第7章 集成运放组成的运算电路 习题解答
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第七章 习题与思考题◆◆ 习题 7-1 在图P7-1所示的放大电路中,已知R 1=R 2=R 5=R 7=R 8=10k Ω,R 6=R 9=R 10=20k Ω: ① 试问R 3和R 4分别应选用多大的电阻; ② 列出u o1、u o2和u o 的表达式;③ 设u I1=3V ,u I2=1V ,则输出电压u o =?解:① Ω=Ω==k k R R R 5)10//10(//213,Ω≈Ω==k k R R R 67.6)20//10(//654 ② 1111211010I I I o u u u R R u -=-=-=,2226525.1)20101()1(I I I o u u u R R u =+=+=, 2121217932)5.1(1020)(I I I I o o o u u u u u u R R u +=---=--= ③ V V u u u I I o 9)1332(3221=⨯+⨯=+=本题的意图是掌握反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路的工作原理,估算三种比例电路的输入输出关系。
◆◆ 习题 7-2 在图P7-2所示电路中,写出其输出电压u O 的表达式。
解:II I I o u R R u R Ru R R u R R u ])1[()()1(45124512++=--+=本题的意图是掌握反相输入和同相输入比例电路的输入、输出关系。
◆◆ 习题 7-3 试证明图P7-3中,)(11221I I o u u R R u -=)+(解:1121)1(I o u R R u +=))(1()1()1()1()1()1(122122112122111221221121I I I I I I I o o u u R Ru R R u R R u R R u R R R R u R R u R R u -+=+++-=+++-=++-=本题的意图是掌握反相输入和同相输入比例电路的输入、输出关系。
第七章 基本放大电路7.1 试判断题7.1图中各电路能不能放大交流信号,并说明原因。
解: a 、b 、c 三个电路中晶体管发射结正偏,集电结反偏,故均正常工作,但b 图中集电极交流接地,故无交流输出。
d 图中晶体管集电结正偏,故晶体管不能正常工作,另外,交流输入信号交流接地。
因此a 、c 两电路能放大交流信号,b 、d 两电路不能放大交流信号。
7.2 单管共射放大电路如题7.2图所示,已知三极管的电流放大倍数50=β。
(1)估算电路的静态工作点; (2)计算三极管的输入电阻be r ;(3)画出微变等效电路,计算电压放大倍数; (4)计算电路的输入电阻和输出电阻。
解:(1)A A R U U I B BE CC B μ40104103007.01253=⨯≈⨯-=-=-CC +o -题7.2图C CC (a)题7.1图mA A I I B C 210210405036=⨯=⨯⨯==--βV I R U U C C CC CE 61021031233=⨯⨯⨯-=-=-(2)Ω=+=+=9502265030026300C Cbe I r β (3)放大电路的微变等效电路如图所示 电压放大倍数7995.03||350||-=-=-=be L C u r R R A β(4)输入电阻:Ω≈⨯==950950||10300||3be B i r R r输出电阻 Ω==k R r C 307.3 单管共射放大电路如题7.3图所示。
已知100=β (1)估算电路的静态工作点;(2)计算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻 (3)估算最大不失真输出电压的幅值;(4)当i u 足够大时,输出电压首先出现何种失真,如何调节R B 消除失真?解:电路的直流通路如图所示,CC BQ E BEQ BQ B U I R U I R =+++)1(βAmA R R U U I EB BEQ CC BQ μβ435.010130015)1(=⨯+≈++-≈由此定出静态工作点Q 为 mA I I BQ CQ 3.4==β,V R R I U U E C C CC CEQ 3.4)5.02(3.415)(≈+⨯-=+-=(2)Ω=⨯+=9053.426100300be r 由于R E 被交流傍路,因此16690.05.1100||-=⨯-=-=be L C u r R R A βΩ≈==k r R r be B i 9.0905.0||300||+u o -CC +u o -题7.3图CCRΩ==k R R C O 2(3)由于U CEQ =4.3V ,故最大不饱和失真输出电压为 V U U CEQ 6.37.03.47.00=-=-=' 最大不截止失真输出电压近似为V R I U L CQ 4.65.13.40=⨯='⋅='' 因此,最大不失真输出电压的幅值为3.6V 。
