模拟电子技术第四版童诗白主编 练习题第4章 集成运算放大电路

第4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( C )。

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( B )。 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( C )。

A.指标参数准确 B.参数不受温度影响 C.参数一直性好 (4)集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以( A )。 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 )。 A.共射放大电路 B.共集放大电路 C.共基放大电路

二、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。 (1)运放的输入失调电压UIO是两输入端电位之差。( × ) (2)运放的输入失调电流IIO是两输入端电流之差。( √ )

(3)运放的共模抑制比KCMR?AdAc。( √ )

(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。( × )

三、电路如图T4.3 所示，已知β1＝β2＝β3= 100 。各管的UBE均为0.7V , 试求IC2的值。 解：分析估算如下：

IR?IB2?VCC?UBE2?UBE1?100?A

R2IB0??IB02???IB0；

1??1??2????)IB01??

图T4.3

IR??IB0?IB2?(IC2??IB2??2???IB0。比较上两式，得

1??IC2??(2??)?IR?IR?100?A

2????(1??)四、电路如图T4.4所示。

图T4.4

(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Dl、D2的导通压降使T9和T10在静态时处于临界导通状态，从而消除交越失真。

习题

4.1根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。已知现有集成运放的类型是：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( ① )。 (2)作宽频带放大器，应选用( ③ )。

(3)作幅值为1μV以下微弱信号的量测放大器，应选用( ⑦ )。 (4)作内阻为100kΩ。信号源的放大器，应选用( ② )。 (5)负载需5A电流驱动的放大器，应选用( ⑥ )。 (6)要求输出电压幅值为±80V的放大器，应选用( ⑤)。 (7)宇航仪器中所用的放大器，应选用( ④ )。

4. 2 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 单位 A1 A2 A3 A4

解：A1为通用型运放，A 2为高精度型运放，A3为高阻型运放，A4为高速型运放。

4.3 多路电流源电路如图P4.3所示,已知所有晶体管的特性均相同,UBE均为0.7V。试求IC1、IC2各为多少。

Aod dB 100 130 100 100 rid MΩ 2 2 1000 2 UIO mV 5 0.01 5 2 IIO nA 200 2 0.02 20 IIB nA 600 40 0.03 150 -3dBfH Hz 7 7 KCMR dB 86 120 86 96 SR V/μV 0.5 0.5 0.5 65 增益带宽 MHz 5 12.5

图P4.3 图P4.4

解：因为Tl 、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IC。先求出R 中电流，再求解IC1、IC2。

IR?VCC?UBE4?UBE0?100?A

RIR?IC0?IB3?IC0?3IC3IB?IC?

1???(1??)?2??IC?2I

????3R 当

4.4电路如图P4.4 所示，Tl 管的低频跨导为gm , Tl和T2管d-s 间的动态电阻分别为rds1和rds2。试求解电压放大倍数

?(1??)??3时，IC1?IC2?IR?100?A。

Au??uO/?uI的表达式。

解：由于T2和T3 所组成的镜像电流源是以Tl 为放大管的共射放大电路的有源负载， Tl和T2管d -s 间的动态电阻分别为

rds1和rds2，所以电压放大倍数

Au的表达式为：Au??uO?iD(rds1//rds2)???gm(rds1//rds2)。 ?uI?uI4.5电路如图P4.5所示，Tl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 间的动态电阻分别为rds2和rds4。试求出电压放大倍数

Au??uO/?(uI1?uI2)的表达式。

图P4.5 图P4.6

解：在图示电路中：

?iD1???iD2??iD3??iD4； ?iO??iD2??iD4??iD2??iD1??2?iD1

?iD1?gm??iO?(uI1?uI2)； gm?

?(uI1?uI2)2Au??uO?i(r//r)??Ods2ds4?gm(rds2//rds4)

?(uI1?uI2)?(uI1?uI2)∴电压放大倍数：

4.6电路如图P4.6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(uI1?uI2)产生的差模电流为?iD，则电路的电流放大倍数

Ai??iO?？ ?iD解：(1)图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。Tl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分别为：

?iO?2(1??)??iD； Ai??iO?2(1??)?。 ?iD4.7 电路如图P4.7所示，Tl和T2管的特性相同，所有晶体管的β均相同，Rcl 远大于二极管的正向电阻。当

uI1?uI2?0V时，uO?0V。

(1)求解电压放大倍数的表达式；(2)当有共模输入电压时，uO??简述理由。

图P4.7 图P4.8

解：(1)在忽略二极管动态电阻的情况下：

Au1???∴

Rc1//rbe32rbe1，

Au2???Rc2。 rbe3Au?Au1?Au2 。

(2)当有共模输入电压时，uO近似为零。 由于Rc1

4.8 电路如图P4.8所示，Tl和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( C )。

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( C )。

A ．增大输入电阻 B ．增大电流放大系数 C ．展宽频带 (3)电路采用超β管能够( B )。

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) Tl和T2管的静态压降约为( A )。 A．0.7V B ．1.4V C ．不可知

