第6章集成运算放大器讨论题

集成运算放大器原理及应用将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。

142图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。

2. 特点：○1硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个○4用有源元件代替大阻值的电阻○5常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P和v N和一个输出端v O，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。

第六章集成运算放大器习题及答案1、由于 ，集成电路常采用直接耦合，因此低频性能好，但存在 。

2、共模抑制比K CMR 是 ，因此K CMR 越大，表明电路的 。

3、电流源不但可以为差分放大器等放大电路 ，而且可以作为放大电路的 来提高放大电路的电压增益，还可以将差分放大电路双端输出 。

4、一般情况下，差动电路的共模电压放大倍数越大越好，而差模电压放大倍数越小越好。

（ ）5、在输入信号作用下，偏置电路改变了各放大管的动态电流。

（ ）6、有源负载可以增大放大电路的输出电流。

（ ）7、用恒流源取代长尾式差分放大电路中的发射极电阻Re ，将使电路的 （ ） A.差模放大倍数数值增大 B.抑制共模信号能力增强 C.差模输入电阻增大8、在差动电路中，若单端输入的差模输入电压为20V ，则其共模输入电压为（ ）。

A. 40VB. 20VC. 10VD. 5V 9、电流源的特点是（ ）。

A 交流电阻小，直流电阻大；B 交流电阻大，直流电阻小； C. 交流电阻大，直流电阻大； D. 交流电阻小，直流电阻小。

10、关于理想运算放大器的错误叙述是（ ）。

A ．输入阻抗为零，输出阻抗也为零；B ．输入信号为零时，输出处于零电位；C ．频带宽度从零到无穷大；D ．开环电压放大倍数无穷大 11、（1）通用型集成运放一般由哪几部分电路组成？每一部分常采用哪种基本电路？对每一部分性能的要求分别是什么？（2）零点漂移产生的原因是什么？抑制零点漂移的方法是什么?12、已知一个集成运放的开环差模增益A id 为100dB ，最大输出电压峰-峰值U opp =±10V,计算差模输入电压u i （即u +-u -）为10μV,0.5mV ，-200μV 时的输出电压u 0。

13、如图所示电路参数理想对称，晶体管的β均为50 ,r bb ′=100Ω，U BEQ = 0.7。

试计算R W 滑动端在中点时VT 1管和VT 2管的发射极静态电流I EQ ，以及动态参数A d 和R i 。

实验四 集成运算放大器的线性应用（思考题解答）1. 理想集成运算放大器具有哪些特点？答:电压放大倍数A v →∞，输入电阻R i →∞，输出电阻R O →0，共模抑制比K CMRR →∞，带宽BW →∞，无零点漂移和温漂等。

2. 运放具有虚短、虚断的条件是什么？你能否根据运放输出电压的大小判断其是否存 在虚短、虚断？答: 运放具有虚短、虚断的条件是电路有深度负反馈，集成运放工作在线性放大区.如果集成运放输出电压的大小达到最大输出电压幅度V OM (如本实验中V CC 为12V ，则V OM 约为10.5V 。

)，则说明运放已工作在限幅区,此时虚短特点不再存在，而虚断成立。

3．实验内容1、2中，当V i = 2V 时，理论上分析反相端电位V –应为多大？答：实验内容1，电路如图：若V i = 2V ，则运放工作在限幅区， V o=-10V(为计算方便起见，假定V OM =10V)。

应用叠加原理可计算得：VV R R R V R R R V o f i ff 91.0)10(1001010210010100111=-⋅++⋅+=+++=-实验内容2，V i = 2V 时，V -的数值请自行分析。

4．图4—6（b ）电路，说明当输入信号频率远大于CR 21f f o ⋅π=时，电路为积分电路，输入信号频率远小于f o 时，则电路为一个反相输入比例放大器的理由。

答：如图电路：若输入信号V i 的频率CR f f f π210=>>时，则有fC R f π21>> ，f R 的影响可忽略，视为开路， 所以电路即为积分电路。

若C R f f f π210=<<时，则有fCR f π21<< ，C 的影响可忽略，视为开路，所以电路即为反响输入比例放大器。

5432TitleR fR R R LA+p =R f //R 11--++V o V i 100K10K321A+A +CCR fR =R Rp R //R fV oV oV i V i。