7.3典型例题和考研试题解析7.4 自测题及解答【解7.1】1.√ 2.× 3. √【解7.2】1.∞,∞ ,0 2.虚短,虚短 3.反相,同相 4.同相,反相 5.同相,反相 6. 同相,反相 7. 同相,反相 8.积分 9. 同相加法,反相加法,比例 10. 大 11. 反相比例运算,对数;反相比例运算,指数 12. 反相,同相 13. 反相比例运算电路7.3 运算电路如图T7.3所示,试分别求出各电路输出电压的大小。
(a) (b)图T 7.3【解7.3】(a) V 8.16.01236O -=⨯-=u ;(b)V 52.0)1241(O =⨯+=u7.4 写出图T7.4所示各电路的名称,分别计算它们的电压放大倍数和输入电阻。
(a) (b) (c)图T 7.4【解7.4】(a) 反相比例运算电路,20120IO uf -=-==u u A ,0if ≈R ;(b) 同相比例运算电路,211201IO uf =+==u u A ,∞≈if R ; (c) 同相比例运算电路,也可认为是减法电路,I I IO uf 202120)1201()1201(u u u u u A =+=+==+,∞≈if R 。
7.5 运放应用电路如图T7.5所示,试分别求出各电路的输出电压。
-(a) (b)图T 7.5【解7.5】(a) V 5.01.05O1-=⨯-=R R u ,V 5.255O1O1O2=-=⨯-=u u RR u , V 3)5.0(5.2O1O2O =--=-=u u u ;(b) V 2O1-=u ,V 422O1O111O =-=⨯-=u u R Ru 7.6 图T7.6所示的电路中,当V 1I =u 时,V 10O -=u ,试求电阻F R 的值。
图T 7.6【解7.6】I F O k Ω3u R u ⨯-=,k Ω301103k Ω3I O F =-⨯-=⨯-=u u R 7.7 反相加法电路如图T7.7(a )所示,输入电压I1u 、I2u 的波形如图(b)所示,试画出输出电压O u 的波形(注明其电压变化范围)u I1-u I24u I1-u I24u O 4(a) (b)图T 7.7 图解T 7.7【解7.7】I2I1O u u u --=输出电压波形如图解T7.7。
(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。
模拟电路课后习题答案 Final approval draft on November 22, 2020第七章 习题与思考题◆◆ 习题 7-1 在图P7-1所示的放大电路中,已知R 1=R 2=R 5=R 7=R 8=10k Ω,R 6=R 9=R 10=20k Ω:① 试问R 3和R 4分别应选用多大的电阻; ② 列出u o1、u o2和u o 的表达式;③ 设u I1=3V ,u I2=1V ,则输出电压u o =解:① Ω=Ω==k k R R R 5)10//10(//213,Ω≈Ω==k k R R R 67.6)20//10(//654 ② 1111211010I I I o u u u R R u -=-=-=,2226525.1)20101()1(I I I o u u u R R u =+=+=, ③ V V u u u I I o 9)1332(3221=⨯+⨯=+=本题的意图是掌握反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路的工作原理,估算三种比例电路的输入输出关系。
◆◆ 习题 7-2 在图P7-2所示电路中,写出其输出电压u O 的表达式。
解:本题的意图是掌握反相输入和同相输入比例 电路的输入、输出关系。
◆◆ 习题 7-3 试证明图P7-3中,)(11221I I o u u R R u -=)+(解:◆◆ 解:◆◆ 解:◆◆ 习题 7-6 试设计一个比例运算放大器,实现以下运算关系:u O =。
请要求画出电路原理图,并估算各电阻的阻值。
希望所用电阻的阻抗在20k Ω至200k Ω的范围内。
解:上图为实现本题目要求的一种设计方案,使5.0)1()5.0(21=-⨯-=⋅=uf uf uf A A A ,即I O u u 5.0=。
本题的意图是在深入掌握各种比例运算电路性能的基础上,采用适当电路实现给定的运算关系。
以上只是设计方案之一。
◆◆ 习题 7-71为阻值在1k Ω~10k Ω之间可调的电位器,R 2=R 3=20k Ω,R 4=R 5=33k Ω,R 6=R 7=100k Ω,试估算电路的输出电压与输入电压之间的比例系数的可调范围。
第 7章 信号 的运算和处理1、A 为理想运算放大器。
