(電氣工程)集成運算放大器習題及答案

1、第二章 集成運算放大器題3.2.1 某集成運放的一個偏置電路如圖題3.2.1所示，設T1、T2管的參數(shù)完全相同。問：(1) T1、T2和R組成什么電路？(2) IC2與IREF有什么關系？寫出IC2的表達式。圖題3.2.1解：(1) T1、T2和R2組成基本鏡像電流源電路(2) 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b =80，rbe=2 kW。(1) 求輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；(2) 求差模電壓放大倍數(shù)。圖題3.2.2解：(1) Ri=2(rbe+Re)=2×(2+0.05)=4.1 kRo=2Rc=10 k(2) 題3.2.3 在圖題3.2.3所示的

2、差動放大電路中，設T1、T2管特性對稱，b1=b2=100，VBE=0.7V，且rbb=200W，其余參數(shù)如圖中所示。(1) 計算T1、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) 計算差模輸入電阻Rid。當從單端（c2）輸出時的差模電壓放大倍數(shù)=?；(3) 當兩輸入端加入共模信號時，求共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比KCMR；(4) 當vI1=105 mV，vI2=95 mV時，問vC2相對于靜態(tài)值變化了多少？e點電位vE變化了多少？解：(1) 求靜態(tài)工作點：若將Rc1短路，則（不變）（不變）(2) 計算差模輸入電阻和差模

3、電壓放大倍數(shù)：(3) 求共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比：（即36.5dB）(4) 當vI1=105 mV，vI2=95 mV時，所以，VO2相對于靜態(tài)值增加了285 mV。由于E點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，即e點電位增加了100 mV。題3.2.4 差分放大電路如圖題3.2.4所示，設各晶體管的b =100，VBE=0.7V，且rbe1=rbe2=3 kW，電流源IQ=2mA，R =1 MW，差分放大電路從c2端輸出。(1) 計算靜態(tài)工作點（IC1Q，VC2Q和VEQ）；(2) 計算差模電壓放大倍數(shù)，差模輸入電阻Rid和輸出電阻

4、Ro；(3) 計算共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比KCMR；(4) 若vI1 =20sinwt mV，vI2 =0，試畫出vC2和vE的波形，并在圖上標明靜態(tài)分量和動態(tài)分量的幅值大小，指出其動態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關系。圖題3.2.4解：(1) 計算靜態(tài)工作點：(2) 計算差模電壓放大倍數(shù)，輸入電阻和輸出電阻：(3) 計算共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比：（即88dB）(4) 若vI1 =20sinwt mV，vI2 =0，則（V）（V）vC2和vE的波形如圖3.2.4所示，它們的動態(tài)分量與輸入電壓vI1之間都相位相同。圖3.2.4題3.2.5 FET組成的差分放大電路如圖題所示。已知JFET的g

5、m=2 mS，rds=20 kW。(1) 求雙端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)；(2) 求單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比KCMR；圖題解：(1) 雙端輸出時，(2) 單端輸出時， （即26.3 dB）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。設差放管T1、T2特性對稱，b1 = b2 = 50，rbb=300 W，T3管b3 = 50，rce3 = 100 kW，電位器Rw的滑動端置于中心位置，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) 計算差模電壓放大倍數(shù)，輸入電阻Rid和輸出電阻Ro；(3) 計

6、算共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比KCMR；(4) 若vI1=0.02sinwt V，vI2 =0，畫出vO的波形，并標明靜態(tài)分量和動態(tài)分量的幅值大小，指出其動態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關系。圖題3.2.6解：(1) 求靜態(tài)工作點：(2) 計算差模性能指標：Rid=2(Rb+rbe1)+(1+)Rw=2×(5+2.2)+51×0.1=19.5 kRo=Rc=10 k(3) 計算共模性能指標： （即72.6 dB）(4) 若vI1=0.02sinwt V，vI2 =0時，則 vO波形如圖所示，其動態(tài)分量與vI1之間相位相同。題3.2.7 在圖題3.2.7所示電路中，設各晶體管均為

