第四章集成运算放大电路 习题 4.1通用型集成运放一般由几部分电路组成,每一部分常采用哪种基本 电路?通常对每一部分性能的要求分别是什么? 解:通用型集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四个部分 组成。 通常,输入级为差分放大电路,中间级为共射放大电路,输出级为互补 电路,偏置电路为电流源电路。 对输入级的要求:输入电阻大,温漂小,放大倍数尽可能大。 对中间级的要求:放大倍数大,一切措施几乎都是为了增大放大倍数。 对输出级的要求:带负载能力强,最大不失真输出电压尽可能大 对偏置电路的要求:提供的静态电流稳定。 4.2已知一个集成运放的开环差模增益A。d为100dB,最大输出电压峰 峰值Up=±14V,分别计算差模输入电压u(即uP-uN)为10μV、100μ V、1mV、IV和-10μV、-100μV、一1mV、-1V时的输出电压lo 解:根据集成运放的开环差模增益,可求出开环差模放大倍数 201g Ad=100dB 当集成运放工作在线性区时,输出电压o=A。du:当Aodu1超过±14V 时,lo不是+14V,就是-14V。故(即up-WN)为10μV、100μV、1mV lV和-10μV、-100μV、一1mV、-1V时,uo分别为IV、10V、14V、l4V 1V、-10V、 V 14V 4.3已知几个集成运放的参数如表P4.3所示,试分别说明它们各属于哪 种类型的运放 表P4.3 特性指标| Aodnid i my f lms-3 dBfHKcmrSR单位增益带宽 单位 dB MQ nA nA Hz dB|v/μV MHZ 2 0060078605 302|0.01 第四章题解-1
第四章题解－1 第四章 集成运算放大电路 习 题 4.1 通用型 集成 运 放 一般 由 几部 分 电 路组 成 ，每 一 部分 常 采 用哪 种 基本 电路？通常对每一部分性能的要求分别是什么？ 解 ： 通用型集 成 运放 由 输入 级、 中 间级 、输 出 级和 偏 置电 路 等四 个 部分 组成。 通常，输 入级 为 差分 放 大电 路， 中 间级 为 共射 放 大电 路， 输 出级 为 互补 电路，偏置电路为电流源电路。 对输入级的要求：输入电阻大，温漂小，放大倍数尽可能大。 对中间级 的 要求 ： 放大 倍 数大 ， 一切 措 施 几乎 都 是为 了 增大 放 大倍 数。 对输出级的要求：带负载能力强，最大不失真输 出 电压 尽 可能 大 。 对偏置电路的要求：提供的静态电流稳定。 4.2 已知一 个集 成 运放 的 开环 差 模增 益 Ao d 为 100 dB， 最大 输 出电 压 峰- 峰 值 Uopp ＝±14V， 分别 计 算差 模 输入 电 压 u I（ 即 uP－u N） 为 10μV、10 0μ V、1mV、1V 和－1 0μ V、－ 100μV、 －1mV、 －1 V 时的 输 出电 压 uO。 解 ： 根据集成运放的开环差模增益，可求出开环差模放大倍数 5 od od 10 20lg 100dB = = A A 当集成运 放 工作 在 线性 区 时， 输 出电 压 uO＝Ao d u I； 当 Ao d u I 超 过±14V 时，uO 不 是＋ 14 V，就是 －1 4V。故 uI（ 即 uP－uN ）为 10μV、10 0μ V、1 mV、 1V 和－ 10μV、－10 0μ V、－ 1mV、－1 V 时 ，uO 分别 为 1V、1 0V、1 4V、1 4V、 －1V、－10V、－ 14V、 －14 V。 4.3 已知几个集成运 放的 参 数如 表 P 4.3 所示 ， 试分 别 说明 它 们各 属 于哪 种类型的运放。 表 P4.3 特性指标 Aod rid UIO IIO IIB －3dBfH KCMR SR 单位增益带宽 单位 dB MΩ mv nA nA Hz dB V/μV MHz A1 100 2 5 200 600 7 86 0.5 A2 130 2 0.01 2 40 7 120 0.5