（对）7．“虚地”是指该点与“地”点相接后，具有“地”点的电位。

（错）8、集成运放不但能处理交流信号，也能处理直流信号。

（对）9、集成运放在开环状态下，输入与输出之间存在线性关系。

（错）10、各种比较器的输出只有两种状态。

（对）11、微分运算电路中的电容器接在电路的反相输入端。

（对）三、选择题：（每小题2分，共16分）1.集成运算放大器能处理（C）。

A、直流信号；B、交流信号；C、交流信号和直流信号。

2. 为使电路输入电阻高、输出电阻低，应引入（A）。

A、电压串联负反馈；B、电压并联负反馈；C、电流串联负反馈；D电流并联负反馈。

3. 在由运放组成的电路中，运放工作在非线性状态的电路是（D）。

A、反相放大器；B、差值放大器；C、有源滤波器；D、电压比较器。

4. 集成运放工作在线性放大区，由理想工作条件得出两个重要规律是（C ）。

A、U＋＝U－＝0，i＋＝i－；B、U＋＝U－＝0，i＋＝i－＝0；C、U＋＝U－，i＋＝i－＝0；D、U＋＝U－＝0，i＋≠i－。

5．分析集成运放的非线性应用电路时，不能使用的概念是（B）。

A、虚地；B、虚短；C、虚断。

6. 集成运放的线性应用存在（C）现象，非线性应用存在（B）现象。

A、虚地；B、虚断；C、虚断和虚短。

7. 理想运放的两个重要结论是（B）。

A、虚短与虚地；B、虚断与虚短；C、断路与短路。

8. 集成运放一般分为两个工作区，它们分别是（B）。

A、正反馈与负反馈；B、线性与非线性；C、虚断和虚短。

四、问答题：1. 集成运放一般由哪几部分组成？各部分的作用如何？答：集成运放一般输入级、输出级和中间级及偏置电路组成。

输入级一般采用差动放大电路，以使运放具有较高的输入电阻及很强的抑制零漂的能力，输入级也是决定运放性能好坏的关键环节；中间级为获得运放的高开环电压放大位数（103～107），一般采用多级共发射极直接耦合放大电路；输出级为了具有较低的输出电阻和较强的带负载能力，并能提供足够大的输出电压和输出电流，常采用互补对称的射极输出器组成；为了向上述三个环节提供合适而又稳定的偏置电流，一般由各种晶体管恒流源电路构成偏置电路满足此要求。

第六章集成运放组成的运算电路运算电路例6-1例6-2例6-3例6-4例6-5例6-6例6-7例6-8例6-9例6-10例6-11乘法器电路例6-12例6-13例6-14非理想运放电路分析例6-15；【例6-1】试用你所学过的基本电路将一个正弦波电压转换成二倍频的三角波电压。

要求用方框图说明转换思路，并在各方框内分别写出电路的名称。

【相关知识】波形变换，各种运算电路。

【解题思路】利用集成运放所组成的各种基本电路可以实现多种波形变换；例如，利用积分运算电路可将方波变为三角波，利用微分运算电路可将三角波变为方波，利用乘方运算电路可将正弦波实现二倍频，利用电压比较器可将正弦波变为方波。