2(08分)1.某放大电路如图所示,已知A u u I 2u Iu o 与输入电压 u I 间 的关系式为( 1)当时,证明输出电压I1R R 4 2 u o1u 。
I R R 31uI 12V 时, u 1.8V ,问 R 应取多大 ? (2)当o 1u I 1 0.5 mV ,A 、 A 为理想运算放大器,已知 (10分)2.左下图示放大电路中,1 2u I 2 0.5 mV 。
( 1)分别写出输出电压 u 01、 u o2、 u的表达式,并求其数值。
ou=?o( 2)若不慎将 R 短路,问输出电压1A 、A 为理想运算放大器。
(06分)3.右上图示放大电路中,已知(1)写出输出电压 u 1 2u I 1、 u I 2间 的关系式。
与输入电压o (2)已知当 u =1V 时,I1uo u I 2=?= 3V ,问(10分)4.电流 -电流变换电路如图所示, A 为理想运算放大器。
I L (1)写出电流放大倍数 A i , =?I S 10mA IL的表达式。
若I SR FI=?L(2)若电阻短路,(10分)5.电流放大电路如左下图所示,设A为理想运算放大器。
I L(1)试写出输电流的表达式。
(2)输入电流源I L两端电压等于多少?(10分)6.大电流的电流-电压变换电路如右上图所示,A为理想运算放大器。
1A~(1)导出输出电压U O的表达式U O f (I )。
若要求电路的变换量程为IR5V,问=?3(2)当I I=1A时,集成运放 A 的输出电流I O=?(08分)7.基准电压-电压变换器电路如下图所示,设A为理想运算放大器。
( 1)若要求输出电压 U 的变化范围为 4.2~10.2V,应选电位器 R=?o W ( 2)欲使输出电压 U 的极性与前者相反,电路将作何改动?o(10分)8.同相比例运算电路如图所示,已知A为理想运算放大器,其它参数如图。
第7章模拟信号的运算与处理1.答:理想集成运放的电压传输特性曲线v ov idv OM-v OM● 在线性区域的特点:在线性区,曲线的斜率为运放开环增益A vd ,该区满足: ()0od id od v A v A v v +-==- 当深度负反馈时,有两个重要的特性:○1虚短:处于深度负反馈时,运算放大器工作在线性区,它的输入、输出信号都是有限的电压信号,因而施加在运算放大器上的差值输入信号接近于0,即也。
○2虚断:出现○1情况时,运算放大器的输入电阻相当大,因此输入电流接近于0,则有。
● 在非线性区域的特点:为使集成运放工作在非线性区,集成运放一般均工作于开环状态,或正反馈电路中,这是放大关系不存在,输出电压分别达到输出电压的极限值:,其数值接近正负电源电压。
即是两种输出状态转换的临界条件。
其次,由于,“虚断”仍然成立。
2.答:集成运放应用于信号运算时工作在线性区。
3.答:反相比例运算电路时并联电压负反馈;,输入电阻小,为;运放的输入端无共模信号。
同相比例运算电路是串联电压负反馈;,输入电阻大,为;运放的输入端加有共模信号。
(课本P179—P180)集成运放组成的电路中,多采用反相输入的形式的原因:由于反相输入时,运放的反相端为虚地,可使输入信号源之间无相互影响,为得到规定的输出,电路参数的选择比较方便。
4.答:理想运放的同相输入端为地电位时,由于负反馈将反相端电压低到等于同相端电压(即地电位),以保证输出为一有限值,这时虽然两端电位相等且等于地电位,但两端之间无电流通过,故称为“虚地”。
由于实际运放的放大倍数不为无穷大,所以为保证一定的输出,“虚地”的反相端电位不为零。
“虚地”的概念只能用于反相的运算电路。
5.(a)反相求和电路(b)同相加法电路=0,其中当时,(c)差分比例运算电路根据“虚短”特性,把代入上式,得(d)加法—减法电路由“虚短”得,则有(e)反相-加法运算电路,实现减法运算6.答:○1符合“虚地”的电路:(a)(c)(d)(e)○2对共模抑制比要求不高的电路:(a)(e)7.答:○1s闭合时,端接地,图中电路变为反相比例运算电路。
7.2电路如图所示,集成运放输出电压的最大幅值为±14V ,填表。
解:当集成运放工作在线性区时,f O 1I I10R u u u R=-=-,f O 2I I(1)11R u u u R=+=7.4电路如图所示,试求其输入电阻和比例系数。
解:由图可知R i =50k Ω。
因为u M =-2u I ,243R R R i i i =+,即M OM M 243u u u u R R R --=+代入数据,得输出电压O M I 52104u u u ==7.5电路如图所示,集成运放输出电压最大幅值为±14V ,u I 为2V 的电压信号。
分别求出下列各种情况下的输出电压。
(1)R 2短路;(2)R 3短路;(3)R 4短路;(4)R 4断路。