100100050.020.03 860.5 5 20150 65 12.5 解:A1为通用型运放,A2为高精度型运放,A3为高阻型运放,A4为高 型运 4.4多路电流源电路如图P4.4所示,已知所有晶体管的特性均相同,UBE 均为0.7V。试求lc1、lc2各为多少。 RI134kQ T2 图P44 解:因为T1、T2、T3的特性均相同,且UBE均相同,所以它们的基极、 集电极电流均相等,设集电极电流为lc。先求出R中电流,再求解lc1、lc2 R B Ic 1+ B+B+3 当B(1+B)>>3时 l=l≈l2=100pA 第四章题解-2
第四章题解－2 A3 100 1000 5 0.02 0.03 86 0.5 5 A4 100 2 2 20 150 96 65 12.5 解 ： A1 为通 用型 运 放， A2 为高 精 度型 运 放， A3 为 高 阻型 运 放 ，A4 为高 速型运放。 4.4 多路电 流源 电 路如 图 P 4.4 所示 ，已知 所 有晶 体 管的 特 性均 相 同，UBE 均为 0.7V。试求 IC1 、IC2 各 为多 少 。 图 P4.4 解 ： 因为 T1 、 T2 、 T3 的 特 性均 相 同， 且 UBE 均 相同 ， 所以 它 们的 基 极、 集电 极 电流 均 相等 ， 设集 电 极电 流 为 I C。 先 求出 R 中 电流 ， 再求 解 I C1 、IC2。 100 CC BE4 BE0 = − − = R V U U I R μA R R I I I I I I I I I + + + = + = + + = + = + 3 (1 ) 3 1 3 2 2 C C C B C0 B3 C0 当β（1＋β）＞＞ 3 时 IC1 = IC2 I R =100 μA
4.5图4.5所示为多集电极晶体管构成的多路电流源。已知集电极Co与 C1所接集电区的面积相同,C2所接集电区的面积是Co的两倍,lco/lB=4,e-b 间电压约为0.7V。试求解Ic1、lc2各为多少 71.5kg 图P4.5 解:多集电极晶体管集电极电流正比于集电区的面积 先求出R中电流,再求解lc1、lc2。 ls-U=200A(其中UEB=0.7V) R B BIR 1601A 3201A 第四章题解-3
第四章题解－3 4.5 图 4.5 所 示为 多 集电 极 晶体 管 构成 的 多 路电 流 源 。已 知 集电 极 C0 与 C1 所 接 集电 区 的面 积 相同 ，C2 所 接集 电 区的 面 积 是 C0 的 两倍，I CO /I B= 4，e-b 间电压约为 0.7V。 试 求解 I C1 、IC2 各 为多 少 图 P4.5 解 ： 多集电极晶体管集电极电流正比于集电区的面积。 先求出 R 中电流，再 求 解 IC1 、I C2。 2 320μ A 160μ A 160μ A 1 200μA ( 0.7V) C2 C0 C1 C0 C0 C0 C B C0 E B CC E B = = = = = + = = + = + = = − = I I I I I I I I I I I U R V U I R R R 其中
4.6电路如图P46所示,T管的低频跨导为gm,T1和T2管d-s间的动 态电阻分别为rds和ras2。试求解电压放大倍数An=△uo/△的表达式。 图P4.6 解:由于T2和T3所组成的镜像电流源是以T1为放大管的共射放大电路 的有源负载,T、T2管d-s间动态电阻分别为rds、rds2,所以电压放大倍数 Au的表达式为 A △b(st∥s 47电路如图P4.7所示,T1与T2管特性相同,它们的低频跨导为gm; T3与T4管特性对称;T2与T4管d-s间动态电阻为rds2和rds4。试求出两电路 的电压放大倍数An=△uo/△(u11-un2)的表达式。 第四章题解-4
第四章题解－4 4.6 电路如图 P4.6 所示 ， T 管 的 低频 跨 导 为 gm， T1 和 T2 管 d-s 间的 动 态电阻分别为 rd s 1 和 rd s 2。 试 求解 电 压放 大 倍数 Au =△ uO /△uI 的 表达 式 。 图 P4.6 解 ：由于 T2 和 T3 所 组 成的 镜 像电 流 源是 以 T1 为放 大 管的 共 射放 大 电路 的有 源 负载 ， T1 、 T2 管 d-s 间动 态 电阻 分 别为 rds1 、rds2 ， 所以 电 压放 大 倍数 Au 的表达式为 ( ) ( ) m ds1 ds2 I D ds1 ds2 I O g r r u i r r u u Au ∥ ∥ = − − = = 4.7 电路如 图 P4. 7 所示，T1 与 T2 管 特性 相 同， 它 们的 低 频跨 导 为 g m； T3 与 T4 管 特 性对 称 ；T2 与 T4 管 d-s 间 动 态电 阻 为 rd s 2 和 rd s 4 。试 求出 两 电路 的电压放大倍数 Au=△uO /△(u I1－ uI2 ) 的 表达 式
