2022年2022年集成运算放大器习题集及答案 .pdf

1 第二章题 3.2.1某集成运放的一个偏置电路如图题3.2.1 所示，设T1、T2管的参数完全相同。问：(1) T1、T2和 R 组成什么电路？(2) IC2与 IREF有什么关系？写出IC2的表达式。图题 3.2.1 解： (1) T1、T2和 R2组成基本镜像电流源电路(2) REFBECCREFCRVVII2题 3.2.2在图题 3.2.2 所示的差分放大电路中，已知晶体管的=80，rbe=2 k。(1) 求输入电阻Ri和输出电阻Ro；(2) 求差模电压放大倍数vdA。图题 3.2.2 解： (1) Ri=2(rbe+Re)=2(2+0.05)=4.1 k Ro=2Rc=10 k(2) 6605.0812580)1(ebecvdRrRA题 3.2.3在图题 3.2.3 所示的差动放大电路中，设 T1、T2管特性对称，1=2=100， VBE=0.7V ，且 rbb=200，其余参数如图中所示。(1) 计算 T1、T2管的静态电流ICQ和静态电压VCEQ，若将 Rc1短路，其它参数不变，则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 2 T1、T2管的静态电流和电压如何变化？(2) 计算差模输入电阻Rid。当从单端（ c2）输出时的差模电压放大倍数2dA=?；(3) 当两输入端加入共模信号时，求共模电压放大倍数2cA和共模抑制比KCMR；(4) 当 vI1=105 mV ，vI2=95 mV 时，问 vC2相对于静态值变化了多少？e点电位 vE变化了多少？解： (1) 求静态工作点：mA56.0102101/107122)1/(1ebBEEECQRRVVIV7. 07.01010056.01BEbBQEVRIVV1.77.01056.012EcCQCCCEQVRIVV若将 Rc1短路，则mA56.021QCQCII（不变）V7.127.0121ECCQCEVVVV1.77.01056.0122EcCQCCQCEVRIVV（不变）(2) 计算差模输入电阻和差模电压放大倍数：k9.456.026101200)1(EQTbbbeIVrrk8.29) 9.410(2)(2bebidrRR5 .338.2910100)( 22bebcdrRRA(3) 求共模电压放大倍数和共模抑制比：5.0201019. 410101002)1(2ebebccRrRRA675. 05.3322cdCMRAAK（即 36.5dB）(4) 当 vI1=105 mV ，vI2=95 mV 时，mV109510521IIIdvvvmV100295105221IIIcvvvmV285100)5.0(105 .33222IccIddOvAvAv所以， VO2相对于静态值增加了285 mV 。由于 E 点在差模等效电路中交流接地，在共模等效电路中VE随共模输入电压的变化名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3 而变化（射极跟随器） ，所以，mV100IcEvv，即 e点电位增加了100 mV 。题 3.2.4差分放大电路如图题3.2.4 所示，设各晶体管的 =100， VBE=0.7V， 且 rbe1=rbe2=3 k，电流源 IQ=2mA ，R =1 M，差分放大电路从c2端输出。(1) 计算静态工作点（IC1Q，VC2Q和 VEQ） ；(2) 计算差模电压放大倍数2dA，差模输入电阻Rid和输出电阻Ro；(3) 计算共模电压放大倍数2cA和共模抑制比KCMR；(4) 若 vI1 =20sint mV ，vI2 =0，试画出 vC2和 vE的波形，并在图上标明静态分量和动态分量的幅值大小，指出其动态分量与输入电压之间的相位关系。图题 3.2.4 解： (1) 计算静态工作点：mA12121QQCQCIIIV5.45 .116)/(22LcQCCCLcLQCRRIVRRRVV71.0110017.0 VRIVVbBQBEEQ(2) 计算差模电压放大倍数，输入电阻和输出电阻：75.18) 31(2)3/3(100)(2)/(2bebLcdrRRRAk8)(2bebidrRRk3coRR(3) 计算共模电压放大倍数和共模抑制比：42105.72000101315.11002)1(RrRRAbebcc25000105.775.18422cdCMRAAK（即 88dB）(4) 若 vI1 =20sint mV ，vI2 =0，则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 4 (V)sin375.022tvAvidc(V)sin01.0tvvicetvVvcQCCsin375.05.4222（V）tvVveEQEsin01.071.0（V）vC2和 vE的波形如图3.2.4 所示，它们的动态分量与输入电压vI1之间都相位相同。