1、第二章信號放大電路2-1何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？在測量控制系統中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路 稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對其基本要求是：輸入阻抗應與傳感器輸出 阻抗相匹配；一定的放大倍數和穩定的增益；低噪聲；低的輸入失調電壓和輸入 失調電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉換速率(無畸變的放大瞬態信號)；高輸入共模范圍(如達幾百伏)和高共模抑制比；可調的閉環增益；線性好、精度高； 成本低。2-2 (1) 利用一個 741和一只100k的電位器設計可變電源，輸出電壓范圍為10V Us 10V; (2)如果Us 10V時，在空載狀態下將一個1k的負載接

2、到電壓源上 時，請問電源電壓的變化量是多少？ (741參數：輸入阻抗rd 2 ，差模增益a 200V/mV ,輸出阻抗 L 75 )(1)電路設計如圖X2-1所示：圖 X2-1(2)由于電壓跟隨器屬于輸入串聯、輸出并聯型結構，該結構下的輸入、輸出阻抗 為：R rd 1 Trd 1 a 21 200000 V/V 14 105Q ro/ 1 Tro/ 1 a 75 . 1 200000V V 1 0.375m由上式我們可以看出，電壓跟隨器中的反饋增大了等效輸入阻抗，減小了等效輸出 阻抗，可以達到阻抗變換的效果。進一步計算得：Il Us. Rl 10V 1k 10mUsRoIl0.375m10m3

3、.75 V2-3在圖2-2所示的電路中，已知R 10k ,旦1，并令運算放大器的 100n和I°s 30n ，在以下不同情況下，計算輸出失調誤差 UooRp0 ； (2)RpR1PR2； (3)RpR1 PR2,并且把所有電阻阻值縮小為原來的10分之一；(4)在(3)條件的基礎上，使用Ios 3n的運算放大器。(1)直流噪聲增益為：1 + R2 R 101V . V反相端輸入的等效電阻為：R PR2 9.9k故直流噪聲輸出電壓為：uo 101 R PR2 IN 101 RPR2 Ib 100mV(2)當Rp R PR時，直流噪聲輸出為：uo 101 R PR2 Ios 30mV(3)

4、當同時把所有電阻減小10倍時，直流噪聲輸出為：uo 101RPR2 Ios 3mV(4)采用Ios 3n的運算放大器時，直流噪聲輸出為：Uo 101 Ri PR2 Ios0.3mV減小輸出直流噪聲的方法有：1、 電阻匹配可以消除輸入偏置電流產生的直流輸出噪聲；2、 在合理范圍內等倍數減小電阻阻值；3、 采用輸入失調電流更小的運算放大器。2-4在圖2-47所示的電路中，已知R 10k , C 1nF和Uo 0 0V。假設運算放大器 有Ib 100n , Ios 30n和輸出飽和電壓 Vsat 13V,在不同情況下，計算運算放大 器經過多長時間進入飽和。(1) Rp 0 ; (2) Rp Ro(1

5、)當Rp 0時，充電時間常數為RC 10 6s,而充電電壓為直流噪聲電壓Uo RIN RIb 1mV ,故輸出端飽和時間為：T Vsat /Uo 0.013s(2)當Rp R時，輸入誤差變為：Uo RIos 0.3mV ,輸出端飽和時間變為：T Vsat Uo 0.043s2-5 (1)在圖2-48所示的電路中，運算放大器的Ib 10n ,所有電阻都為R 100k , 分析Ib對反相放大器性能的影響；(2)為了使Uo最小，在同相端上應該串聯多大的電阻 Rp ?(1)假設運算放大器是理想的，根據“虛短”可知：uN uP 0V在輸入源Ui 0V時：Uo 21 RIb 21 10n100k 21mV

6、(2)運算放大器同相輸入端串接的電阻是為運算放大器提供補償，以抵消Ib對直流電壓輸出的影響。在僅考慮同相端輸入時，假設運算放大器理想，利用基爾霍夫 電壓定律可求得同相放大增益，即為同相噪聲增益：A 34 V V所以可算出同相端串聯的電阻值為：21mV 34Rp :61.8k ,取標稱值為Rp 62k10n(提示：此題不可簡單將反饋電阻直接等效，采取R1PR2的方法雖然結果對，但是原理不可行)2-6圖2-4b所示中的運算放大器使用741 ,電路增益為20V/V ,為使電路輸入電阻最大，求滿足條件的電阻值(令輸入失調可調范圍為20mV,最大失調電流Ios 200n ，最大失調電壓Vos 6mV)o

7、此時要聯合考慮失調電壓和失調電流的影響，由于兩者的作用方向不一定相同，故 直流噪聲輸出為：Uo 1 R2/R1 VosR PR I Ios輸入電阻為R Ri,旦20R,由題意可知：Vos I R PR2 110sl 20mV解得 R 73.5k ，故取 R 71.5k , R2 143k(1%2-7什么是CAZ運算放大器？它與自動調零放大電路的主要區別是什么？何種場合下 采用較為合適？CAZ運算放大器是輪換自動校零集成運算放大器的簡稱，它通過模擬開關的切換， 使內部兩個性能一致的運算放大器交替地工作在信號放大和自動校零兩種不同的狀態。 它與自動調零放大電路的主要區別是由于兩個放大器輪換工作，因

