第四章集成运算放大电路 自测题 选择合适答案填入空内 (1)集成运放电路采用直接耦合方式是因为 A.可获得很大的放大倍数B.可使温漂小 C.集成工艺难于制造大容量电容 (2)通用型集成运放适用于放大 A.高频信号 B.低频信号 C.任何频率信号 (3)集成运放制造工艺使得同类半导体管的 A.指标参数准确 B.参数不受温度影响 C.参数一致性好 (4)集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以 B.增大放大倍数 C.提高输入电阻 (5)为增大电压放大倍数,集成运放的中间级多采用 A.共射放大电路 共集放大电路 C.共基放大电路 解:(1)C (2)B (3)C (4)A (5)A 二、判断下列说法是否正确,用“√”或“×”表示判断结果填入括号 (1)运放的输入失调电压U1o是两输入端电位之差。( (2)运放的输入失调电流lo是两端电流之差。() (3)运放的共模抑制比KcMR (4)有源负载可以增大放大电路的输出电流。() (5)在输入信号作用时,偏置电路改变了各放大管的动态电流 解:(1) (2)√ (3)√ (4)√ (5) 第四章题解
第四章 集成运算放大电路 自 测 题 一、选 择合适答 案填入空 内 。 （ 1） 集 成运放电 路采用直 接耦合方 式是因为 。 A．可获 得很大的 放大倍数 B. 可 使温漂小 C． 集 成 工艺难于 制造大容 量电容 （ 2） 通 用型集成 运放适用 于放大 。 A．高频 信 号 B. 低频信 号 C. 任 何 频率信号 （ 3） 集 成运放制 造工艺使 得同类半 导体管的 。 A. 指 标 参数准确 B. 参 数 不 受温度影 响 C． 参 数 一致性好 （ 4） 集 成运放的 输入级采 用差分放 大电路是 因为可以 。 A．减小 温 漂 B. 增大放 大倍数 C. 提 高输入电 阻 （ 5） 为 增大电压 放大倍数 ，集成运 放的中间 级多采用 。 A． 共 射放大电 路 B. 共 集放大电 路 C．共基放大电路 解 ：（ 1） C （ 2） B （ 3） C （ 4） A （ 5） A 二、判 断 下 列 说 法 是 否 正 确 ， 用 “ √ ” 或 “ ×” 表 示 判 断 结 果 填 入 括 号 内 。 （ 1） 运 放的输入 失调电压 UI O 是两输 入端电位 之差。 ( ) （ 2） 运 放的输入 失调电流 II O 是两端 电流之差 。 ( ) （ 3） 运 放的共模 抑制比 c d CMR A A K = ( ) （ 4） 有 源负载可 以增大放 大电路的 输出电流 。 ( ) （ 5） 在 输入信号 作用时， 偏置电路 改变了各 放大管的 动态电流 。 ( ) 解 ：（ 1） × （ 2） √ （ 3） √ （ 4） √ （ 5） × 第四章题解－1
三、电路如图T4.3所示,已知B1=B2=B3=100。各管的UBE均为0.7V, 试求lc2的值 134kg 图T4.3 解:分析估算如下 100uA B 1+B 四、电路如图T44所示 。 T4.4 第四章题解-2
三 、电 路如图 T4.3 所 示 ，已 知 β 1=β 2=β 3=100。各 管 的 UB E 均 为 0.7V， 试 求 IC 2 的 值 。 图 T4.3 解 ： 分析估 算如下： 100 CC BE2 BE1 = − − = R V U U I R μ A β C C0 B2 C0 B1 C E2 E1 C0 C1 C I I I I I I I I I I I I R = + = + = + = = = 100 1 C ⋅ ≈ = + = R R I I I β β μ A 四、电 路如图 T4.4 所 示 。 图 T4.4 第四章题解－2
(1)说明电路是几级放大电路,各级分别是哪种形式的放大电路(共 射、共集、差放……) (2)分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标(如增大放大倍 数、输入电阻……) 解:(1)三级放大电路,第一级为共集-共基双端输入单端输出差分放大 电路,第二级是共射放大电路,第三级是互补输出级 (2)第一级采用共集-共基形式,增大输入电阻,改善高频特性;利用 有源负载(T5、T6)增大差模放大倍数,使单端输出电路的差模放大倍数近 似等于双端输出电路的差模放大倍数,同时减小共模放大倍数 第二级为共射放大电路,以T、Tg构成的复合管为放大管、以恒流源作 集电极负载,增大放大倍数 第三级为互补输出级,加了偏置电路,利用D1、D2的导通压降使T9和 I10在静态时处于临界导通状态,从而消除交越失真 五、根据下列要求,将应优先考虑使用的集成运放填入空内。已知现有 集成运致的类型是:①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高压型 ⑥大功率型⑦高精度型 (1)作低频放大器,应选用 (2)作宽频带放大器,应选用 (3)作幅值为1μⅤ以下微弱信号的量测放大器,应选用。 (4)作内阻为100k9信号源的放大器,应选用。 (5)负载需5A电流驱动的放大器,应选用_。 (6)要求输出电压幅值为±80的放大器,应选用。 (7)宇航仪器中所用的放大器,应选用。 解:(1)① (2)③ (3)⑦ (4)② (5)⑥ (6)⑤ (7)④ 第四章题解一3
（ 1） 说 明电路是 几级放大 电路，各 级分别是 哪种形式 的放大电 路 （ 共 射 、共集、 差放……）； （ 2） 分 别说明各 级采用了 哪些措施 来改善其 性能指标 （如增大 放 大 倍 数 、输入电 阻……）。 解 ：（ 1）三 级 放 大 电 路 ，第 一 级为共集 -共基双端 输入单端 输出差分 放 大 电 路，第二 级是共射 放大电路 ，第三级 是互补输 出级。 （ 2） 第一级采 用共集 -共基形式， 增大输入 电阻，改 善高频特 性；利用 有 源 负载（ T5、 T6）增大 差 模放大 倍 数，使 单 端输出 电 路的差 模 放大倍 数 近 似 等于双端 输出电路 的差模放 大倍数， 同时减小 共模放大 倍数。 第二级 为共射放 大电路，以 T7、T8 构 成的复合 管为放大 管 、以恒流 源 作 集 电极负载 ，增大放 大倍数。 第三级 为互补输 出级，加 了偏置电 路，利用 D1、 D2 的 导通压降使 T9 和 T1 0 在 静态时 处于临界 导通状态 ，从而消 除交越失 真 。 五 、根 据下列要 求 ，将 应 优先考虑 使用的集 成运放填 入空内。已 知 现 有 集 成 运致的类 型是：① 通用型 ②高阻型 ③高速型 ④低功耗型 ⑤高压 型 ⑥ 大功率型 ⑦ 高精度 型 （ 1） 作 低频放大 器，应选 用 。 （ 2） 作 宽频带放 大器，应 选 用 。 （ 3） 作 幅值为 1μ V 以下微 弱信号的 量测放大 器，应选 用 。 （ 4） 作 内阻为 100kΩ信号源 的放大器 ，应选用 。 （ 5） 负 载 需 5A 电 流驱动的 放大器， 应选用 。 （ 6） 要 求输出电 压幅值为 ±80 的 放 大器，应 选 用 。 （ 7） 宇 航仪器中 所用的放 大器，应 选 用 。 解 ：（ 1） ① （ 2） ③ （ 3） ⑦ （ 4） ② （ 5） ⑥ （ 6） ⑤ （ 7） ④ 第四章题解－3
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Uop=±14V,分别计算差模输入电压u(即up-aN)为10μⅴ、100μ V、1mV、1V和-10μV、-100μV、-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 201g Aod = 100dB 当集成运放工作在线性区时,输出电压lo=A。dl1;当Adl1超过±14V 时,uo不是+14V,就是-14V。故u1(即up-uN)为10μV、100μV、1mV、 V和-10μV、-100μV、一1mV、一1V时,lo分别为IV、10V、14V、14V lⅤ、-10V l4V、-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 Aod rid Uo holi-3 dBH CmRr单位增益带宽 单位dB|M9 nAnA Hz dB|v/μV MHZ 100 200600 0012 1200 100|1000 50.020.03 86 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 第四章题解
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 100dB， 最大输出 电 压 峰 - 峰 值 Uopp＝ ±14V， 分 别计算差 模输入电压 uI（ 即 u P－ u N） 为 10μ V、 100μ V、 1mV、 1V 和 － 10μ V、 － 100μ V、 － 1mV、 － 1V 时 的输出电 压 u O。 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 u O＝ Ao d uI； 当 Ao d uI 超 过 ±14V 时 ，u O 不 是 ＋ 14V，就 是 － 14V。故 uI（ 即 u P－ uN）为 10μ V、100μ V、1mV、 1V 和 － 10μ V、－ 100μ V、－ 1mV、－ 1V 时 ，u O 分 别 为 1V、10V、14V、14V、 － 1V、 － 10V、 － 14V、 － 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 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。 第四章题解－4
4.4多路电流源电路如图P44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 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l。先求出R中电流,再求解lcl、lc2 UmHA-C=100以A R 1+ B B(1+B) B2+B+3 当B(1+B)>>3时 lc=le2≈l=100uA 第四章题解-5
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 ，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 μ A 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 β β β β β β β 当 β （ 1＋ β ） ＞ ＞ 3 时 IC1 = IC2 ≈ I R = 100 μ A 第四章题解－5
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/l=4,e-b 间电压约为0.7V。试求解lc1、lc2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lc1、lc2 个-U里=200A(其中B=07V) R B BIR c0=1=160uA I=lc =16ou a 2l=320uA 第四章题解-6
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 320μA 160μA 160μA 1 200μA ( 0.7V) C2 C0 C1 C0 C0 C0 C B C0 EB CC EB = = = = = + = = + = + = = − = I I I I I I I I I I I U R V U I R R R β β β 其中 第四章题解－6
