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

1、c.速度高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 （8 b（9a, c （10a5-2. 由对称三极管VT1、VT2组成的镜像电流源,如题图5-2所示。若V CC= 12V, U BE1=U BE2=0.7V,I B1=I B2,1=2,1.证明当2时,VT2管的电流I C2I R。2.若要求I C2=1mA,电阻R应取多大? 题5-2图I I解:1.证明I C2I R在三极管对称的条件下有=C2C1B2B121I I I I 根

2、据电路可直接得到基准电流+=+=21C1B2B1C1R I I I I I 当2时,1212+时,当所以C2C1R I I I =2.若要求I C2=1mA ,电阻R 的计算过程如下。根据电路可直接得基准电流R U V I BE CCR -=C2R I I k 3.14mA 1V 7.0V 15C2BE CC =-=-=I U V R5-3. 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I C1、I C2的关系式。2. 若测得I C1=1mA ,I C2=26A ,估算电阻R E2和R 的阻值。I I E2题5-3图1.推导I C

3、1、I C2的关系式根据PN 结（二极管的电流方程,有（1e /BE -=T U U s I I其中I S 是二极管的反向漏电流。在正偏状态下,mA 26BE =T U U ,此时T U U s I I /BE e 三极管的发射结就是一个PN 结,有s T s T I I U I IU U CE BE ln ln = =2C2BE21C1BE1ln ln s T s T I I U U I I U U 根据电路,有E2E2BE2BE1R I U U +=E2BE2BE1E2C2R U U I I -=当VT1和VT2管特性相同时,有I s1=I s2,整理得 C2C1E2C2ln I I R

4、U I T=（2已知I C1=1mA ,I C2=26A ,估算电阻R E2和R 的阻值k 65.3A 26mA 1ln A 26mV 26ln C2C1C2E2=I I I U R T根据电路,得基准电流R U V I I BE1CCC1R - k 3.14mA 1V7.0V 15C1BE1CC =-=-I U V R5-4. 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,1=2=;V CC =12V ,R =10k。试分析当VT1的电流放大倍数分别为2、20、200时,I C2与I R 的相对误差。题5-4图I I C2由

5、于VT1、VT2三极管对称,电流放大倍数相等,由题5-4图电路有,+=+=21C1B2B1C1R I I I I I基准电流mA1.110k V 7.0V 12BE CC R =-=-=R U V I 当=2时, C1C1C1R 222121I I I I =+= +=此时集电极电流I C2与基准电流I R 的相对误差是=-C1C1R I I I 100% 当=20时, C1C1C1R 1.1202121I I I I = += +=R I I I 10% 当=200时, C1C1C1R 01.12002121I I I I = R I I I 1%当1时,C1RI I ,基准电流R U V

6、I BECC R -=。此时电流源输出I C2仅仅与V CC 、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,1=2=3=。题5-5图I I I C3C2根据题5-5图,列出晶体管VT1、VT2、VT3之间的电流关系如下:+=+=+=+=2C21C1C2E33E33C3C2C13C3C1B3C1R1I I I I I I II I I I I I 如果三个三极管对称,有=321,解上面方程组

7、,得 +=2212C3R I I当=2时,C32C32C3R 25.122221221I I I I = += +=此时集电极电流I C2与基准电流I R 的相对误差是=-C3C3R I I I 20% 当=20时,C32C32C3R 005.1202202122R I I I 0.5% 当=200时,C32C32C3R 00005.120022002122R I I I 0.005%5-6 为了克服电流源电路中三极管电流放大倍数值造成的误差,采用带共集管的镜像电流源,如题5-6图所示。I R 是基准电流,I C2是输出电流。VT3管的接入,对电路性能有何改善?题5-6图I I I C2题5-

8、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I C2与基准电流I R 的关系推导过程如下。（E3R C1B3C1C1E3B1B2B1C1R C1C1212222（11I I I I I II I I I I I I I =+=+=+=+=+ C2C1I I =与基本镜像电流源相比,由值造成的I C2与I R 之间误差大大减小。另外,由于VT3管的电