解:(1)R 2短路时3O I I 124VR u u u R =-=-=-(2)R 3短路时2O I I 124VR u u u R =-=-=-(3)R 4短路时,电路无反馈,u O =-14V 。
(4)R 4断路时23O I I 148VR R u u u R +=-=-=-7.6试求下图电路输出电压与输入电压的运算关系。
解:(c )f P I2N1fR u u u R R =-=+I1NN O1fu u u u R R --=联立求得:f O I1I2I1I21()8()R u u u u u R =-=-7.7如图所示电路中,集成运放的共模信号分别为多少?要求写出表达式。
解: 因为集成运放同相输入端和反相输入端之间净输入电压为零,所以它们的电位就是集成运放的共模输入电压。
(c )图f IC I2I21f89R u u u R R ==+7.8如图所示为恒流源电路,已知稳压管工作在稳定状态,试求负载电阻中的电流。
解:N Z L 220.6m Au U I R R ===7.10求解下图电路的运算关系。
解:图(b )所示的A 1组成同相比例运算电路,A 2组成加减运算电路。
集成运放练习题答案在电气工程领域中,集成运放是非常常见和重要的电子元件。
它在各种电路中有着广泛的应用,因此对于学习者来说,掌握集成运放的原理和使用方法非常关键。
在学习过程中,练习题是我们获取实际应用能力的重要手段之一。
下面是一些常见的集成运放练习题及其答案,希望对您的学习有所帮助。
1. 请解释什么是集成运放?答案:集成运放(Operational Amplifier,简称Op-Amp)是一种高增益、直流耦合的差分放大器。
它具有线性的放大性质,在电子电路中广泛用于信号放大、比较、求和等各种应用。
2. 描述一下集成运放的基本电路图以及引脚功能。
答案:集成运放一般有8个引脚,其中两个是电源引脚(正电源V+和负电源V-),一个是输出引脚(OUT),其余五个是输入引脚(非反馈输入端IN-、反馈输入端IN+、偏置电压引脚Vcc+、Vcc-和地GND)。
基本电路图如下图所示:[图像描述:集成运放基本电路图]3. 集成运放的开环增益是多少?封闭环配置中其输入电阻、输出电阻和频带宽分别是多少?答案:集成运放的开环增益非常高,通常在10^5-10^6之间。
在封闭环配置中,其输入电阻非常大,接近无限大;输出电阻非常小,接近零;频带宽也非常大,通常在几十万赫兹以上。
4. 请解释集成运放的反相放大器电路及其放大倍数的计算方法。
答案:反相放大器电路是集成运放应用中最基本的电路之一。
它的电路图如下图所示:[图像描述:反相放大器电路图]反相放大器的放大倍数可以通过以下公式计算:放大倍数 = - Rf / Rin其中,Rf是反馈电阻,Rin是输入电阻。
5. 集成运放能否作为比较器使用?如果可以,请解释其原理。
答案:集成运放可以作为比较器使用。
当输入信号Vin大于基准电压时,集成运放的输出电压会饱和至正电源电压;当输入信号Vin小于基准电压时,输出电压会饱和至负电源电压。
这是因为当集成运放的差分输入电压大于0时,输出电路会被拉到电源电压处,从而实现比较功能。
第七章集成运放的应用7.1在下列描述中错误的是[ ]A 级联放大器的带宽比各级放大器带宽小B 负反馈的引入可以起到展宽放大器频带的作用C 集成运算放大器电路中广泛采用了以电流源为负载的放大器结构D 理想运放在线性与非线性工作区均有虚断、虚短两个重要特性7.2在输入信号从极小到极大的一次变化过程中,迟滞比较器的输出会发生[ ]次翻转。
A 0B 1C 2D 37.3希望抑制1KHz以下的信号,应采用的滤波电路是[ ]A.低通滤波电路B. 高通滤波电路C.带通滤波电路D. 带阻滤波电路7.4有用信号频率为7Hz,应采用的滤波电路是[ ]A.低通滤波电路B. 高通滤波电路C.带通滤波电路D. 带阻滤波电路填空1.比例运算电路的输入电流基本上等于流过反馈电阻的电流,而比例运算电路的输入电流几乎等于零。
(同相,反相)2.反相比例放大电路的输入电阻较,同相比例放大电路的输入电阻较。
(高,低)3.在进行反相比例放大时,集成运放两个输入端的共模信号uIC= ;若同相输入端接u1,则由集成运放组成的比例放大电路的共模信号uIC= 。
试从a.低通滤波电路,b.高通滤波电路,c.带通滤波电路,d.带阻滤波电路四种电路名称中选择一种填写下列各空;1.在理想情况下,在f=0和f→∞时的电压放大倍数相等,且不为零;2.在f=0和f→∞时,电压放大倍数都等于零。
3.的直流电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。
4.在理想情况下,在f→∞时的电压放大倍数就是它的通带电压放大倍数。
在负反馈运算放大电路的三种输入方式(a.反相输入,b.同相输入,c.差动输入)中,选择合适的方式填入下面的空格。
(以下各题均只在单个运放电路且反馈网络为线性电阻的范围内讨论问题)1.为给集成运放引入电压串联负反馈,应采用方式;2.要求引入电压并联负反馈,应采用方式。
