北京交通大学模拟电子技术习题及解答第五章模拟集成放大电路基础Word文件下载.docx
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d.速度低
10.场效应管集成放大电路较晶体管集成放大电路的优点之一是_____________。
a.输入电阻大
b.输入电阻小
c.输出电阻大
d.输出电阻小
答案:
5-1.（1a,b（2d（3a（4a,c（5c（6c（7a（8b（9a,c（10a
5-2.由对称三极管VT1、VT2组成的镜像电流源,如题图5-2所示。
若VCC=12V,UBE1=UBE2=0.7V,
IB1=IB2,β1=β2,
1.证明当β>
>
2时,VT2管的电流IC2≈IR。
2.若要求IC2=1mA,电阻R应取多大?
题5-2图
II
解:
1.证明IC2≈IR
在三极管对称的条件下有
⎪⎪⎩⎪
⎪⎨⎧====C2C1B2B121IIIIβββ
根据电路可直接得到基准电流
⎪
⎪⎭⎫
⎝⎛+=++=β21C1B2B1C1RIIIII当β>
2时,1
2
12≈+>
ββ时,当
所以C2C1RIII=≈
2.若要求IC2=1mA,电阻R的计算过程如下。
根据电路可直接得基准电流RUVIBECC
R-=
C2RII≈
kΩ
3.14mA1V7.0V15C2BECC=-=-=IUVR
5-3.三极管VT1、VT2组成题5-3图所示的微电流电路。
1.根据二极管电流方程,导出VT1、VT2管的工作电流IC1、IC2的关系式。
2.若测得IC1=1mA,IC2=26μA,估算电阻RE2和R的阻值。
IIE2
题5-3图
1.推导IC1、IC2的关系式
根据PN结（二极管的电流方程,有
（
1e/BE-=TUUsII
其中IS是二极管的反向漏电流。
在正偏状态下,mA26BE=>
TUU,此时
TUUsII/BEe≈
三极管的发射结就是一个PN结,有
sTsTIIUII
UUC
EBElnln≈=⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
==∴2C2BE21C1BE1lnlnsTsTIIUUIIUU根据电路,有E2E2BE2BE1RIUU+=
E2BE2
BE1E2C2RUUII-=
≈∴
当VT1和VT2管特性相同时,有Is1=Is2,整理得C2C1E2C2lnIIRUIT
=
（2已知IC1=1mA,IC2=26μA,估算电阻RE2和R的阻值
kΩ65.3μA26mA1lnμA26mV26lnC2C1C2E2===
IIIURT
根据电路,得基准电流RUVIIBE1
CC
C1R-≈≈kΩ
3.14mA1V
7.0V15C1BE1CC=-=-≈IUVR
5-4.题5-4图所示电路是镜像电流源电路。
在集成电路中,常用做偏置电路和有源负载。
如果两个三极管对称,电流放大倍数相等,β1=β2=β;
VCC=12V,R=10kΩ。
试分析当VT1的电流放大倍数β分别为2、20、200时,IC2与IR的相对误差。
题5-4图
IIC2
由于VT1、VT2三极管对称,电流放大倍数相等,由题5-4图电路有,
⎝⎛+=++=β21C1B2B1C1RIIIII
基准电流mA
1.110kΩV7.0V12BECCR=-=-=RUVI当β=2时,C1C1C1R222121IIII=⎪⎭⎫
⎝⎛+=⎪
⎪⎭⎫⎝⎛+=β
此时集电极电流IC2与基准电流IR的相对误差是=-C1C1
RIII100%当β=20时,C1C1C1R1.1202121IIII=⎪⎭⎫⎝⎛
+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=β
RIII10%当β=200时,C1C1
C1R01.12002121IIII=⎪⎭⎫⎝⎛
RIII1%
当β>
1时,C1R
II≈,基准电流RUVIBE
CCR-=。
此时电流源输出IC2仅仅与VCC、R
有关,与负载的大小无关。
由于VT1、VT2两个管子参数一致,可以互相抵消由温度变化带来的影响,又具有很好的稳定性。
5-5题5-5图所示电路是微电流源电路。
在集成电路中,常用做低功耗放大电路的偏置电路和有源负载。
如果两个三极管对称,电流放大倍数相等,β1=β2=β3=β。
题5-5图
IIIC3
C2
根据题5-5图,列出晶体管VT1、VT2、VT3之间的电流关系如下:
⎪⎪⎪
⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪
⎪⎨⎧
++=+==+=+=2C21C1C2E33
E33C3
C2C1
3
C3C1B3C1R
1βIβIIIIII
IIIIIIβββ
如果三个三极管对称,有ββββ===321,解上面方程组,得
⎪⎪⎭⎫⎝
⎛++
=ββ22
12C3RII
当β=2时,
C32C32C3R25.12222122
1IIII=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++
=ββ
此时集电极电流IC2与基准电流IR的相对误差是=-C3C3
RIII20%当β=20时,
C32C32C3R005.1202202122
RIII0.5%当β=200时,
C32C32C3R00005.120022002122
RIII0.005%
5-6为了克服电流源电路中三极管电流放大倍数β值造成的误差,采用带共集管的镜像电流源,如题5-6图所示。
IR是基准电流,IC2是输出电流。
VT3管的接入,对电路性能有何
改善?