9、流放大作用,温度变化引起微小的I C 变化,经过VT3放大后,很快地被抑制,其抑制、稳定过程如下:22113321C B C B E B R I C C I I I I I I I I T 一定时5-7 为了克服电流源电路中三极管电流放大倍数值造成的误差,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分别为2、20时,输出电流I C2与基准电流I R 的误差。（E3R C1B3C1C1=+ +=2C2R c21c 21I I I I 当=2时,C22C22C2R 331222121I .I I I = += +此时集电极电流I C2与基准电流I R 的相对误差是=-C2C2R

10、I I I 33% 当=20时, C22C22C2R 0051202021221I .I I I += +=此时集电极电流I C2与基准电流I R 的相对误差是%5.0C2C2R -I I I 。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?+V ccu -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

11、流输出电阻r o 和电压增益A U 。题5-8图电路的小信号交流等效电路如题5-8图a 所示。+ u o -题5-8图a这样共射放大电路的等效输出电阻为ce2ce1o /r r r =电压增益为（be B L o U /r R R r A +-=由此可见,与带普通负载电阻R C 的CE 组态放大电路相比,用ce2ce1o /r r r =作为有源负载,替代R C ,由于ce2ce1o /r r r =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

12、的场效应管放大电路,V DD =10V ,I R =100A 。当r ds1=r ds2=2M,|V T1|=1V ,导电系数K=100A/V 2 时,求小信号的电压增益A U 。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aG1D1放大电路的电压增益为（2/ds1m ds2ds1m gs1ds2ds1gs1m i o U r g r r g u r r u g u u A -=-=-=对于场效应管,有21T GS11D1（U u K i -=因此跨导为D111D111T GS11GS1D1m 22（2i K K iK U u K u i g =

13、-=对于镜像电流源,有A 100R D2D3=I i i 根据电路,有A 100D2D1=i iS 200A 100A/V 100222D11m =i K g2002M 2S 2002ds1m U -=-=-=r g A5-10 电路如题5-10图所示。设VT1、VT2两管的参数对称,1= 2 1,U BE2=0.7V 。VT3、VT4两管的参数对称,3=4=8,|U BE3|=|U BE4|=0.7V ,试求输出电流I o1和I o4。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R 2的电流为:（mA 584.0821/73

14、.021/2121mA 73.0397.02302R2o4o4C3R22BE2BE4CC R2= += += +=-=-=I I I I I kR U U V I（A 281073.0ln31026ln o1o133o1o1R 1T o1=-I I k I I I R U I 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=50,r bb=300,U BE =0.7V 。求:（1静态工作点I BQ 、I CQ 、U CEQ 。（2计算输出电压u O 及输入电阻r id 和输出电阻r od 。B 题5-11图u i（1 首先计算静态工作点,此时VT1的输入

15、为0V 。（PBQ B BQ BQ E EE BE EE BEBQ P E12121121260.711502150 5.629.18R I R I I R V U V U I Rk R k kA +=-=+-=+=（V 19.762200106.521018.95110121046.012221mA 46.0A 18.9503633EEP E BQ C CQ CC CEQ BQ CQ =+ +-=+ +-=-V R R I R I V U I I （2计算输入电阻r id 和输出电阻r od 。 （k 241222k 46.181005113.31221（2k 13.31018.926300

16、26261C od p ie B id 3BQ bbEQ bbie =+= +=+=+=+=-k R r k k R h R r I r I r h 差分输出电阻:差分输入电阻: （3计算输出电压u O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:mV 502mV 1002mV 502mV1002i ic i id =U U U U差模双端输出电压增益为（65220051k 13.3k 1k125021Pie B CUd -=+-=+-=R h R R A 共模双端输出电压增益A UC =0。输出为（-6.5V mV 50