Ta T 图P4.7 解:在图(a)(b)所示电路中 △i 2 图(a)所示电路的电压放大倍数 A m(s2∥ra4) 同理,图(b)所示电路的电压放大倍数 A≈gm(a2∥ra4) 4.8电路如图P4.8所示,具有理想的对称性。设各管β均相同 (1)说明电路中各晶体管的作 用 (2)若输入差模电压为(u m2),则由此产生的差模电流为△i, 求解电路电流放大倍数A的近似表达 T
第四章题解－5 图 P4.7 解 ： 在图（a）（b）所示 电路 中 ( ) 2 ( ) 2 I1 I2 O m I1 I2 D1 m O D2 D4 D2 D1 D1 D1 D2 D3 D4 u u i g u u i g i i i i i i i i i i − − − = = − − = − = − = 图（a）所示电路 的电 压 放大 倍 数 ( ) ( ) ( ) ( ) m ds2 d 4 I1 I2 O ds2 ds4 I1 I2 s O u g r r u u i r r u u u A ∥ ∥ − = − − = 同理，图（b）所 示电 路 的电 压 放大 倍 数 ( ) u m ds2 ds4 A g r ∥r 4.8 电路如图 P4.8 所示 ，具 有 理想 的 对称 性 。设 各 管β 均 相同 。 （1）说明电路中各 晶 体管 的 作 用； （2）若输入差模电 压 为（ uI1 － uI2），则 由 此产 生 的 差模 电 流为 △iD ， 求解 电 路电 流 放大 倍 数 Ai 的 近 似表 达
解:(1)图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。T1和T2 T3和T4分别组成的复合管为放大管,Ts和T6组成的镜像电流源为有源负载 (2)由于用Ts和T6所构成的镜像电流源作为有源负载,将左半部分放 大管的电流变化量转换到右边,故输出电流变化量及电路电流放大倍数 图P48 分别为 A0≈2(1+B)B 2(1+B)B 4.9电路如图P4.9所示,具有理想的对称性。回答题4.8所提的问题。 +I T T 图P49 解:(1)图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。T1和T2 T3和T3分别组成的复合管为放大管,Ts和T6组成的镜像电流源为有源负载。 (2)由于用Ts和T6所构成的镜像电流源作为有源负载,将左半部分放 大管的电流变化量转换到右边,故输出电流变化量及电路电流放大倍数分别 2(1+B)BA 2(1+B)B 四章题解-6
第四章题解－6 式。 解 ：（1） 图示 电 路 为双 端 输 入、 单 端 输 出的 差 分 放大 电 路 。 T1 和 T2、 T3 和 T4 分 别 组成 的 复合 管 为放 大 管 ，T5 和 T6 组 成的 镜 像电 流 源为 有 源负 载。 （2）由 于 用 T5 和 T6 所 构 成的 镜 像电 流 源作 为 有源 负 载， 将 左半 部 分放 大 管 的 电 流 变 化 量 转 换 到 右 边 ， 故 输 出 电 流 变 化 量 及 电 路 电 流 放 大 倍 数 图 P4.8 分别为 2(1 ) 2(1 ) I O O I + = + i i A i i i 4.9 电路如图 P4.9 所示 ， 具有 理 想的 对 称性 。 回答 题 4. 8 所 提 的 问题 。 图 P4.9 解 ：（1） 图示 电 路 为双 端 输 入、 单 端 输 出的 差 分 放大 电 路 。 T1 和 T2、 T3 和 T3 分 别 组成 的 复合 管 为放 大 管 ，T5 和 T6 组 成的 镜 像电 流 源为 有 源负 载。 （2）由于用 T5 和 T6 所 构 成的 镜 像电 流 源作 为 有源 负 载， 将 左半 部 分放 大管的电流变化量转换到右边，故输出电流变化量及电路电流放大倍数分别 为 2(1 ) 2(1 ) I O O I + = + i i A i i i
