测控电路李醒飞第五版第二章习题答案

第二章信号放大电路

2-1 何谓测量放大电路？对其基本要求是什么？

在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路

称为测量放大电路，亦称仪用放大电路。对其基本要求是：①输入阻抗应与传感器输出

阻抗相匹配；②一定的放大倍数和稳定的增益；③低噪声；④低的输入失调电压和输入

失调电流以及低的漂移；⑤足够的带宽和转换速率（无畸变的放大瞬态信号）；⑥高输入共模范围（如达几百伏）和高共模抑制比；⑦可调的闭环增益；⑧线性好、精度高；

⑨成本低。

2-2 (1)利用一个741 和一只100k 的电位器设计可变电源，输出电压范围为

10V u S 10V ；(2)如果u S 10V 时，在空载状态下将一个1k 的负载接到电压源上时，请问电源电压的变化量是多少？（741 参数：输入阻抗r 2 ，差模增益

d

a V mV ，输出阻抗r o 75 ）

200

（1）电路设计如图X2-1 所示：

15V

25k

u s

I 100k

N

L

25k

R

L

15V

图X2-1

（2）由于电压跟随器属于输入串联、输出并联型结构，该结构下的输入、输出阻抗为：

5 R r 1 T r 1 a 2 1 2 0 0 0 0V0 V 1 4 1 0

i d d

R r 1 T r 1 a 75 1 200000V V 1 0.375m o o o

由上式我们可以看出，电压跟随器中的反馈增大了等效输入阻抗，减小了等效输出

阻抗，可以达到阻抗变换的效果。

进一步计算得：

I u R 10V 1k 10m

L S L

u R I 0.375 m10m 3.75 V

S o L

1

2-3 在图 2-2 所示的电路中， 已知 R 1 10k ，R 2 1 ，并令运算放大器的 I B 100n 和I OS 30n ，在以下不同情况下，计算输出失调误差

u o 。

(1) R P

0 ；(2) R P

R 1

R 2 ；(3) R P R 1 R 2 ，并且把所有电阻阻值缩小为原来的 10 分之

一；(4)在(3)条件的基础上，使用 I OS

3n 的运算放大器。 （1）直流噪声增益为：

1+R R 101V V

2

1

反相端输入的等效电阻为：

R 1 R 2

9.9k

故直流噪声输出电压为：

u

101 R R I

101 R R I

100mV

o

1

2

N

1

2

B

（2）当 R

R R 时，直流噪声输出为：

P

1

2

u

101 R R I

30mV

o

1

2

OS

（3）当同时把所有电阻减小 10 倍时，直流噪声输出为：

u

101 R R I

3mV

o

1

2

OS

（4）采用 I

3n 的运算放大器时，直流噪声输出为：

OS

u

101 R R I

0.3mV

o

1

2

OS

减小输出直流噪声的方法有：

1、 电阻匹配可以消除输入偏置电流产生的直流输出噪声；

2、 在合理范围内等倍数减小电阻阻值；

3、 采用输入失调电流更小的运算放大器。

2-4 在图 2-47所示的电路中， 已知 R 10k ,C 1nF 和u o 0 0V 。假设运算放大器有

I

100n ，I OS 30n 和输出饱和电压 V sat

13V ，在不同情况下， 计算运算放大器

B

经过多长时间进入饱和。 (1) R

0 ；(2) P

R

R 。

P

（1）当 R

0时，充电时间常数为 P

6

RC 10 s ，而充电电压为直流噪声电压

u

RI

RI

1mV ，故输出端饱和时间为： T V sat u o

0.013s

o

N

B

（2）当 R R 时，输入误差变为： u O RI OS

0.3mV ，输出端饱和时间变为：

P

T V

u

0.043s

sat

o

2-5 (1)在图 2-48所示的电路中，运算放大器的

10

I

n

，所有电阻都为 R 100k ，分

B

析I B 对反相放大器性能的影响； (2)为了使

u 最小，在同相端上应该串联多大的电阻 R P ？ o

（1）假设运算放大器是理想的，根据“虚短”可知：

u

u

0V

N

P

在输入源 u i 0V 时：

u

21 RI

21 10n 100 k 21 m V

o

B

（2）运算放大器同相输入端串接的电阻是为运算放大器提供补偿，以抵消

I 对直

B