8、此始終保持有一個運算放大器對輸入信號進行放大并輸出，輸出穩定無波動，性能優于由通用集成運算放大 器組成的自動調零放大電路，但是電路成本較高，且對共模電壓無抑制作用。應用于傳 感器輸出信號極為微弱，輸出要求穩定、漂移極低，對共模電壓抑制要求不高的場合。2-8請說明ICL7650斬波穩零集成運算放大器是如何提高其共模抑制比的？ 'ICL7650的輸出Uo (K1 K1K2" K1U0S1 KciUc ,其共模信號誤差項KcU相當于輸 入端的共模誤差電壓UC ,即UcKeUcKeUcc cc cUcK1 K1 K2K1K2K2CMRR1UcCMRR式中K、凡1分別為運算放大器N的開

9、環放大倍數和開環共模放大倍數；K1為運算 放大器N1由側向端A1輸入時的放大倍數；K2為運算放大器的開環放大倍數。設計中可 使K；=K1, K>>1,所以CMRR K2CMRR1 ,因此整個集成運算放大器的共模抑制比CMR牝運算放大器N的共模抑制比CMRR（一般可達80dB）提高了 K倍 2-9何謂自舉電路？應用于何種場合？請舉一例說明之。自舉電路是利用反饋使輸入電阻的兩端近似為等電位，減小向輸入回路索取電流， 從而提高輸入阻抗的電路。應用于傳感器的輸出阻抗很高（如電容式，壓電式傳感器的 輸出阻抗可達108。以上）的測量放大電路中。2-10何謂電橋放大電路？應用于何種場合？由傳感器

10、電橋和運算放大器組成的放大電路或由傳感器和運算放大器構成的電橋 都稱為電橋放大電路。應用于電參量式傳感器，如電感式、電阻應變式、電容式傳感器步放大，或由等，經常通過電橋轉換電路輸出電壓或電流信號，并用運算放大器作進 傳感器和運算放大器直接構成電橋放大電路，輸出放大了的電壓信號。路中，若u采用直流，其值 0.24時，試求輸出電壓UoO如果要使 1mV那么輸入失調電壓和輸入失調電流2-11 圖2-32所示線性電橋放大電U 10V , Ri R R 120 ，且 R R 失調電壓和失調電流各自引起的輸出小于 各為多少？由公式：xR2WR3Uo R RR3)民 u uR1RR3并將題設代入，可得U0=

11、-UA R（2 R）=10mV）設輸入失調電壓為u°s和輸入失調電流 為I%當輸出失調電壓小于1mV寸，輸入失調電壓U0s<（1 X 10 ）/ （1+R/R）=；輸入失A。調電流為 I0s<(1 X10 3)/ R1 (1+ R/R)= a 2-12什么是可編程增益放大電路？請舉例說明。放大電路的增益通過數字邏輯電路由確定的程序來控制，這種電路稱為可編程增益放大電路，亦稱程控增益放大電路，簡稱PGA例如圖X2-2,程序為A=0（開關A斷開）、 B=0（開關B斷開）時，放大電路的電壓放大倍數為-WR;當程序為A=1（開關A閉合）、 B=0（開關B斷開）時，放大倍數為-RR

12、 R （R+R）;當程序為A=0（開關A斷開）、B=1（開關B閉合），放大倍數為 -RR/R （R+R）;當程序為A=1、B=1（開關A、B均閉合）， 放大倍數為-RRW R （R R3+R R +R R）。因此可編程增益放大電路的增益是通過數字邏輯電路由確定的程序來控制。2-13請根據圖2-37b,畫出可獲得1、10、100十進制增益的電路原理圖由圖X2-3可得：當開關A閉合時,合時，Ul=100UoU=U；當開關B閉合時，U=10U,當開關C閉U圖 X2-32-14根據圖2-37c和式（2-32）,若采用6個電阻，請畫出電路原理圖，并計算電阻網 絡各電阻的阻值。N=6 : R6 =R1 +

13、R2 + R3 +R4 +R5 , R6 +R5 =2(R1 +R2 + R3 +R4)R6 +R5 +R4=3 (R1 +R2 + R3) , R6 +R5 +R4+ R3=4(R1 +R2),R6 +R5 +R4+ R3+R2=5R1,取 R=R,則 R=3R, R=R R=W2, R=3W10, R=W5, R=R。見圖 X2-4。>oo+ N +5路摸擬開關-oUO圖 X2-2圖 X2-42-15請簡述圖2-25a所示的同相交流放大電路為何有高輸入阻抗特性？對于交流來講，在不接入C2之前，輸入阻抗為R R2；接入C2后，由于運算放大 器的“虛短”特性，Ri兩端的電壓很小，故Ri吸

14、取的電流是很小的，對于交流來說， 輸阻抗無窮大。2-16證明圖2-49所示電路為差分式V/I轉換器，并有，式中 由疊加原理得：UoR4/R3U1 1 R/RVl由KCL得U2 Vl Uo Vl1 oR1R2VlRo將以上兩式聯立得：IoU2R1其中 Ro R-：。若R2/R1R4/R3,則 Io 1/R1u2u1，且RoR2 R1R4 R3o '1212-17什么是隔離放大電路？應用于何種場合？隔離放大電路的輸入、輸出和電源電路之間沒有直接的電路耦合，即信號在傳輸過 程中沒有公共的接地端。隔離放大電路主要用于便攜式測量儀器和某些測控系統（如生 物醫學人體測量、自動化試驗設備、工業過程控制系統等）中，能在噪聲環境下以高阻 抗、高共模抑制能力傳送信號。2-1