集成运放电路习题答案

324 集成运算放大器
1 •集成运算放大器的的特点
(1 )内部电路采用直接耦合，没有电感和电容，需要时可外接。

(2 )用于差动放大电路的对管在同一芯片上制成，对称性好，温度漂移小。

(3) 大电阻用晶体管恒流源代替，动态电阻大，静态压降小。

(4) 二极管由晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。

2 •集成运算放大器的组成
(1) 输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反 相输入端，作用是减小零点漂移、提高输入电阻。

(2 )中间级：是带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。

(3) 输出级：是互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载能力。

(4) 偏置电路：由各种恒流源电路构成，作用是决定各级的静态工作点。

3 •集成运放的理想模型
集成运放的主要参数有：差模开环电压放大倍数 Ado
,共模开环电压放大倍数 A 。

，共模抑制
比K CMR 差模输入电阻r id ,输入失调电压
U 0,失调电压温度系数
△ U0/ △ T ,转换速率&等。

在分析计算集成运放的应用电路时， 通常将运放的各项参数都理想化。

集成运放的理想参数
主要有：
(1) 开环电压放大倍数 A do (2) 差模输入电阻r id (3) 输出电阻r o 0 (4) 共模抑制比K CM R
理想运放的符号以及运放的电压传输特性
u o A do u i A do (u u )如图所示。

U o
—U OM
图 理想运放的符号和电压传输特性
4•运放工作在线性区的分析依据
引入深度负反馈时运放工作在线性区。

工作在线性区的理想运放的分析依据为： (1)
两个输入端的输入电流为零，即 i i 0，称为“虚断”。

(2) 两个输入端的电位相等，即U U ，称为“虚短”。

若U 0，则U 0 ,即反相输入端 的电位为
“地”电位，称为“虚地”。

5 •运放工作在非线性区的分析依据
处于开环状态或引入正反馈时运放工作在非线性区。

工作在非线性区的理想运放的分析依据
为：
(1) U U 时 U o U OM , U U 时 U ° U OM 。

(2) i i 0。

U O M
U + — U _
(a )理想运放的符号
(b )运放的电压传输特性
U
o
U
—
325 放大电路中的负反馈
1 •反馈的基本概念 反馈：将放大电路输出信号 （电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（称为反馈电路） 送回到输入回路，从而影响输入信号的过程。

正反馈：反馈信号增强输入信号。

负反馈：反馈信号削弱输入信号。

负反馈放大电路的原理框图如图所示。

放大倍数（闭环放大倍数）为：
应用瞬时极性法判别反馈极性（判别是正反馈还是负反馈）的方法： （1）任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负（以 或 标记）。

（2 ）沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性。

（3）根据反馈信号对输入信号的作用（增强或削弱）确定反馈极性。

晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性如图所示。

图 晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性
3.5.2 负反馈的类型及其判别
负反馈放大电路有电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈 4种类
型。

电压反馈和电流反馈的判别： 电压反馈的反馈信号取自输出电压， 反馈信号与输出电压成正 比，所以反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即
u 。

0 ），则反馈信号消
失；电流反馈的反馈信号取自输出电流， 反馈信号与输出电流成正比， 所以反馈电路不是直 接从输出端引出的，若输出端交流短路，反馈信号仍然存在。

串联反馈和并联反馈的判别：串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，即 U d U i U f ，以得到基本放大电路的净输入电压 U d ，所以反馈信号与输入信号加在两个不
同的输入端；并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，即
i d i i i f ，以得到
基本放大电路的净输入电流
i d ，所以反馈信号与输入信号加在同一个输入端。

A f
X 。

A x_ 1 AF
式中A 乞是基本放大电路的放大倍数（开环放大倍数）
X d
x
F
-是反馈网络的反馈系数。

X o
出+
△ A 0-------------
-
+O ------------
+
（a ）晶体管 （b ）场效应管
（c ）集成运算放大器
图 负反馈放大电路的原理框图
+
Xi -
>
3.负反馈对放大电路性能的影响
(2 )稳定放大倍数，dAf
A f
(3) 减小非线性失真。

(4) 展宽通频带。

(5) 改变输入电阻和输出电阻。

对输入电阻的影响：串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。

对输出电阻的影响：电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。

5-1试根据F007运算放大器的电路说明为什么 “ 2”端是反相输入端；“ 3”端是同相
输 入端。

解：“ 2”端是反相输入端，从此端输入输出波形与输入波形反相， "“3”端是同相输入
端，从此端输入输出波形与输入波形同相，
5-2判断题图5-48图所示各电路的反馈类型。

a )
b
)
c
)
图5-48 题5-2图
解：a) 1M 电阻：交直流电流并联负反馈； 和12 k 电阻：交直流电流串联负反馈
b)
R 电阻：交流电流串联正反馈； R 11，R 2电阻：交直流电流串联负反馈； R 12电阻：直流电流串联负反馈
c) R :交流电压串联负反馈；
只1:交直流电流串联负反馈； 只2：直流电流串联负反馈
5-3电路见图5-9，要求：(1)指出图中的反馈电路，判断反馈极性 (正、负反馈)和 类型。

