第5章運(yùn)算放大電路答案

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1、 習(xí)題答案 5.1 在題圖 5.1所示的電路中，已知晶體管 V 1、V 2的特性相同， 20,U BE (on) 0.7V 。求 ICQ1、U CEQ1、 I CQ2 和U CEQ2 。 UCC(10V) R 4.1k R4 2.5k 3 R1 R2 V V 2 2.7k Ω 2.7k Ω 1 題圖 5.1 解：由圖 5.1 可知： U CC U BE( on ) I BQ1R1 ICQ1 2IBQ即 R

2、3 10V - 0.7V - I CQ1 20 2.7k 4.1k I CQ10.1I CQ1 由上式可解得 I CQ1 2mA ICQ2 I CQ1 2mA 而 U CEQ1=U CC ( ICQ1 I BQ )R3 10V - (2 0.2) 4.1V 0.98V UCEQ2=UCC I CQ2R4 10V-2 2.5V 5V 5.2 電路如題圖 5.2所示，試求各支路電流值。設(shè)各晶體管 1,U BE ( on ) 0.7 V 。 +6V I

3、R 1k I3 I 4 I5 V 5 V 1 V 3 V 4 V 2 5k 5k 10k 2k 6V 題圖 5.2 解：圖 5.2 是具有基極補(bǔ)償?shù)亩嚯娏髟措娐贰Ｏ惹髤⒖茧娏? I R ， I R 6 6 2 0.7 1.8 （ mA） 1 5 則 I 5 I R 1.8 （mA ） I 3 5 I R 0.9 （ mA ） 10 I 4 5 I R 4.5（ mA ） 2

4、 5.3 差放電路如題圖 5.3所示。設(shè)各管特性一致， U BE ( on) 0.7V 。試問當(dāng) R為何值時，可 滿足圖中所要求的電流關(guān)系？ +6V V 5 V 6 V7 R Uo Ui1 V 1 V 2 Ui2 V3 V4 10k 6V 題圖 5.3 解： 6 0.7 0 53 （mA ） I C3 I C4 10 . 則 IC1I C2 IC5IC6 I C7 1 I C4

5、 0.27 mA 2 即 I C5 6 0.7 0.27 （ mA ） R 所以 6 0.7 ） R 19.6 （ k 0.27 5.4 對稱差動放大電路如題圖 5.1所示。已知晶體管 T1和 T2 的 50 ，并設(shè) U =0.7V, r =0,r = 。 BE(on) bb’ ce UCC R RB + C R

6、 C + V 1 RL /2 2Uod 5.1k Ω RL Uo 5.1kΩ Uid /2 RC /2 RB + － 5.1k Ω RB + 2kΩ V 1 V 2 2kΩ + i1 RE u ui2 5.1k (b) -6V

7、 RB + 題圖 5.1 V 1 + RC Uic Uoc 2REE (c) (1) 求V 1和 V 2的靜態(tài)集電極電流 I CQ、 UCQ和晶體管的輸入電阻 r b’e。 (2) 求雙端輸出時的差模電壓增益 Aud，差模輸入電阻 Rid和差模輸出電阻 Rod。 (3) 若RL 接 V 2集電極的一端改接地時，求差模電壓增益A ud(單 ),共模電壓增益

8、 A uc和共模抑 制比 KCMR ,任一輸入端輸入的共模輸入電阻 Ric ,任一輸出端呈現(xiàn)的共模輸出電阻 Roc。 (4) 確定電路最大輸入共模電壓圍。解:(1) 因?yàn)殡娐穼ΨQ，所以 I C1Q I EE U EE 0.7 6 0.7 IC2Q 2 0.52mA 2 2 2 RE 2 5.1 RB 50 U C1QU C1Q 6 0.52 5.1 3.35V U T 50 26 rb e 2.5k I C1Q 0.52 (2) 差模電壓增益 R

