第四章习题解答Word格式文档下载.docx

1、v1 R1+ -Vi+- +VOIi1vx R- 2图 P4.4题目中假设除| IOS |=100nA 以外，运算放大器为理想运算放大器。由于“续断”，i+=i-=0,利用叠加原理可求得反相输入端的电位为：u- =R2R + Rv2 +R1 vR + R o1 2 1 2而同相输入端的电位为：u+ =R2 vR1 + R2因为“虚短”，即u+ = u- ，所以R1vo =v1 ，整理可求得差分放大器的输入输出关系为1 2 1 2 1 2v = - R2 （v - v ） 。1 21题目中，电路增益为-10，因此 R2 = 10 。设：IIB 为运放输入偏置电流，IB1，IB2 分别是运放两个输

2、入端的输入偏置电流，IOs 为输入失调电流。有IB1 = IIB + IOS / 2 , IB2 = IIB - IOS / 2。根据“虚短”、“续断”的概念，对有误差电压vo 的运放列方程：（I + I/ 2）（R/ / R ） = R （I/ 2）o IB OS1 2 2 OS即： vo = R2 IOS 。由上式以及 R2 = 10 可得： R=100k, R=10k 。2 14.5请计算如图 P4.5 所示的共源放大器电路在低频条件下从vcc 到vee 的PSRR。假设晶体管工作在在放大区。VCC + vccVinVoVEE + vee图 P4.5PSRR 是电路抑制来自于电源噪声能力

3、的量化术语。它被定义为输入端到输出端的增益与电源到输出端增益的比值。本题的目的是让读者对运放的PSRR 概念有一个直观的认识。PSRR+ gPSRR- mN （R / /roN ）gmN roNgmN roN +14.6如图 P4.6 所示的运算放大器，计算如下参数：a、低频电压增益；b、输出幅度；c、系统输入失调电压；假设满足式 （W/L）3 = （W/L）4 =（W/L）5 ；（W/L）6 （W/L）62（W/L）7d、共模抑制比；e、共模输入范围；f、对于两个电源的低频 PSRR。VCCM8M5 M7M1IBIASM3M2M4VEECCVo1 + vo1Vout + voutM6图 P4

4、.6这是一个带有密勒补偿的两级运算放大器。放大器采用 PMOS 管输入。第一级增益 A= -（gm1 + gm2 ） / 2 = -（gm1 + gm2 ） v1 g+ g I （ + ）ds 4 ds 2 5 2 4第二级增益 A =-gm6 = -gm6v2 gds 4 ds 2 6 6 7 VEE +Vo6 ,VCC -Vo7 在器件匹配良好的情况下，输入失调电压为 0- 11 = 2gm3ro5 + gm3 / gm1CMRR Av1正CMRV （max） = V -V （饱和） - - V（max）in CC DS 5 T1负CMRV （min） = V + + V （max） +

5、Vin EE T 3 T11- gm6ro71 = 2gm3ro5 其中PSRR Agm6ro74.7电路如图 P4.7，说明 U2 对提高输入电阻的作用，并求 Av1 =V11 /V13 ，Av2 =V7 /V13 ，以及输入电阻 Ri ，其中 U1，U2 为理想运算放大器，Vi 为 i 节点的电压。200K1 V 1KHz 0Deg图 P4.7由 U2 组成的电路可以看做电压并联负反馈，减小了输入电阻。A = V / V= - 1M= -10v1 11 13100K= 100K +1K = 1.01v2 7 13A = V / V = - 200K = -0.2v3 7 11 1M从节点

6、11 断开环路，可得环路增益为：-10（-0.2100K ） 1.981K +100K所以，输入电阻约为1K / /100K 0.33K1+1.984.8如图 P4.8 所示电路，U1，U2 各组成何种电路（U1，U2 输出幅度 12V）， 设 t=0 时，Vo 为-12V，加入vi =1V 的阶跃信号，经过多长时间vo 调变为+12V？画出vi 、vo 波形。C1vi1mHz1 V图 P4.8U1 组成积分电路，U2 组成比例放大电路。由 U1 组成的积分电路：v = - 1 v dt + v ，其中v 为v 的初值。o1 i o11 1由 U2 组成的同相比例放大电路：v = （1+ R4