【解题过程】先通过乘方运算电路实现正弦波的二倍频，再经过零比较器变为方波，最后经积分运算电路变为三角波，方框图如图（a）所示。

【其它解题方法】先通过零比较器将正弦波变为方波，再经积分运算电路变为三角波，最后经绝对值运算电路（精密整流电路）实现二倍频，方框图如图（b）所示。

实际上，还可以有其它方案，如比较器采用滞回比较器等。

【例6-2】电路如图(a)所示。

设为A理想的运算放大器，稳压管DZ的稳定电压等于5V。

（1）若输入信号的波形如图(b)所示，试画出输出电压的波形。

（2）试说明本电路中稳压管的作用。

&图(a) 图(b)【相关知识】反相输入比例器、稳压管、运放。

【解题思路】（1）当稳压管截止时，电路为反相比例器。

（2）当稳压管导通后，输出电压被限制在稳压管的稳定电压。

【解题过程】（1）当时，稳压管截止，电路的电压增益故输出电压当时，稳压管导通，电路的输出电压被限制在，即。

根据以上分析，可画出的波形如图(c)所示。

图(c)。

（2）由以上的分析可知，当输入信号较小时，电路能线性放大；当输入信号较大时稳压管起限幅的作用。

【例6-3】在图(a)示电路中，已知, ，，设A为理想运算放大器，其输出电压最大值为，试分别求出当电位器的滑动端移到最上端、中间位置和最下端时的输出电压的值。

任务5.1集成运算放大器电路设计习题解答一、测试（一）判断题1. 集成运算放大器是一种直接耦合的多级放大器。

答案：T解题：集成运算放大器是一种直接耦合的多级放大器2. 集成运算放大器的共模抑制比越大，表示该器件抑制零点漂移的能力越强，差模信号放大倍数越大。

答案：T解题：集成运算放大器的共模抑制比越大，表示该器件抑制零点漂移的能力越强，差模信号放大倍数越大。

3.运算放大器的输入电压接近于零，所以可以将输入端短路，运算放大器仍可以正常工作。

答案：F解题：集成运算放大器放大能力无穷大，不代表，输入端两信号绝对相等。

4.运算放大器在线性工作时，同相输入端与反相输入端电位相等，故可以将其两端短接使用而不影响其正常工作。

答案：F解题：U+=U-,不代表可以短路使用，这个是放大器无穷大放大能力。

5.运算放大器只能用来放大直流信号。

答案：F解题：交直流都可以。

6、理想运算放大器工作在线性区时（例如运算电路），两个输入端电位必相等。

答案：T解题：满足虚拟短路，U+=U-7.运算放大器只能放大直流信号，不能放大交流正弦信号。

答案：F解题：交直流都可以。

8.将晶体管、二极管、电阻的元件及连线全部几种制造在同一块半导体基片上，成为一个完整的固体电路，通称为集成电路。

答案：T解题：将晶体管、二极管、电阻的元件及连线全部几种制造在同一块半导体基片上，成为一个完整的固体电路，通称为集成电路。

9. 各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成.答案：T解题：各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成.10.集成运算放大器在实现信号运算时，一般都采用正反馈连接方式，即把输出端与同相端进行连接。

答案：F解题：集成运算放大器在实现信号运算时，一般都采用负反馈连接方式，即把输出端与反向端进行连接。

（二）选择题1.下列关于集成运算放大器组成结构说法错误的是（）A.集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成。

第6章集成运算放大器的应用一填空题1、反相比例电路中，集成运放的反相输入端为点，而同相比例电路中集成运放两个输入端对地的电压基本上等于电压。

2、对数和指数电路是利用二极管的电流和电压之间存在。

3、将正弦波转换为矩形波，应采用；将矩形波转换为三角波，应采用；将矩形波转换为尖脉冲，应采用。

4、滞回比较器具有特性，因此，它具有强的特点。

5、电压比较器的集成运放常常工作在；常用的比较器有比较器、比较器和比较器。

答案：1、接地、电源 2、指数关系 3、过零比较器、积分电路、微分电路 4、滞回，抗干扰性5、非线性区，单限、滞回、窗口二选择题1、为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器，应选用______滤波电路（）A.低通B.高通C.带通D．带阻2、若从输入信号中抑制低于3kHZ的信号，应选用_____滤波电路（）A.低通B.高通C.带通D．带阻3、若从输入信号中取出低于3kHZ的信号，应选用_____滤波电路（）A.低通B.高通C.带通D．带阻4、若从有噪声的信号中提取2kH Z～3kH Z的信号进行处理，应选用_____滤波电路（）A.低通B.高通C.带通D．带阻5、在下列电路中，____电路能将正弦波电压移相+900。

（）A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路6、在下列电路中，____电路能将正弦波电压转换成二倍频电压。

（）A.加法运算电路B.乘方运算电路C.微分运算电路7、在下列电路中，能在正弦波电压上叠加一个直流量的电路为（）A.加法运算电路B.积分运算电路C.微分运算电路8、在下列电路中，能够实现电压放大倍数为-90的电路为（）A.反相比例运算电路B.同相比例运算电路C.积分运算电路答案：1、D 2、B 3、A 4、C 5、C 6、B 7、A 8、A三判断题1、差分比例电路可以实现减法运算。

