第四章集成运算放大器 、填空题 1.集成运算放大器由四个基本部分组成，它们是 2.理想集成运放的Aod=】 ,CMRR= ,rid= 3.为了使集成运放工作在线性区，必须在集成运放组成的电路中引入 使其工作在闭环状态。 4.集成运放工作在线性区时，其同相输入端的电位与反相输入端的电位相等 即什=一，称为 。集成运放两个输入端的信号电流为零 即+=/=0，称为 5.电压比较器的输出电压，只有 和 两种状态。 6,正弦波振荡电路的四个基本组成部分是 7.正弦波振荡电路起振时的相位条件是 振幅平衡条件 8.在桥式RC正弦波振荡电路中，RC串并联网络既是」 网络，又是 网络。桥式RC正弦波振荡电路的振荡频率6的表达式为_ 1、输入级输出级中间级恒流源偏置电路 2、0000 3负反愤 4虚短虚断 7、0+0=士2nm(-0,1,.)1AF1 8、反馈选颜 二、分析计算题 1.反相比例运算电路如图41所示，R1=30KQ,R=90KQ,求电压放 大倍数、输入电阻及平衡电阻 解：电压放大倍数 r4=R1=30(k2) 平衡电阻R=30∥60=20(kK2) 2.同相比例运算电路如图4-2所示，R1=40KQ,若要求电压放大倍数为4， 试估算R值及平衡电阻R'值。 解：因为该同相放大电路的电压放大倍数 R. 且R,=40K2
第四章 集成运算放大器 一、填空题 1 ．集成运算放大器由四个基本部分组成，它们是 _ ， _，_和_。 2．理想集成运放的 AOd＝ ，CMRR＝ ，rid＝ ， r0＝ 。 3．为了使集成运放工作在线性区，必须在集成运放组成的电路中引入 使其工作在闭环状态。 4．集成运放工作在线性区时，其同相输入端的电位与反相输入端的电位相等, 即 u+＝u－，称为_。集成运放两个输入端的信号电流为零， 即 I+＝I–＝0，称为 。 5．电压比较器的输出电压，只有 和 两种状态。 6 ． 正 弦 波 振 荡 电 路 的 四 个 基 本 组 成 部 分 是 _ 、 _、_、_。 7．正弦波振荡电路起振时的相位条件是 ；振幅平衡条件 是 。 8．在桥式 RC 正弦波振荡电路中，RC 串并联网络既是 网络，又是 网络。桥式 RC 正弦波振荡电路的振荡频率 f0 的表达式为 。 1、输入级 输出级 中间级 恒流源偏置电路 2、∞ ∞ ∞ 0 3、负反馈 4、虚短 虚断 5、高电平 低电平 6、放大电路 反馈网络 选频电路 稳幅电路 7、 A+ F＝±2nπ（n=0，1，.） | A F |=1 8、反馈 选频 二、分析计算题 1．反相比例运算电路如图 4-1 所示，R1＝30KΩ，Rf ＝90KΩ，求电压放 大倍数、输入电阻及平衡电阻 R′。 解：电压放大倍数 3 30 90 1 = = − = − = − R R u u A f i o uf 输入电阻 30( ) rif = R1 = k 平衡电阻 30// 60 20( ) ' R = = K 2．同相比例运算电路如图 4-2 所示，R1＝40KΩ，若要求电压放大倍数为 4， 试估算 Rf 值及平衡电阻 R′值。 解：因为该同相放大电路的电压放大倍数 1 4 1 = = + = R R u u A f i o uf 且 R1= 40K + - + i u o u R1 f I Rf 1I R2 + - + ui uo R1 ' R Rf
所以：R,=(4-1)R=3×40=120k2 R=40W20=30(K2) （2)电阻R开路 (3)电阻R开路： 解：(1)正常工作时该电路为同相放大电路，所以： ==0+受以 =0+x15 =6(V (2)电阻R1开路后，电路成为跟随器。 4.电路如图43所宗：设架成运放的最大输出电压为士12V (1)指出各图中的集成运放分别构成何种基本运算电路： (2)指出图中集成运放A1~A4,哪些存在“虚短”，哪些存在“虚地”： (3)若1=1V,=2V,写出各电路输出电压表达式，并计算各输出电压 (b) (d) 图A3 解：(1)A1构成同相比例电路：A2构成反相比例电路： A构成差动比例电路：A:构成反相加法器电路 (2)A1~A均存在“虚短”：A2、A:均存在“虚地” )”R4R+=,= R
