模拟电子技术课程习题 第七章 集成运放的应用学习资料

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：52145214(1)()[(1)]o I I I R R u u u R R R R u R R =+--=++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 R u 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7章信号的运算和处理自测题一、现有电路：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D.微分运算电路E.加法运算电路F.乘方运算电路选择一个合适的答案填入空内。

(1)欲将正弦波电压移相＋90o，应选用( C )。

(2)欲将正弦波电压转换成二倍频电压，应选用( F )。

(3)欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用( E )。

(4)欲实现A u=−100 的放大电路，应选用( A )。

(5)欲将方波电压转换成三角波电压，应选用( C )。

(6)欲将方波电压转换成尖顶波波电压，应选用( D )。

二、填空：(1)为了避免50H z电网电压的干扰进入放大器，应选用( 带阻)滤波电路。

(2)已知输入信号的频率为10kH z~12kH z，为了防止干扰信号的混入，应选用( 带通)滤波电路(3)为了获得输入电压中的低频信号，应选用( 低通)滤波电路。

(4)为了使滤波电路的输出电阻足够小，保证负载电阻变化时滤波特性不变，应选用( 有源)滤波电路。

三、已知图T7.3所示各电路中的集成运放均为理想运放，模拟乘法器的乘积系数k大于零。

试分别求解各电路的运算关系。

(a)(b)图T7.3解：图(a)所示电路为求和运算电路，图(b)所示电路为开方运算电路。

它们的运算表达式分别为：(a) 12413121234()(1)//f I I O f I R u u R u R u R R R R R R =-+++⋅⋅+ 11O O u u dt RC =-⎰(b) '23322144O I O O R R R u u u ku R R R =-⋅=-⋅=-⋅O u =习题本章习题中的集成运放均为理想运放。

7.1填空：(1) ( 同相比例 )运算电路可实现A u ＞1 的放大器。

(2) ( 反相比例 )运算电路可实现A u ＜0 的放大器。

(3) ( 微分 )运算电路可将三角波电压转换成方波电压。

(4)( 同相求和 )运算电路可实现函数123Y aX bX cX =++，a 、b 和c 均大于零。

第一章 习题与思考题◇ 习题 1-1欲使二极管具有良好的单向导电性，管子的正向电阻和反向电阻分别为大一些好，还是小一些好？ 解：二极管的正向电阻愈小愈好，反向电阻愈大愈好。

理想二极管的正向电阻等于零，反向电阻等于无穷大。

◇ 题 1-4已知在图P1-4中，u1=10sin ωt(V)，R L ＝1k Ω，试对应地画出二极管的电流i D 、电压u0的波形，并在波形图上标出幅值，设二极管的正向压降和反向电流可以忽略。

解：波形见图。

◇ 习题 1-5欲使稳压管具有良好稳压特性，它的工作电流I Z 、动态内阻r Z 以及温度系数a u 等各项参数，大一些好还是小一些好？解：动态内阻r Z 愈小，则当稳压管的电流变化时稳压管的电压变化量愈小，即稳压性能愈好。

一般来说，对同一个稳压管而言，工作电流I Z 愈大，则其动态内阻r Z 愈小，稳压性能也愈好。

但应注意不要超过其额定功耗，以免损坏稳压管。

温度系数a U 的绝对值愈小，表示当温度变化时，稳压管的电压变化的百分比愈小，则稳压性能愈好。

◇ 习题 1-7 在图P1-7 中，已知电源电压V =10V ，R=200Ω，R L =1 k Ω,稳压管的U Z =6V，试求： ①稳压管中的电流I Z =?② 当电流电压V 升高到12V ，I Z 将变为多少？ ③当V 仍为10V ，但R L 改为2 k Ω时，I Z 将变为多少？ 解：① mA mA mA k V V V R U RU U ILZ ZZ1462016200610=-=Ω-Ω-=--=② mA mA mA k V V V R U R U U IL Z ZZ2463016200612=-=Ω-Ω-=--=③ mA mA mA k V V V R U RU U ILZ ZZ1732026200610=-=Ω-Ω-=--=◇ 习题 1-8 设有两个相同型号的稳压管，稳压仁政值均为6V ，当工作在正向时管压降均为0.7V ，如果将它们用不同的方法串联后接入电路，可能得到几种不同的稳压值？试画出各种不同的串联方法。

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。

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。