圖：R1C1R2C2+Uo－放大電路+Uf－+Uo－返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)圖振蕩電路原理圖〔四〕振蕩電路RRCCuo+uf_ui=uf因?yàn)椋篟fR1Ao=1+12pRCfn=31F=當(dāng):所以，起振條件為：＞1|AoF|

=RfR1(1+31)返回上一節(jié)下一節(jié)上一頁(yè)下一頁(yè)_+

+

RfR1θ即Rf＞2R1教學(xué)基本要求1.了解集成運(yùn)算放大器的根本組成和電壓傳輸特性；2.理解反響的概念，了解負(fù)反響對(duì)放大電路性能的影響；3.理解理想運(yùn)算放大器并掌握其根本分析方法；4.理解根本運(yùn)算電路的工作原理和分析方法；5.理解根本電壓比較器的組成和電壓傳輸特性；*6.了解遲滯電壓比較器的組成和電壓傳輸特性；7.理解自勵(lì)振蕩的條件，了解用集成運(yùn)算放大器組成的RC振蕩電路的工作原理。返回分析與思考10.3(2)加有負(fù)反響的某集成運(yùn)放電路，|Ao|=1000，|F|=0.049，如果輸出電壓Uo=3V，試求它的輸入電壓Ui、反響電壓Uf和凈輸入電壓Ud。10.4(1)分析工作于線性區(qū)的理想集成運(yùn)放電路的基本依據(jù)有哪些？

10.4(2)理想集成運(yùn)算放大器在非線性區(qū)工作時(shí)，是否可以認(rèn)為ud=0，id

=0？10.3(1)為了分別實(shí)現(xiàn)：(a)穩(wěn)定輸出電壓；(b)穩(wěn)定輸出電流；(c)提高輸入電阻；(d)降低輸出電阻，應(yīng)當(dāng)引入哪種類型的負(fù)反響？返回下一頁(yè)10.5(1)什么是虛地？在上述六種根本運(yùn)算電路中，哪些電路存在虛地？10.5(2)在上述六種根本運(yùn)算電路中，它們的信號(hào)輸入方式各屬于哪一種？10.5(3)由理想集成運(yùn)放組成的上述六種根本運(yùn)算電路中，它們的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系是否會(huì)隨著負(fù)載的不同而改變？10.5(4)上述六種根本運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式，是否輸入電壓無(wú)論多大都成立？10.6(1)電壓比較器和根本運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放分別工作在電壓傳輸特性的哪個(gè)區(qū)？10.6(2)試分析零比較器的電壓傳輸特性及輸出和輸入電壓的關(guān)系？返回上一頁(yè)下一頁(yè)10.6(3)試分析在UR=0時(shí)，遲滯電壓比較器的UH和UL；畫出其電壓傳輸特性。10.7(1)如果將教材圖10.7.2所示電路中的放大電路改用下述放大電路能否滿足自勵(lì)振蕩的條件：(a)一級(jí)共射放大電路；(b)一級(jí)共集放大電路；(c)一級(jí)共基放大電路。返回上一頁(yè)下一頁(yè)分析與思考解答10.3(1)為了分別實(shí)現(xiàn)：(a)穩(wěn)定輸出電壓；(b)穩(wěn)定輸出電流；(c)提高輸入電阻；(d)降低輸出電阻，應(yīng)當(dāng)引入哪種類型的負(fù)反響？返回分析與思考題集下一題【答】(a)引入電壓負(fù)反響能穩(wěn)定輸出電壓；(b)引入電流負(fù)反響能穩(wěn)定輸出電流；(c)引入串聯(lián)負(fù)反響能提高輸入電阻；(d)引入電壓負(fù)反響能降低輸出電阻。10.3(2)加有負(fù)反響的某集成運(yùn)放電路，|Ao|=1000，|F|=0.049，如果輸出電壓Uo=3V，試求它的輸入電壓Ui、反響電壓Uf和凈輸入電壓Ud?！敬稹?/p>

|Af|

===20

|Ao|1+|F|

|Ao|10001+1000×0.049Ui

==V=0.15VUo|Af|320Uf

=|F

|

Uo

=(0.049

×3)V=0.147VUd

==V=0.003VUo|Ao|3100上一題下一題返回分析與思考題集10.4(1)分析工作于線性區(qū)的理想集成運(yùn)放電路的基本依據(jù)有哪些？上一題下一題返回分析與思考題集【答】分析工作于線性區(qū)的理想集成運(yùn)放電路的根本依據(jù)有三條：(a)ud=0，兩輸入端之間是虛短路；(b)id=0，兩輸入端之間是虛斷路；(c)輸出電壓不受負(fù)載大小的影響。10.4(2)理想集成運(yùn)算放大器在非線性區(qū)工作時(shí)，是否可以認(rèn)為ud

=0，id

=0？上一題下一題返回分析與思考題集【答】不可以認(rèn)為ud=0，id=0。因?yàn)檫@時(shí)的理想集成運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)〔正、負(fù)飽和區(qū)〕，由電壓傳輸特性可知ud≠0，對(duì)于id來(lái)說(shuō)，因ri→∞，故可以認(rèn)為id=0。10.5(1)什么是虛地？在上述六種根本運(yùn)算電路中，哪些電路存在虛地？上一題下一題返回分析與思考題集【答】虛地是指反相輸入端雖然未直接接地，但其電位卻為零。在反相比例運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路、微分電路和積分電路中的反相輸入端都是虛地端。10.5(2)在上述六種根本運(yùn)算電路中，它們的信號(hào)輸入方式各屬于哪一種？【答】參看表10.1。反相比同相比加法減法微分積分例運(yùn)算例運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算運(yùn)算反相輸入運(yùn)算電路輸入方式表10.1上一題下一題返回分析與思考題集同相輸入反相輸入差分輸入反相輸入反相輸入【答】因?yàn)槔硐爰蛇\(yùn)放的輸出電阻為零，輸出電壓恒定，因此，由理想集成運(yùn)放組成的六種根本運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系是不會(huì)隨著負(fù)載的不同而改變的。假設(shè)運(yùn)放不是理想的，那么其輸出電阻ro≠0，使輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系隨負(fù)載的不同而改變。設(shè)UOC為非理想集成運(yùn)放運(yùn)算電路的開路電壓，當(dāng)負(fù)載為RL時(shí)的輸出電壓應(yīng)為：，因此，當(dāng)RL改變時(shí)，UoL與Ui的關(guān)系就隨之改變。10.5(3)由理想集成運(yùn)放組成的上述六種根本運(yùn)算電路中，它們的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系是否會(huì)隨著負(fù)載的不同而改變？UoL=UOCRL

ro

+RL上一題下一題返回分析與思考題集10.5(4)上述六種根本運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式，是否輸入電壓無(wú)論多大都成立？上一題下一題返回分析與思考題集【答】上述六種根本運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系式〔運(yùn)算關(guān)系〕是在理想集成運(yùn)算放大器參加深度負(fù)反響時(shí)工作在線性區(qū)域內(nèi)推導(dǎo)出來(lái)的。隨著輸入電壓的的增大，理想集成運(yùn)放運(yùn)算放大器將進(jìn)入非線性的飽和區(qū)即輸出電壓等于飽和值，因而破壞了運(yùn)算電路的運(yùn)算關(guān)系。因此，六種根本運(yùn)算電路的輸入電壓是有限定范圍的〔不允許超過(guò)謀值〕。10.6(1)電壓比較器和根本運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放分別工作在電壓傳輸特性的哪個(gè)區(qū)？上一題下一題返回分析與思考題集【答】電壓比較器中的集成運(yùn)放是工作在電壓傳輸特性的非線性區(qū)〔飽和區(qū)〕，而根本運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放是工作在電壓傳輸特性的線性區(qū)。10.6(2)試分析零比較器的電壓傳輸特性及輸出和輸入電壓的關(guān)系？【答】零比較器中的電壓傳輸特性如圖10.1所示。0+UOM－UOMuoui(a)u+=ui,u－=UR=00+UOM－UOMuoui(b)u+=UR=0

,u－=ui圖10.1在圖10.1(a)中：在圖10.1(b)中：－UOM(ui＜0)+UOM

(ui＞0)uo=+UOM(ui＜0)－UOM

(ui＞0)uo=上一題下一題返回分析與思考題集10.6(3)試分析在UR=0時(shí)，遲滯電壓比較器的UH和UL；畫出其電壓傳輸特性。UH

=－UL=R2R2+RfUOM上一題下一題返回分析與思考題集【答】UR

=0時(shí)上下限觸發(fā)電壓的絕對(duì)值相等，即0+UOM－UOMuoui圖10.2ULUH那么UR=0時(shí)的遲滯電壓比較器的電壓傳輸特性如圖10.2所示。10.7(1)如果將教材圖10.7.2所示電路中的放大電路改用下述放大電路能否滿足自勵(lì)振蕩的條件：(a)一級(jí)共射放大電路；(b)一級(jí)共集放大電路；(c)一級(jí)共基放大電路。上一題下一題返回分析與思考題集【答】(a)一級(jí)共射放大電路的輸出電壓與輸入電壓相位相反，不滿足自勵(lì)振蕩的相位條件；(b)一級(jí)共集放大電路的電壓放大倍數(shù)Au≈1，不滿足自勵(lì)振蕩的幅度條件；(c)一級(jí)共基放大電路滿足自勵(lì)振蕩的條件。練習(xí)題圖10.01uo∞－++△R1R2RfuiR3R4(a)∞－++△Rfuiuo∞－++△(b)返回下一頁(yè)試判斷圖10.01所示兩電路中標(biāo)有Rf的反響電阻所形成的反響〔正、負(fù)、串聯(lián)、并聯(lián)、電壓、電流〕。試分析第9章討論的共集放大電路和共基放大電路中有無(wú)反響，是什么反響〔正、負(fù)、直流、交流、串聯(lián)、并聯(lián)、電流、電壓〕？在圖10.5.1所示反相比例運(yùn)算電路中，某集成運(yùn)放的UCC=15V，UEE=15V，R1=10kΩ，Rf=100kΩ。(1)ui=－10mV；(2)ui=sinωtV；(3)ui=3V；(4)ui=－5V。在圖10.02所示電路中，U=1.5V，R1=3kΩ，R2=2kΩ，R3=4kΩ，Rf=6kΩ。求Uo?！蓿?+△Rf∞－++△∞+－+△RfRfR1R2R2R1+Uo－+U－+U－R3R1R2圖10.02返回上一頁(yè)下一頁(yè)

在圖10.5.5所示加法運(yùn)算電路中，ui1和ui2的波形如圖10.03所示，R11=20kΩ，R12=40kΩ，Rf=40kΩ。求平衡電阻R2及輸出電壓uo的波形。0ui1t

/s

0ui2t

/s

+1+2－2圖10.03∞－++△2Ruiuo2∞－++△RfR1Ruo1+uo－R2R23圖10.04

圖10.04所示為兩級(jí)比例運(yùn)算放大電路，求uo與ui

的關(guān)系。返回上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.05所示電路中，Rf=4R1，求uo與ui1和ui2的關(guān)系式?！蓿?+△Rfui1uo∞－++△R1R2圖10.05ui2圖10.06所示為一反相比例運(yùn)算電路，試證明：RfR1Af=R3R4R3R1(1+)－uoui=－uo∞－++△R1RfuiR3R4R2圖10.06返回上一頁(yè)下一頁(yè)圖10.07所示為一加減混合運(yùn)算電路，R1=R2=R3=R4，R5=Rf。求此電路的輸出電壓uo的表達(dá)式。uo∞－++△R1R2R3R4Rfui1ui2ui3ui4R5圖10.0710.5.8求圖10.08所示電路中uo與ui的關(guān)系式。+ui－∞－++△R1R2R3圖10.08∞+－+△+uo－返回上一頁(yè)下一頁(yè)

圖10.09所示電路是廣泛應(yīng)用與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的比例－積分－微分電路。試求該電路uo與ui的關(guān)系式。uo∞－++△CfuiR1C1R2Rf圖10.09

圖10.5.8所示微分電路中，Rf=500kΩ，C=1μF，ui

=(2t－sin1000t)V。求：(1)uo；(2)uo的最大值和最小值；(3)畫出uo的波形。

圖10.5.9所示積分電路中，R1=500kΩ，C=0.5μF，電路接通前電容未充電。當(dāng)電路接通后，測(cè)得uo從零下降到－2mV所需要的時(shí)間為1s，求：輸入的直流電壓Ui，并畫出輸入和輸出電壓

的波形。返回上一頁(yè)下一頁(yè)

在圖10.10所示電路為應(yīng)用運(yùn)放來(lái)測(cè)量電壓的原理電路。輸出端接有滿量程為5V、500μA的電壓表。試分別計(jì)算出五種量程0.5V、1V、5V、10V、50V所對(duì)應(yīng)的電阻值R11~R15。Uo∞－++△R11R12R13R14R15Rf圖10.10V0~5V+Ui－1MΩ被測(cè)電壓10.5.13圖10.11是應(yīng)用運(yùn)放測(cè)量小電流的原理電路。輸出端接有滿量程為5V、500μA的電壓表。試計(jì)算Rf1~Rf5各電阻值。5mA0.5mA50μAuo∞－++△R11R12R13R14R15圖10.11V0~5V10μA0.1mA被測(cè)電流i返回上一頁(yè)下一頁(yè)10.5.14圖10.12是應(yīng)用運(yùn)放測(cè)量電阻的原理電路。輸出端接的電壓表同上題。當(dāng)電壓表指示為4V時(shí)，被測(cè)Rx

的阻值是多少？RxUo∞－++△R1圖10.12500kΩV+5V－0~5V圖10.13所示為加到根本電壓比較器反相輸入端的輸入電壓ui的波形，同相輸入端接參考電壓UR=3V。試畫出對(duì)應(yīng)的輸出電壓uo的波形。ui/Vt/s60－6圖10.13返回上一頁(yè)下一頁(yè)一根本電壓比較器，反相輸入端加電壓ui1，同相輸入端加電壓ui2，它們的波形如圖10.14所示，試?yán)L出輸出電壓uo的波形。ui1/Vωt30－3圖10.14ui2/V30－3π2π3πωtπ2π3π

在圖10.15所示電路中，集成運(yùn)放的UCC=UEE=9V。求R2以及下述兩種情況下的uo1和uo2：(1)ui1=0.1V，ui2=－0.2V；(2)ui1=－0.1V，

ui2=0.2V。∞－++△ui1uo∞－++△圖10.15uo1∞－++△R2ui23kΩ3kΩ3kΩ返回上一頁(yè)下一頁(yè)10.6.4在圖10.6.4所示遲滯比較器中，集成運(yùn)放的輸出飽和電壓UOM=9V，ui=8sinωtV，UR=3V，R2=1kΩ，Rf=5kΩ。求該電路的上限和下限觸發(fā)電壓、遲滯寬度以及uo的波形。10.7.1頻率調(diào)節(jié)范圍為20Hz~200Hz的RC正弦波振蕩器，電容C=0.27μF，如果用雙聯(lián)可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，求可變電阻器阻值的調(diào)節(jié)范圍。10.7.2在圖10.16所示RC正弦波振蕩電路中，R=1kΩ，C=10μF，R1=2kΩ，R2=0.5kΩ，試分析：(1)為了滿足自勵(lì)振蕩的相位條件，開關(guān)應(yīng)合向哪一端〔合向某一端時(shí)，另一端接地〕？(2)為了滿足自勵(lì)振蕩的幅度條件，Rf應(yīng)等于多少？abRRCC_+

+∞RfR1R2uo圖10.16S返回上一頁(yè)下一頁(yè)〔接上頁(yè)〕(3)為了滿足自勵(lì)振蕩的起振條件，Rf應(yīng)等于多少？(4)振蕩頻率是多少？10.7.3圖10.17是RC正弦波振蕩電路組成的最簡(jiǎn)單的電子琴電路。按下不同的琴件〔圖中用開關(guān)表示〕，就能發(fā)出不同的琴音。C調(diào)八個(gè)根本音階的頻率如表10.01所示，圖中R1≠R2。試推導(dǎo)出計(jì)算其諧振頻率的公式，并求出電阻R21~R28。_+

+∞RfR21R22R23R24R21R22R23R24uo圖10.17R11kΩC10.1μFC10.1μFR43.3kΩ1kΩ功放+UCC音階12345671頻率/Hz264297330352396440495528表10.01C調(diào)八個(gè)基本音階的頻率返回上一頁(yè)下一頁(yè)練習(xí)題解答【解】判斷結(jié)果見表10.2所示。電路正、負(fù)反饋串聯(lián)、并聯(lián)反饋電壓、電流反饋(a)(b)表10.2試判斷圖10.01所示兩電路中標(biāo)有Rf的反響電阻所形成的反響〔正、負(fù)、串聯(lián)、并聯(lián)、電壓、電流〕。返回練習(xí)題集下一題圖10.01uo∞－++△R1R2RfuiR3R4(a)∞－++△Rfuiuo∞－++△(b)負(fù)串聯(lián)電壓負(fù)并聯(lián)電壓【解】都有反響，分析結(jié)果見表10.3所示。電路反饋元件正負(fù)反饋交直流反饋串并聯(lián)反饋電壓電流反饋共集電路共基電路表10.3試分析第9章討論的共集放大電路和共基放大電路中有無(wú)反響，是什么反響〔正、負(fù)、直流、交流、串聯(lián)、并聯(lián)、電流、電壓〕？上一題下一題返回練習(xí)題集RE負(fù)直流和交流串聯(lián)電壓RE負(fù)直流和交流并聯(lián)電壓【解】(1)ui=－10mV時(shí)，uo=－ui=－×(－10)mV=100mVRfR110010(2)ui=sinωtV時(shí)，uo=－ui=－

sinωtV=－10sinωtVRfR110010在圖10.5.1所示反相比例運(yùn)算電路中，某集成運(yùn)放的UCC=15V，UEE=15V，R1=10kΩ，Rf=100kΩ。(1)ui=－10mV；(2)ui=sinωtV；(3)ui=3V；(4)ui=－5V。上一題下一題下一頁(yè)返回練習(xí)題集(3)ui=3V時(shí)，假設(shè)uo=－ui=－×3V=－30VRfR110010|uo|＞UEE，這是不可能的，說(shuō)明它已工作在于負(fù)飽和區(qū)，故

uo=－UOM=－UEE=－15V。(4)ui=－5V時(shí)，假設(shè)uo=－ui=－×(－5)V=50VRfR110010|uo|＞UCC，這是不可能的，說(shuō)明它已工作在于正飽和區(qū)，故

uo=+UOM=+UCC=15V。上一頁(yè)下一題上一題返回練習(xí)題集【解】左邊兩個(gè)電路為反相比例運(yùn)算電路右邊一個(gè)為減法運(yùn)算電路，且=R3R2RfR1Uo1=－U

=－×1.5V=50VRfR16×1033×10310.5.2在圖10.02所示電路中，U=1.5V，R1=3kΩ，R2=2kΩ，R3=4kΩ，Rf=6kΩ。求Uo。上一題下一題返回練習(xí)題集下一頁(yè)故求得∞－++△Rf∞－++△∞+－+△RfRfR1R2R2R1+Uo－+U－+U－R3R1R2圖10.02Uo1Uo2Uo2=－(－U)

=－×(－1.5)V=50VRfR16×1033×103Uo=(Uo2－Uo1)

=［3－(－3)］V=12VRfR16×1033×103上一題下一題上一頁(yè)返回練習(xí)題集【解】R2=R11∥R12∥Rf=1120++140120kΩ=10kΩuo=－ui1－ui2RfR11RfR12=－ui1－ui240204040=－2ui1－ui2=－2(ui1+ui2)由此求得uo的波形如圖10.03(d)所示。

在圖10.03(a)所示加法運(yùn)算電路中，ui1和ui2的波形如圖10.03(b)和(c)所示，R11=20kΩ，R12=40kΩ，Rf=40kΩ。求平衡電阻R2及輸出電壓uo的波形。0ui1t

/s

+10ui2t

/s+2－2上一題下一題返回練習(xí)題集uo∞－++△RfR11R12R2ui1ui2圖10.03(a)(b)(c)(d)0uot

/s

－2【解】uo1=－uiRfR1uo2=－uo12RR2RfR1=uiuo2=uo2－uo1

圖10.04所示為兩級(jí)比例運(yùn)算放大電路，求uo與ui

的關(guān)系。2RfR1RfR1=ui+

ui3RfR1=ui上一題下一題返回練習(xí)題集∞－++△2Ruiuo2∞－++△RfR1Ruo1+uo－R2R23圖10.04【解】前級(jí)電路為電壓跟隨器，故

uo1=ui1后級(jí)電路利用疊加原理分析。在uo1=ui1單獨(dú)作用時(shí)為反相比例運(yùn)算電路，故uo’

=－ui1RfR1在ui2單獨(dú)作用時(shí)為同相比例運(yùn)算電路，故（）uo’’

=1+ui2RfR1由此求得：RfR1（）uo=uo’+uo’’

=1+ui2－ui1RfR1=5ui2－4ui1圖10.05所示電路中，Rf=4R1，求uo與ui1和ui2的關(guān)系式。上一題下一題返回練習(xí)題集∞－++△Rfui1uo∞－++△R1R2圖10.05ui2【證】由于u+=u－=0，“－〞端為虛地端，Rf和R4可視為并聯(lián)，因而R4∥RfR3

+R4∥RfuR4=uo即R3

+R4∥RfR4∥Rfuo=uR4由于uR4=uRf=－Rf

if因此R3

+R4∥RfR4∥Rfuo=uR4if=i1=uiR1R3

+R4∥RfR4∥Rf=－uiRfR1（）圖10.06所示為一反相比例運(yùn)算電路，試證明：uo∞－++△R1RfuiR3R4R2圖10.06RfR1Af=R3R4R3R1(1+)－uoui=－上一題下一題返回練習(xí)題集下一頁(yè)（）R3R4∥Rf=－1

+

uiRfR1（）R3Rf=－1

++

uiRfR1R3R4即〔=－1

+－

（）R3R4RfR1R3R1〕uiRfR1Af=R3R4R3R1(1+)－uoui=－上一題下一題返回練習(xí)題集上一頁(yè)【解】利用疊加原理求解此題。當(dāng)ui1單獨(dú)作用時(shí)：uo1=－ui1RfR1當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí)：uo2=－ui2RfR1當(dāng)ui3單獨(dú)作用時(shí)，R1與R2并聯(lián)接地，R4與R5并聯(lián)接地，其上的電壓R4∥RfR3

+R4∥Rfui3（）RfR1∥R2uo3=1

+

uiR4∥R5R3+(R4∥R5)圖10.07所示為一加減混合運(yùn)算電路，R1=R2=R3=R4，R5=Rf。求此電路的輸出電壓uo的表達(dá)式。uo∞－++△R1R2R3R4Rfui1ui2ui3ui4R5圖10.07上一題下一題下一頁(yè)返回練習(xí)題集是從同相輸入端輸入的電壓，根據(jù)同相比例運(yùn)算得：當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí)，同理可得：（）RfR1∥R2uo4=1