3.在多个输入信号情况下,要求各输入信号互不影响,应采用方式。
4.要求向输入信号电压源索取的电流尽量小,应采用方式。
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7章 集成运放组成的运算电路本章教学基本要求本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。
表为本章的教学基本要求。
表 第7章教学内容与要求学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路,掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系,理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系,并能根据需要合理选择上述有关电路。
本章主要知识点1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点由于实际集成运放与理想集成运放比较接近,因此在分析、计算应用电路时,用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重,在一般工程计算中是允许的。
本章中凡未特别说明,均将集成运放视为理想集成运放。
集成运放的应用划分为两大类:线性应用和非线性应用。
(1) 线性应用及其特点集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主,此时其输出量与净输入量成线性关系,但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。
集成运放工作在线性区时,它的输出信号o U 和输入信号(同相输入端+U 和反相输入端-U 之差)满足式(7-1))(od o -+-=U U A U (7-1)在理想情况下,集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。
虚短:是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零;虚断:是指运放两个输入端的电流几乎等于零。
即虚短:0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断:0≈=+-I I(2) 非线性应用及其特点非线性应用中集成运放工作在非线性区,电路为开环或正反馈状态,集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。
输入端有很微小的变化量时,输出电压为正饱和电压或负饱和电压值(饱和电压接近正、负电源电压),+-=U U 为两种状态的转折点。
即当+->U U 时,OL o U U = 当+-<U U 时,OH o U U =非线性应用中,集成运放在理想情况下,满足虚断,即0≈=+-I I 。
第7章集成运放组成得运算电路7、1 本章教学基本要求本章介绍了集成运放得比例、加减、积分、微分、对数、指数与乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中得几个问题。
表7、1为本章得教学基本要求.表7、1 第7章教学内容与要求学完本章后应能运用虚短与虚断概念分析各种运算电路,掌握比例、求与、积分电路得工作原理与输出与输入得函数关系,理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器得工作原理与输出与输入得函数关系,并能根据需要合理选择上述有关电路。
7、2本章主要知识点1、集成运放线性应用与非线性应用得特点由于实际集成运放与理想集成运放比较接近,因此在分析、计算应用电路时,用理想集成运放代替实际集成运放所带来得误差并不严重,在一般工程计算中就是允许得。
本章中凡未特别说明,均将集成运放视为理想集成运放。
集成运放得应用划分为两大类:线性应用与非线性应用。
(1) 线性应用及其特点集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或就是兼有正反馈而以负反馈为主,此时其输出量与净输入量成线性关系,但就是整个应用电路得输出与输入也可能就是非线性关系.集成运放工作在线性区时,它得输出信号与输入信号(同相输入端与反相输入端之差)满足式(7—1)(7-1)在理想情况下,集成运放工作于线性区满足虚短与虚断.虚短:就是指运放两个输入端之间得电压几乎等于零;虚断:就是指运放两个输入端得电流几乎等于零。