（）2、比例、积分、微分等信号运算电路中，集成运放工作在线性区；而有源滤波器、电压比较器等信号处理电路中，集成运放工作在非线性区。

集成运算放大器习题参考答案一、填空题：1.理想运放同相输入端和反相输入端的“虚短”指的同相输入端反相输入端两点电位相等，在没有短接的情况下出现相当于短接的现象2.将放大输出信的全部或部分通过某种方式回送到输入端这分信号叫反信号。

使放大器净输入信号减小，放大倍数也减小的馈，称反馈；使放大器净输入信号增加，放大倍数也增加的反馈称反馈。

放大电路中常用的负反馈类型并联电负反馈串电负反馈并联电负反馈串联电负反馈3.若要集成运放工作在线性区则必须在电路中引反馈若要成运放工作在非线性区，则必须在电路中引开或反馈。

集运放工作在线性区的特点输入电等于零输出电等于零；工在非线性区的特点：一是输出电压只具高电平、低电平两种稳状和净输入电流等在运算放大器电路中集成运放工作线区电压比较器集成运放工作非线区4.集成运放有两个输入端称同输入端反输入端相应同相输反相输双端输三种输入方式5.放大电路为稳定静态工作点应该引直负反馈为提高电路输入电阻应该引串负反馈为了稳定输出电压应该引电反馈6.理想运算放大器工作在线性区时有两个重要特点“虚短“断二、判断题1．集成运放使用时不接负反馈，电路中的电压增益称为开环电压增益3.4.集成运放未接反馈电路时的电压放大倍数称为开环电压放大倍数5.6.2019.4）（对）（错7．“虚地”是指该点与“地”点相接后，具有“地”点的电位。

）对（8、集成运放不但能处理交流信号，也能处理直流信号。

）错（9、集成运放在开环状态下，输入与输出之间存在线性关系。

的输出只有两种状态。

10、各种比较器）对（的反相输入端。

器11、微分运算电路中的电容接在电路）对（分）分，共16三、选择题：（每小题2 。

）1.集成运算放大器能处理（C、交流信号和直流信号。

C B、交流信号；A、直流信号；）。

为使电路输入电阻高、输出电阻低，应引入（A 2.、电压并联负反馈；A、电压串联负反馈；B D电流并联负反馈。

C、电流串联负反馈；）。

第六章习题一、填空选择1、理想运算放大器的开环放大倍数Au为无穷大，输入电阻Ri为无穷大，输出电阻为Ro为零。

2、集成运算放大器有两个工作区间，分别为线性区和非线性区。

3、理想运放工作在线性区的条件下，有两个重要特性是虚断和虚短。

4、单值电压比较器有 1 个门限电压，迟滞电压比较器有 2 个门限电压。

5、电压传输特性如图6.1所示，参考电压是__-2______V，输出电压是___ 10_____V；输入信号加在____反相____输入端。

图题6.1二、选择1、工作在线性区的运算放大器应置于（a）状态。

a深度负反馈 b 开环 c正反馈2、工作在非线性区的运算放大器具有（a）的特点a虚断 b 虚短 c 虚断和虚短3、下列关于迟滞电压比较器的说法，不正确的是（b）a 迟滞电压比较器有两个门限电压b 构成迟滞电压比较器的集成运算放大电路工作在线性区c 迟滞电压比较器一定外加正反馈d 迟滞电压比较器的输出电压只有两种可能4、能将矩形波转变成三角波的电路是（c ）a 比例运算电路b 微分运算电路c 积分运算电路d 加法电路 5、工作在开环状态下的电压比较器，其输出电压Uo 的大小由（c ）决定。

a 运放的开环放大倍数 b 外电路参数 c 运放的工作电源 三、分析与计算题1、电路 如题图6.1所示 ，集 成运放 输出电压 的最大幅 值为 ±14 V ，输出电压与输入电压的关系式 。