所以： Rf = (4 −1)R1 = 3 40 = 120k 平衡电阻： 40// 20 30( ) R1 = = K 3．电路如图 4-2 所示，已知集成运放的最大输出电压为±12V，电阻 R1＝10KΩ， Rf ＝290KΩ，R ‘＝ Rf // R1，输入电压 ui＝1.5V。试求下列三种情况下的输出电压 u0。 （1）正常情况； （2）电阻 R1 开路； （3）电阻 Rf 开路； 解：（1）正常工作时该电路为同相放大电路，所以： 6( ) ) 1.5 40 120 (1 (1 ) 1 V u R R u A u i f o uf i = = + = = + （2）电阻 R1 开路后，电路成为跟随器。 所以： uo=ui=1.5V (3)电阻 Rf开路，该电路变为同相过零比较器。 因为：u+=ui=1.5V, u-=0V u+>u-, uo=uom=+1.2V 4．电路如图 4-3 所示，设集成运放的最大输出电压为±12V。 （1）指出各图中的集成运放分别构成何种基本运算电路； （2）指出图中集成运放 A1~A4，哪些存在“虚短”，哪些存在“虚地”； （3）若 ui1＝1V，ui2＝2V，写出各电路输出电压表达式，并计算各输出电压。 + - + i1 u o2 u R R ‘R A2 + - + uo1 R R R ui1 R A1 （a） （b） i2 u o u 2R ' R i1 u R 3R + - + A4 + - + i2 u uo3 R ui1 5R 5R R A3 （c） （d） 图 4-3 解：（1）A1 构成同相比例电路；A2 构成反相比例电路； A3 构成差动比例电路；A4 构成反相加法器电路； （2）A1~A4 均存在“虚短”； A2、 A2 均存在“虚地”。 （3） u u V R R R R R uo1 (1+ ) i1 = i1 = 1 + = u u V R R uo2 = − i1 = − i1 = −1
5R =-541+542=-5+5x2 =+5P =-34u-3a =-3x2 =-7.50 5.电路如图44所示，R1=R2=R3=R2=30KQ,R1=90KQ。 (1)指出A1、A2各构成何种基本电路： (2)若1=2V,2=1V,求输出电压。 .可 图44 解：(I)A构成同相比例电路：A2构成差动比例电路 e=0+,=0+x2-0叫 30 =-1-8 =-9W 6.电路如图4-5所示，分析写出w与1和2的关系式，写出平衡电阻R2的表达式。图 中R=KQ,RF R=5KΩ =R=I0K2
V u u u R R R R R u R R u i i o i i 5 5 5 5 5 2 ) 5 (1 5 5 5 1 2 3 1 2 = + = − + = − + + + = − + 7.5( ) 3 2 2 3 3 2 3 3 2 3 1 2 4 1 2 V u u u R R u R R u i i o i i = − = − − = − − = − − 5．电路如图 4-4 所示，R1＝R2＝R3＝Rf 2＝30KΩ, Rf 1＝90KΩ。 （1）指出 A1、A2 各构成何种基本电路； （2）若 ui1＝2V，ui2＝1V，求输出电压 u0。 + - + ui2 uo1 R1 ui1 R2 A1 uo R4 R5 R3 Rf 1 + - + A2 Rf 2 图 4-4 解：（1）A1 构成同相比例电路；A2 构成差动比例电路 （2） ) 2 8( ) 30 90 (1 ) 1 (1 1 1 1 u V R R u i f o = + = + = 9( ) 1 8 30 30 30 30 2 1 1 3 2 2 2 2 2 V u u u R R u R R u i io io f i f o = − = − − = − − − = − − 6．电路如图 4-5 所示，分析写出 u0与 ui1和 ui2 的关系式，写出平衡电阻 R′2 的表达式。图 中 R1＝1KΩ，RF ＝R＝10 KΩ， 2 R K = 5 。 + - + uo1 R1 ui A1 uo ' R2 R2 + - + A2 ' R1 Rf R u02 + - 图 4-5
解， =94=o R 是=号=2测 4。=4o2-4o1=-20u,-(-104,)=-10u 电骑所示调节电位器心，可酒节该电路的电压大倍数。写出电压放大 解 设 (0≤x<) 40 “a=-4+0+设=-+0+加w -物-3+0+3 Au的范围为：-31。 8.电路如图47所示，已知理想电压源Us=4V R=R=2KQ,计算通过负载电阻R上的电流h 并说明该电路的功能。 解：，uu叶 :.电阻上的电压uR=US Us=4V.R=2k9 4-贤-贤-2m4 又：1+=0A ∴.11=l=2mA。 该电路为恒流源电路，即供给负载R的电流为恒定2mA,与负载R的阻值 无关。 9.电路如图4-8所示，C=0.2μF,设C上的初始电压为零，R1=R2=R=10 KQ,R3=5K0 (1)指出集成运放1、42各构成何种运算电路： (2)写出输出电压01与1的关系式： (3)写出输出电压o与1和n的关系式。 图4-8
