集成運(yùn)算放大器習(xí)題集及答案

1、精品第二章集成運(yùn)算放大器題3.2.1某集成運(yùn)放的一個(gè)偏置電路如圖題3.2.1所示，設(shè)Ti、T2管的參數(shù)完全相同。問(wèn):Ti、T2和R組成什么電路?(2)IC2與Iref有什么關(guān)系？寫(xiě)出IC2的表達(dá)式。感謝下載載圖題3.2.1解：(1)Ti、T2和R2組成基本鏡像電流源電路(2) IC2VCCVBEREFRref題3.2.2在圖題3.2.2所示的差分放大電路中，已知晶體管的=80,rbe=2k(1)求輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；(2)求差模電壓放大倍數(shù)Avd。+ 10 V-10 V圖題3.2.2解：(1)Ri=2(rbe+Re)=2X(2+0.05)=4.1kQRo=2Rc=10kQ(2) Avd

2、Rcrbe(180 5662 81 0.05題3.2.3在圖題3.2.3所示的差動(dòng)放大電路中，設(shè)Ti、T2管特性對(duì)稱(chēng)，1=2=100,Vbe=0.7V ,且 rbb =200,其余參數(shù)如圖中所示。(1)計(jì)算、T2管的靜態(tài)電流Icq和靜態(tài)電壓Vceq,若將Rc1短路，其它參數(shù)不變，則T1、T2管的靜態(tài)電流和電壓如何變化？(2)計(jì)算差模輸入電阻Rd。當(dāng)從單端(C2)輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)人2=?；(3)當(dāng)兩輸入端加入共模信號(hào)時(shí)，求共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr；(4)當(dāng)VI1=105mV,vi2=95mV時(shí)，問(wèn)VC2相對(duì)于靜態(tài)值變化了多少？e點(diǎn)電位ve變化了多少？解：(1)求靜態(tài)工作

3、點(diǎn):1 CQVEEVBER1"/(1)2Re12 70.56 mA 10/101 2 100.56VeIbqRb1Vbe-100.70.7V100VCEQ VCC7.1V(2)I C1Q I C2QVce1qVccVCE2Q VCC0.56 mAVe 12ICQ Rc（不變）0.7 12.7 VVE 12 0.56 10 0.77.1V (不變)計(jì)算差模輸入電阻和差模電壓放大倍數(shù):Vtbe 瓜(1)- 200 101I EQ至 4.9 k 0.56Rid2(Rb%e) 2 (10 4.9)29.8kAd2Rc2(Rb 5)29.8%工33.5ICQRcVE120.56100.7CQC

4、E若將Rci短路，則求共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比:Ac2RcRb5(1 )2Re100 1010 4.9101 200.5KCMRAd2Ac2室670.5(即 36.5dB當(dāng) vI1=105 mV , vI2=95 mV時(shí),v1dvI1 vI 2 105 9510mVvI1 vI2105 95vIc； ；22100 mVvO2Ad2 vIdAc2 vIc33.5 10(0.5) 100 285 mV所以，VO2相對(duì)于靜態(tài)值增加了285 mV 。由于E點(diǎn)在差模等效電路中交流接地，在共模等效電路中Ve隨共模輸入電壓的變化而變化（射極跟隨器），所以,VevIc100mV,即e點(diǎn)電位增加了100mV

5、。題3.2.4差分放大電路如圖題3.2.4所示，設(shè)各晶體管的=100,Vbe=0.7V，且rbe1=rbe2=3k,電流源lQ=2mA,R=1M,差分放大電路從C2端輸出。(1)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)(IC1Q,VC2Q和VEQ)；(2)計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)Ad2,差模輸入電阻Rd和輸出電阻R。；(3)計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr;(4)若vii=20sintmV,vi2=0，試畫(huà)出vc2和ve的波形，并在圖上標(biāo)明靜態(tài)分量和動(dòng)態(tài)分量的幅值大小，指出其動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關(guān)系。圖題3.2.4解：(1)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn):I C1QVC2QVeqI C2Q2IQ1 mARlRcRlV

6、CCVbEI BQ RbIc2q(RcRl) 6 1 1.54.5V10.7V10.71 V100(2)計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)，輸入電阻和輸出電阻：(Rc/Rl)100(3/3)Ad218.752(Rb公)2(13)Rid2(Rbee)8kRoRc3k(3)計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比:Ac2Rb %(1)2R100 1.51 3 101 20007.5 10 4Ad218.75rrKcmr4-25000(即88dB)Ac27.5104(4)若vii=20sintmV,V12=0,貝Uvc2Ad2vi0.375sint(V)vevic0.01sint(V)Vc2Vc2qVc24.50.375

