第5章運算放大電路答案基礎教育

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1、 習題答案 5.1 在題圖5.1所示的電路中，已知晶體管V1、V2的特性相同，。求、、和。 UCC(10V) V2 V1 R1 2.7kΩ R3 4.1k R4 2.5k R2 2.7kΩ 題圖5.1 解：由圖5.1可知： 即 由上式可解得 而 = = 5.2 電路如題圖5.2所示，試求各支路電流值。設各晶體管V。 V1 V5 V2 V3 V4 IR I5 I3 I4 +6V 6V 1k 5k 5k 10k 2k

2、 題圖5.2 解：圖5.2是具有基極補償?shù)亩嚯娏髟措娐?。先求參考電流? （mA） 則 （mA） （mA） （mA） 5.3 差放電路如題圖5.3所示。設各管特性一致，。試問當R為何值時，可滿足圖中所要求的電流關系？ V6 V7 V5 V1 V2 V3 V4 R +6V Uo Ui2 6V Ui1 10k 題圖5.3 解： （mA） 則 mA 即 （mA） 所以 （k） 5.4 對稱差動放大電路如題圖5.1所示。已知晶體管和的，并設UBE(on)=0.7V,rbb’=0,rce=。+ V1

3、 V2 + UCC ui1 ui2 RC 5.1kΩ RL Uo 5.1kΩ RC 5.1kΩ RE 5.1k -6V RB 2kΩ 題圖5.1 RB 2kΩ + － RL/2 + 2Uod/2 + Uid/2 RC RB V1 (b) + Uic RC RB V1 (c) 2REE + Uoc (1)求V1和V2的靜態(tài)集電極電流ICQ、UCQ和晶體管的輸入電阻rb’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)

4、若RL接V2集電極的一端改接地時，求差模電壓增益Aud(單),共模電壓增益Auc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范圍。 解:(1)因為電路對稱，所以 (2)差模電壓增益 19 5 . 2 2 ) 1 . 5 2 1 //( 1 . 5 50 2 1 // - + - = + - = e b b L C ud r R R R A b B

5、 差模輸入電阻：W = W + = + = k k r R R e b id 9 ) 5 . 2 2 ( 2 ) ( 2 差模輸出電阻： (3)單端輸出差模電壓增益： 共模電壓增益： 共模抑制比： (Aud為單) 共模輸入電阻： 共模輸出電阻： (4)設晶體管的UCB=0為進入飽和區(qū)，并略去RB上的壓降。 為保證V1和V2工作在放大區(qū)，正向最大共模輸入電壓Uic(max)應滿足下式：

6、 ，否則晶體管飽和。 如果題圖5.1中的RE是用恒流源IEE，則只要 為保證V1和V2工作在放大區(qū)，負向最大共模輸入電壓Uic(min)應滿足下式： 否則晶體管截止。 由上可得最大共模輸入范圍為 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)，V1和V2的, ,ISS=16mA。 + V1 V2 ui ISS RD RD UDD -USS 題圖5.5 uS (1)當時，試問

7、uGS1 、uGS2、uS和ui各為多少？ (2)當ui=0時，uGS1 、uGS2、uS、iD1和iD2各為多少？ (3)當ui=0.2V時，uGS1 、uGS2、uS、iD1和iD2各為多少？ 解:(1)由關系式和得 (2) (3)由 解得： 5.6 電路如題圖5.6。已知V1、V2、V3管的， (1)若ui1=0，ui2=10sinωt(mV),試求uo=? (2)若ui1=10sinωt(mV),ui2=5mV,試畫出uo的波形圖。 (3)若ui1=ui2=Uic,試求Uic允許的最大變化范圍。 (4)當R1增大時，

8、Aud、Rud將如何變化？ 題圖5.6 (2) 其波形如圖所示。 uo -1 1 3 使得Aud減小，而Rid增大。 5.7 差動放大電路如題圖5.7所示。設晶體管導通電壓UBE(on)=0.7V, ，各管的均為100。 (1)試求各管的靜態(tài)集電極電流IC和V1、V2的集電極電壓UC1和UC2。 (2)求差模電壓增益Aud、差模輸入電阻Rid、差模輸出電阻Rod。 (3)利用V1和V2的小信號等效電路重復(2)，并比較之。 (4)確定電路的最大共模輸入電壓范圍。 (5)試畫出共模半電路的交流通路和小信號等效電路。 (e) i