??rd，?uC1??uC2 , 因此?uBE3?0，故uO?0。

4.9 在图P4.9 所示电路中，已知Tl~T3管的特性完全相同，β＞> 2 ;反相输入端的输入电流为iI1，同相输入端的输入电流为iI2。试问： (l) iC2

解：(l)因为Tl和T2为镜像关系， 且β＞> 2，所以：iC2 (2)iB3??； (2) iB3?? ； (3) Aui??uO/(?iI1??iI2)??

?iC1?iI2

?iI1?iC2?iI1?iI2

(3)输出电压的变化量和放大倍数 分别为：

?uO???iC3Rc???3?iB3Rc

图P4 .9

Aui??uO/(?iI1??iI2)??uO/?iB3???3Rc

4.10比较图P4.10 所示两个电路，分别说明它们是如何消除交越失真和如何实现过流保护的。

(a) (b) 图P4.10

解：在图(a)所示电路中，Dl 、D2使T2、T3 微导通，可消除交越失真。R为电流采样电阻，D3对T2起过流保护。当T2导通时，uD3?uBE2?iOR?uD1, 未过流时iOR较小，因uD3小于开启电压使D3 截止；过流时因uD3大于开启电压使

D3导通，为T2基极分流。D4对T4起过流保护，原因与上述相同。

在图(b)所示电路中，T4 、T 5使T 2、T 3微导通，可消除交越失真。R2为电流采样电阻，T 6 对T 2起过流保护。当T 2导

通时，uBE6?iOR2，未过流时iOR2较小，因uBE6小于开启电压使T 6截止；过流时因uBE6 大于开启电压使T 6导通，

为T 2基极分流。T 7对T 3起过流保护，原因与上述相同。

4.11 图4.11所示电路是某集成运放电路的一部分，单电源供电。试分析：

(1) 100μA电流源的作用；

(2) T 4的工作区域（截止、放大、饱和）; (3) 50μA电流源的作用； (4) T 5与R的作用。

图4.11 图P4.12

解：(1)为T l提供静态集电极电流、为T 2提供基极电流，并作为T l的有源负载。 (2) T 4截止。因为：uB4?uC1?uO?uR?uB2?uB3，uE4?uO，∴uB4?uE4。

(3) 50μA电流源为T 3提供射极电流，在交流等效电路中等效为大阻值的电阻。 (4)保护电路。uBE5

4.12电路如图P4.12所示,试说明各晶体管的作用。

解：T l为共射放大电路的放大管；T 2和T 3组成互补输出级；T 4、T 5、R2组成偏置电路，用于消除交越失真。

4.13图P4.13 所示简化的高精度运放电路原理图，试分析：

(1)两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端；(2) T 3与T 4的作用；(3)电流源I3的作用 ；(4) D2与D3的作用。

?iOR2，未过流时T5电流很小；过流时使iE5?50?A, T 5更多地为T 3的基极分流。

图P4.13

解：(1) uI1为反相输入端， uI2为同相输入端。

(2)为T l和T 2管的有源负载，将T l管集电极电流变化量转换到输出，使单端输出差分放大电路的差模放大倍数近似等

于双端输出时的放大倍数。

(3)为T 6设置静态电流，且为T 6的集电极有源负载，增大共射放大电路的放大能力。

(4)消除交越失真。

4.14 通用型运放F747 的内部电路如图P4.14 所示，试分析： (1)偏置电路由哪些元件组成？基准电流约为多少？

(2)哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么基本电路？ (3) T 19 、T 20 和R8组成的电路的作用是什么？

图P4.14

解：(1)由T 10 、T 11 、T 9 、T 8 、T 12 、T 13 、R5 构成。

(2)图示电路为三级放大电路：

Tl~T4构成共集-共基差分放大电路；T 14~ T 16构成共集-共射-共集电路；T 23 、T 24 构成互补输出级。

(3)消除交越失真。互补输出级两只管子的基极之间电压

UB23?UB24?UBE20?UBE19UB23?UB24?UBE20?UBE19

使T 23、T 24 处于微导通，从而消除交越失真。

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