(2)若已知u o 3u i ，u i /i i 7.5k ，R = R 6求 电 阻&为多少？ (3)求电路 的输入电阻r I
图5-49 题5-3图
解：(1) R ＞为第一级的反馈电阻构成并联电压负反馈。

R 4、R 5为第二级的反馈电压阻构
成串联电压负反馈。

i
R ,为两级间的反馈电阻构成并联电压负反馈
U
i
i u i 3U i
U i
(2)
i i u
i
i 1 i 6
R 1 R 6
U i
U i
R 6
——7.5k R s 37.5k
i i
U i 3U i U i 5
R 1 R 6
(3)
r i = 7.5k
(1 )减小放大倍数,
A f
1 dA 1
__~AF~A
b)
5-4分析图5-50中两个电路的级间反馈，试回答： （1）是正反馈还是负反馈，是直流
反馈还是交流反馈？何种类型？
（2）各自的电压放大倍数大约是多少?
a)
b)
图5-50题5-4图
解: （1） a ）. R ：交直流电压并联负反馈， b ）.民：电压串联正反馈
5-5电路见图5-51，要求：（1）指出反馈电路，判断反馈的正负及类型； （2）写出输
出电压U 。

与输入电压U i 之间关系的表达式；（3）输入电阻r i U i /i i
图5-51题5-5图
（3） r i
5-6在图5-52所示的电路中，线性组件A 均为理想运算放大器（图5-52e 电路中，已知 运放的最大输出电压大于 IZ ,且电路处于线性放大状态），试写出各电路的输出与输入的关
系式。

⑵a)
u 0 0 u 。

100 100 A u
U o U i
U i U o U i 1 10
也11
U i
解: （1） R f ：电压并联负反馈
U i
U
RF
C uhu
代
R> 10Ck
100
R 5 100
u o
a )
5-7在图5-53所示的两个电路中 A 和A a 都是理想的集成运放放大器。

（1）比较这两个电路在反馈方式上的不同。

（2）计算图5-53a 电路的电压放大倍数；（3）
若要图5-53a 和b 两个电路的电压放大倍数相同，则电阻
Ra 应选多大？
图5-53题5-7图
（1） a ）图中的反馈方式为单级反馈, b ）图中的反馈方式为级间反馈，
9k
R
2
9k R5
U i R 1
o _cn 900
U °
1
R
6
1k
R 3
工
+
+ -A 2
1k
a )
解:
b)
d) e)
H I _ AGO
R/2
4 A +
a3
R
R
2
I U i U o
U i2
R 1 R 2
R 2
R 2 R 3
Uo
c)
0 U o 2R
U o
U o U i
A u
U o U z
A u
U o U i
U o
U o
U o U i
R 2 R 2
U ii
R 2
R 2 R 3
RF U z
解: 艮、Rs 为电压串联负反
馈;
Ra 为电压串联负反馈
u
i
R 2 i c) A u
图5-52题5-6图
半亍Au1 Au1 10A U业100
U i
U i
U o_U RT
U
o
(R 2 1)u i
A u
—
(R ? 1) R 2=99 k
U i
5-8 电路见图 5-54 , 已知 V cc
15 V ，试分别画出S 断开和合上时的U o 波形。

u i
■—
丄
X
图5-54题5-8图
解: S 断开
时:
U i 2R
U o 6R U
o U i S 闭合时；— R 5-9电路见图 U i 0.5R 5-55， U o 6R R 100k ，求输出电压 U o U i
4学生都2 U o 与输入电压U i 之间关系的表达式。

图 5-55 题5-9
解：设第二个放大器 A2的输出为 U o 2 对第一个放大器: 对第二个放大器: U
i U
o 2 R U o2
R 得出 U °2 U i U o
U o2 U o
所以 u o 0.5u i 阻不小于 5-10试设计一电路， 10k 。

加法运算电路和输入电压 完成如下运算功能: U o 5U i1 9U i2 10U i3，且要求每路输入电 5-11 U M ，U i2的波形见图5-56，画出输出电压U 。

的波形，算 出最大值 U om U 1i1 U om 4V 5-12 解: U i2 10 U o 20 U
o 图5-56 誣5-11图 U i1 U i2 U i1 2U i2 电路见图5-57，求输出电压U o 与输入电压u i1， u i2
之间运算关系的表达
式。