9、b rce RL RC 2REE rb’e ib RB Uoc + Uic + 2REE (d) T RB RC Uic + Uoc + RL + V1 V2 UCC Ui RC 10k RC 10k 12V + Uo UEE -12V RB 2kΩ R4 11kΩ R3 300 R2 300 RL 10k (a) 題圖5.7 RB 2kΩ V3 V4 RL + Uod/2 + Uid/2 RC RB T (b) + Ui RB i

10、b1 rb’e RC re2 RB RC RL + Uo ib1 ie2 ie2 (c) 解：(1)因=100>>1，所以 (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 式中 單端輸入的差模輸入電阻與雙端輸入相同，即 單端輸出時的差模電阻是雙端輸出時的一半，即 (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T2

11、的輸出電阻。 由圖4.5(c)可得 比較(3)和(2)的結果可看出，對于對稱差放電路，不管是雙端輸入還是單端輸入，用差模半電路來計算差模性能是簡單有效的方法。 (4)為確保V1和V2工作在放大區(qū)，并設UCB=0時為進入飽和區(qū)，則最大正向共模輸入信號應滿足下式（略去RB上的壓降）： 為確保V3工作在放大區(qū)，最大負向共模輸入信號應滿足下式： (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。因為用電流源來實現(xiàn)共模負反饋時，其等效電阻REE一般都很大，此時V1和V2的

12、輸出電阻rce不能略去，因而共模電壓增益、共模輸入電阻的計算比較復雜，這里不做計算。而共模輸出電阻。 5.8 差動放大電路如題圖5.8所示。試通過計算畫出輸出電壓波形。設晶體管的UBE(on)=0.7V,IE=2mA。 + V1 V2 ui 20V IE RC 5k RC 5k V3 5k -20V + uo 題圖5.8 uo/V ωt 14.3 5V 0 (b) (a) 解：略去V3基極電流的影響， 即輸出電壓的靜態(tài)電壓為14.3。 略去V3的輸入電阻對V2的負載影響，由圖5.8(a)可看出，不失真

13、的輸出電壓峰值為 。如根據(jù)線性放大計算， 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 （1）試畫出u0當波形，并標出波形當幅度。 （2）若RC變?yōu)?，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RC變?yōu)闀r，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V1和V2的 ，，滑動片動態(tài)在中點，RE=

14、5.6KΩ, RB=2KΩ。 + ui1 RC RC V1 V2 + uo UCC 12V UEE -12V RE + ui2 RB RB 題圖5.11 RP (1)求靜態(tài)集電極電流ICQ1和ICQ2，靜態(tài)集電極電流電壓UCQ1和UCQ2。 (2)求電路雙端輸出時的差模電壓增益Aud，差模輸入電阻Rid，差模輸出電阻Rod。 (3)求單端輸出(從V1集電極引出)時的差模電壓增益Aud，差模輸入電阻Rid，差模輸出電阻Rod，共模電壓增益Auc，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

15、共模抑制比KCMR。 (4)當題圖4.7中的ui2=0時，重復(2)。 (5)當題圖4.7中的ui1=0時，重復(3)。 解:(1) (2) (3) Aud(單) (4)設晶體管的vCB時為進入飽和區(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滿足下式： 為保證晶體管T3工作在放大區(qū)，最大負向共模電壓應滿足下式： 5.11 由兩只晶體管連接的復合管如題圖5.12所示，試判別每個復合管的管型

16、及三個電極。若β1、β2和ICEO1、ICEO2已知，試求復合管的等效β和ICEO。 題圖5.12 解：圖(a)中的復合管為等效NPN型管；①―b極，②―e極，③―c極。圖(b)中的復合管為等效PNP型管；①―b極，②―c極，③―e極。圖(c)中的復合管為等效NPN型管。①―b極，②―e極，③―c極。 對圖（a）中的復合管：iB=iB1, 5.12 題圖5.13為達林頓電路的交流通路，設晶體管的，，。 （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、輸出電阻和電壓增益的表達式。 RS RL + + Uo Us + Ui Ri

17、 Ro RE V1 V2 題圖5.13 RS Us + + Ui Ri RE RL + Uo ib2 ib1 ib1 ib2 (b) Ro 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） 用輔助電源法可求得 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現(xiàn)過流保護的。 題圖5.14 5.14 題圖5.15所示電路是某集成運放電路的一部分，單電源供電，V1、V2、V3為放大管。試分析： （1）100μA電流源的作用； （2

18、）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 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。 題圖5.17 5.17 通用型運放F747的內(nèi)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）V19、V20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。 18 輔導工具a