7、sint(V)vEVEQve0.710.01sint(V)vc2和ve的波形如圖3.2.4所示，它們的動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓VI1之間都相位相同。題 3.2.5圖 3.2.4FET組成的差分放大電路如圖題3.2.5 所示。已知 JFET 的 gm=2 mS , rds =20 k求雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)(2)求單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Avd1、共模電壓放大倍數(shù)Avc1和共模抑制比KCMR；r + 1(-( + 20 V)lokoUiokaUOJt曳_4?yl公lOkfl一強(qiáng)(-20V)圖題3.2.5解：(1)雙端輸出時(shí),aVoAvdVid2gmVgs(Rd/rds)2Vgsgm(Rd/r

8、ds)2(10/20)13.3(2)單端輸出時(shí),Vo1VdgmVgs(Rd ds)2Vgs1二gm(Rdrds)2Avc1gm(Rdds)1gm2Rs2(10/2O)0.3251220KCMRAvd1Avc16.70.32520.5(即26.3dB)題3.2.6采用射極恒流源的差分放大電路如圖題3.2.6所示。設(shè)差放管T1、T2特性對(duì)稱(chēng),1=2=50,rbb=300,T3管3=50,rce3=100k,電位器Rw的滑動(dòng)端置于中心位置，其余元件參數(shù)如圖中所示。(1)求靜態(tài)電流IcQ1、IcQ2、IcQ3和靜態(tài)電壓Voq；(2)計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)Ad2,輸入電阻Rd和輸出電阻Ro;(3)計(jì)算共模

9、電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr;(4)若vI1=0.02sintV,vi2=0,畫(huà)出vo的波形，并標(biāo)明靜態(tài)分量和動(dòng)態(tài)分量的幅值大小，指出其動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關(guān)系。解：求靜態(tài)工作點(diǎn):ICQ3圖題3.2.6Rb1b12VEE%Rb2VBE10Re3120.7103010/301.51.4mA50ICQ10.7mA(2)VOQ2RlRcRlVCC%Q2(RcRl)101210100.7(10/10)2.5V計(jì)算差模性能指標(biāo):'VT26rbe1rbe2rbb(1)300512.2kI0.726rbe330051一1.25k1.4Ad2(Rc Rl)2(Rb rbe1) (1)

10、Rw50 52 (5 2.2) 51 0.112.8Rd=2(Rb+rbe1)+(1+B)Rw=2x(5+2.2)+51X0.1=19.5kQRo=Rc=10kQ(3)計(jì)算共模性能指標(biāo):Ro3Ac2(1空e3)r(1501.5)100Rb3rbe3Re310301.251.5(RcRl)7;、，1r-、Rbrbe2(1)(2Rw2Ro3)832k50552.251(0.052832)0.003KCMR圈造4267WB)(4)若vi1=0.02sintV,V12=0時(shí)，則voV02QAd2Vi12.50.26sint(V)VO波形如圖所示，其動(dòng)態(tài)分量與VI1之間相位相同。題3.2.7在圖題3.2

11、.7所示電路中，設(shè)各晶體管均為硅管，=100,rbb=200(1)為使電路在靜態(tài)時(shí)輸出直流電位Voq=0,Rc2應(yīng)選多大？(2)求電路的差模電壓放大倍數(shù)Avd；(3)若負(fù)電源(12V)端改接公共地，分析各管工作狀態(tài)及Vo的靜態(tài)值。圖題3.2.7解：（1）當(dāng) Voq=0時(shí)，Icq3Rc3=Vcc,，Icq3=Vcc/Rc3=12/12=1mA1BQ31CQ31000.01mA,1,1120.7ICQ2IEQ2IRe-0.12mA2247Irc2=Icq2-Ibq3=0.12-0.01=0.11mA_I CQ3 Re3VBE3Rc2.I Rc21 0.25 0.70.118.64 k（2）求差模電

12、壓放大倍數(shù)Avd:26rbe1rbe220010122.1k0.12rbe32001012.83k1第二級(jí)（CE反相放大級(jí)）輸入電阻為Ri2：Ri2=rbe3+(1+伊)Re3=2.83+101X0.25=28.1kQ差模放大級(jí):Avd1(Rc2Ri2)100(8.6428.1)-'31525222.1反相放大級(jí):Av2Rc3Ri21001228.142.7AvdAvd1Av2640.5(3)若負(fù)電源(-12V)端改為接地，則因靜態(tài)時(shí)Vb產(chǎn)Vb2=0,故Ti、T2管處于截止?fàn)顟B(tài)，IcQ2=0,VB3=12V,所以T3管也處于截止?fàn)顟B(tài)。故Voq=0。題3.2.8三級(jí)放大電路如圖題3.2.

13、8所示，已知：rbei=rbe2=4k,rbe3=1.7k,rbe4=rbe5=0.2k,各管的=50。圖中所有電容在中頻段均可視作短路。試畫(huà)出放大電路的交流通路，計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù)Av,輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。r QHFtK 2 ktif圖題3.2.8解：交流通路為:圖 3.2.5輸入級(jí)差分放大電路的電壓放大倍數(shù)為Av10501&3）7.97（rbe3是中間級(jí)的輸入電阻）2%124中間級(jí)共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為Av2-RL250(6.8/Ri3)174(Ri3是輸出級(jí)的輸入電阻)be31.7.821其中，Ri3rbe4(1)(8.2Rl)0.25145.6k8.21輸出級(jí)的

14、電壓放大倍數(shù)近似為1Av31所以，總的電壓放大倍數(shù)為:AvAv1Av2Av31387輸入電阻和輸出電阻為：Ri8.2/(2%1)8284k8.28rbe46.8Ro8.2-b0.13k1題3.2.9判斷下列說(shuō)法是否正確：(1) 由于集成運(yùn)放是直接耦合放大電路，因此只能放大直流信號(hào)，不能放大交流信號(hào)。(2) 理想運(yùn)放只能放大差模信號(hào)，不能放大共模信號(hào)。(3) 不論工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)還是非線(xiàn)性狀態(tài)，理想運(yùn)放的反相輸入端與同相輸入端之間的電位差都為零。(4) 不論工作在線(xiàn)性放大狀態(tài)還是非線(xiàn)性狀態(tài)，理想運(yùn)放的反相輸入端與同相輸入端均不從信號(hào)源索取電流。(5) 實(shí)際運(yùn)放在開(kāi)環(huán)時(shí)，輸出很難調(diào)整至零電位，只

15、有在閉環(huán)時(shí)才能調(diào)整至零電位。(6) (1)錯(cuò)誤。集成運(yùn)放可以放大交流信號(hào)。(2) 正確。(3) 錯(cuò)誤，當(dāng)工作在非線(xiàn)性狀態(tài)下，理想運(yùn)放反相輸入端與同相輸入端之間的電位差可以不為零。(4) 正確。(5) 正確。題3.2.10已知某集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=5000,最大電壓幅度Vom=±10V,接成閉環(huán)后其電路框圖及電壓傳輸特性曲線(xiàn)如圖題3.2.10(a)、(b)所示。圖(a)中，設(shè)同相端上的輸入電壓vi=(0.5+0.01sint)V,反相端接參考電壓Vref=0.5V,試畫(huà)出差動(dòng)模輸入電壓vId和輸出電壓vO隨時(shí)間變化的波形。圖題3.2.10解：vo= Aod vid=5000

16、 X0.001sint=50sin t (V),但由于運(yùn)放的最大輸出電壓幅度為Vom =vid | > 2 mV 時(shí)，vo 已飽±10V,所以當(dāng)|vid|<2mV時(shí)，按上述正弦規(guī)律變化；而當(dāng)|和。輸出電壓波形如圖所示。題3.2.11已知某集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=104(即80dB),最大電壓幅度Vom=±10V,輸入信號(hào)vi按圖題3.2.11所示的方式接入。設(shè)運(yùn)放的失調(diào)和溫漂均不考慮，即當(dāng)vi=0時(shí)，vo=0,試問(wèn)：(1)當(dāng)vi=1mV時(shí)，VO等于多少伏?(2)當(dāng)vi=1.5mV時(shí)，vo等于多少伏？(3)當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓Vio=2mV時(shí)，問(wèn)

17、輸出電壓靜態(tài)值Vo為多少？電路能否實(shí)現(xiàn)正常放大?圖題3.2.11解：(1)當(dāng)vi=1mV時(shí)，則vo=-Aodvi=-104X1mV=-10V(臨界飽和輸出)(2)當(dāng)vi=1.5mV時(shí)，則vo=-Aodvi=-104X1.5mV=-15V,已超過(guò)飽和輸出值，所以實(shí)際vo為-10V。(3)若Vio=2mV時(shí)，則靜態(tài)時(shí)VoQ=-AodVio=-10V,已處于反向飽和狀態(tài)，放大器不能實(shí)現(xiàn)正常放大。題3.2.12試根據(jù)下列各種要求，從運(yùn)放參數(shù)表(教材中表3.2.1)中選擇合適的運(yùn)放型號(hào)。(1)作一般的音頻放大，工作頻率fW10kHz,增益約為40dB。(2)作為微伏級(jí)低頻或直流信號(hào)放大。(3)用來(lái)與高內(nèi)