解： i i i f o u u u R R u 10 1 10 1 1= − = − = o uo uo ui R R u 20 5 10 1 1 2 2= − = − = − uo uo uo ui ui 10ui 20 ( 10 ) = 2 − 1 = − − − = − 7．电路如图 4-6 所示，调节电位器 RP，可调节该电路的电压放大倍数，写出电压放大倍 数 Au 的调节范围。 解: i i P P u xu R xR u+ = = (0 x 1) o i i i u u x u R R u R R u ) 3 (1 3) 3 (1 3 2= − + + + = − + + x ui uo Au = = −3 + (1+ 3) Au 的范围为：-3~1。 8．电路如图 4-7 所示，已知理想电压源 US＝4V， R＝RL＝2KΩ，计算通过负载电阻 RL 上的电流 IL， 并说明该电路的功能。 解：∵ u-=u+ ∴ 电阻上的电压 uR=US ∵ US=4V,R=2kΩ ∴ 2( ) 2 4 1 mA R U R uR I S = = = = 又∵ I+=0A ∴ IL=I1=2mA。 该电路为恒流源电路，即供给负载 RL 的电流为恒定 2mA，与负载 RL 的阻值 无关。 9．电路如图 4-8 所示，C＝0.2μF，设 C 上的初始电压为零，R1＝R2＝R4＝10 KΩ，R3＝5 KΩ。 （1）指出集成运放 A1、A2 各构成何种运算电路； （2）写出输出电压 u01 与 ui1 的关系式； （3）写出输出电压 u0 与 ui1 和 ui2 的关系式。 + - + ui2 uo1 R1 R2 A1 uo R4 R5 R3 + - + A2 ui1 C R4 图 4-8 + - + A uo 1 IR RL L I + - US ～ + - + i u o u RP R 3R
1 "-Rc44=1010k02xI0u,d =-5004d, (3) R R. =-22+500[wnd, 10.电路如图49所示，指出41、A2各构成何种基本运算电路，写出w与和的关 系式。 入 R: 图49题14图 解：A构成跟随器，A构成同相比例电路。 4R3 =-41w1+8l2 11.电路如图4-10所示，集成运放的正、负输出电压±U6m=±12V,设山=5sin1(v)。 (1)求门限电压U: (2)画出电压传输特性： (3)对应画出波形。 0口t 图4-10 解：(1)门限电压： Um =0V (2)传输特性
解：（1）A1 构成反相积分器， A2 构成反相求和电路。 （2） = − = − = − − t i f t i f t o i f u d u d u d R C u 0 1 0 3 6 1 0 1 1 1 500 10 10 0.2 10 1 1 (3) f t i i i o o i o u u d u u u R R u R R u = − + = − − = − − 0 2 1 2 1 1 2 4 2 3 4 2 500 10 10 5 10 10．电路如图 4-9 所示，指出 A1、A2 各构成何种基本运算电路，写出 u0 与 ui1 和 ui2 的关 系式。 + + - ui1 + + - + + - ui2 A1 A2 A3 R3 R2 uo R1 R3 R 3 4R R1 3 4R R2 图 4-9 题 14 图 解：A1 构成跟随器， A2 构成同相比例电路。 1 2 2 2 2 3 3 3 3 3 1 3 3 4 8 (1 4 )(1 ) 4 4 4 i i o i i u u u R R R R R R R u R R u = − + + + + = − + 11．电路如图 4-10 所示，集成运放的正、负输出电压±U0m＝ ±12V，设 ui＝5sin ωt（v）。 （1）求门限电压 UTH； （2）画出电压传输特性； （3）对应 ui 画出 u0 波形。 图 4-10 解：（1）门限电压 ： UTH = 0V （2）传输特性 ui uo R + - + R
(3) .电路如图4所际。集成运放的正、负输电,么=2V。 1 )画出电压传输 性 3)说明二极管D和D2的作用。 图411 解：(1)门限电 Um =Ug=2V (2)传输特性 (3)D,、D2用以保护“一”“+”端之间不致因山太大而击穿。 13.电路如图412(a)所示，已知集成运放的正、负输出电压士m=±12V,U=3V, UTH
uo/v 12 -12 ui/v （3） 5 -5 ui/v t 12 -12 t uo/v 0 0 12．电路如图 4-11 所示，集成运放的正、负输出电压±U0m＝ ±12V，UR＝2V。 （1）求门限电压 UTH； （2）画出电压传输特性； （3）说明二极管 D1 和 D2 的作用。 图 4-11 解：（1）门限电压 UTH =UR = 2V （2）传输特性 uo/v 12 -12 ui 0 2 /v （3）D1 、D2 用以保护“—”“+”端之间不致因 ui 太大而击穿。 13．电路如图 4-12(a)所示，已知集成运放的正、负输出电压±U0m＝ ±12V，UR＝3V， 双向稳压管的稳定电压±UZ＝ ±6V。 （1）求门限电压 UTH； （2）画出电压传输特性； （3）已知 ui 波形如图 4-50(b)所示，对应画出 u0 波形。 uo + - + ui R R UR D1 D2
(A) 图412 解：(1)门限电压： =0 4,=4,+1>0时，山=+12V 解之得：Um=U,=-2 (2)传输特性 (3) U )求门限电压 2)画出电花输特性 (3)已知山的波形如图4-51(b)所示，试对应山画出0波形
o u + - + R R R1 + - i Uz uUR t ui /V + 50 − 5 ' R （B） （A） 图 4-12 解：（1）门限电压： 1 2 1 2 2 1 2 1 = + = + + + + + = i uR ui ui R R R u R R R u ∵ u_=0 ∴ 1 0 2 1 u+ = ui + 时，uo=+12V。 解之得： UTH = Ui = −2V （2）传输特性： （3） 14．电路如图 4-13(a)所示，已知集成运放的正、负输出电压±U0m＝ ±12V，UR＝1V， 稳压管 DZ的稳定电压 UZ＝ 6V，正向导通电压为 0.7V。 （1）求门限电压 UTH； （2）画出电压传输特性； （3）已知 ui 的波形如图 4-51(b)所示，试对应 ui 画出 u0 波形。 uo/v 6 -6 ui/v -2 0 5 -5 ui/v t 6 -6 t uo/v 0 5 0
(b) 图4-13 解：(1)门限电压 2R 1 +号>0陈，0N L=4+行<0时，=6V 2 2》传输特之m=-2 Au/v 6 u/ (3) u/v (2)画出电压传输特性： (3)已知的波形如图452(b)所示，试对应私画出0波形
ui /V t + 5 − 50 + ui - + UR uo R2 R 2RR1 DZ （ a ） （b） 图 4-13 解：（1）门限电压 3 2 3 1 2 3 1 3 1 2 2 2 = + = + + + + − = i uR ui ui R R R u R R R u ∵ u+=0 ∴ 3 2 3 1 u− = ui + ＞0 时，uo=-0.7V 3 2 3 1 u− = ui + ＜0 时，uo=6V 解之得： UTH = −2V （2）传输特性 （3） 15．电路如图 4-14(a)所示，集成运放的正、负输出电压±U0m＝ ±12V，UR＝2V，双向 稳压管的稳定电压±UZ＝ ±6V，R2＝10KΩ，R3＝30KΩ。 （1）求门限电压 UTH1 和 UTH2。 （2）画出电压传输特性； （3）已知 ui 的波形如图 4-52(b)所示，试对应 ui 画出 u0 波形。 uo/v 6 -6 ui/v -2 0 5 -5 ui/v t 6 -0.7 t uo/v -2 0 0
图4-52 解：门限电压：U1、UH2: (a)ui由小往大变化，在ui为非常小的负值时， 00=+6V 此时，同相端的点位 R 30 10 ,=R,fR.+尾+Rx6=10+30x2+0十30x6 =1.5+1.5=3 指时，当>以-，时 U-ur 上门限电压U1=3 (b)由大往小变化，在为非常大的正值时， U0=-6V 此时，同相端的点位 R, R ,R+尼R6 30 10 =10+30×2+10+30x-6 5-15=0 ui逐渐减小时，当ui<,=0V,则 I=t6V :.下门限电压U2=Or
o u + - + + - Uz ui UR t ui /V + 50 − 5 R R1R2 R3 （ a ） （b） 图 4-52 解：门限电压： UTH1、UTH 2： （a）ui 由小往大变化，在 ui 为非常小的负值时， Uo=+6V 此时，同相端的点位 V R R R U R R R u R 1.5 1.5 3 6 10 30 10 2 10 30 30 ' 6 2 3 2 2 3 3 = + = + + + = + + + + = ∵ U_=ui ∴ ui 逐渐增加时，当 ui＞ u' + = 3V ,则 UO=-6V ∴ 上门限电压 UTH1 = 3V （b）ui 由大往小变化，在 ui 为非常大的正值时， Uo=－6V 此时，同相端的点位 V R R R U R R R u R 1.5 1.5 0 ( 6) 10 30 10 2 10 30 30 '' ( 6) 2 3 2 2 3 3 = − = − + + + = − + + + + = ∵ U_=ui ∴ ui 逐渐减小时，当 ui＜ u'' + = 0V ,则 UO=+6V ∴ 下门限电压 UTH 2 = 0V