即虚短:或虚断:(2)非线性应用及其特点非线性应用中集成运放工作在非线性区,电路为开环或正反馈状态,集成运放得输出量与净输入量成非线性关系.输入端有很微小得变化量时,输出电压为正饱与电压或负饱与电压值(饱与电压接近正、负电源电压),为两种状态得转折点.即当时,当时,非线性应用中,集成运放在理想情况下,满足虚断,即。
2、运算电路及其分析方法基本运算电路得共同特点就是集成运放接成负反馈形式,工作在线性放大状态,集成运放满足虚短与虚断。
比例电路就是各种运算电路得基础。
第7章集成运放组成的运算电路习题解答第7章集成运放组成的运算电路7.1 本章教学基本要求本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。
表7.1为本章的教学基本要求。
表7.1 第7章教学内容与要求学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路,掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系,理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系,并能根据需要合理选择上述有关电路。
7.2 本章主要知识点1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点由于实际集成运放与理想集成运放比较接近,因此在分析、计算应用电路时,用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重,在一般工程计算中是允许的。
本章中凡未特别说明,均将集成运放视为理想集成运放。
集成运放的应用划分为两大类:线性应用和非线性应用。
(1) 线性应用及其特点集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主,此时其输出量与净输入量成线性关系,但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。
集成运放工作在线性区时,它的输出信号o U和输入信号(同相输入端+U和反相输入端-U之差)满足式(7-1))(od o -+-=U U A U (7-1)在理想情况下,集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。
虚短:是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零;虚断:是指运放两个输入端的电流几乎等于零。
即虚短:0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断:0≈=+-I I(2) 非线性应用及其特点非线性应用中集成运放工作在非线性区,电路为开环或正反馈状态,集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。
输入端有很微小的变化量时,输出电压为正饱和电压或负饱和电压值(饱和电压接近正、负电源电压),+-=U U 为两种状态的转折点。
即当+->U U 时,OL o U U = 当+-<U U 时,OH o U U =非线性应用中,集成运放在理想情况下,满足虚断,即0≈=+-I I 。
第7章集成运放组成的运算电路本章教学基本要求本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。
表为本章的教学基本要求。
表第7章教学内容与要求学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路,掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系,理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系,并能根据需要合理选择上述有关电路。
本章主要知识点1.集成运放线性应用和非线性应用的特点由于实际集成运放与理想集成运放比较接近,因此在分析、计算应用电路时,用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重,在一般工程计算中是允许的。
本章中凡未特别说明,均将集成运放视为理想集成运放。
集成运放的应用划分为两大类:线性应用和非线性应用。
(1) 线性应用及其特点集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主,此时其输出量与净输入量成线性关系,但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。
集成运放工作在线性区时,它的输出信号o U 和输入信号(同相输入端+U 和反相输入端-U 之差)满足式(7-1))(od o -+-=U U A U (7-1)在理想情况下,集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。
