电气工程集成运算放大器习题及答案.docx

1、电气工程集成运算放大器习题及答案第二章 集成运算放大器 题3.2.1 某集成运放的一个偏置电路如图题，设T1、T2管的参数完全相同。问：(1) T1、T2和R组成什么电路？(2) IC2与IREF有什么关系？写出IC2的表达式。图题3.2.1解：(1) T1、T2和R2组成基本镜像电流源电路(2) 题3.2.2 在图题，已知晶体管的 =80，rbe=2 k。(1) 求输入电阻Ri和输出电阻Ro；(2) 求差模电压放大倍数。图题3.2.2解：(1) Ri=2(rbe+Re)=2(2+0.05)=4.1 kRo=2Rc=10 k(2) 题3.2.3 在图题，设T1、T2管特性对称，1=2=100，

2、VBE=0.7V，且rbb=200，其余参数如图中所示。(1) 计算T1、T2管的静态电流ICQ和静态电压VCEQ，若将Rc1短路，其它参数不变，则T1、T2管的静态电流和电压如何变化？(2) 计算差模输入电阻Rid。当从单端（c2）输出时的差模电压放大倍数=?；(3) 当两输入端加入共模信号时，求共模电压放大倍数和共模抑制比KCMR；(4) 当vI1=105 mV，vI2=95 mV时，问vC2相对于静态值变化了多少？e点电位vE变化了多少？解：(1) 求静态工作点：若将Rc1短路，则（不变）（不变）(2) 计算差模输入电阻和差模电压放大倍数：(3) 求共模电压放大倍数和共模抑制比：（即36

3、.5dB）(4) 当vI1=105 mV，vI2=95 mV时，所以，VO2相对于静态值增加了285 mV。由于E点在差模等效电路中交流接地，在共模等效电路中VE随共模输入电压的变化而变化（射极跟随器），所以，即e点电位增加了100 mV。题3.2.4 差分放大电路如图题，设各晶体管的 =100，VBE=0.7V，且rbe1=rbe2=3 k，电流源IQ=2mA，R =1 M，差分放大电路从c2端输出。(1) 计算静态工作点（IC1Q，VC2Q和VEQ）；(2) 计算差模电压放大倍数，差模输入电阻Rid和输出电阻Ro；(3) 计算共模电压放大倍数和共模抑制比KCMR；(4) 若vI1 =20s

4、int mV，vI2 =0，试画出vC2和vE的波形，并在图上标明静态分量和动态分量的幅值大小，指出其动态分量与输入电压之间的相位关系。图题3.2.4解：(1) 计算静态工作点：(2) 计算差模电压放大倍数，输入电阻和输出电阻：(3) 计算共模电压放大倍数和共模抑制比：（即88dB）(4) 若vI1 =20sint mV，vI2 =0，则（V）（V）vC2和vE的波形如图，它们的动态分量与输入电压vI1之间都相位相同。图3.2.4题3.2.5 FET组成的差分放大电路如图题 mS，rds=20 k。(1) 求双端输出时的差模电压放大倍数；(2) 求单端输出时的差模电压放大倍数、共模电压放大倍数

5、和共模抑制比KCMR；图题3.2.5解：(1) 双端输出时，(2) 单端输出时，（即26.3 dB）题3.2.6 采用射极恒流源的差分放大电路如图题，1 = 2 = 50，rbb=300 ，T3管3 = 50，rce3 = 100 k，电位器Rw的滑动端置于中心位置，其余元件参数如图中所示。(1) 求静态电流ICQ1、ICQ2、ICQ3和静态电压VOQ；(2) 计算差模电压放大倍数，输入电阻Rid和输出电阻Ro；(3) 计算共模电压放大倍数和共模抑制比KCMR；(4) 若vI1=0.02sint V，vI2 =0，画出vO的波形，并标明静态分量和动态分量的幅值大小，指出其动态分量与输入电压之间

6、的相位关系。图题3.2.6解：(1) 求静态工作点：(2) 计算差模性能指标：Rid=2(Rb+rbe1)+(1+)Rw=2(5+2.2)+510.1=19.5 kRo=Rc=10 k(3) 计算共模性能指标：（即72.6 dB）(4) 若vI1=0.02sint V，vI2 =0时，则vO波形如图所示，其动态分量与vI1之间相位相同。题3.2.7 在图题，设各晶体管均为硅管， = 100，rbb=200 。(1) 为使电路在静态时输出直流电位VOQ=0，Rc2应选多大？(2) 求电路的差模电压放大倍数；(3) 若负电源（12V）端改接公共地，分析各管工作状态及VO的静态值。图题3.2.7解：