7、 ）v = 3vo1 o13设 t=0 时，Vo 为-12V，则vo1 的初值为-4V。vo 变为+12V 时， vo1 变为+4V。vo1= - 1R1C1vi dt + v = -t （-1）dt - 4 = 4所以，t=8s。4.9差分放大电路如图 P4.9 所示，电路参数为 RC 1=R C 2= 6 . 8k ，r0 = 100k ， I0 = 2mA ，VCC = -VEE = 12V , Re1 =Re2 =100 ，设 BJT 为 2N222A，试用 SPICE 分析：（1）求电路的静态工作点；（2）输入取频率为 1 kHz、幅值为 10 mV 的正弦信号，绘出差模输入时， 输

8、出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；（3）输入取频率为 1 kHz、幅值为 100 mV 的正弦信号，绘出差模输入时， 输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；（4）输入取频率为 1 MHz、幅值为 100 mV 的正弦信号，绘出差模输入时， 输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；（5）请利用软件提供的各种测量仪表测出该电路的输入电阻及输出电阻；（6）请设计一电流源以提供电路的静态工作点，要求工作点与图 P4.9 电路相同，并重复步骤（2）-（5）；vi1图 P4.9 差分放大

9、电路解：利用 Multisim 的直流工作点分析功能测量电路的静态工作点，结果如下：UEQ = -0.6236V,UBQ = 0V,UCQ = 4.8656V ,则：UBEQ = UBQ -UEQ = 0 - （-0.6236）V=0.6236V,UCEQ = UCQ -UEQ = 4.8656 - （-0.6236）V = 5.4892V（2）输入取频率为 1 kHz、幅值为 10 mV 的正弦信号，绘出差模输入时，输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；利用瞬态分析观察vo1 、vo2 、vo = vo1 - vo2 的交直流信号波形：可以列出光标处图

10、形的详细信息，如下图所示。利用瞬态分析观察vo1 、vo2 、vo = vo1 - vo2 的交流信号波形：可以看见，信号有明显的失真。由虚拟仪表测得Ui 12.343mV , Ii 381.704nA则，输入电阻 Ri 12.343mV 381.704nA 32.34k电路如下图所示：UEQ = -0.6236V,UBQ = 0V,UCQ = 4.8730V ,则：UCEQ = UCQ -UEQ = 4.8730 - （-0.6236）V = 5.4966V输入取频率为 1 kHz、幅值为 10 mV 的正弦信号，绘出差模输入时，输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 -

11、vo2 的波形；利用瞬态分析观察vo1 、vo2 、vo = vo1 - vo2 的交流信号波形输入取频率为 1 kHz、幅值为 100 mV 的正弦信号，绘出差模输入时，输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；输入取频率为 1 MHz、幅值为 100 mV 的正弦信号，绘出差模输入时，输出电压vo1 和vo2 的波形，并绘出vo = vo1 - vo2 的波形；4.10差分放大电路如图 P4.10 所示，BJT 用 2N222A 型管，其他参数不变。试用 SPICE 工具分析：（2）求单端输出时的差模电压增益 AVD2、共模电压增益 AVC2 以及共模抑

12、制比 KCMR；（3）断开负载 RL ,分别绘出 Re1= Re2=0 和 Re1= Re2=300时的电压传输特性曲线，观察放大电路线性运用时，Re 对差模输入信号范围的影响。vS1 1.2k=-9V5.6k图 P4.10 差分放大电路对于 Q1 管：UEQ = -0.6243V,UBQ = 0V,UCQ = 4.1800V ,则：UBEQ = UBQ -UEQ = 0 - （-0.6243）V=0.6243V,UCEQ = UCQ -UEQ = 4.1800 - （-0.6243）V = 4.8043V对于 Q2 管：UEQ = -0.6264V,UBQ = 0V,UCQ = 2.9120

13、V ,则：UBEQ = UBQ -UEQ = 0 - （-0.6264）V=0.6264V,UCEQ = UCQ -UEQ = 2.9120 - （-0.6264）V = 3.5384V差模电压增益 AVD2：测试差模电压增益的电路如下图所示：利用虚拟示波器，测得输入输出的波形为：A - 327.695 -11.6VD2214.14共模电压增益：AVC2 - 20.759u -1.510-314.14mKCMR= AVD2AVD2 -11.6-1.510-3 7733 约为 77.8dB。当 Re1= Re2=0 时，电压传输特性曲线：4.11利用 SPICE 工具设计巴特沃思低通滤波器设计一

