2012年模拟电子技术第五章-集成运算放大电路及其应用练习题(含答案)

第1页共16页第五章集成运算放大电路及其应用【教学要求】本章主要叙述了集成运放内部电路的组成及作用；讨论了电流源电路、差分放大器等单元电路；同时介绍了集成运放的理想化条件及它的三种基本电路和运算、集成运放的应用电路及其特点和集成运放的非线性应用；教学内容、要求和重点如表5.1。表5.1教学内容、要求和重点教学内容教学要求重点：熟练掌握正确理解一般了解1：差分放大器工作原理和电路分析2：有源差分放大器电路分析3：集成运放基本运算电路4：电压比较器集成运放内部电路组成√电流源电路√差分放大器工作原理√电路分析√有源放大电路√集成运算放大器的选择和使用√集成运放基本电路基本特性√三种基本运算电路√应用电路加法运算电路√积分微分运算√电压电流转换√交流放大√精密整流√有源滤波器√电压比较器√【例题分析与解答】【例题5-1】差动放大器如图5-1所示。已知三极管的1=2=50，3=80，rbb’=100，UBE1=UBE2=0.7V，UBE3=－0.2V，VCC=12V。当输入信号Ui=0时，测得输出Uo=0。1：估算T1、T2管的工作电流Ic1、Ic2和电阻Re的大小。2：当Ui=10mV时，估算输出Uo的值第2页共16页图5-1解：1：由电路可知，当Ui=0时，要保证Uo=0V，则电阻Re3上压降应为12V，，由此可求得3cI：mARUUIeccoc11212)(33，T3管的设计电流3EI为：33cEII，而T2管集电极电阻Rc2上的压降2CRU可近似为：VURIUEBeERC2.32.0313332。于是T1、T2管的集电极电流1CI、2CI为：)(32.0102.32212mARUIICRRCCC。射极电阻Re上的电流eRI为：)(64.021mAIIICCRe。若设T1管基极电位UB1=0V，则UE1=－0.7V，射极电阻Re为：)(7.1764.0127.0)(1KIUUReRCCEe2：Ui=10mA时，Uo的大小：由于电路的结构为单入、单出型，故将T3管构成的后级电路输入电阻Ri2作为差放级的负载考虑，其电压放大倍数Au1为：)(2)//(12211bebicurRRRA；其中：)(24.432.026)501(1001Krbe，3332)1(ebeiRrR；而3ber为：)(2.2126)801(1003Krbe；所以：)(2453)801(2.22KRi电压放大倍数为：8.45)24.41(2)245//10(501uA第3页共16页T3管构成的后级放大电路的电压放大倍数2uA为：9.33812.21280)1(333332ebecuRrRA当输入Ui=10mA时，电路输出电压Uo为：)(8.110)9.3(8.4521VUAAUiuuo【例5-2】图5-2给出了采用两级运放电路实现的差分比例运算电路。试写出电路的运算关系。图5-2解：第一个运放为同相比例运算电路，则有第二个运放为差分比例运算电路，利用叠加原理，可得所以，可以看出，图5-2所示电路实现了差分比例运算，且对于vI1和vI2来说，均可认为输入电阻很大，而且使得电阻的选取和调整更为方便。【思考与练习】5-1、通用型集成运放一般由几部分电路组成？每一部分常采用哪种基本电路？通常对每一部分性能的要求分别是什么？5-2、电路如题5-2图所示，试画出电路传输特性曲线和输出波形。第4页共16页题5-2图5-3、电路如题5-3图所示。已知VCC＝VEE＝12V，＝50，UBEQ＝0.7V，RC＝30k，RE＝27k，R＝10k，RL＝20k。试估算放大电路的静态工作点、差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。RCRT1+VCC+RCRERT2uO–+uI–VEERL题5-3图5-4、试根据集成运放“虚短”和“虚断”的概念，分别导出三种基本运算电路的输入输出电压关系。5-5、画出输出电压uO与输入电压uI符合下列关系式的集成运算放大电路。（1）OI1uu（2）OI1uu（3）OI10uu（4）OI1I2I310uuuu5-6、试求题5-6图所示电路输出电压uo表达式。R1RpR2uIuOR3R4题5-6图5-7、对题5-6扩充，得题5-7图所示电路，求输出电压uo表达式。第5页共16页题5-7图5-8、已知题5-8图所示电路由差分和运放构成的反馈电路，求输出电压uo与输入电压ui的运算关系式。题5-8图5-9、试求题5-9图所示电路输出电压与输入电压的运算关系式R2R1R3R4R6R5uOuI1uI2题5-9图5-10、如题5-10图所示电路中运放具有理想特性。已知ui=2sinωt(mV)，试画出电路的输出电压u0的波形，并注明幅度大小。第6页共16页题5-10图5-11、题5-11图所示电路，运放具有理想特性，忽略稳压管的正向导通电压。已知UG=2V。试计算：1)：当F点接至N点时的uO值。2)：当F点接地时的uO值。题5-11图5.12、同题5-11图所示电路，当F点接至P点时，作比较器使用，试画出此电路的传输特性曲线并求uO值。5-13、积分电路如题5-13图，设初始u0=0；S1接通时间T1=100ms。T1结束后，断开S1接通S2；当u0=0时，接通S3，作为一个周期结束，假定积分器为理想。求：当ui=－5V时，画出一个周期u0的波形，并计算S2接通时间T2=？ms。题5-13图5-14、场效应管差动放大电路如题5-14图，已知T1、T2管的gm=5ms，I3=1mA。求：（1）R的数值大小（2）差模电压放大倍数Aud=Uo/Ui。第7页共16页题5-14图5-15、场效应管差分电路和运算放大器组成的放大电路如题5-15图所示，问：总电路引入何种反馈？