7、(1) 当VOQ=0时，ICQ3Rc3=Vcc， ICQ3=VCC/Rc3=12/12=1 mAIRc2=ICQ2-IBQ3=0.12-0.01=0.11 mA(2) 求差模电压放大倍数：第二级（CE反相放大级）输入电阻为Ri2：Ri2=rbe3+(1+3)Re3=2.83+1010.25=28.1 k差模放大级：反相放大级：(3) 若负电源（-12V）端改为接地，则因静态时VB1=VB2=0，故T1、T2管处于截止状态，ICQ2=0，VB3=12V，所以T3管也处于截止状态。故VOQ=0。题3.2.8 三级放大电路如图题，已知：rbe1 = rbe2 = 4 k，rbe3 = 1.7 k，r

8、be4 = rbe5 = 0.2 k，各管的 = 50。图中所有电容在中频段均可视作短路。试画出放大电路的交流通路，计算中频电压放大倍数，输入电阻Ri和输出电阻Ro。图题3.2.8解：交流通路为：图3.2.5输入级差分放大电路的电压放大倍数为 （rbe3是中间级的输入电阻）中间级共射放大电路的电压放大倍数为 （Ri3是输出级的输入电阻）其中， 输出级的电压放大倍数近似为1所以，总的电压放大倍数为：输入电阻和输出电阻为：题3.2.9 判断下列说法是否正确：(1) 由于集成运放是直接耦合放大电路，因此只能放大直流信号，不能放大交流信号。(2) 理想运放只能放大差模信号，不能放大共模信号。(3) 不

9、论工作在线性放大状态还是非线性状态，理想运放的反相输入端与同相输入端之间的电位差都为零。(4) 不论工作在线性放大状态还是非线性状态，理想运放的反相输入端与同相输入端均不从信号源索取电流。(5) 实际运放在开环时，输出很难调整至零电位，只有在闭环时才能调整至零电位。解：(1) 错误。集成运放可以放大交流信号。(2) 正确。(3) 错误，当工作在非线性状态下，理想运放反相输入端与同相输入端之间的电位差可以不为零。(4) 正确。(5) 正确。题 已知某集成运放开环电压放大倍数Aod5000，最大电压幅度Vom10V，接成闭环后其电路框图及电压传输特性曲线如图题，设同相端上的输入电压vI(0.5+0

10、.01sint)V，反相端接参考电压VREF0.5V，试画出差动模输入电压vId和输出电压vO随时间变化的波形。图题解：vO=AodvId=50000.001sint=50sint (V)，但由于运放的最大输出电压幅度为Vom=10V，所以当vId2 mV时，按上述正弦规律变化；而当vId2 mV时，vO已饱和。输出电压波形如图所示。题 已知某集成运放的开环电压放大倍数Aod104（即80dB），最大电压幅度Vom10V，输入信号vI按图题，即当vI0时，vO0，试问：(1) 当vI1 mV时，vO等于多少伏？(2) 当vI1.5 mV时，vO等于多少伏？(3) 当考虑实际运放的输入失调电压V

11、IO2 mV时，问输出电压静态值VO为多少？电路能否实现正常放大？图题解：(1) 当vI1 mV时，则vO -AodvI -1041 mV-10 V （临界饱和输出）(2) 当vI1.5 mV时，则vO -AodvI -1041.5 mV-15 V，已超过饱和输出值，所以实际vO为-10V。(3) 若VIO2 mV时，则静态时VOQ-AodVIO-10V，已处于反向饱和状态，放大器不能实现正常放大。题 试根据下列各种要求，从运放参数表（教材中表(1) 作一般的音频放大，工作频率f10 kHz，增益约为40 dB。(2) 作为微伏级低频或直流信号放大。(3) 用来与高内阻传感器（如Rs10 M）

12、相配合。(4) 作为便携式仪器中的放大器（用电池供电）。(5) 要求输出电压幅度Vom24V。(6) 用于放大10 kHz方波信号，方波的上升沿与下降沿时间不大于2s，输出幅度为10V。解：(1) 可选用通用型运放CF741（A741）。(2) 可选用高精度型运放CF7650（ICL7650）。(3) 宜选用高阻型运放5G28。(4) 宜选用低功耗型运放CF3078（CA3078）。(5) 宜选用高压型运放CF143（LM143）。(6) 可选用高速型运放CF715或宽带型运放CF507。题 差分放大电路如图题，其中三极管采用Q2N3904，二极管为DIN4148。电源电压为+VCC=+15V