虚短:是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零;虚断:是指运放两个输入端的电流几乎等于零。
即虚短:0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断:0≈=+-I I (2) 非线性应用及其特点非线性应用中集成运放工作在非线性区,电路为开环或正反馈状态,集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。
输入端有很微小的变化量时,输出电压为正饱和电压或负饱和电压值(饱和电压接近正、负电源电压),+-=U U 为两种状态的转折点。
即当+->U U 时,OL o U U = 当+-<U U 时,OH o U U =非线性应用中,集成运放在理想情况下,满足虚断,即0≈=+-I I 。
2. 运算电路及其分析方法基本运算电路的共同特点是集成运放接成负反馈形式,工作在线性放大状态,集成运放满足虚短和虚断。
比例电路是各种运算电路的基础。
反相输入比例运算电路(如图7-1)的特点是:引入电压并联负反馈,在深度负反馈和理想情况下,运放的同相输入端电位为零,运放的反相输入端为虚地点0≈-u ,它的输入电阻等于1R ,输出电阻0of ≈R ,流过反馈电阻的电流F i 等于输入电流1i ,电压放大倍数1F I O uf R Ru u A -==。
同相输入比例运算电路(如图7-2)的特点是:引入电压串联负反馈,在深度负反馈和理想情况下,运放两个输入端的对地电压等于输入电压i u ,输入电阻为无穷大,输出电阻0of ≈R ,电压放大倍数是1F I O uf 1R Ru u A +==。
图7-1 反相输入比例运算电路 图7-2 同相输入比例运算电路求解运算电路输出与输入函数关系的一般方法是:(1) 判断集成运放是否工作在线性放大状态。
通常检查是否存在足够强的负反馈以及运放输出是否处于极限状态。
(2) 除考虑运算电路的误差外,一般可将运算电路中的集成运放视为理想运放。
(3) 在运算电路具有深度负反馈的前提下,可运用虚短和虚断概念,求解运算电路输出与输入的函数关系。
(4) 对于积分器等含有电容的运算电路,必要时可运用拉氏变换,先求出运算电路的传递函数或输出电压的象函数,再进行拉氏反变换,得出输出与输入的函数关系。
(5) 对于多级运算电路,可抓住电路具有深度电压负反馈、输出电阻近似为零的特点,从而可不考虑后级输入电阻对前级的影响,分别列出各级输出与输入的函数关系,再联立求解,得出整个电路输出电压与各输入信号的函数关系。
自测题判断题1. 反相求和电路中集成运放的反相输入端为虚地点,流过反馈电阻的电流等于各输入电流之代数和。
( )2. 同相求和电路跟同相比例电路一样,各输入信号的电流几乎等于零。
( )3. 由于比例或求和运算电路的电压负反馈很强,输出电阻几乎等于零,因此在计算双运放加减运算电路的前级输出电压时,一般可以不考虑后级输入电阻对前级的影响。
( )【解】1.√ 2.× 3. √ 填空题1. 理想运放的=od A ,=id r ,=o r2. 当集成运放处于线性放大状态时,可运用 和 概念。
3. 比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地,而 比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。
4. 比例运算电路的输入电阻大,而 比例运算电路的输入电阻小。
5. 比例运算电路的输入电流等于零,而 比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻中的电流。
6. 比例运算电路的比例系数大于1,而 比例运算电路的比例系数小于零。
7. 运算电路可实现A u >1的放大器, 运算电路可实现A u <0的放大器。
8. 运算电路可将方波电压转换成三角波电压。
9. 运算电路可实现函数y =ax 1+bx 2+cx 3,a 、b 和c 均大于零。
运算电路可实现函数y =ax 1+bx 2+cx 3,a 、b 和c 均小于零。
运算电路可实现函数y =ax 2。
10. 同相比例运算放大电路输入阻抗通常比反相运算放大电路输入阻抗11. 若将 电路中在集成运放反馈支路接上二极管,便可得 运算电路;而将 电路中在输入回路接上二极管,便可得到 运算电路。
12. , 比例电路的电压放大倍数是1f 1R R +。
13.欲实现A u =-100的放大电路,应选用 。
