第五章集成运算放大器电路 习题

集成运算放大器电路

第五章习题

集成运算放大器电路

5.2 电路如图所示，试求各支路电流值。设各晶体管 b >> 1 , U = 0 .7 V。BE ( on )

+6V IR 5k I5 V5 V1 I3 I4

V2

V3

V4

6V

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解：图5.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求 参考电流， 6 - (- 6) - 2´ 0.7 =1.8(mA) I = R 1+ 5I 5 = I R = 1 .8 (mA)

5 I = I = 0 . 9 (mA) 3 10 R

I

4

=

5 2

I

R

= 4 . 5 (mA)

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5.4 对称差动放大电路如题图5.4所示。已知晶体管T1 和T2的 b = 50 , 并设UBE(on)=0.7V,rbb’=0,rce= 。UCC

RC 5.1kΩV1 V2

+ ui1

+ ui2

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(1)求V1和V2的静态集电极电流ICQ、UCQ和 晶体管的输入电阻rb’e。 (2)求双端输出时的差模电压增益Aud,差模 输入电阻Rid和差模输出电阻Rod。 (3)若RL接V2集电极的一端改接地时，求差模 电压增益Aud(单),共模电压增益Auc和共模 抑制比KCMR,任一输入端输入的共模输入电 阻Ric,任一输出端呈现的共模输出电阻Roc。 (4) 确定电路最大输入共模电压范围。

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解:(1)因为电路对称，所以I U - 0.7 6 - 0.7 =I = EE = EE = = 0.52 mA I 1 CQ C2 Q 2 2 2 ) 2 ( 5.1 + ) 2 (R + E R 50 B C1Q U 26 = b × T = 50 ´ = 2.5 k W r b' e I 0 . 52 C1Q U C1Q =U = 6 - 0 . 52 ×5 . 1 = 3 . 35 V

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(2)差模电压增益 1 1 R // R 5 .1 //( ×5.1) 2 = - b C 2 L = - 50 × -19 A ud R +r 2 + 2. 5 b b'e 差模输入电阻： Rid = 2( R + r ) = 2(2 + 2.5)kW = 9kW b'e 差模输出电阻： Rod = 2 RC = 2 ×5 . 1 k W = 10 . 2 k W(3)单端输出差模电压增益： R // R 1 5.1 // 5.1 -14.2 A ( 单) = - b C L = - ´ 50 ´ ud 2 R +r 2 2 + 2 .5 B b'e 1

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共模电压增益：R R 5 . 1 5 .1 = -b = -50 = -0. 24 C(L ) A uc R + r + 1 + b 2R 2 + 2.5 + 51 ´ 2 ´ 5. 1 B b'e E

共模抑制比： K = A vd A vc =

CMR

14 . 2 0 . 24

=

59 . 2

共模输入电阻： + (1 + b )2 R } = 262 .35k W R = 1/2 R + r { B ic b' e E 共模输出电阻： Roc = RC = 5 . 1 k W

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(4)设晶体管的UCB=0为进入饱和区，并略去RB上的压 降。为保证V1和V2工作在放大区，正向最大共模输入电 压Uic(max)应满足下式： -V -V V (max) BE(on) EE ´ R V - ic v ic (max) CC C 2R EE - 0.7 + 6 v (max) = 6 - ic = 5.1 2 ´ 5.1 2 . 23 V ,否则晶体管饱和。 V ic (max)

如果题图7.1中的RE是用恒流源IEE,则只要 V - EE R v ic (max) CC C 2 I

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为保证V1和V2工作在放大区，负向最大共模输入电压 Uic(min)应满足下式：>V +V = -6 + 0 . 7 = -5 . 3 ( V ) v ic(min) EE BE(on)

否则晶体管截止。 由上可得最大共模输入范围为 - 5.3V < V ic 2 . 23 V

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5.6 电路如题图5.6。已知V1、V2、V3管的 b = 50 , rbb = 200 WUCC = U EE = 15 V , RC = 6 K W, R = 20 K W, R2 = 10 K W, R3 = 2 . 1K W 1

(1)若ui1=0,ui2=10sinωt(mV),试求uo=? (2)若ui1=10sinωt(mV),ui2=5mV,试画出uo的波形图。 (3)若ui1=ui2=Uic,试求Uic允许的最大变化范围。 (4)当R1增大时，Aud、Rud将如何变化？

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RU 10 ´ 15 = 2 EE = = 5V 解：(1) U R2 R +R 20 + 10 1 2 U -U 5 - 0 .7 I = R2 = 2 mA

I BE = CB E3 R 2.1 3 1 1 = I = 2 ´ = 1 mA I EQ 2 C3 226 26 = r +(1 + b ) = 200 + 51 ´ = 1 .5 K W r be bb I 1 CQ bR U 50 ´ 6 =- C == - 200 A = o ud U - U r 1 .5 i1 i2 be -2 = A (u - u ) = - 200 × (- 10 sin wt ) = 2 . 0 sin wt (V ) u 0 ud i1 i2 u0 = A (ui1 - ui2 ) = -200×( sin wt - 5 mV ) = (- 2 sin wt + 1 ) 10 V ud

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其波形如图所示

RU 20 ´15 = -10V (3)U = 1 EE = B 3 R +R 10 + 20 1 2 U = U - I R = 15 -1 ´ 6 = 9V C 1 CC CQ C 故共模输入电压U 应满足：-10V < U < 9V ic ( ic ) r (r ) , I (4)R U I ( I ) I 1 R2 E3 C 1 EQ E2 1 Q be be 1 2

使得Aud减小，而Rid增大

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= w 5.8差动放大电路如题图5.8所示。 ui 0.15sin t (V ) 试通过计算画出输出电压波形。设晶体管的 UBE(on)=0.7V,IE=2mA。20V RC 5k V3 + ui V1 V2 5k + 5V 14. 3 ωt uo/V

RC 5k

uo

0

IE (b)(a) 题图5.8 -20V

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解：略去V3基极电流的影响， = 20 - I E R = 20 - 1 ×5 = 15 V C2 C 2 =U - U ( ) = 15 - 0 . 7 = 14 . 3 V U E3 C2 BE on 即输出电压的静态电压为14.3。 略去V3的输入电阻对V2的负载影响，由图5.8(a)可看出， 不失真的输出电压峰值为

U

= E R = ´ 2 ´ 5 = 5V 2 C 2 。如根据线性放大计算， I R C2 C 1 bR 1 bR 1 R I = = = C C2Q u = 14 . 42 sin wt (V ) u C u C u o i U i i 2 r 2 2 U b T b'e T I C2Q 很明显，输出电压失真被双向限幅，如5.8(b)所示。

I

1

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5.9电路见题图7.10。设 U CC = U CE = 15 V , I = 2mA, uid = 1 . 2 sin w t ( V ) RC = 5 K W , (1)试画出u0当波形，并标出波形当幅度。 (2)若RC变为 10 k W ,u0波形有何变化？为什么

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解：(1)由于Uid=1.2V>>0.1V,电路 呈现限幅特性，其u0波形如题图(b)所示。 (2)当RC变为时，u0幅度增大，其值接 近±15V,此时，一管饱和，另一管截止。

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