题5-6图
IIIC2
题5-6图所示的电流源电路是镜像电流源改进电路,在基准三极管VT1的集电极与基极之间接了一个VT3射极跟随器（即射极输出电路。
射极跟随器的特点是输出增益近似为1,但是电流增益大,输入电阻大、输出电阻小。
这样VT3起到隔离与电流放大的作用,使镜像电流精度进一步提高,又称为带缓冲级的镜像电流源。
输出电流IC2与基准电流IR的关系推导过程如下。
（E3
RC1B3C1C1
E3B1B2B1C1RC1C1212222
（1
1IIIIII
IIIIIIIIβ
β
ββ
ββ=+=++=+==∴=+
=+++C2C1II=
与基本镜像电流源相比,由β值造成的IC2与IR之间误差大大减小。
另外,由于VT3管的电流放大作用,温度变化引起微小的IC变化,经过VT3放大后,很快地被抑制,其抑制、稳定过程如下:
⎪⎩⎪⎨
⎧↓↓⇒↓↓⇒↓⇒↓⇒⎪⎩⎪⎨⎧↑↑↑⇒22113321CBCBEBRICCIIIIIIIIT一定时
5-7为了克服电流源电路中三极管电流放大倍数β值造成的误差,采用带共集管的镜像电流源,如题5-6图所示。
计算当电流放大倍数β分别为2、20时,输出电流IC2与基准电流IR的误差。
（E3RC1B3C1C1
=+++⎪⎪⎭⎫⎝⎛++
=∴=ββ2C2Rc2
1c21IIII当β=2时,
C22C22C2R331222121I.III=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++
此时集电极电流IC2与基准电流IR的相对误差是=
-C2C2
RIII33%当β=20时,C22C22C2R0051202021221I.III≈⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=⎪⎪⎭⎫⎝⎛++=ββ
此时集电极电流IC2与基准电流IR的相对误差是%5.0C2C2
R≈-III。
5-8电流源在模拟集成电路中除了作偏置电路外,另外一个重要应用就是作为放大电路的有源负载,以提高放大电路的电压增益。
题5-8图所示是用电流源作为有源负载的共射放大电路。
试说明电流源作为有源负载,对放大器的动态性能有怎样的改善?