7、硅管，b = 100，rbb=200 W。(1) 為使電路在靜態(tài)時輸出直流電位VOQ=0，Rc2應選多大？(2) 求電路的差模電壓放大倍數(shù)；(3) 若負電源（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VOQ=0時，ICQ3·Rc3=Vcc， ICQ3=VCC/Rc3=12/12=1 mAIRc2=ICQ2-IBQ3=0.12-0.01=0.11 mA(2) 求差模電壓放大倍數(shù)：第二級（CE反相放大級）輸入電阻為Ri2：Ri2=rbe3+(1+3)Re3=2.83+101×0.25=28.1 k差模放大級：反相放大級：(3) 若負電源（

8、-12V）端改為接地，則因靜態(tài)時VB1=VB2=0，故T1、T2管處于截止狀態(tài)，ICQ2=0，VB3=12V，所以T3管也處于截止狀態(tài)。故VOQ=0。題3.2.8 三級放大電路如圖題3.2.8所示，已知：rbe1 = rbe2 = 4 kW，rbe3 = 1.7 kW，rbe4 = rbe5 = 0.2 kW，各管的b = 50。圖中所有電容在中頻段均可視作短路。試畫出放大電路的交流通路，計算中頻電壓放大倍數(shù)，輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。圖題3.2.8解：交流通路為：圖3.2.5輸入級差分放大電路的電壓放大倍數(shù)為 （rbe3是中間級的輸入電阻）中間級共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為 （Ri3是輸出

9、級的輸入電阻）其中，輸出級的電壓放大倍數(shù)近似為1所以，總的電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻和輸出電阻為：題3.2.9 判斷下列說法是否正確：(1) 由于集成運放是直接耦合放大電路，因此只能放大直流信號，不能放大交流信號。(2) 理想運放只能放大差模信號，不能放大共模信號。(3) 不論工作在線性放大狀態(tài)還是非線性狀態(tài)，理想運放的反相輸入端與同相輸入端之間的電位差都為零。(4) 不論工作在線性放大狀態(tài)還是非線性狀態(tài)，理想運放的反相輸入端與同相輸入端均不從信號源索取電流。(5) 實際運放在開環(huán)時，輸出很難調(diào)整至零電位，只有在閉環(huán)時才能調(diào)整至零電位。解：(1) 錯誤。集成運放可以放大交流信號。(2) 正確。(

10、3) 錯誤，當工作在非線性狀態(tài)下，理想運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 已知某集成運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod5000，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如圖題3.2.10（a）、（b）所示。圖（a）中，設同相端上的輸入電壓vI(0.5+0.01sinwt)V，反相端接參考電壓VREF0.5V，試畫出差動模輸入電壓vId和輸出電壓vO隨時間變化的波形。圖題3.2.10解：vO=Aod·vId=5000×0.001sinwt=50sinwt (V)，但由于運放的最大輸出電壓幅度

11、為Vom=±10V，所以當vId2 mV時，按上述正弦規(guī)律變化；而當vId2 mV時，vO已飽和。輸出電壓波形如圖所示。題3.2.11 已知某集成運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod104（即80dB），最大電壓幅度Vom±10V，輸入信號vI按圖題3.2.11所示的方式接入。設運放的失調(diào)和溫漂均不考慮，即當vI0時，vO0，試問：(1) 當vI1 mV時，vO等于多少伏？(2) 當vI1.5 mV時，vO等于多少伏？(3) 當考慮實際運放的輸入失調(diào)電壓VIO2 mV時，問輸出電壓靜態(tài)值VO為多少？電路能否實現(xiàn)正常放大？圖題3.2.11解：(1) 當vI1 mV時，則vO -Aod

12、·vI -104×1 mV-10 V （臨界飽和輸出）(2) 當vI1.5 mV時，則vO -Aod·vI -104×1.5 mV-15 V，已超過飽和輸出值，所以實際vO為-10V。(3) 若VIO2 mV時，則靜態(tài)時VOQ-Aod·VIO-10V，已處于反向飽和狀態(tài)，放大器不能實現(xiàn)正常放大。題3.2.12 試根據(jù)下列各種要求，從運放參數(shù)表（教材中表3.2.1）中選擇合適的運放型號。(1) 作一般的音頻放大，工作頻率f10 kHz，增益約為40 dB。(2) 作為微伏級低頻或直流信號放大。(3) 用來與高內(nèi)阻傳感器（如Rs10 MW）相配合。