R 1 R 4
解：设第一个放大器 A1的输出为u o1
对第一个放大器:
U i1 U i1 U i2 U i1 U o1
R R 1 对第二个放大器:
U i2 U o U o1 U i 2
U i1 U i2
R 2
R R
U i1 U i2 U i 两式相加得:
U o
1 1 1 R Ri R R 2
图 5-58 题 5-13
解：设第一个放大器输入为的输出为
u M
对第一个放大器：
&—U o u o1
R 3 R 4
图5-57题5-12图
R i
0 U 01
R 1
R 2
即:
Ui
&4
U o
R 2
所以有u 0
R 2 R 3
5-13电路见图5-58，试求输出电压
u o 与u i 之间运算关系的表达式
01
coo A 1 +
>CD
A 2
R 5
R 2 R 1
5-14电路见图5-59，求电路中的输出电压
u o 。

图5-59题5-14图
解：对第一个放大器： 丄0 2-° 乞土 u o1 8V
20 30 60
对第一个放大器：
2 0
毁2 u o2 6V
30 60
U o1 U o2
U o1 U o
乂有：
u o 7V 学生5v
60 30
5-15运算放大器组成的测量小电流
l x 的电流表电路见图5-59。

输出端所接的电压表满
量程为5V 、500 A ，若要得到5mA 、0.5mA 、10 A 3种量程，试计算 弘、 耳2、耳3的 阻值。

图5-60题5-15图
图5-62题5-17图
U i
解:
5
5 R F1 1k
R F1
5
0.5
R F2 9k
R F 1
R F2
5
0.01
R F3 490k
R F 1
R F2 R 3
5-16电路见图 5-61，求 U 。

U j 。

解：对放
大 一明
<器 A2：
得出U °1
50
50
对放大器
A3
：
U o U o1
得出％3
50 100 100 对放大器 A1
：
U U
o3 0 u 01
得出U o
10 100
100
5-17 电路见图 5-62 ，已知R| & 1
U >
U > 5u i
£ R 尺，求输出电压U>与输入电压Ui 运算
U i
lUUk
U>3
图5-61题5-16图
关系的微分方
程。

V ,试画出相应的U o1 , U o2 , U o 的波形，并在图中标出有关电压的幅值。

图5-64
题
5-19图
解: (1)运算放大器A 1：反相比例放大器；
A :反相过零比较器；
A 3 :电压跟随器。

(2)若输入信号 U i
= 10sin 3 t V ,试画出相应的u o1 , u o2 , u o 的波形，并在图中标 出有关电压
的幅值。

R 3 u i
u o
解：对于第一个运放
色一0一
R
03
RTK U 。

％1
3
4
得出 U i
1
2Uo
o
U o1
对于第二个运放
U o1 R 2
小,
du o
得出 u o1
R 2C F -
dt
du 。

dt
5-18设图5-63a 中的运算放大器都是理想的，输入电压的波形见图 的初始电压为零，
试画出U o 的波形。

所以 u O
u I R 2C F
5-63b ，电容器上
解:对于第一个运放—0
100
U o1
300 得出 U o1 3U i1
对于第二个运放一—
100 10
3
100 10
6 d
0 U o2 得出
dt
U o2
10 U i2dt
对于第三个运放出坠
100 100
5-19电路见图5-64，已知运算放大器的最大输出电压幅度为 压为6V ,正向压降为，要求：
(1)运算放大器A 1, A 2, A 各组成何种基本应用电路；(2)
得出 U o %1 U 。

2
即：U o
3u i1 10 u i2dt
12V ,稳压管VS 稳定电 右输入信号 U = 10sin 3 t
'i
100k Q
300k Q
a)
b)
图5-63题5-18图
A
V
5-20 电路见图 6-65，已知 R 1= Rs=R = , R = 1k , F4 = & = 10 k , F
R B =，晶体管V 的卩=80, KA 为继电器，其线圈的直流电阻为
800 。

要求:
的大小；(2) 判断晶体管V 的工作状态(截止、放大、饱和)。

图5-65题5-20图
=F 7= 51k ，
A
V
解： U o1 U 02 U M U i2
U o1
R 4
戌"R 3 R 2
R 2
R 1
得出 u o1 u o2 10.4 34mV
85mV 5.3
V
R 2
R 3 R 6
U o R B
U o
2
U i
2
R 5
R 7
R7 F7
u。

1 f &R7U o
——得出U o U o1 U o2 R4R6
1 5.3 0.7
0.9mA172mA I cmax
15 0.3
B 5.1B0.8
所以三极管处在饱和
区。

5.3V 14.6mAp I B。