9、//1 R 5.1//( 1 5.1) Aud C 2 L 50 2 19 Rb rb e 2 2.5 Rid2( RB rbe ) 2( 2 2.5) k 9k 差模輸入電阻： 差模輸出電阻： Rod 2RC 2 5.1k 10.2k (3) 單端輸出差模電壓增益： 1 RC // RL 1 5.1 // 5.1 14.2 Aud ( 單 ) RBrb e 2 50 2.5 2 2 共模電壓增益： Auc RC RL 50 5.1 5.1 RB rb e

10、1 2RE 0.24 2 2.5 51 2 5.1 共模抑制比： K CMR Avd 14.2 59.2 Avc 0.24 (Aud為單 ) 共模輸入電阻： Ric RB rb e 1 2RE 524.7k 共模輸出電阻： Roc RC 5.1k (4) 設(shè)晶體管的 UCB =0為進(jìn)入飽和區(qū)，并略去 RB上的壓降。 為保證 V 1和 V 2工作在放大區(qū)，正向最大共模輸入電壓 U ic( ma

11、x)應(yīng)滿足下式： vic(max) VCC Vic(max) VBE ( on) VEE 2REE RC 6 vic (max) 0.7 6 2 5.1 5.1 V V ，否則晶體管飽和。 ic(max) 2.23 如果題圖 5.1 中的 RE是用恒流源 IEE，則只要 vic (max) VCC I EE RC 2 為保證 V 1和 V 2工作在放大區(qū)，負(fù)向最大共模

12、輸入電壓 U ic(min) 應(yīng)滿足下式： vic (min) VEE VBE (on) 6 0.7 5.3( ) V 否則晶體管截止。 由上可得最大共模輸入圍為 5.3V Vic 2.23V 5.5 場效管差動放大電路如題圖 5.5所示。已知 MOS 管工作在飽和區(qū)， V 和 V 的 1 2 1 W 200 A/V 2 u 1V SS 。

13、 2 nCox L , GS th ,I =16 A UDD RD RD V1 V2 + uS ui I SS -USS 題圖 5.5 (1) 當(dāng) i D1 12 A,i D 2 4 A 時，試問 uGS1 GS2 Si 各為多少？ 、u 、 u 和 u (2)當(dāng) ui=0 時， uGS1 、 uGS2、 uS、 iD1 和 i D2各為多少？ (3)當(dāng) ui=0.2V 時， uGS1 、 uGS2、

14、 uS、i D1 和i D2 各為多少？ 解:(1) 由關(guān)系式 i D 1 nCox W uGS1 2 us 得 uGS th 和 ui uGS1 2 L uGS1 1.245V ,uGS 2 1.141V ,us 1.14V ,ui 0.104V (2) iD 1 i D2 1 I SS 8 A 2 uGS1 uGS1 1.2V ,uS1.2V (3) 由 iD 1 200 uGS1 1 2 i

15、D 2 200 uGS 2 1 2 iD 2 16 iD1 uGS 2 uGS1ui 解得： uGS1 1.273V ,uGS 2 1.073V ,uS 1.073V ,iD 1 14.9 A,iD 2 1.1 A 5.6 電路如題圖 5.6。已知 V 1、 2、 3 管的 50, rbb 200 ， UCC UEE 15V, V V RC 6K ,R1 20K ,R2 10K , R3 2.1K (1) 若 ui1=0， ui2=10sin ωt(mV), 試求 uo

16、=? (2) 若 ui1=10sin ωt(mV), ui2=5mV, 試畫出 uo 的波形圖。 (3) 若 ui1=ui2 =U ic,試求 Uic 允許的最大變化圍。 (4) 當(dāng) R1 增大時， A ud、 Rud 將如何變化？ 題圖 5.6 解：（ ） U R2 R2UEE 10 15 1 R1 R2 20 5V 10 IC

17、B I E 3 U R2 U BE 5 0.7 2mA R3 2.1 I EQ 1 IC3 2 1 1mA 2 2 rbe rb b (1 ) 26 200 51 26 1.5K I CQ 1 Aud U o RC 50 6 200 U i1 U i 2 rbe 1.5 u0