+Vcc
u-
题5-8图
由于晶体管、场效应管是有源器件,因此用晶体管、场效应管做放大电路的负载就称为有源负载。
由于电流源具有交流电阻大的特点,作为负载可以提高共射放大电路的交流输出电阻ro和电压增益AU。
题5-8图电路的小信号交流等效电路如题5-8图a所示。
+uo-
题5-8图a
这样共射放大电路的等效输出电阻为
ce2ce1o//rrr=
电压增益为
（beBLoU//rRRrA+-=
由此可见,与带普通负载电阻RC的CE组态放大电路相比,用ce2ce1o//rrr=作为有源
负载,替代RC,由于ce2ce1o//rrr=很大,这样放大电路的输出电阻和电压增益都得到了大幅度的提高。
5-9场效应管电流源作为场效应管放大电路的有源负载,可以构成共源、共漏、共栅放大电路。
题5-9图所示电路是场效应管镜像电流源作有源负载的场效应管放大电路,VDD=10V,IR=100μA。
当rds1=rds2=2MΩ,|VT1|=1V,导电系数K=100μA/V2时,求小信号的电压增益AU。
VT3I
题5-9图
题5-9图放大电路的小信号交流等效电路如题5-9图a所示。
o题5-9图a
G1D1
放大电路的电压增益为
（（2
////ds1
mds2ds1mgs1ds2ds1gs1mioUrgrrgurruguuA⋅-=-=-==
对于场效应管,有2
1TGS11D1（UuKi-=
因此跨导为
D1
11
D111TGS11GS1D1m22（2iKKi
KUuKuig==-=∂∂=
对于镜像电流源,有μA100RD2D3===Iii根据电路,有μA100D2D1==ii
μS200μA100μA/V100222D11m=⨯==∴iKg
200
2MΩ
2μS2002ds1mU-=⨯-=⋅-=∴rgA
5-10电路如题5-10图所示。
设VT1、VT2两管的参数对称,β1=β2>
1,UBE2=0.7V。
VT3、VT4两管的参数对称,β3=β4=8,|UBE3|=|UBE4|=0.7V,试求输出电流Io1和Io4。
分析:
这是由两个电流源电路组成的电路。
VT1、VT2构成微电流源电路,VT3、VT4构成电流镜电路。
解:
流经过R2的电流为:
（mA584.0821/73.021/2121mA73.0397
.02302R2o4o4C3R22BE2BE4CCR2=⎪⎭⎫
⎪⎭
⎫⎝⎛+=∴⎪⎪⎭
⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+==⨯-=--=
βββIIIIIk
RUUVI
（μA281073.0ln
31026lno1o13
3o1o1
R1To1≈⨯⨯=∴=
--IIkIIIRUI解上面超越方程,得
5-11电路如图5-11所示,差分放大电路由硅管组成,已知晶体管的β=50,rbb’=300Ω,UBE=0.7V。
求:
（1静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ。
（2计算输出电压uO及输入电阻rid和输出电阻rod。
BΩ
题5-11图
ui
（1首先计算静态工作点,此时VT1的输入为0V。
（（（（（（P
BQBBQBQEEEBEEEBE
BQPE
12121121260.7
115021505.62
9.18RIRIIRVUVUIR
kRkk
Aββββμ++++=--∴=
++++-=
++++⨯=
（（（（
V19.76
2200106.521018.95110121046.012221mA46.0μA18.9503633EE
PEBQCCQCCCEQBQCQ=+⎪⎭⎫⎝⎛
+⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-=+⎪⎭⎫⎝
⎛
++--=∴=⨯=⋅=∴--VRRIRIVUIIββ
（2计算输入电阻rid和输出电阻rod。
（（（
kΩ241222kΩ46.181005113.31221（2kΩ
13.310
18.926
30026261CodpieBid3BQbb'
EQbb'
ie=⨯===⨯++=⎪⎪⎭
⎫⎝⎛
+++==⨯+=+=++=-kRrkkRhRrIrIrh差分输出电阻:
差分输入电阻:
ββ（3计算输出电压uO
该电路为任意输入,VT1管的输入为100mV,VT2管的输入为0V。
该任意输入对应的差模信号和共模信号分别如下:
mV502mV1002mV502mV
1002iiciid===
===UUUU
差模双端输出电压增益为
（65
2200
51k13.3k1k
12502
1P
ieBC
Ud-=⨯++⨯-
=⋅+++⋅-
=RhRRAββ
共模双端输出电压增益AUC=0。
输出为（-6.5VmV502652Udo=⨯⨯-=⨯=iduAu5-12
恒流源差分放大电路如题5-12图所示。
已知Io=200μA,晶体管的β=100,rbb’=0,rce=100kΩ。
试求:
（1差模电压增益AUd;
（2共模抑制比KCMR;
（3差模输入电阻和差模输出电阻。
本差分电路有恒流源提供直流偏置。
（1静态工作点如下:
（kΩ26.2610
10026