18、阻傳感器(如Rs=10M)相配合。(4)作為便攜式儀器中的放大器(用電池供電)。(5)要求輸出電壓幅度Vom>I24VIo(6)用于放大10kHz方波信號(hào)，方波的上升沿與下降沿時(shí)間不大于2的，輸出幅度為±10V。解：(1)可選用通用型運(yùn)放CF741(A741)。(2) 可選用高精度型運(yùn)放CF7650(ICL7650)。(3) 宜選用高阻型運(yùn)放5G28。(4) 宜選用低功耗型運(yùn)放CF3078(CA3078)。(5) 宜選用高壓型運(yùn)放CF143(LM143)。(6) 可選用高速型運(yùn)放CF715或?qū)拵瓦\(yùn)放CF507。題3.2.13差分放大電路如圖題3.2.13所示，其中三極管采用Q

19、2N3904，二極管為DIN4148。電源電壓為+VCC=+15V，-VEE=-15V。試用PSPICE程序仿真分析：(1) 設(shè)置直流分析，以Vi為掃描對(duì)象，仿真分析差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)IC1Q、IC2Q、VC1Q、VEQ；(2) 在上述分析后，查看差分放大電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)，并解釋電壓傳輸特性曲線(xiàn)上的非線(xiàn)性特性；(3) 設(shè)置交流分析，分析差分放大電路的頻率特性；(4) 設(shè)置瞬態(tài)分析，分析差分放大電路的各個(gè)電壓波形vB、vE、vO，并注意它們的相位和大??；(5) 將輸入端改接成差模輸入，設(shè)置交流分析，計(jì)算其差模電壓放大倍數(shù)；(6) 將輸入端改接成共模輸入，設(shè)置交流分析，計(jì)算其共模電壓放

20、大倍數(shù)。圖題3.2.13解：(1)將分析方式設(shè)置為直流分析，以輸入信號(hào)源作為直流分析的掃描對(duì)象。直流分析設(shè)置參數(shù)為：SweepVar.Type為VoltageSource,SweepType為L(zhǎng)inear,Name:Vi,StartValue：-0.1,EndValue:0.1,Increment:0.001V。通過(guò)PSPICE仿真可得到：Iciq=Ic2q=0.685mA,Vciq=Vc2q=14.32V,Veq=-651mV。(2)通過(guò)上述直流掃描分析可以查看差分放大電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)，如圖3.2.13(1)所示。由于三極管電流放大倍數(shù)3的非線(xiàn)性，電壓傳輸特性曲線(xiàn)中放大區(qū)部分只是近似為

21、直線(xiàn)。U_Ul圖3.2.13(1)電壓傳輸特性曲線(xiàn)(3)交流分析設(shè)置參數(shù)為：ACSweepType為Decade(十倍程掃描)，Name:Vi,Pts./Decade:101(每十倍程掃描點(diǎn)數(shù)為10點(diǎn))，StartFreq.:10,EndFreq.:100meg。(4)瞬態(tài)分析時(shí)信號(hào)源為VSIN元件，屬性設(shè)置為VOFF=0,VAMPL=1mV,FREQ=1K;瞬態(tài)分析設(shè)置參數(shù)為PrintStep=20ns,FinalTime=2ms。通過(guò)瞬態(tài)分析可得到差分放大電路中各點(diǎn)的波形，其中雙端輸出的電壓波形如圖3.2.13(2)所示。Fil!*圖 3.2.13(2)vo 波形然后進(jìn)行交流掃描分析。(5

22、)為了求差模電壓放大倍數(shù)，需將信號(hào)源改為差模輸入電壓,通過(guò)仿真可得該差分放大電路雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)為-26.0。然后進(jìn)行交流掃描分析。(6)為了求共模電壓放大倍數(shù)，需將信號(hào)源改為共模輸入電壓,通過(guò)仿真可得該差分放大電路雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為0,單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為-0.0003。題3.2.14電路如圖題3.2.6所示，三極管用Q2N3904,其它參數(shù)不變。試用PSPICE程序分析該電路：(1)求電路的靜態(tài)電流點(diǎn)；(2)計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)Ad2、共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr；(3)若vi=0.02sint(V),仿真分析vo的波形。解：輸入并編輯好電路圖，如圖3.2.14(1)所示。圖3.2.14(1)仿真分