4.10电路如图P4.10所示,T1与T2管的特性相同,所有晶体管的β均 相同,R1远大于二极管的正向电阻。当m=12=0V时,uo=0V。 亚 长 R 图P4.10 (1)求解电压放大倍数的表达式 (2)当有共模输入电压时,W=?简述理由 解:(1)在忽略二极管动态电阻的情况下 R1∥ An1≈-B A2=-B Ibe A=AMI. A (2)当有共模输入电压时,o近似为零。由于R:1>>rd,△uc1≈△uc2, 因此△uBE3≈0,故lo≈0。 4.I1电路如图P4.11所示,T1与12管为超β管,电路具有理想的对称 性。选择合适的答案填入空内。 (1)该电路采用了 A.共集-共基接法 RR山R B.共集-共射接法 共射-共基接法 (2)电路所采用的上述接法是为 增大输入电阻 增大电流放大系数 四章题解一7
第四章题解－7 4.10 电路如图 P4.10 所 示， T1 与 T2 管的 特 性相 同 ，所 有 晶体 管 的β 均 相同，Rc1 远大于二 极管 的 正向 电 阻。 当 uI1 ＝u I2＝ 0V 时 ，uO ＝0V。 图 P4.10 （1）求解电压放 大倍 数 的表 达 式； （2）当有共模输 入电 压 时， uO =？简 述 理由 。 解 ：（1）在忽略二极管动态电阻的情况下 1 2 be3 c2 2 be1 be3 c1 1 2 u u u u u A A A r R A r r R A = = − − ∥ （2）当 有 共模 输 入电 压 时，uO 近 似 为零 。由 于 R c1＞ ＞ rd，△u C1≈ △u C2， 因此△uBE 3≈0，故 uO ≈0。 4.11 电路如图 P4.11 所示 ， T1 与 T2 管为超β 管 ，电 路 具有 理 想的 对 称 性。选择合适的答案填入空内。 （1）该电路采用了 。 A．共集-共基接法 B. 共集-共射接法 C．共射-共基接法 （2）电路所采用的 上 述接 法 是为 了 。 A．增大输入电阻 B. 增大电流放大系 数
C.展宽频带 图P4.11 (3)电路采用超B管能够 A.增大输入级的耐压值 B.增大放大能力 C.增大带负载能力 (4)T1与T2管的静态压降约为 A.0.7V B.1.4V C.不可知 解:(1)C (2)C (3)B 4.12电路如图P4.11所示,试问:为什么说D1与D2的作用是减少T1 与T2管集电结反向电流lcBo对输入电流的影响? 解:因为UB3+UcE1=2Ub,UBE1≈U,Uc1≈UD,所以Ucg1≈0, 反向电流为零,因此lcBo对输入电流影响很小。 4.13在图P413所示电路中,已知T1~T3管的特性完全相同,B>>2 反相输入端的输入电流为i,同相输入端的输入电流为i2。试问: (1)ic2≈? (2)iB2≈? R T T 图P4.13 第四章题解-8
第四章题解－8 C．展宽频带 图 P4.11 （3）电路采用超 β 管能 够 。 A．增大输入级的 耐压 值 B. 增大放大能力 C．增大带负载能 力 （4）T1 与 T2 管的 静 态压 降 约为 。 A．0.7V B. 1.4V C. 不可知 解 ：（1）C （2）C （3）B （4）A 4.12 电路如图 P4.11 所 示 ，试 问 ：为 什 么 说 D1 与 D2 的 作用 是 减 少 T1 与 T2 管集电结反 向电 流 I CB O 对 输 入电 流 的影 响 ？ 解 ： 因为 UBE 3＋ UCE 1 ＝2UD ， UBE 1 ≈UD ，UCE 1≈ UD ，所 以 UC B1≈ 0， 反向电流为零，因此 I CBO 对 输入 电 流影 响 很 小。 4.13 在图 P4.1 3 所示 电 路中 ，已 知 T1 ～ T3 管 的 特性 完 全相 同 ，β ＞ ＞2； 反相输入端的输入电流为 iI1 ， 同相 输 入端 的 输入 电 流 为 iI2 。 试问 ： （1）iC2≈? （2）iB2≈? （3）Au i=△uO /(iI1－iI2 )≈ ？ 图 P4.13