101026261μA10023BQbb'
ieoEQ2EQ1=⨯⨯+=+=++=∴===-IrIrhI
IIβ
双输入单输出的差模电压增益Aud为
ido
i21oud2uuuuuAi=-=
电路的差模信号为:
22i1
idiuuu-=电路的共模信号为:
2i2
i1
icuuu+=
4.190k26.262k
10010022Cidoud-=⨯⨯-=-==
∴iehRuuAβ
（2双输入单输出的共模电压增益Auc为
（（（
dB911092.76lg2038462
1026.262101010121026.26212123CMR36
3ieEEieucudCMREE
eCicouc=⨯==⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=++==∴++⋅=
=KhRhAAKRhRuuAi或βββ
（3
（（kΩ50100//100//kΩ52.5226.2622ceCodieid====⨯==kkrRrhr差模单输出电阻:
差模输入电阻:
5-13恒流源差分放大电路如题5-13图所示。
已知晶体管的β=100,UBE=0.7V,rbb’=80Ω,
rce=100KΩ。
（1各管的静态工作点ICQ和UCEQ;
（2双端输出时的差模电压增益、差模输入电阻;
（3从VT1集电极单端输出时的共模抑制比。
题5-13图
-VEE-12V
VCC+12V
电路中VT1、VT2构成差分电路;
VT3、VT4构成比例电流源电路,该电流源给差分电路提供直流偏置。
（1各管的静态工作点ICQ和UCEQ计算如下。
R1、VT4、R2支路电流为
（（
V
64.9V64.9651.07.012V8.10500101127.0V
7.0,0V7.0mA51.02
mA151.0500
1mA51.01457
.012122CEQ1CEQ2CCQ2C3CCCEQ23E3CQ3EE3CEQ3C3iBE4CEQ43CQ2CQCQ1CQ4E32CQ321BEEECCCQ4===⨯-+=--==⨯⨯-+-=-+=-==≈===
==⨯=≈
=+-+=+-+=-UURIUVURIVUUUuUUIIIkIRRIkkRRUVVIC静态时,
（（（（（
EQ1EQ2iebb'
bb'
EQBQC
udie
iie0.51mA2626261801015.23kΩ0.51
1006
114.75.23
225.23kΩ10.5kΩIIhrrIIRAhrhββ=≈∴=++=+=+⨯=-⨯=-
=-==⨯=输入电阻
（3从VT1集电极单端输出时的共模抑制比。
（（（（（（
dB653.1941lg203
.19411023.52105.010*********.52122（12CMR33
3ieE3ceieucudCMRie
C
ido1udE3ceieC
icouc===⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯=+++==∴=
=+++=
=KhRrhAAKhRuuARrhRuuA或单ββββ
5-14已知如题5-14图所示差放电路的VCC=VEE=+12V,RC=RE=10kΩ,β=80。
求（1静态工作点。
（2输入ui=10mV,不接RL时的输入uO。
（3输入ui=10mV,接RL=20kΩ负载时输出uO。
题5-14图
cc
（1静态工作点
mA
576.0μA2.780μA2.781
mA585.01mA
585.01027
.0122BQCQEBQEEBECCEQ=⨯====+=
=⨯-=-=IIIIRUVIββ
54.610
585.0210576.012122E
ECCEECCCEQ=⨯⨯-⨯-+=--+=RIRIVVU
（2不接RL时的输出uO
（（V051.21.205mV10mA101.2059
.310
80kΩ9.3mA585.0mV
2681300mV261300odioiie
odEie-=-⨯=⋅==-=⨯-
=⋅-
==⨯+=++=AuuuhRAIh时,输出为
（3接RL时的输出uO
（V026.16.102mV10mA106
.1029
.3220//10802//
kΩ9.3mA
585.0mV
2681300mV261300odioiieL
CodEie-=-⨯=⋅==-=⎪
⎭⎫⎝⎛⨯-=⋅-
==⨯+=++=AuuuhRRAIh时,输出为
5-15电路如题5-15图所示为差分放大电路,已知β1=β2=50,rbe1=rbe2=2kΩ,Io=1mA,试求（1静态工作点。
（2差模电压放大倍数。
（3单端输出共模电压放大倍数。
uui2
题5-15图
V8.78.07V8.07.01001.0V
7105.012mA
01.050mA5.0mA
5.0mA
5.02mA12E1C1CEBECCBEB1E1CCCCC1E1
C1CECBECoE=+=-=∴-=-⨯-=---=-==⨯-=-=-=====≈===UUUURIUUURIVUUUUIIIIIIβ
（2差模电压放大倍数
（5010
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