樂成运算放大电路 习思 4,1通用里集成运故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领，中间领。输出级和偏置电路等四个部分 组成。 通常，输入级为差分故大电路，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。 对输入缓的要求；输入电阻大，温漂小，放大倍数尽可能大， 对中问级的要求：故大倍数大，一切措盖几乎都是为了增大故大倍数。 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榄增益A:为100B,最大输出电压峰- 峰值么，=±14Y,分别计算差慎输入电压仙（即仙一h)为10卫V、100μV、 1V、1Y和一10uV,一100uY、一1mV、一1Y时的输出电压h: 解：根据集成运放的开环差模增益，可求出开环差模放大修数 20gA=100dB A=10 当集成运放工作在线性区时，输出电压属=L,:当A:出超过士14V 时，不是+14W,就是一1Y.故m《即，一路)为10uV、100=Y、1N、 1Y和-10Y、-1004Y、一1Y,一1V时，h分别为1V。10V、14W、14W, -1V,-10Y、-14V,-14Y。 第四章圆解一1
第四章题解－1 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 10 0dB， 最大 输 出电 压 峰- 峰 值 Uopp ＝±1 4V，分 别 计算 差 模输 入 电压 uI（ 即 uP－ uN） 为 10μV、10 0μ V、 1mV、1V 和－10μ V、 －1 00μV、－ 1mV、 －1V 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 ＝Aod uI；当 Ao d uI 超过±14V 时，uO 不是＋14V， 就是 －1 4V。故 uI（ 即 uP－ uN） 为 10μV、10 0μ V、 1mV、 1V 和－10μV、－ 100μV、 －1m V、 －1 V 时 ，uO 分别 为 1V、10 V、 14V、1 4V、 －1V、－10V、－1 4V、－ 14V
4,3已知几个集成运战的参数如表P4.3所示，试分别说明它们各属于哪 种类型的运放， 表P4.3 特性指标人 a -3dBf Km SR 单位增益带宽 单位 10 nA dB V/P Y 100 2 5 200 00 86 0.5 130 0.01 0 120 0.5 100 1000 0.02 0.03 0.5 100 2 20 10 36 65 12.5 解：A,为通用型运放，A,为高精度型运放，A,为高阻型运放，A,为高速 型运放。 4,4多路电流源电路如图P4,4所示。己知所有晶体管的特性均相同， 均为0,7Y。试求、a各为多少。 134k 图P4.4 解：因为T、T:、T,的特性均相月，且：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k。先求出君中电流。再求解、：， ,--0e-U@-10mu4 R Ix=lo+Im=lo+ 3=le+ 3 1+B B(1+) B3+B。1 lc=- B2+B+3 第西章思解一2
第四章题解－2 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 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 ，UB E 均为 0.7V。试求 IC 1 、IC 2 各为 多 少。 图 P4.4 解 ： 因为 T1 、T2、 T3 的 特性 均 相同 ， 且 UB E 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 IC。 先 求出 R 中电 流 ，再 求 解 IC 1 、IC 2 。 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B(1+B)>>3时 1a=Ia&lg=100μA 4.5图4.5所示为多集电极品体管构成的多路电流源。已知集电极G与 G所接集电区的面积相同，G所接集电区的而积是G的两倍，，/=4，e-b 间电压约为0.7V.试求解1，、：各为多少 图P4.5 解：多集电极品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，：。 I-UEm 200A (其中UEm=0.7V) R In -Ic+/B=lo+- a0=4A Ici =Ioo =160 A 1a=21cm=320A 第西章赠解一3
第四章题解－3 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 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 ，IC O /IB = 4， e-b 间电压约为 0.7V。试 求 解 IC 1 、IC 2 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 IC 1 、IC 2 。 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P4,6所示，T管的低频跨导为从，T:和T:管d-s间的动态 电阻分别为：和·试求解电压故大倍数A,=△仙/△的的表达式： 图P4.6 解：由于T:和T,所组成的镜像电流源是以T,为放大管的共射放大电路的 有源负载，T、T,管d-s间动态电阻分别为、a,所以电压放大倍数A 的表达式为 A=a人=-AM。m∥e以 =-g.ra1∥a】 4.7电路如图P4.7所示，工与13管特性相月，它们的低顿跨导为品： T与T,管特性对称：T:与T,管-8间动志电阻为：和。试求出两电路 的电压政大倍数A,=△/△(，一品：)的表达式， 第四章圆解一4
第四章题解－4 4 .6 电路如 图 P 4.6 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 gm； 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 /△(uI 1 －uI 2 )的 表 达式
图P4.7 解，在图《a)(b)所示电路中 iol=-Wpe￥io,=Mo o=ia:-ia4e△Ma-u=-2e Aipl"gn- (un-ug) 2 Mo 8。年一 A(un -Mg) 图(》所示电路的电压放大倍数 4s46/ /△(1-e) =-oaa∥raa/ /△(41-e) eg.(at∥r) 同理，图《)所示电路的电压放大倍数 A,egn(a∥a: 4,8电路如图P4.8所示，具有理想的对称性。设各管B均相同， (1)说明电路中各福体管的作用： 第店章思解一3
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(m,一的：)，则由此产生的差模电葡为△广，求解 电路电流放大倍数4：的近似表达式， 解：(1)图示电路为双隋输入、 单端输出的差分政大电路。T:和T:, T,和T,分别组成的复合管为放大管， T:和T:组成的镜像电道源为有源负 我 (2)由于用T和T所构成的镜 像电流源作为有簿负载，将左半部分政大管的电流变化量转换到右边，故输 出电道变化量及电路电流故大倍数 图P4.8 分别为 A421+)BM A-0e21+B Ai 4.9电路如图P4.9所示，具有理想的对称性。回答圈4.8所提的问愿。 图P4.9 第西章赠解一6
第四章题解－6 （2）若输 入 差模 电 压为（uI 1－ uI 2），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)图示电路为双瑞输入，单端输出的差分放大电路。T和T、T 和T,分别组成的复合管为放大管，T,和T:组成的镜像电流源为有源负截。 (2)由于用T和T: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 6=21+)B4 4-A21+BB M 4.10电路如图P4,10所示，T,与T:管的特性相同。所有品体管的B均相 B-P8 同，R:远大于二极管的正向电阻。当山：=M:=0N时，=0W。 图P4.10 (1)求解电压成大倍数的表达式： (2)当有共模输入电压时，国=？简述理由， 解：(1)在忽略二极管动态电阻的情况下 第四章圆解一7
第四章题解－7 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，Rc 1 远大于二极管 的 正向 电 阻。 当 uI 1 ＝uI 2 ＝ 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
∥型 Aus-B.- 2 l A-B.尾 re A=AA2 (2)当有共模输入电压时，山近以为零。由于R:>>,△既：△ 因此△0，故的0. 4.11电路如图P4.11所示，T:与T:管为超B管，电路具有理想的对称性， 选择合适的答案填入空内。 R D 图P4.11 《1)该电路深用了 A.共集一共基接法 B。共衡一共射接法 C.共射-共基接法 《2)电路所深用的上述接法是为了 A.增大输入电四 B.增大电流放大系数 C。展宽類带 《3)电路采用超B管能够_ 第西章思解一8
第四章题解－8 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 Rc 1 ＞＞ rd， △uC 1 ≈△ uC 2， 因此△uBE3≈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。 图 P4.11 （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 （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)T,与T,管的静态压降约为 A.0.7V B.1.4Y C.不可知 解：(1)C(2)C(3)B(4)A 4.12电路如图P4,11所示，试阿：为什么说D,与的作用是减少T,与 T,管集电结反向电流种对输入电流的影响？ 解：因为+=2环，=6，则6，所以1=0。反向电流 为零，因此I对输入电流影响根小， 4.13在图P4.13所示电路中，已知T一T,管的特性完全相同，B>>2: 反相输入瑞的输入电流为：。料相输入端的输入电流为：：试问： (1)ic? (2)is7 (3)A"△m/(-:)了 图P4.13 第西章题解一9
第四章题解－9 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 IC B O 对 输入 电 流的 影 响？ 解 ： 因为 UBE3＋UCE1＝2UD ，UBE1≈UD ，UCE1≈UD，所以 UCB1≈ 0， 反 向电 流 为零，因此 ICBO 对输入 电 流影 响 很小 。 4 .13 在图 P 4.1 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 iI 1 ，同 相 输入 端 的输 入 电流 为 iI 2。 试 问： （1）iC 2≈? （2）iB 2≈? （3）Au i =△uO /(iI 1－iI 2 )≈ ？ 图 P4.13
解：(1)因为T,和T:为镜像关系，且B>>2,所以f:: (2)in=in-fa in-fu (3)输出电压的变化量和放大倍数分别为 Allo =-AigR =-B Ai R A Ato/A(in -ig)=Auto /Aim =-B,Re 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。 -0+lc -0+V o-lo a (b) 图P4.14 解：在图(》所示电路中，、D使T:,T,微导通。可消除交越失真。 R为电流采样电阻，D,对T:起过流保护。当T导通时，，=m十广一山， 未过流时。R较小，因的，小于开启电压使成止：过流时因的：大于开启电 压使导通，为工基极分流。D,对工起过流保护，原因与上述相同. 在图(b)所示电路中，T,T,使T:、T,微导通，可消除交越失真。起为 电流采样电阻，T。对T:起过流保护。当T:导通时。=。品，表过流时。局 较小，因小于开启电压使T:载止：过流时因：大于开启电压使T。导通， 为T:基极分流。T,对T,起过流保护，原因与上逃相月， 第四原题解一10
第四章题解－10 解 ：（1）因为 T1 和 T2 为镜像关 系 ，且 β ＞＞ 2，所 以 iC 2 ≈iC 1 ≈iI 2 。 （2）iB 3＝iI 1－iC 2≈iI 1 －iI 2 （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 ＝uBE2 ＋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 ，uBE6 ＝iO R2 ， 未过 流 时 iO R2 较小 ，因 uBE6 小 于 开启 电 压 使 T6 截 止；过 流时 因 uBE6 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