13、，-VEE =-15V。试用PSPICE程序仿真分析：(1) 设置直流分析，以Vi为扫描对象，仿真分析差分放大电路的静态工作点IC1Q、IC2Q、VC1Q、VEQ；(2) 在上述分析后，查看差分放大电路的电压传输特性曲线，并解释电压传输特性曲线上的非线性特性；(3) 设置交流分析，分析差分放大电路的频率特性；(4) 设置瞬态分析，分析差分放大电路的各个电压波形vB、vE、vO，并注意它们的相位和大小；(5) 将输入端改接成差模输入，设置交流分析，计算其差模电压放大倍数；(6) 将输入端改接成共模输入，设置交流分析，计算其共模电压放大倍数。图题解：(1) 将分析方式设置为直流分析，以输入信号源作

14、为直流分析的扫描对象。直流分析设置参数为：Sweep Var. Type为Voltage Source，Sweep Type为Linear，Name：Vi，Start Value：-0.1，End Value：0.1，Increment：0.001V。通过PSPICE仿真可得到：IC1QIC2Q0.685 mA，VC1QVC2Q14.32 V，VEQ-651 mV。(2) 通过上述直流扫描分析可以查看差分放大电路的电压传输特性曲线，如图，电压传输特性曲线中放大区部分只是近似为直线。图 电压传输特性曲线(3) 交流分析设置参数为：AC Sweep Type为Decade（十倍程扫描），Name：

15、Vi，Pts./Decade：101（每十倍程扫描点数为10点），Start Freq.：10，End Freq.：100meg。(4) 瞬态分析时信号源为VSIN元件，属性设置为VOFF0，VAMPL1mV，FREQ1 K；瞬态分析设置参数为Print Step20ns，Final Time2ms。通过瞬态分析可得到差分放大电路中各点的波形，其中双端输出的电压波形如图图 vO波形(5) 为了求差模电压放大倍数，需将信号源改为差模输入电压，然后进行交流扫描分析。通过仿真可得该差分放大电路双端输出时的差模电压放大倍数为-26.0。(6) 为了求共模电压放大倍数，需将信号源改为共模输入电压，然后进

16、行交流扫描分析。通过仿真可得该差分放大电路双端输出时的共模电压放大倍数为0，单端输出时的共模电压放大倍数为-0.0003。题 电路如图题，三极管用Q2N3904，其它参数不变。试用PSPICE程序分析该电路：(1) 求电路的静态电流点；(2) 计算差模电压放大倍数Ad2、共模电压放大倍数Ac2和共模抑制比KCMR；(3) 若vi=0.02sint (V)，仿真分析vO的波形。解：输入并编辑好电路图，如图图3.2. 14(1) 仿真分析电路图(1) 对电路进行仿真分析，可得静态工作点：VB1Q=26 mV，VB2Q = -27 mV，VC1Q = 12 V，VC2Q = 2.4V，VB3Q =

17、-9.07 V，VC3Q = -719.6 mV。(2) 设置交流扫描分析（AC Sweep.），将信号源改为差模输入，可得差模电压放大倍数Ad2为21.47，将信号源改为差模输入，可得共模电压放大倍数Ac2为1.610-4，共模抑制比KCMR为1.3105（即102dB）。(3) 设置瞬态分析若vi=0.02sint (V)，可得仿真分析vO的波形如图3.2. 14(2)所示。图3.2. 14(2) 输出波形曲线题 电路如图题，三极管用Q2N2222，设各管的=100，图中电容取50F，其它参数不变。试用PSPICE程序分析：(1) 该放大电路的电压放大倍数Av，输入电阻Ri和输出电阻Ro；(2) 当输入电压取频率为1 kHz、幅值为1 mV的正弦信号时，仿真分析该电路输出电压vO的波形和幅值。解：(1) 输入并编辑好电路图如图图 仿真分析电路图设置交流扫描分析（AC weep.）和瞬态分析。可得：中频源电压增益Av为557（即54.9dB），输入电阻Ri为7.47K，输出电阻Ro为69.89。其中，源电压增益的对数幅频特性曲线如图图 电压增益对数幅频特性曲线(2) 当输入电压取频率为1 kHz、幅值为1 mV的正弦信号时，仿真分析该电路输出端的电压波形如图图 输出波形曲线