14、巴特沃思低通滤波器：截止频率fC = 2kHz ，增益 K=2,阶数 n=2；可采用 VCVS 低通滤波器。电路图如图 P4.11 所示。计算各元件值：B=1.414214,C=1，B2 + 4C （K -1） C2则 C2 = 10 / fc = 0.005F， C1 4C= 0.0075F ， 取C1 = 0 . 0F0，XFG1XSC1G515.5kOhm1 11.6kOhm 2T5000pFA BU1 3C27000pF4 R454.3kOhmR3图 P4.11 VCVS 巴特沃思低通滤波器R1 =2 = 15.553KR2 =CC C R 2= 11.633K1 2 1 cR = K

15、 （R1 + R2 ） = 54.372K3 K -1R4 = K（R1 + R2 ） = 54.372K（1）当输入信号分别为以下频率500Hz,1KHz,1.5KHz,2KHz,2.5KHz,3KHz,3.5KHz 时，观察并测量输出信号的幅度，验证是否满足设计指标。（2）对电路做交流分析，观察电路的幅频特性和相频特性，并验证技术指标。（3）改变 R4 / R3 的值，并观察其对滤波器增益的影响。500Hz,1KHz,1.5KHz,2KHz,2.5KHz,3KHz,3.5KHz 时，观察并测量输出信号的幅度，验证是否满足设计指标。输入的正弦波信号是利用虚拟仪器函数信号发生器给出，如下图所示

16、：改变信号的频率，观察并测量输出信号的幅度。信号频率为 500Hz 时，输出信号的幅度：信号频率为 1KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 1.5KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 2KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 2.5KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 3KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 3.5KHz 时，输出信号的幅度：当 R4 / R3 = 0.5 时：当 R4 / R3 = 2时：4.12利用 SPICE 工具设计切比雪夫低通滤波器设计一切比雪夫低通滤波器：截止频率fC = 2kHz ，增益 K=2,阶数 n=2,通带纹波 PRW=0.5dB；可选用 MFB（

17、多端反馈）低通滤波器，电路图如图 P4.12 所示。图 P4.12 2 阶切比雪夫低通滤波器B=1.425625,C=1.516203B2C C2 = 10 / fc F = 0.005F , C1 2 = 0.000558F4C（K +1）R = R2 = 29.809K , R =1= 25.475K1 K 3 CC C 2 R1 2 c 2（1）当 输 入 信 号 分 别 为 以 下 频 率 ： 500Hz,1KHz,1.5KHz,2KHz,2.5KHz,3KHz,3.5KHz 时，观察并测量输出信号的（3）对 R2 做参数扫描分析，观察阻值变化对增益的影响；对 R3 做参数扫描分析，观

18、察对截止频率 fc 的影响；对 R1 做参数扫描分析，观察对幅度峰值的影响。（1）当输入信号分别为以下频率：信号频率为 3.5KHz 时，输出信号的幅度通带纹波 PRW 约为（6.4219-5.9991）dB =0.4228 dB在一定范围内，增益随着 R2 的增大而增大。对 R3 做参数扫描分析，观察对截止频率 fc 的影响；在一定范围内，截止频率 fc 随着 R3 的增大而减小。在一定范围内，幅度峰值随着 R1 的增大而减小。4.13利用 SPICE 工具设计高通滤波器设计一高通滤波器: 截止频率fC = 10kHz，增益 K=2,阶数 n=2,通带纹波PRW=0.5dB,阻带最小衰减 M

19、SL=30dB；可选用 VCVS 椭圆函数高通滤波器，电路图如图 P4.13 所示。R3 XSC1kOhm8R634.2图 P4.13 二阶 VCVS 椭圆函数高通滤波器计 算 各 元 件 值 ： A=45.741812,B=1.401021,C=1.532193,取 = 2C1 = C2= 10 = 0.001F ， R f 1= ABKC C= 1.3314M ，c c 1R 2 =CBc C2= 17.405K ， R 3= KCR1A= 44.596K ，R = KR54 = 7.957K ， R5= 15.916K ，R 6 = R 7 = 2R 2 = 34.811K（1）当输入信

20、号分别为以下频率2KHz,4KHz,6KHz,8KHz,10KHz,12KHz,14KHz,16KHz 时，观察并测量输出信号的幅度，验证是否满足设计指标。（3）改变R 4 / R 5 的比值，观察对陷波频率f z 的影响；改变R 7 / R 6 的比值，观察其对幅度峰值点频率f m 的影响；对R 2 作参数扫描分析，观察其对K m 的影响。应反复进行上述调整，直到满足给定的技术指标。信号频率为 4KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 6KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 8Hz 时，输出信号的幅度：信号频率为 10KHz 时，输出信号的幅度：信号频率为 12KHz 时，输出信号的幅度：信号频