计算闭环电压放大倍数UiUoA，估算电路输入、输出电阻。题5-15图5-16、同题5-15，当R7开路时的电压放大倍数UiUoA。5-17、同题5-15，求当R7、R8均开路时，画出Uo与Ui的关系曲线。5-18、电路如题5-18图（a）所示，已知UC（0）=0；输入波形如图（b）所示，试画出输出Uo1、Uo波形。（a）第8页共16页（b）题5-18图5-19、设计一个比例运算电路，要求输入电阻Ri＝20k，比例系数为－10。5-20、试用集成运放组成一个运算电路，要求实现以下运算关系：OI1I2I3250.1uuuu5-21、试设计满足OI1I225uuu的运算电路。5-22、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.加法运算电路选择一个合适的答案填入空格内。（1）欲将正弦波电压相移＋90o，应选用。（2）欲将正弦波电压叠加上一个直流量，应选用。（3）欲实现Au＝－10的放大电路，应选用。（4）欲将方波电压转换成三角波电压，应选用。（5）欲将方波电压转换成尖顶波电压，应选用。5-23、试求题5-23图所示集成运放电路的输出电压。150k50k50k150k2VuO（a）第9页共16页30k10k10k30k2VuO4V（b）10k20k2VuO－1V10k3V（c）题5-23图5-24、试设计一个比例运算电路，实现以下运算关系：OI0.5uu要求画出电路原理图，并估算各电阻的阻值。所用电阻的阻值在20k～200k的范围内。5-25、试分析题5-25图电路中的各集成运放A1、A2、A3和A4分别组成何种运算电路，设电阻R1＝R2＝R3＝R，试分别列出uO1、uO2、uO3和uO的表达式。uO1uI1uO2uI2uO3uI3uOR1R2R3题5-25图5-26、积分运算电路如题5-26图所示。已知输入电压uI的波形，其中电阻R＝100k，电容C＝0.1F。当t＝0时，uO＝0。试画出输出电压uO的波形。第10页共16页RRPuIuOiRiCC05－55152535uI/Vt/ms题5-26图5-27、采用集成运放的半波精密整流电路如题5-27图所示。（1）试说明电路的工作原理，并写出输出电压与输入电压的关系。（2）画出输出信号的波形，设输入为正弦信号。R1RPuIuOD2D1R2u¢O题5-27图5-28、利用加法电路和半波精密整流电路（如题5-27图所示）可构成全波精密整流电路。（1）画出电原理图，并说明电路的工作原理。（2）确定电路中电阻的阻值。5-29、试根据下列情况，选择滤波电路。（1）抑制50Hz交流电源的干扰；（2）处理具有1kHz固定频率的有用信号；（3）从输入信号中取出低于10kHz的信号；（4）抑制频率为100kHz以上的高频干扰。5-30、在题5-30图所示的同相输入低通滤波器中，已知R2＝50k，R1＝R＝10k，C＝0.1F，试求电路的通带电压增益和上限截止频率。R1RCR2iUoU第11页共16页题5-30图R1RRFuIuOC1+VCCC2R+VCCC3R¢C4题5-31图5-31、采用单电源供电的同相输入交流放大电路如题5-31图所示。现为功放设计一个10倍前置电压放大电路，试确定电路中电阻的阻值。5-32、由理想集成运放构成的电流－电压转换电路如题5-32图所示。（1）试确定输入电流与输出电压的关系；（2）已知电路的输出电压为－1V，若RF＝10M，则输入电流为多少？RPRFuOi0iF题5-32图5-33、由理想集成运放组成的电压―电压变换电路如题5-33图所示。试求输出电压的调节范围。30k30kuO5V30k题5-33图第12页共16页uIuORDZR1RPuIuOR2UREFDZR2R1IiIo题5-34图5-34、由理想集成运放组成的电流―电流变换电路如题5-34图所示。试确定运放输出电流Io与源电流Ii的关系。5-35、在题5-35图所示的过零比较器中，当I10sinut(V)时，试画出uO的波形图（在时间上要对应）。设Z6VU。题5-35图题5-36图5-36、在题5-36图所示的求和型单限比较器中，假设集成运放为理想运放，参考电压UREF＝－3V，稳压管的反向击穿电压UZ＝±5V，电阻R1＝20k，R2＝30k：（1）试求比较器的阈值电压，并画出电路的传输特性；（2）若输入电压是幅度为±4V的三角波，试画出比较器相应的输出电压uO的波形。答案第五章5.2、UiUo005V-5Vtt6v3v5.3、BQCQBQCQ4μA,0.2mA,40mV,6VIIUU；dido22,34k,60kARR第13页共16页5.5、（1）RR/2RuIuO（2）uIuO（3）RRp9RuIuO（4）RRp10RuI3uORuI2RuI15.6、图（a）：23234OI1RRRRRuuR5.7、iouRRRRRRRRRRRRRu)(})//(//{56514653265325.8、iouRRRRRRu))((2215445.9、553OI2I144211RRRuuuRRR5.10、)(sin135.17mVtuo5.11、1)：uO=－5V，2)：uO=－5V。5.12、uO=－5V5.13、T2=200ms5.14、（1）R=30k（2）Aud=－505.15、电压并联负反馈；10A；Ri=10k；Ro=05.16、10A第14页共16页5.17、5.18、t(ms)Ui(V)[phone]+4-400+10-10Uo1Uo5.20、R3Rp1RF1uI3uO1R1uI1R4Rp2RF2uOR2uI21FP20k,200k,20//200kRRR选F120kR，则1310k,200kRR。选F2100kR，则42100k,20kRRP113F1P224F2////6.45k,////14.29kRRRRRRRR