17、2652Ud o =-=id u A u 5-12恒流源差分放大电路如题5-12图所示。已知I o =200A ,晶体管的=100,r bb =0,r ce =100k 。试求:（1差模电压增益A Ud ; （2共模抑制比K CMR ;（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:（k 26.261010026101026261A 10023BQ bbie o EQ2EQ1=+=+=+=-I r I r h II I 双输入单输出的差模电压增益A ud 为id oi21o ud 2u u u u u A i =-=电路的差模信号为:22i1id i u

18、u u -= 电路的共模信号为:2i2i1ic u u u +=4.190k 26.262k10010022C id o ud -=-=-=ie h R u u A （2 双输入单输出的共模电压增益A uc 为（dB 911092.76lg 20384621026.262101010121026.26212123CMR 363ie EE ie uc ud CMR EEe C ic o uc =+=+=+=K h R h A A K R h R u u A i 或（3（k 50100/100/k 52.5226.2622ce C od ie id =k k r R r h r 差模单输出电阻:差

19、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=100,U BE =0.7V ,r bb=80,r ce =100K。（1各管的静态工作点I CQ 和U CEQ ;（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-V EE -12VV CC +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I CQ 和U CEQ 计算如下。 R 1、VT4、R 2支路电流为（V64.9V 64.9651.07.012V 8.10500101127.0V7.

20、0,0V 7.0mA 51.02mA 151.05001mA 51.01457.012122CEQ 1CEQ 2C CQ2C3CC CEQ23E3CQ3EE 3CEQ3C3i BE4CEQ43CQ 2CQ CQ1CQ4E32CQ321BE EE CC CQ4=-+=-=-+-=-+=-=+-+=+-+=-U U R I U V U R I V U U U u U U I I I k I R R I k k R R U V V I C 静态时,（EQ1EQ2ie bbbbEQ BQ Cud iei ie 0.51mA 262626180101 5.23k 0.511006114.75.2322

21、5.23k 10.5k I I h r r I I R A h r h =+=+=+=-=-=-=输入电阻（3从VT1集电极单端输出时的共模抑制比。（dB 653.1941lg 203.19411023.52105.010*.52122（12CMR 333ie E3ce ie uc ud CMR ieCid o1ud E3ce ie Cic o uc =+=+=+=K h R r h A A K h R u u A R r h R u u A 或单5-14 已知如题5-14图所示差放电路的V CC =V EE =+12V ,R C =R E =10k ,=80。求 （1 静态工作点。（2 输入

22、u i =10mV ,不接R L 时的输入u O 。 （3 输入u i =10mV ,接R L =20 k 负载时输出u O 。题 5-14图cc（1 静态工作点mA576.0A 2.780A 2.781mA 585.01mA585.01027.0122BQ CQ E BQ EE BE CC EQ =+=-=-=I I I I R U V I 54.610585.0210576.012122EE C C EE CC CEQ =-+=-+=R I R I V V U（2 不接R L 时的输出u O（V 051.21.205mV 10mA 101.2059.31080k 9.3mA 585.0mV

23、2681300mV 261300od i o i ieod E ie -=-=-=-=-=+=+=A u u u h R A I h 时,输出为（3 接R L 时的输出u O（V 026.16.102mV 10mA 106.1029.3220/10802/k 9.3mA585.0mV2681300mV 261300od i o i ie LC od E ie -=-=-= -=-=+=+=A u u u h R R A I h 时,输出为5-15 电路如题5-15图所示为差分放大电路,已知1=2=50,r be1=r be2=2k,I o =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。u u i2题5-15图V 8.78.07V 8.07.01001.0V7105.012mA01.050mA 5.0mA5.0mA5.02mA 12E1C1CE BE C C BE B1E1C C CC C1E1C1CE C B E C o E =+=-=-=-=-=-=-=-=-=U U U U R I U U U R I V U U U U I I I I I I （2 差模电压放大倍数（5010