图 3.2.4 题 3.2.5FET 组成的差分放大电路如图题3.2.5 所示。已知JFET 的 gm=2 mS，rds=20 k。(1) 求双端输出时的差模电压放大倍数vdA；(2) 求单端输出时的差模电压放大倍数1vdA、共模电压放大倍数1vcA和共模抑制比KCMR；图题 3.2.5 解： (1) 双端输出时，3.13)20/10(2)/(2)/(2dsdmgsdsdgsmidovdrRgVrRVgVVA(2) 单端输出时，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 5 7 .6)20/10(221)/(212)/(11dsdmgsdsdgsmidovdrRgVrRVgVVA325.02021)20/10(221)/(1smdsdmvcRgrRgA5.20325.07.611vcvdCMRAAK（即 26.3 dB）题 3.2.6采用射极恒流源的差分放大电路如图题3.2.6 所示。设差放管T1、T2特性对称，1 = 2 = 50，rbb=300 ，T3管3 = 50，rce3 = 100 k，电位器Rw的滑动端置于中心位置，其余元件参数如图中所示。(1) 求静态电流ICQ1、ICQ2、ICQ3和静态电压VOQ；(2) 计算差模电压放大倍数2dA，输入电阻Rid和输出电阻Ro；(3) 计算共模电压放大倍数2cA和共模抑制比KCMR；(4) 若 vI1=0.02sint V， vI2 =0，画出 vO的波形， 并标明静态分量和动态分量的幅值大小，指出其动态分量与输入电压之间的相位关系。图题 3.2.6 解： (1) 求静态工作点：mA4.15.15030/107.012301010/33212113ebbBEEEbbbCQRRRVVRRRImA7.021321CQCQCQIII名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - 6 V5.2)10/10(7.010101210)/(22LcCQCCLcLOQRRIVRRRV(2) 计算差模性能指标：k2.27.02651300)1(121QCTbbbebeIVrrrk25.14.126513003ber8.121.051)2.25(2550)1()(2)/(12wbebLCdRrRRRARid=2(Rb+rbe1)+(1+)Rw=2(5+2.2)+51 0.1=19.5 kRo=Rc=10 k(3) 计算共模性能指标：k832100)5.125.130/105.1501()1(333333ceebebeorRrRRR003.0)832205.0(512.25550)221)(1 ()/(322owbebLccRRrRRRA4267003.08 .1222cdCMRAAK（即 72.6 dB）(4) 若 vI1=0.02sint V，vI2 =0 时，则(V)sin26.05.2122tvAVvIdQOOvO波形如图所示，其动态分量与vI1之间相位相同。题 3.2.7在图题 3.2.7 所示电路中，设各晶体管均为硅管，= 100，rbb=200 。(1) 为使电路在静态时输出直流电位VOQ=0，Rc2应选多大？(2) 求电路的差模电压放大倍数vdA；(3) 若负电源（ 12V）端改接公共地，分析各管工作状态及VO的静态值。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - 7 图题 3.2.7 解： (1) 当 VOQ=0 时， ICQ3Rc3=Vcc， ICQ3=VCC/Rc3=12/12=1 mA mA01.01001333CQBQIImA12.0477 .0122121Re22IIIEQCQIRc2=ICQ2-IBQ3=0.12-0.01=0.11 mA k64.811.07.025.0123332RcBEeCQcIVRIR(2) 求差模电压放大倍数vdA：k1.2212.02610120021beberrk83.21261012003ber第二级（ CE 反相放大级）输入电阻为Ri2：Ri2=rbe3+(1+3)Re3=2.83+1010.25=28.1 k差模放大级：151.222)1.28/64.8(1002)/(1221beicvdrRRA反相放大级：7.421.2812100232icvRRA5.64021vvdvdAAA(3) 若负电源 （-12V）端改为接地， 则因静态时VB1=VB2=0，故 T1、T2管处于截止状态，ICQ2=0，VB3=12V ，所以 T3管也处于截止状态。故VOQ=0。题 3.2.8三级放大电路如图题3.2.8 所示，已知： rbe1 = rbe2 = 4 k，rbe3 = 1.7 k，rbe4 = rbe5 = 0.2 k，各管的= 50。