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rds2。试求解电压放大倍数Aa=△uo/△u1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rst、rds2,所以电压放大倍数 Au的表达式为 A -△in(r1∥ △a=-8m(-s1∥r2) 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A2=△uo/△(un-u12)的表达式。 T 图 P4.7 第四章题解一7
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 r d s 1 和 r ds2。试求 解电压放 大倍数 Au=△ u O/△ 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 r ds1、 r ds2， 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 r d s 2 和 r ds4。试 求出两电 路 的 电压放大 倍 数 Au=△ u O/△ (uI 1－ uI 2 )的 表 达 式 。 图 P4.7 第四章题解－7
解:在图(a)(b)所示电路中 △i D2-4/ ≈MD2-△iD1 A(u g-- Alo- △(l 图(a)所示电路的电压放大倍数 A △(u1-l2 o(a2∥ △(u1-u2) ≈gm(a2∥ra4) 同理,图(b)所示电路的电压放大倍数 A≈gm(a2∥a4) 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-u12),则由此产生的差模电流为△i,求 解电路电流放大倍数A1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 (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+P)BAi, ≈2(1+B)B 第四章题解-8
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 ( ) ( ) ( ) ( ) I1 I2 O ds2 ds4 I1 I2 O u g r r u u i r r u u u A ∥ ∥ ≈ ∆ − = −∆ ∆ − ∆ = m ds2 ds4 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（ uI 1－ uI 2），则 由此产 生的差模 电流为△ i D，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 β β β β 2(1 ) 2(1 ) I O O I ≈ + ∆ ∆ = ∆ ≈ + ∆ i i A i i i 第四章题解－8
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T 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,故输岀电流变化量及电路电流放大倍数分别 为 0≈2(1+B)B△1 (1+B)B 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,Rε1远大于二极管的正向电阻。当u=l12=0V时,lo=0V R 图P4.10 (1)求解电压放大倍数的表达式: 第四章题解-9
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 β β β β 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 ， u O＝ 0V。 图 P4.10 （ 1）求解电 压放大倍 数的表达 式 ； 第四章题解－9
(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 R Ibe A2=-B An=A1·A (2)当有共模输入电压时,uo近似为零。由于R1>>rd,△uc1≈△uc2, 因此△uBE3≈0,故l0≈0 411电路如图P4.11所示,T1与T2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 (1)该电路采用了 A.共集-共基接法 RRR。 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 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 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 第四章题解-10
（ 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 = ⋅ = − ⋅ ≈ − ⋅ β β ∥ （ 2）当有共 模输入电 压时，uO 近 似 为 零 。由 于 Rc 1＞ ＞ r d，△ uC 1≈ △ uC 2， 因 此 △ uB E3≈ 0， 故 u O≈ 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 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 第四章题解－10