13、(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±24V。(6) 用于放大10 kHz方波信號，方波的上升沿與下降沿時間不大于2s，輸出幅度為±10V。解：(1) 可選用通用型運放CF741（A741）。(2) 可選用高精度型運放CF7650（ICL7650）。(3) 宜選用高阻型運放5G28。(4) 宜選用低功耗型運放CF3078（CA3078）。(5) 宜選用高壓型運放CF143（LM143）。(6) 可選用高速型運放CF715或?qū)拵瓦\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Q2N3904，二極管為

14、DIN4148。電源電壓為+VCC=+15V，-VEE =-15V。試用PSPICE程序仿真分析：(1) 設置直流分析，以Vi為掃描對象，仿真分析差分放大電路的靜態(tài)工作點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，并解釋電壓傳輸特性曲線上的非線性特性；(3) 設置交流分析，分析差分放大電路的頻率特性；(4) 設置瞬態(tài)分析，分析差分放大電路的各個電壓波形vB、vE、vO，并注意它們的相位和大小；(5) 將輸入端改接成差模輸入，設置交流分析，計算其差模電壓放大倍數(shù)；(6) 將輸入端改接成共模輸入，設置交流分析，計算其共模電壓放大倍數(shù)。圖題3.2.

15、13解：(1) 將分析方式設置為直流分析，以輸入信號源作為直流分析的掃描對象。直流分析設置參數(shù)為：Sweep Var. Type為Voltage Source，Sweep Type為Linear，Name：Vi，Start Value：-0.1，End Value：0.1，Increment：0.001V。通過PSPICE仿真可得到：IC1QIC2Q0.685 mA，VC1QVC2Q14.32 V，VEQ-651 mV。(2) 通過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，如圖3.2.13(1)所示。由于三極管電流放大倍數(shù)的非線性，電壓傳輸特性曲線中放大區(qū)部分只是近似為直線。圖3

16、.2.13(1) 電壓傳輸特性曲線(3) 交流分析設置參數(shù)為：AC Sweep Type為Decade（十倍程掃描），Name：Vi，Pts./Decade：101（每十倍程掃描點數(shù)為10點），Start Freq.：10，End Freq.：100meg。(4) 瞬態(tài)分析時信號源為VSIN元件，屬性設置為VOFF0，VAMPL1mV，F(xiàn)REQ1 K；瞬態(tài)分析設置參數(shù)為Print Step20ns，F(xiàn)inal Time2ms。通過瞬態(tài)分析可得到差分放大電路中各點的波形，其中雙端輸出的電壓波形如圖3.2.13(2)所示。圖3.2.13(2) vO波形(5) 為了求差模電壓放大倍數(shù)，需將信號源改為

17、差模輸入電壓，然后進行交流掃描分析。通過仿真可得該差分放大電路雙端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)為-26.0。(6) 為了求共模電壓放大倍數(shù)，需將信號源改為共模輸入電壓，然后進行交流掃描分析。通過仿真可得該差分放大電路雙端輸出時的共模電壓放大倍數(shù)為0，單端輸出時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；(2) 計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=0.02sinwt (V)，仿真分析vO的波形。解：輸入并編輯好電路圖，

18、如圖3.2.14(1)所示。圖3.2. 14(1) 仿真分析電路圖(1) 對電路進行仿真分析，可得靜態(tài)工作點：VB1Q=26 mV，VB2Q = -27 mV，VC1Q = 12 V，VC2Q = 2.4V，VB3Q = -9.07 V，VC3Q = -719.6 mV。(2) 設置交流掃描分析（AC Sweep.），將信號源改為差模輸入，可得差模電壓放大倍數(shù)Ad2為21.47，將信號源改為差模輸入，可得共模電壓放大倍數(shù)Ac2為1.6×10-4，共模抑制比KCMR為1.3×105（即102dB）。(3) 設置瞬態(tài)分析若vi=0.02sinwt (V)，可得仿真分析vO的波形如圖3.2. 14(2)所示。圖3.2. 14(2) 輸出波形曲線題3.2.15 電路如圖題3.2.8所示，三極管用Q2N2222，設各管的b=100，圖中電容取50F，其它參數(shù)不變。試用PSPICE程序分析：(1) 該放大電路的電壓放大倍數(shù)Av，輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；(2) 當輸入電壓取頻率為1 kH