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 uS 10V ； (2)如果 uS 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 ro
75 ）
200
（1）电路设计如图 X2-1 所示：
15V
25k
us
100k
I
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 m
10m
3.75 V
S
o L
1
2-3 在图 2-2 所示的电路中， 已知 R10k ，R2 1 1 和IOS (1) RP
30n ，在以下不同情况下，计算输出失调误差
0 ；(2) RP
RR2 ；(3) RP 1
，并令运算放大器的 IB 100n uo 。
R1 R2 ，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 IOS
（1）直流噪声增益为：
3n 的运算放大器。 1+R R 101V V
2
1
反相端输入的等效电阻为：
R1 R2
故直流噪声输出电压为：
u
o
9.9k
100mV
101 R R I
1
2
N
101 R R I
1
2
B
（2）当 R
P
R R 时，直流噪声输出为：
1
2
u
o
101 R R I
1
2
OS
30mV
（3）当同时把所有电阻减小 10 倍时，直流噪声输出为：
u
o
101 R R I
1
2
OS
3mV
（4）采用 I
OS
3n 的运算放大器时，直流噪声输出为：
u
o
101 R R I
1
2
OS
0.3mV
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uo 0 I
B
0V 。假设运算放大器有
100n ，IOS 30n 和输出饱和电压 Vsat
P
13V ，在不同情况下， 计算运算放大器
R。
经过多长时间进入饱和。 (1) R
0 ；(2) R
P
（1）当 R
P
0时，充电时间常数为 RI
B
RC 10 s ，而充电电压为直流噪声电压
6
u
o
RI
N
P
1mV ，故输出端饱和时间为： T Vsat uo
RIOS
0.013s
（2）当 R T V
sat
R时，输入误差变为： uO 0.043s
o
0.3mV ，输出端饱和时间变为：
u
2-5 (1)在图 2-48所示的电路中，运算放大器的
I
B
10
n
，所有电阻都为 R 100k ，分
u 最小，在同相端上应该串联多大的电阻 RP ？ 析I B 对反相放大器性能的影响； (2)为了使 o
（1）假设运算放大器是理想的，根据“虚短”可知：
u
N
u
P
0V
在输入源 ui 0V 时：
u
o
21 RI
B
21 10n 100 k 21 mV
（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
流电压输出的影响。在仅考虑同相端输入时，假设运算放大器理想，利用基尔霍夫 电压定律可求得同相放大增益，即为同相噪声增益：
2
A 34 V V
所以可算出同相端串联的电阻值 ：为
21mV 34 R
P
61.8k
10n
，取标称值为
62
R
P
k
（提示：此题不可简单将反电阻直接等效，采取 馈但是原理不可行）
然结果对， R R 的方法虽
1
2
2-6图2-4b 所示中的运算放大器使用 741，电路增益为20V V ，为使电路输入 电阻最大，求足条件的电满阻值（令输入失调可调范围为 20mV ，最大失调 流电
I
OS
200n ，最大失调电压V 6mV ）。
OS
此时要联合考虑失调电压和失调电流的影响，由于两者的作用方向不一定相同，故 直流噪声输出为：
u
o
1 R R
2
1
V
OS
R R I
1
2
OS
阻为电入输R R ，
i
1
R
2
R ，由题意可知：
20 1
V
OS
RR2 I 1
OS
20mV
解得 R
1
k ，故取 R1
73.5
71.5k ， R2 143k （1%）
2-7 什么是 CAZ 运算放大器？它与自动调零放大路的主要区别电是什么？何种场合下
采用较为合适？
CAZ 运算放大器是轮校零集成运算放大器的简动自换称，它通过模拟开关的切换，
使内部两个性能一致的运算放大器交替地工作在信号放大和自动校零两种不同的状态。 它与自动调零放大路的主要区别电是由于两个放大器轮换工作，
因此始终保持有一个运
算放大器对输入信号行放大并输进出，输出稳定无波动，性能优于由通用集成运算放大 器组成的自动调零放大路，但是电电路成本较高，且对共模电压无抑制作用。应用于传 感器输出信号极为微弱，输出要求稳定、漂移极低，对共模电压抑制要求不高的场合。 2-8请 明说ICL7650斩波稳零集成运算放大器是如何提高其共模抑制比的？
'
ICL7650 的输出 Uo (K
ˊ
K K2 )Ui
1
1
K1U0s1 Kc1Uc ，其共模信号误差项Kc1Uc 相当于
输入端的共模差电误压Uc
，即
U K U U K c c1 c c U c
U c
K K c1 2 K CMRR ' CMRR 1 2
K K K 2
1
1
1
式中 K1、Kc1 分别为运算放大器 N1 的开环放大倍数和开环共模放大倍数； K1
＇
运 为
算放大器 N1 由侧向端 A1输入时的放大倍数； K2为运算放大器 N2 的开环放大倍数。设
＇
计中可使 K1≈ K1， CMRR K2CMRR ，因此整个集成运算放大器的共模
1
K2>>1，所以
＇
≈ K1， K2>>1，所
测控电路李醒飞第五版第二章习题答案文件-精选