解:(1)因为T1和T2为镜像关系,且B>>2,所以ic2≈icn≈i2 (2)iB3=i1-ic2≈i11-i12 (3)输出电压的变化量和放大倍数分别为 △ △i3R=-B2Ain2R /△(1-12)≈△o/AiB3=-B3R 4.14比较图P4.14所示两个电路,分别说明它的是如何消交越失真和如 何实现过流保护的 D, V D 计 (b) 图P4.14 解:在图(a)所示电路中,D1、D2使T2、T微导通,可消除交越失真。 R为电流采样电阻,D3对T2起过流保护。当T2导通时,lD3=lBE2+ioR-uD1 未过流时ioR较小,因v3小于开启电压使D3截止;过流时因wb3大于开启 电压使D3导通,为T2基极分流。D4对T4起过流保护,原因与上述相同。 在图(b)所示电路中,T4、Ts使T2、T3微导通,可消除交越失真。R2 为电流采样电阻,T6对T2起过流保护。当T2导通时,uBE6=ioR2,未过流时 ioR2较小,因uBE6小于开启电压使T6截止:过流时因uB6大于开启电压使 T6导通,为T2基极分流。T7对T3起过流保护,原因与上述相同 第四章题解-9
第四章题解－9 解 ：（1）因为 T1 和 T2 为 镜 像关 系 ，且 β ＞＞ 2，所以 i C2≈ iC1 ≈iI2 。 （2）iB3＝iI1－iC2 ≈iI1 －i I2 （3）输出电压的变 化 量和 放 大倍 数 分别 为 O I1 I2 O B3 3 c O C3 c 3 B3 c ( ) A u i i u i R u i R i R ui = − = − = − = − 4.14 比较图 P4.1 4 所 示 两个 电 路 ，分 别 说明 它 的是 如 何消 交 越失 真 和如 何实现过流保护的。 图 P4.14 解 ： 在图（ a）所 示 电路 中 ，D1 、D2 使 T2 、 T3 微 导 通， 可 消除 交 越失 真。 R 为电 流 采样 电 阻，D3 对 T2 起 过 流保 护 。当 T2 导 通时 ，uD 3 ＝ uBE 2 ＋iO R －uD 1， 未过流时 iO R 较 小 ，因 uD 3 小于 开 启电 压 使 D3 截 止； 过 流时 因 uD 3 大于开启 电压使 D3 导通， 为 T2 基 极分 流 。D4 对 T4 起过 流 保护 ， 原因 与 上述 相 同。 在图（b）所 示 电路 中 ， T4、 T5 使 T2 、 T3 微 导 通， 可 消除 交 越失 真 。R2 为电 流 采样 电 阻 ，T6 对 T2 起 过流 保 护 。当 T2 导通时，u BE 6＝ iO R2 ，未 过 流时 iO R2 较小 ， 因 u BE 6 小于 开 启电 压 使 T6 截 止 ； 过流 时 因 u BE 6 大 于 开启 电 压使 T6 导通，为 T2 基 极 分流 。 T7 对 T3 起 过 流保 护 ，原 因 与上 述 相同
4.15图4.15所示电路是某集成运放电路的一部分,单电源供电,T T2、T3为放大管。试分析: okr Iowa 图P4.15 (1)100uA电流源的作用 (2)T4的工作区域(截止、放大、饱和): (3)50μA电流源的作用; (4)Ts与R的作用 解:(1)为T1提供静态集电极电流、为T2提供基极电流,并作为T1的 有源负载 (2)T4截止。因为uB4=uc=uo+uR+B2+uB3,uE4=uo,uB4>uE4 (3)50μA电流源为T3提供射极电流,在交流等效电路中等效为阻值 第四章题解
第四章题解－10 4.15 图 4.15 所示电路是 某 集成 运 放电 路 的 一部 分 ，单 电 源供 电 ，T1 、 T2、T3 为放大管 。 试分 析 ： 图 P4.15 （1）100μA 电流 源的 作 用； （2）T4 的工作区 域(截 止 、放 大 、饱 和)； （3）50μA 电流源 的 作用 ； （4）T5 与 R 的作用 解 ：（1）为 T1 提 供静 态 集电 极 电流 、为 T2 提供 基 极电 流 ，并 作 为 T1 的 有源负载。 （2）T4 截 止。 因 为 u B4＝ uC1 ＝uO ＋u R＋u B2＋ uB3 ，uE 4 ＝uO ，u B4 ＞uE 4。 （3）50μ A 电 流 源为 T3 提 供射 极 电流 ， 在交 流 等效 电 路中 等 效为 阻 值