图中所有电容在中频段均可视作短路。试画出放大电路的交流通路，计算中频电压放大倍数vA，输入电阻Ri和输出电阻Ro。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 8 图题 3.2.8 解： 交流通路为：图 3.2.5 输入级差分放大电路的电压放大倍数为97. 742)/1.5(5023111bebeLvrrRA（rbe3是中间级的输入电阻）中间级共射放大电路的电压放大倍数为1747.1)/8.6(503322ibeLvRrRA（Ri3是输出级的输入电阻）其中，k6 .4512.812.8512 .0)/2.8)(1(43LbeiRrR输出级的电压放大倍数近似为1 13vA所以，总的电压放大倍数为：1387321vvvvAAAA输入电阻和输出电阻为：k482.882.8)2/(2.81beirRk13.018.6/2.84beorR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 9 题 3.2.9判断下列说法是否正确：(1) 由于集成运放是直接耦合放大电路，因此只能放大直流信号，不能放大交流信号。(2) 理想运放只能放大差模信号，不能放大共模信号。(3) 不论工作在线性放大状态还是非线性状态，理想运放的反相输入端与同相输入端之间的电位差都为零。(4) 不论工作在线性放大状态还是非线性状态，理想运放的反相输入端与同相输入端均不从信号源索取电流。(5) 实际运放在开环时，输出很难调整至零电位，只有在闭环时才能调整至零电位。解： (1) 错误。集成运放可以放大交流信号。(2) 正确。(3) 错误，当工作在非线性状态下，理想运放反相输入端与同相输入端之间的电位差可以不为零。(4) 正确。(5) 正确。题 3.2.10已知某集成运放开环电压放大倍数Aod5000，最大电压幅度Vom 10V，接成闭环后其电路框图及电压传输特性曲线如图题3.2.10（a） 、 （b）所示。图（a）中，设同相端上的输入电压vI(0.5+0.01sint)V ，反相端接参考电压VREF0.5V，试画出差动模输入电压 vId和输出电压vO随时间变化的波形。图题 3.2.10 解： vO=AodvId=50000.001sint=50sint (V) ，但由于运放的最大输出电压幅度为Vom=10V ，所以当 vId 2 mV 时，按上述正弦规律变化；而当vId 2 mV 时， vO已饱和。输出电压波形如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 10 题 3.2.11已知某集成运放的开环电压放大倍数Aod104（即 80dB） ，最大电压幅度Vom10V，输入信号vI按图题 3.2.11 所示的方式接入。设运放的失调和温漂均不考虑，即当vI0 时， vO0，试问：(1) 当 vI1 mV 时， vO等于多少伏？(2) 当 vI1.5 mV 时， vO等于多少伏？(3) 当考虑实际运放的输入失调电压VIO2 mV 时，问输出电压静态值VO为多少？电路能否实现正常放大？图题 3.2.11 解： (1) 当 vI1 mV 时，则vO-AodvI-1041 mV-10 V （临界饱和输出）(2) 当 vI1.5 mV 时，则vO-AodvI-1041.5 mV-15 V ，已超过饱和输出值，所以实际vO为-10V。(3) 若 VIO2 mV 时，则静态时VOQ-AodVIO-10V ，已处于反向饱和状态，放大器不能实现正常放大。题 3.2.12试根据下列各种要求，从运放参数表（教材中表3.2.1）中选择合适的运放型号。(1) 作一般的音频放大，工作频率f10 kHz，增益约为40 dB。(2) 作为微伏级低频或直流信号放大。(3) 用来与高内阻传感器（如Rs10 M）相配合。(4) 作为便携式仪器中的放大器（用电池供电）。(5) 要求输出电压幅度Vom 24V。(6) 用于放大10 kHz 方波信号，方波的上升沿与下降沿时间不大于2s，输出幅度为10V。解： (1) 可选用通用型运放CF741（A741） 。(2) 可选用高精度型运放CF7650（ICL7650 ） 。(3) 宜选用高阻型运放5G28。(4) 宜选用低功耗型运放CF3078（CA3078 ） 。(5) 宜选用高压型运放CF143（LM143 ） 。(6) 可选用高速型运放CF715 或宽带型运放CF507。题 3.2.13差分放大电路如图题3.2.13 所示，其中三极管采用Q2N3904， 二极管为 DIN4148 。电源电压为 +VCC=+15V ，-VEE =-15V 。