图题6.1c c（a ）引入的是负反馈，所以运放工作在线性区间。

ii 110U U RR u f O ==（b ） 引入的是负反馈，所以运放工作在线性区间。

i i 211U U RR R u fo =+=2、试求图题6.2各电路的输出电压与输入电压的关系式。

R 2U iU U i2U i3U i4（a ） （b ）图题6.2解：(a)根据虚断特性 i 434U R R R u +=+，o 211U R R R u +=-根据虚短特性-+=u u ，所以i 43412o )1(U R R R R R U ++= (b)当0i4i3==U U 时，电路转换为反相输入求和电路，输出)(i223i113o12U R RU R R U +-= 当0i2i1==U U 时，电路转换为同相输入求和电路，输出)////////)(//1(i464564i365465213o34U R R R R R U R R R R R R R R U ++++=根据线性叠加原理，总输出为o34o12o U U U +=3、求如图题6.3所示电路中u o 与u i 的关系。

习 题在图所示的反相比例运算放大器中，设R 1=10k?，R F =500k?。

试求闭环电压放大倍数和平衡电阻。

若u I =10mV ，则u O 为多少解：50105001-=-=-==R R u u A F I O uf 8.91050010500//12=+⨯==R R R F （k?） 若u I =10mV ，则u O =A uF u I =-50×10×10-3=(V)在图所示的电路中，已知R 1=2k?，R F =10k?，R 2=2k?，R 3=18k?，u I =1V ，求u O 。

解：题图所示的两个电路是否具有相同的电压放大倍数试说明其理由。

题图解：某集成运算放大器的开环放大倍数A uo =104，最大输出电压U Om =±10V ，在开环状态下（如题图所示），设u I =0时，u O =0，试问：（1）u I =±时，u O =（ ） （2）u I =±1mV 时，u O =（ ） （3）u I =±时，u O =（ ） 解：为了获得比较高的电压放大倍数，而又避免采用高阻值电阻R F ，将反相比例运算电路改为题图所示的电路，并设F 4R R ?，试验证O 3F F I 141u R R A u R R ⎛⎫==-+ ⎪⎝⎭题图 题图解：运算放大器的电路如题图所示，计算u O =题图解：求题图所示电路中，u O 与u I 的关系。

题图解：题图所示电路是利用两个运算放大器组成的具有较高输入电阻的差动放大电路。

试求出u O 与u I1、u I2的运算关系式。

解：前一级是同相比例运算电路，后一级是差动运算电路，所以10111i u K u ⎪⎭⎫⎝⎛+= 。

在题图所示电路中，已知R F =2R 1，u I = ?2V ，试求输出电压u O 。

解：前一级是电压跟随器电路，后一级是反相比例运算电路，所以410=-=i f u R R u (V) 。

第6章集成运算放大器-选择复习题
1．集成运放电路采用直接耦合方式是因为。

A．集成工艺难于制造大容量电容
B．可获得很大的放大倍数C. 可使温漂小
2．通用型集成运放适用于放大。

A．低频信号B.高频信号
C.任何频率信号
3．集成运放制造工艺使得同类半导体晶体管的。

A.参数一致性好
B.参数不受温度影响
C．指标参数准确
4．成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以。

A．减小温漂B. 增大放大倍数
C. 提高输入电阻
5．为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用。

A．共射放大电路B.共集放大电路
C．共基放大电路
6．反相比例运算电路其反馈类型为。

A．并联电压负反馈B.串联电压负反馈
C．串联电流负反馈D．并联电流负反馈
7．同相比例运算电路其反馈类型为。

A．串联电压负反馈B.并联电压负反馈
C．串联电流负反馈D．并联电流负反馈
8．设图中的运算放大器是理想的，则输出电压U O=______。

A．7.5V B. 15V C．10V D．30V
9．如图所示电路是________。

A．积分器B. 微分器C．加法器D．比例运算器
10．如图所示电路是________。

A．微分器B.积分器C．加法器D．比例运算器
11．图示电路中起输入端保护的电路是____B____。

12．图示电路中起输出端保护的电路是____C____。

13．图示电路中起电源保护的电路是___A____。

14．如图所示电路是____C____。

A．反相比例运算B.过零比较器C．滞回比较器D．电压比较器。