【解】1.∞,∞ ,0 2.虚短,虚短 3.反相,同相 4.同相,反相 5.同相,反相 6. 同相,反相 7. 同相,反相 8.积分 9. 同相加法,反相加法,比例 10. 大 11. 反相比例运算,对数;反相比例运算,指数 12. 反相,同相 13. 反相比例运算电路运算电路如图所示,试分别求出各电路输出电压的大小。
(a) (b)图T【解】(a) V 8.16.01236O -=⨯-=u ;(b)V 52.0)1241(O =⨯+=u写出图所示各电路的名称,分别计算它们的电压放大倍数和输入电阻。
(a) (b) (c)图T【解】(a) 反相比例运算电路,20120IO uf -=-==u u A ,0if ≈R ;(b) 同相比例运算电路,211201IO uf =+==u u A ,∞≈if R ;(c) 同相比例运算电路,也可认为是减法电路,I I IO uf 202120)1201()1201(u u u u u A =+=+==+,∞≈if R 。
运放应用电路如图所示,试分别求出各电路的输出电压。
-(a) (b)图T【解】(a) V 5.01.05O1-=⨯-=R R u ,V 5.255O1O1O2=-=⨯-=u u RR u , V 3)5.0(5.2O1O2O =--=-=u u u ;(b) V 2O1-=u ,V 422O1O111O =-=⨯-=u u R R u 图所示的电路中,当V 1I =u 时,V 10O -=u ,试求电阻F R 的值。
图T【解】I F O k Ω3u R u ⨯-=,k Ω301103k Ω3I O F =-⨯-=⨯-=u u R 反相加法电路如图(a )所示,输入电压I1u 、I2u 的波形如图(b)所示,试画出输出电压O u 的波形(注明其电压变化范围)u I1-u I24u I1-u I24u O 4(a) (b)图T 图解T【解】I2I1O u u u --=输出电压波形如图解。
图T 所示的积分与微分运算电路中,已知输入电压波形如图 (c)所示,且t =0时,0C =u ,集成运放最大输出电压为V 15±,试分别画出(a)、(b)电路的输出电压波形。
u i-(a) (b) (c)图T【解】(a) 积分电路,输出电压波形如图解 T (a)ms1~=t: V3i-=u,o463io101dt31001.010301dt1CtuRCu+⨯=-⨯⨯⨯-=-=⎰⎰-,V0o=Ct=0ms时,0Co=-=uu;t=1ms时, V10o=u;ms3~1=t: V3i=u,1463io101dt31001.010301dt1CtuRCu+⨯-=⨯⨯⨯-=-=⎰⎰-,V101=Ct=3ms时,V10o-=u;ms5~3=t:V3i-=u,2463io101dt31001.010301dt1CtuRCu+⨯=-⨯⨯⨯-=-=⎰⎰-,V102-=Ct=5ms时, V10o=u;(b) 微分电路,输出电压波形如图解T (b)dtd103dtd1001.01030dtd i4i63iouuuRCu--⨯-=⨯⨯⨯-=-=t=0ms时, V3~i-=u,-∞=dtd i u,V15o=u;t=1ms时, V3~3i+-=u,+∞=dtd i u,V15o-=u;t=3ms时, V3~3i-+=u,-∞=dtd i u,V15o=u;t=5ms时, V3~3i+-=u,+∞=dtd i u,V15o-=u;(a) (b)图解T图所示电路中,当t = 0时,0C =u ,试写出o u 与i1u 、i2u 之间的关系式。
图T【解】2i21i1R u R u i +=,dtd o f u C i-=,f i i =,dt 1dt 1i22i11o ⎰⎰--=u C R u CR u 电路如图所示,求输出电压O u 的表达式,并说明对输入电压1u 、2u 有什么要求(a) (b)图T【解】要求图T 中输入电压02>u ,从而I u 、O u 同极性,保证电路为负反馈(电压串联负反馈)。
(a) 1u u u =≈+-,O2212u R R R u +=-,2O O2u ku u =,∴2121O )1(1u uR R k u +=,(b) 1u u u =≈+-,2O u ku u =-,21O 1u u k u ⋅=电路如图所示,已知模拟乘法器的增益系数1V 1.0-=k ,当V 2I =u 时,求?O =u 当V 2I -=u 时,?O =u图T 图T【解】根据虚短有:0=≈+-u u ,虚断有:21O 1I R u R u -=,2O O1ku u =,I I I 12O 2010201.011u u u R R k u -=⋅-=-=,因0O1>u ,为保证电路为负反馈(电压并联负反馈),要求0I <u 电路才能正常稳定的工作。
7.12 正电压开方运算电路如图所示,试证明0I >u 时输出电压等于I 12O u KR R u =。
【解】22O 1I R u R u -=,O1O2u u -=,2O O1ku u =,∴当0I >u 时,I 12O u KR R u =。