试用 PSPICE 程序仿真分析：(1) 设置直流分析， 以 Vi 为扫描对象， 仿真分析差分放大电路的静态工作点IC1Q、IC2Q、VC1Q、VEQ；(2) 在上述分析后，查看差分放大电路的电压传输特性曲线，并解释电压传输特性曲线上的非线性特性；(3) 设置交流分析，分析差分放大电路的频率特性；(4) 设置瞬态分析，分析差分放大电路的各个电压波形vB、vE、vO，并注意它们的相位和大小；(5) 将输入端改接成差模输入，设置交流分析，计算其差模电压放大倍数；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 11 (6) 将输入端改接成共模输入，设置交流分析，计算其共模电压放大倍数。图题 3.2.13 解： (1) 将分析方式设置为直流分析，以输入信号源作为直流分析的扫描对象。直流分析设置参数为： Sweep Var. Type为 Voltage Source，Sweep Type 为 Linear，Name：Vi，Start Value：-0.1，End Value：0.1，Increment：0.001V。通过 PSPICE 仿真可得到： IC1QIC2Q0.685 mA，VC1QVC2Q14.32 V，VEQ-651 mV 。(2) 通过上述直流扫描分析可以查看差分放大电路的电压传输特性曲线，如图3.2.13(1)所示。由于三极管电流放大倍数的非线性， 电压传输特性曲线中放大区部分只是近似为直线。图 3.2.13(1) 电压传输特性曲线(3) 交流分析设置参数为：AC Sweep Type 为 Decade（十倍程扫描） ，Name：Vi，Pts./Decade：101（每十倍程扫描点数为10 点） ，Start Freq.：10，End Freq.：100meg。(4) 瞬态分析时信号源为VSIN 元件，属性设置为VOFF0，VAMPL 1mV ，FREQ1 K；瞬态分析设置参数为Print Step20ns，Final Time2ms。通过瞬态分析可得到差分放大电路中各点的波形，其中双端输出的电压波形如图3.2.13(2)所示。图 3.2.13(2) vO波形(5) 为了求差模电压放大倍数，需将信号源改为差模输入电压，然后进行交流扫描分析。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - 12 通过仿真可得该差分放大电路双端输出时的差模电压放大倍数为-26.0。(6) 为了求共模电压放大倍数，需将信号源改为共模输入电压，然后进行交流扫描分析。通过仿真可得该差分放大电路双端输出时的共模电压放大倍数为0，单端输出时的共模电压放大倍数为 -0.0003。题 3.2.14电路如图题3.2.6 所示，三极管用Q2N3904，其它参数不变。试用PSPICE 程序分析该电路：(1) 求电路的静态电流点；(2) 计算差模电压放大倍数Ad2、共模电压放大倍数Ac2和共模抑制比KCMR；(3) 若 vi=0.02sint (V) ，仿真分析vO的波形。解： 输入并编辑好电路图，如图3.2.14(1)所示。图 3.2. 14(1) 仿真分析电路图(1) 对电路进行仿真分析，可得静态工作点：VB1Q=26 mV，VB2Q = -27 mV ，VC1Q = 12 V，VC2Q = 2.4V ，VB3Q = -9.07 V ，VC3Q = -719.6 mV 。(2) 设置交流扫描分析（AC Sweep.） ，将信号源改为差模输入，可得差模电压放大倍数 Ad2为 21.47，将信号源改为差模输入，可得共模电压放大倍数Ac2为 1.610-4，共模抑制比 KCMR为 1.3105（即 102dB） 。(3) 设置瞬态分析若vi=0.02sint (V) ，可得仿真分析vO的波形如图3.2. 14(2)所示。图 3.2. 14(2) 输出波形曲线题 3.2.15电路如图题3.2.8 所示，三极管用 Q2N2222，设各管的=100，图中电容取50F，其它参数不变。试用PSPICE 程序分析：(1) 该放大电路的电压放大倍数Av，输入电阻Ri和输出电阻Ro；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 13 (2) 当输入电压取频率为1 kHz、幅值为 1 mV 的正弦信号时， 仿真分析该电路输出电压vO的波形和幅值。解： (1) 输入并编辑好电路图如图3.2.15(1)所示。图 3.2.15(1) 仿真分析电路图设置交流扫描分析（AC weep.）和瞬态分析。可得：中频源电压增益Av为 557（即54.9dB） ，输入电阻Ri为 7.47K，输出电阻Ro为 69.89。其中，源电压增益的对数幅频特性曲线如图3.2.15(2)所示。图 3.2.15(2) 电压增益对数幅频特性曲线(2) 当输入电压取频率为1 kHz、幅值为 1 mV 的正弦信号时， 仿真分析该电路输出端的电压波形如图3.2.15(3)所示。图 3.2.15(3) 输出波形曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -