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

2、 時，在空載狀態下將一個 1k 的負載接到電壓源上 時，請問電源電壓的變化量是多少？（ 741 參數：輸入阻抗 r 2 ，差模增益 da V mV ，輸出阻抗 ro 75 ）2001）電路設計如圖L15V圖 X2-1（ 2）由于電壓跟隨器屬于輸入串聯、 為：輸出并聯型結構，該結構下的輸入、輸出阻抗2 0 0 0 0V0 V751 200000V V 10.375m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：I u R 10V 1k 10m L S L0.375 m10m3.75 V2-3 在圖 2-2 所示的電路中， 已知

3、 R1 10k ，R2 1和 I OS 30n，在以下不同情況下，計算輸出失調誤差，并令運算放大器的uo 。(1) RP 0 ；(2) RP R1 R2 ；(3) RP R1 R2 ，并且把所有電阻阻值縮小為原來的 一； (4)在(3)條件的基礎上，使用 I OS 3n 的運算放大器。( 1)直流噪聲增益為：1+R R 101V V2 1反相端輸入的等效電阻為：R1 R2 9.9k 故直流噪聲輸出電壓為：IB 100n10 分之u 101 Ro 1101 R R I100mV1 2 B2)3)4)當RPR R 時，直流噪聲輸出為：I 30mVOS當同時把所有電阻減小101 R110 倍時，直流

4、噪聲輸出為：101 R R I 3mV 1 2 OS 采用 I 3n 的運算放大器時，直流噪聲輸出為：OSu 101 R R I 0.3mV o 1 2 OS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I 100nB經過多長時間進入飽和。2-47 所示的電路中， ，I OS 30n已知 R 10k ,C 和輸出飽和電壓 Vsat1nF 和 uo 0 0V 。假設運算放大器有13V ，在不同情況下， 計算運算放大器(1) R0 ； (2) RRP充電時間常數為1)當 R

5、 0 時，PRI RI 1mV ，故輸出端飽和時間為： NRPuo2)當BR 時，輸入誤差變為： uORCRIOS610 s ，而充電電壓為直流噪聲電壓 T Vsat uo 0.013s0.3mV ，輸出端飽和時間變為：T Vsat0.043s2-5 (1) 在圖2-48 所示的電路中，運算放大器的10n ，所有電阻都為 R 100k ，分析 I B 對反相放大器性能的影響； (2)為了使 u 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o虛短”可知：在輸入源 ui0V 時：u 0VPu 21 RI 2110n 100 k 21 mVoB（ 2）運算放大器同相

6、輸入端串接的電阻是為運算放大器提供補償，以抵消I 對直B 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：2A 34 V V所以可算出同相端串聯的電阻值為：RP10n21mV 34 ，取標稱值為61.8k62R kP提示：此題不可簡單將反饋電阻直接等 效，采取R R 的方法雖然結果對，1 2但是原理不可行）20V V ，為使電路輸入20mV ，最大失調電流2-6 2圖-4b 所示中的運算放大器使用741 ，電路增益為電阻最大，求滿足條件的電阻值（令輸入失調可調范 圍為I 200n ，最大失調電壓 V 6mV ）。OS OS

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：輸入電阻為uoR20 1R R V2 1 OS 由題意可知R R I1 2 OS解得 R1k ，故取73.5VOSR1 71.5kR1R2IOS20mVR2 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 開關的換切， 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， 因此始終保持

8、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 （K K K2 ）Ui K1U0s1 Kc1Uc ，其共模信號誤差項Kc1Uc 相當于 1 1輸入端的共模誤差電壓 Uc，即K Uc1K 'c K1 ' 2K1KUc1 2K K1cCMRR2 1UcCMRR式中 K1、Kc

9、1 分別為運算放大器 N1 的開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 N2 的開環放大倍數。設 計中可使 K1 K1， CMRR K 2CMRR ，因此整個集成運算放大器的共模K2>>1 ，所以K2 倍 K1， K2>>1 ，所 以抑制比 CMRR 比運算放大器 N1 的共模抑制比 CMRR 1（一般可達 80dB ）提高了2-9 何謂自舉電路？應用于何種場合？請舉一例 說 。之明3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

10、抗很高（如電容式，壓電式傳感器的8輸出阻抗可達 10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 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一步放大，或由 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。2-11 圖 2-32 所示線性電橋放大電路中， 若 u 采用直流，其值 U 10V ,R1 R3 R 120 且 R R 0.24 時，試求輸出電壓 o 。如果要使失調電壓和失調電流各自

11、引 起的輸出小于 1mV ，那么輸入失調電壓和輸入失調電流各為多少？由公式：uo(1)( ) R R R1 1 3R R3 2 uR R1 34并將題設代入，可得 Uo=UR/（2 R）=10mV 。設輸入失調電壓為 u0s 和輸入失調電 3）/ （1+R 2/R1）=0.5mV ； 流為 I0s，當輸出失調電壓小于 1mV 時，輸入失調電壓 u0s（1× 103)/ R1 (1+R 2/R1)=4.17 A輸入失調電流為 I0s（1× 102-12 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

12、，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B=0（開關 B 斷開）時，放大倍數為 - R2R/ R 1（ R2+R） ；當程序為 A=0（開關 A 斷開）、B=1（開 關 B 閉合 ） ，放大倍數為 放大倍數為 R2R3R/ R1（R2R3R/ R1( R3+R) R3+R3 R +RR2)- R/R1；當程序為。；當程序為 A=1（開關 A 閉合） 、A=1 、 B=1（開關 A、B 均閉合），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R2 AR3圖 X2-2由圖

13、 X2-3 可得：當開關 A 閉合時， Uo=Ui；當開關 B 閉合時， 閉合時， Uo=100U i。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。 Uo=10U i，當開關 Co請畫出電路原理圖，并計算電阻網R6 +R5 =2 (R1 +R2 + R3 +R4 )R6 +R5 +R4+ R3=4 (R1 +R2),R6 +R5 +R4=3 (R1 +R2 + R3 ),取。見圖 X2-4 。2-14 根據圖 2-37c 和式（ 2-32 ），若采用 6 個電阻， 絡各電阻的阻值。N=6 : R6 =R1 +R2 + R3 +R4 +R5 ,圖 X

14、2-42-15 請簡述圖 對于交流來講， 特性，器的“虛短” 輸阻抗無窮大2-25a 所示的同相交流放大電路為何有高輸入阻抗特性？C 之前，輸入阻抗為 R1 R2 ；接入 C2 后，由于運算放大R 兩端的電壓很小，故 R1 吸取的電流是很小的，對于交流來說，1在不接入2-16 證明圖R2R R4 32-49 所示電路為差分式 V/I 轉換器，并有 Io 1 R1 u2 u1 1 Ro VL ，式中RoR R2 1由疊加原理得：uoR4 / R3 u11 R4 / R3 VL由 KCL 得u V2R1u Vo LR2將以上兩式聯立得：其中 RoR2R2R R1 4R3 3 u u2 1VLR R ，則 Io 1 R1 u2 u1 ，且 Ro 4 32-17 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。2-18 試分析圖 2-41 電路中的限幅電路是