18、Aud ui1 ui 2 200 10 2 sin t 2.14sin t V (2) u0 Aud ui1 ui 2 200 10 sin t 5mV 2 sin t 1 V 其波形如圖所示。 uo 3 1 -1 (3)U B 3 R1U EE 20 15 10V 10 20 R1 R2 UC1UCC ICQRC 15 1 6 9V 故共模輸入電壓 U ic 應(yīng)滿足：－ 10V U ic 9V （4）

19、 R1 U R2 I E3(I C1) I E1Q I E2Q rbe1 (rbe2 ) , 使得 Aud 減小，而 Rid 增大。 5.7 差動放大電路如題圖 5.7所示。設(shè)晶體管導(dǎo)通電壓 U BE(on)=0.7V, rbb 0 ，各管的 均為 100。 (1) 試求各管的靜態(tài)集電極電流 IC和 V1、 V 2的集電極電壓 U C1和 UC2。 (2) 求差模電壓增益 A ud、差模輸入電阻 Rid 、差模輸出電阻 Rod。 (3) 利用 V 1和 V 2的小信號等效電路重復(fù) (2)，并比較之。 (4) 確定

20、電路的最大共模輸入電壓圍。 (5) 試畫出共模半電路的交流通路和小信號等效電路。 U CC 12V RB RC RC + T Uid/2 RC 10k 10k + RB RB RL V 1 V 2 Uo (b) + 2k Ω 2kΩ 10k U i R4 RB i b1 V 3 V4 11kΩ + R2 R3 rb’e 300 300 U EE ib1

21、 i e2 -12V (a) U i re2 RB (c) RB + RB ib T + RLU oc + rb’e U ic R C i b 2R EE U ic 2R (d) EE (e) 題圖 5.7 解： (1) 因 =100>>1 ，所以

22、 IC 3 I C 4 12 0.7 mA 1mA 11 0.3 IC 1 I C 2 I C 3 0.5mA 2 U C1 12 0.5 10 7V U C2 12 IC2 UC2 RC 12 0.5 UC2 10 RL 10 得到 :UC2 3.5V  + R L U /2 od RC ie2 + R RL

23、 U o C + r ce RL Uoc RC (2) 題圖 5.7(a) 是單端輸入 - 單端輸出的差動放大電路，其差模半電路如圖 5.7(b) 所示。 單端輸出的差模電壓放大倍數(shù)為 Aud 1 RC // RL 1 100 10 // 10 34.7 2 RBrb e 2 2 5.2 式中rb U T 26 5.2k e I C1 100 0.5 單端輸入的差模

24、輸入電阻與雙端輸入相同，即 R ( R r e ) ( . )k . k id 2 B b 22 52 14 4 單端輸出時的差模電阻是雙端輸出時的一半，即 Rod RC 10k (3) 對于差模信號，圖 4.5(a) 所示的微變等效電路如圖 4.5(c) 所示。圖中略去了 T1 和T 2 的輸出電阻 rce 。 由圖 4.5(c) 可得 U o ie 2 RC RL 1 1ib1 RC RL i b1 RC RL

25、 U i ib1 RBrb e1 i e2 re2 ie 2 1 RB i b1 2 RB rb e Aud U o ib1 RC RL 100 10 10 U i ib1 2 RB rb e 34.7 22 5.2 Rid U i 2 RB rb e 14.4k I b1 Rod RC 100k 比較 (3) 和 (2) 的結(jié)果可看出， 對于對稱差放電路， 不管是雙端輸入還是單端輸入， 用

26、差模 半電路來計(jì)算差模性能是簡單有效的方法。 (4) 為確保 V 1和 V 2工作在放大區(qū)，并設(shè) UCB =0時為進(jìn)入飽和區(qū)， 則最大正向共模輸入信號應(yīng)滿足下式（略去 RB 上的壓降）： U ic max U C 2 3.5V 為確保 V 3工作在放大區(qū)，最大負(fù)向共模輸入信號應(yīng)滿足下式： U ic min U B 3 I C4 R4 1 11V 11V (5) 共模半電路的交流通路如圖 5.7(d) 所示。圖中 REE是晶體管 T3 的集電極對地的等效電阻。共模半電路的小信號等效電路如圖 5.7(e) 所示。因?yàn)橛秒娏髟磥韺?shí)現(xiàn)共模負(fù)反饋時， 其

27、等效 電阻 REE一般都很大，此時 V 1和 V 2的輸出電阻 rce不能略去，因而共模電壓增益、共模輸入電 阻的計(jì)算比較復(fù)雜，這里不做計(jì)算。而共模輸出電阻 Rod RC 。 5.8 差動放大電路如題圖 5.8所示。 ui 0.15 sin t (V ) 試通過計(jì)算畫出輸出電壓波形。設(shè) 晶體管的 UBE(on) =0.7V,I E=2mA 。 u /V o RC R 20V C 5k 5k V 3 5V

28、V 1 V 2 14.3 + + 5k ui uo 0 ωt I E (b) (a) -20V 題圖 5.8 解：略去 V 3基極電流的影響， U U  C 2 20 IE RC 20 1 5 15V 2 E 3 U C 2 U BE on 15 0.7 14.3V 即輸出電壓的靜態(tài)電壓為 14.3。 略去 V 3的輸入電阻對 V2的負(fù)載影響，由圖 5.8(a)可看出，不失真的輸出電壓峰值為 I

29、C2RC IE RC 1 2 5 5V 。如根據(jù)線性放大計(jì)算， 2 2 uo 1 RC ui 1 RC ui 1 RCIC2Q ui 14.42sin t V 2 rb e 2 U T 2 UT I C2Q 很明顯，輸出電壓失真被雙向限幅，如圖 5.8(b) 所示。 5.9 電路見題圖 5.10。設(shè) U CC U CE 15V, I 2mA, RC 5K , uid 1.2sin t(

30、V ) （ 1）試畫出 u0 當(dāng)波形，并標(biāo)出波形當(dāng)幅度。 （ 2）若 RC 變?yōu)?10k ， u0 波形有何變化？為什么？ (a) (b) 題圖 5.9 解：（ 1）由于 Uid =1.2V>>0.1V,電路呈現(xiàn)限幅特性，其 u0 波形如題圖 (b)所示。 （ 2）當(dāng) RC 變?yōu)?10k 時， u0 幅度增大，其值接近 15V ，此時，一管飽和，另一管截止。 5.10 差動放大電路如題圖 5.11所示。設(shè) V 1和 V

31、 2 的100, U BE ( on ) 0.7V , rbb 0, rce ， RC 8k , RP 200 ，滑動片動態(tài)在中點(diǎn)， RE=5.6K Ω ,RB =2KΩ。 UCC 12V RC RC + uo B RB R + V1 RP V 2 + ui2 ui1 RE UEE  -12V 題圖  5.11 (1)求靜態(tài)集電極電流 ICQ1和 ICQ2，靜態(tài)集電極電流電壓

32、UCQ1和 UCQ2 。 (2)求電路雙端輸出時的差模電壓增益 A ud，差模輸入電阻 Rid ，差模輸出電阻 Rod。 (3)求單端輸出 (從 V 1集電極引出 )時的差模電壓增益 A ud，差模輸入電阻 Rid ，差模輸出電 阻Rod，共模電壓增益  A uc，任一輸入端看入的共模輸入電阻  Rid ，任一輸出端看入的共模輸出 電阻 Rod和共模抑制比  KCMR。 (4)當(dāng)題圖 4.7中的 ui2 =0時，重復(fù) (2)。 (5)當(dāng)題圖 4.7中的 ui1 =0時，重復(fù) (3)。 解:(1)

33、 15 R2 VBE (on) R1 I C3 R2 2.05mA R3 I C1 I C2 1 I C 3 1.025mA 2 VC1 VC 2 12 1.025 6 8.85(V ) VC 3 VBE (on) 0.7V (2) rbe1rbe 2 rb e 100 26 2.54k 1.025 RC//1 RL 6//6 Avd 2 rbb 100 110 rb e 2.54

34、 0.2 Rid 2(rbb rbe ) 5.48k Rod 2RC 12k (3) A ud(單 ) 1 RC // RL 73 2 rbe rbb Rid 2(rbe rbb ) 5.48k Rod RC 6k (4) 設(shè)晶體管的 vCB 時為進(jìn)入飽和區(qū)。為保證晶體管工作在放大區(qū)，正向共模電壓的最 大值應(yīng)滿足下式： Vic(max) 15 1.025 6 8.85(V ) 為保證晶體管 T3工作在放大區(qū)，最大負(fù)向共模電壓應(yīng)滿足下式： Vic (min)( R1 15)10V

35、 R1 R2 5.11 由兩只晶體管連接的復(fù)合管如題圖 5.12所示，試判別每個復(fù)合管的管型及三個電極。 若β ICEO1、I CEO2已知，試求復(fù)合管的等效 β和 ICEO 。 1、β和2 題圖 5.12 解：圖 (a)中的復(fù)合管為等效 NPN 型管；①― b 極，②― e 極，③― c 極。圖 (b)中的復(fù)合管為等效 PNP 型管；①― b 極，②― c 極，③― e 極。圖 (c)中的復(fù)合 管為等效 NPN 型管。①― b 極，②― e 極，

36、③― c 極。 對圖（a）中的復(fù)合管： i B B1 （ ＋ ） iB 1 i B1 ( 121 2 ), 故 =i , ic1i B1 2 1 1 ＝ iC 1 2 1 2 1 2 iB I CEO 2 I CEO1 ICEO2 對圖 中的復(fù)合管： iB iB1 ,i C 1iB1( 1 2 ) iB1( 1 1 2 。故

37、 ( b ) ) ＝ ic 1 2 1 2 1 2 ib I CEO 2 I CEP1 I CEO2 對圖( c )中的復(fù)合管：其 、I CEO 均與圖 b 中的復(fù)合管相同。 5.12 題圖 5.13為達(dá)林頓電路的交流通路，設(shè)晶體管的 rbb 0 ， rce ，12。 （ 1）畫出該電路的低頻小信號混合 等效電路。 （ 2）寫出輸入電阻 Ri 、輸出電阻 Ro 和電壓增益

38、Au U 0 的表達(dá)式。 U i ib1 V 1 + RS + V 2 i b1 RS rb e1 U i + + RE RL U o i b2 Us U i Ro + rb e2 i b2 Ri Us 題圖 5.13

39、 + RE RL U o Ri Ro (b) 解:(1) 題圖 5.13(a)的低頻小信號混合 等效電路如圖 5.13（ b）所示。 （ 2） R r e1 (1 ) r e2 ( 1 )R //R (1)2 R ||R i b b E L EL 用輔助電源法可求得 rb rb e1 RS rb e 2 rb e1

40、 RS Ro e2 1 // RE 1 1 1 2 Au U o (1 )2 RE // RL 1 U i Ri 5.13 比較題圖 5.14所示兩個電路，分別說明它的是如何消交越失真和如何實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的。 題圖 5.14

41、 5.14 題圖 5.15所示電路是某集成運(yùn)放電路的一部分，單電源供電，  V 1、 V 2、 V 3為放大管。 試分析： （ 1） 100μA電流源的作用； （ 2） V4 的工作區(qū)域 (截止、放大、飽和 )； （ 3） 50μA電流源的作用； （ 4）V5 與 R 的作用 題圖 5.15

42、 5.15 電路如題圖 5.16所示，試說明各晶體管的作用。 題圖 5.16 5.16 題圖 5.17所示簡化的高精度運(yùn)放電路原理圖，試分析： （ 1）兩個輸入端中哪個是同相輸入端，哪個是反相輸入端； （ 2）V3 與 V4的作用； （ 3）電流源 I3 的作用； （ 4） D2 與 D3 的作用。

43、 題圖 5.17 5.17 通用型運(yùn)放 F747的部電路如題圖 5.18所示，試分析： （ 1）偏置電路由哪些元件組成？基準(zhǔn)電流約為多少？ （ 2）哪些是放大管，組成幾級放大電路，每級各是什么基本電路？ （ 3） V 19、 V 20 和 R8 組成的電路的作用是什么？ 題圖 5.18 編輯請注意：圖 5.14~5.18 中的 T 均改成 V 。