+

uiR3∥R5R4+(R3∥R5)將R1=R2=R3=R4和R5=Rf代入，求得輸出電壓為：uo=uo1+uo2+uo3+uo4=(ui4+ui3－ui2－ui1)RfR1上一題下一題上一頁(yè)返回練習(xí)題集【解】由于理想集成運(yùn)放的凈輸入電壓和凈輸入電流為零，故：

ui=R3

i3i1=i2=i3因此uo=R1

i1+R2

i2+R3

i3=(R1+R2+R3)uiR3=uiR1+R2+R3R310.5.8求圖10.08所示電路中uo與ui的關(guān)系式。上一題下一題返回練習(xí)題集+ui－∞－++△R1R2R3圖10.08∞+－+△+uo－【解】由于u+=u－=0，“－〞端為虛地端，因此uo=－(Rf

if+ifdt)∫1

Cfif=i1=+C1uiR1duidt代入上式，得：uo=－ui+Rf

C1++C1

dt

∫〕RfR1duidt1

CfuiR1)duidt(〔C1Cf

=－∫〕RfR11

R1Cf)duidt〔(++ui+Rf

C1

uidt

圖10.09所示電路是廣泛應(yīng)用與自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的比例－積分－微分電路。試求該電路uo與ui的關(guān)系式。上一題下一題返回練習(xí)題集uo∞－++△CfuiR1C1R2Rf圖10.09duidtuo=－Rf

C【解】(1)=－500×103

×10－6(2t－sin1000t)mVd

dt=－500×10－3(2－1000cos1000t)mV=－1+500cos1000tmV(2)Uomax=(－1+500)

mV=499mVUomin=(－1－500)

mV=－501mV(3)uo的波形如圖10.13(b)所示。上一題下一題

圖10.5.8所示微分電路中，Rf=500kΩ，C=1μF，ui

=(2t－sin1000t)V。求：(1)uo；(2)uo的最大值和最小值；(3)畫出uo的波形。圖10.13返回練習(xí)題集4990－501ui/Vt/s(b)uo∞－++△CuiRfR2(a)【解】uo=－uidt

∫1

R1C=－Uidt

∫1

R1C=－Uit

1

R1C=－

Uit

500×103

×0.5×10－6=－4Uit

－2mV=－4UiUi=0.5mVUi和uo的波形如圖10.14(b)所示。上一題下一題

圖10.5.9所示積分電路中，R1=500kΩ，C=0.5μF，電路接通前電容未充電。當(dāng)電路接通后，測(cè)得uo從零下降到－2mV所需要的時(shí)間為1s，求：輸入的直流電壓Ui，并畫出輸入和輸出電壓

的波形。圖10.14返回練習(xí)題集uo∞－++△CUiR1R2(a)Uiuot/s(b)0.5mV0－UOMUiuo【解】該電路采用的是反相比例運(yùn)算電路，根據(jù)，|Uo|

=|Ui|RfR1R11

=Rf|Ui|

|Uo|

=×1MΩ=0.1MΩ0.55R12

=Rf|Ui|

|Uo|

=×1MΩ=0.2MΩ15上一題下一題

在圖10.10所示電路為應(yīng)用運(yùn)放來(lái)測(cè)量電壓的原理電路。輸出端接有滿量程為5V、500μA的電壓表。試分別計(jì)算出五種量程0.5V、1V、5V、10V、50V所對(duì)應(yīng)的電阻值R11~R15。Uo∞－++△R11R12R13R14R15Rf圖10.10V0~5V+Ui－1MΩ被測(cè)電壓下一頁(yè)返回練習(xí)題集得：R14

=Rf|Ui|

|Uo|

=×1MΩ=2MΩ105R15

=Rf|Ui|

|Uo|

=×1MΩ=10MΩ505R13

=Rf|Ui|

|Uo|

=×1MΩ=1