模拟电子电路B模电课后习题答案（第1-8章）模电课后习题答案（第1-8章）-第5章运算放大电路答案

习题答案

7.1在题图7.1所示的电路中，已知晶体管Vi、V2的特性相同，£=20,。8艮。“)=0.7V。求

，CQl、UcEQl、/(7Q2和Uc£Q20

解：由图7.1可知:

UCC-UBE（O"）一【BQ1R】_I,0fHn

-D-lCQ\+'OQ即

10V-0.7V-Imi/20x2.7kQ

CQ\+01，CQ1

4.UQ

由上式可解得土2加4

CQ2=5=

而〃此处IBQ为2IBQ,

UCEQ\=UCC-（ICQ\+IBQ阳=10V・（2+0.2）x4.1V=0.98V

UCEQ产Ucc—%凡=10V・2X2.5V=5V

7.2电路如题图7.2所示，试求各支路电流值。设各晶体管£>>1,UBE（on）~0.7V。

+6V

解：图7.2是具有基极补偿的多电流源电路。先求参考电流

6-(-6)-2XQ.7^18(MA)

R1+5

则

5=IR=1.8(mA)

八=—I=0.9(mA)

3ioR

I■4+=—2I人R=4.5(mA)

7.3差放电路如题图7.3所示。设各管特性一致，|UBE°J=0.7V。试问当R为何值时，可

满足图中所要求的电流关系？

O-6V

题图7.3

/=6-07=053

解：，C3(mA)

C410

则

,ci=［。2=1C5=&=IC7=3'C4=°27mA

即

/=6-07=027(mA)

C5R

所以

R$=19.6(kQ)

7.4对称差动放大电路如题图7.1所示。已知晶体管(和刀的尸=50,并设

UBE(<m)=G.】Vjbb"=0,厂<“<=8。

题图7.1

(c)

(1)求V|和V2的静态集电极电流/CQ、UCQ和晶体管的输入电阻外»。

(2)求双端输出时的差模电压增益A“d，差模输入电阻Rid和差模输出电阻Rod。

(3)若RL接V2集电极的一端改接地时，求差模电压增益Aud(单)，共模电压增益Aw和共模抑

制比KCMR,任一输入端输入的共模输入电阻长-,任一输出端呈现的共模输出电阻凡…

(4)确定电路最大输入共模电压范围。

解：(1)因为电路对称，所以

jj1EEUFE—0.16—0.7八人

=/c2Q=卞=-X----2-=----------T=052/714

22x7?.+—2x5.1+—

E

RB50

“IQ=UQQ=6-0.52x5.1=3.35V

rbe-P-,=50x26..-2.5AQ

60.52

(2)差模电压增益

RJ/IR,5.1//(-X5.1)

02L=-50x----2------«-19

R+r2+2.5

bbe

R=2((+厂)=2(2+2.5版=9娘

差模输入电阻：，dhe

差模输出电阻：Rod=2RC=2x5.UQ=10.2^1

(3)单端输出差模电压增益:

3单T邕Y-噂“"2

共模电压增益:

凡帆.5.1||5.1

-50-0.24

4=-PR/i+rbe+(1+尸2+2.5+51x2x5.1

共模抑制比:

14.2

592

0.24为单)

共模输入电阻:

R.=RH+rh,e+(1+/3)2RE=524.7^Q

共模输出电阻:%=底=5.1K1

(4)设晶体管的UCB=0为进入饱和区，并略去RB上的压降。

为保证Vi和V2工作在放大区，正向最大共模输入电压U&”曲应满足下式:

/<7匕c(max)-匕?一EE

[max)<%------------------------------------------XRc

ZKEE

4匕c(max)-0-7+6

=0------------------------------------=J.1

2x5.1

V<923V

Vjc(max)—,否则晶体管饱和。

如果题图7.1中的RE是用恒流源IEE，则只要

V

匕c(max)-CC~拳治

为保证V1和V2工作在放大区，负向最大共模输入电压Uic(min)应满足下式：

匕《>+V砌㈤=-6+0.7=-5.3(V)

否则晶体管截止.

由上可得最大共模输入范围为一5.3V<V..<2.23V

7.5场效管差动放大电路如题图7.5所示。已知MOS管工作在饱和区，必和V2的

1W,

=200必/片，uGS{lh)=IV,屈=16必。

乙LJ

题图7.5

⑴当=12//4,，少=444时，试问UGSI、UGS2>us和叫各为多少?

(2)当Ui=o时，UGS1、UGS2、Us、iDI和iD2各为多少？

(3)当Ui=0.2V时,UGSi>UGS2、Us、iDI和iD2各为多少？

解：(1)由关系式y(»和="'si+"、得

GS1-UGS(II1^

乙JL>

uCSi=1.245V,wCS2=1.141V,4=-1.14V,w(.=0.1MV

(2)

lD\=ZD2=g【SS=8解

〃GSI=〃GSI=L2V,〃s——1.2V

⑶由

%=200(%SIT)2

，D2=200(〃GS2-1)

=

，D216-iDl

UGS2=UGS\~Ui

解得：

=

UGSI—1.273V,wG521.073=—1.073V,zD1=14.9/zA,zp9=1.\juA

7.6电路如题图7.6。已知匕、V2＞匕管的尸=50,以，=200。，UCC=UEE=15V,

Rc=6Kd&=20KQ,R2=10KQ&=2.IK。

(1)若w/i=O,%2=10si〃碗(mV),试求uo=?

⑵若出尸10s山cMmV),〃/2=5mV,试画出u。的波形图。

⑶若Ui尸Ui2=Uic,试求Uic允许的最大变化范围。

(4)当R］增大时,Aud、Rud将如何变化?

题图7.6

解：⑴3粽=票小

MUX"*"

氏2.1

，EQ=g/c3=21,“

x—=1mA

2

..〃、26

rbe=rbb.+(1+/3)-200+51X—=1.5/fQ

"QI

U.二限：.^_0

a”==20

U『Ui2rhe1.5

2

H0=Alld(«,1-%2)=—200x(—10sincot^-2.14sina)t(y)

(2)u0=A山(%-%2)二一200x(10sincot-5mV)=(-2sincot+1)V

其波形如图所示。

RUEE20x15

(3)心=-10V

&+R、10+20

UCi=%-/出氏=15—1X6=9V

故共模输入电压Qc应满足：T0V<Uic<9V

⑷&TfURZJf/E3(/C|"-/EI/EZJJ-%1(%2)t

使得A"减小，而Rid增大。

7.7差动放大电路如题图7.7所示。设晶体管导通电压UBE(M=0.7V,%=0,各管的夕均为

100o

⑴试求各管的静态集电极电流Ic和V|、V?的集电极电压Uci和UC2。

(2)求差模电压增益Aud、差模输入电阻Rid、差模输出电阻R°d。

(3)利用Vi和V2的小信号等效电路重复(2),并比较之。

(4)确定电路的最大共模输入电压范围。

(5)试画出共模半电路的交流通路和小信号等效电路。

(e)

题图7.7

解：⑴因夕=100>>1,所以

12-0.7

1C3~1C4mA\mA

11+0.3

ICi-IC2—-Q.5mA

%=12—O.5xlO=7V

5=12一(怎+与'凡=12一(0.5+节■)()

得至U：Uc2=3.5V

(2)题图7.7(a)是单端输入-单端输出的差动放大电路，其差模半电路如图7.7(b)所示。

单端输出的差模电压放大倍数为

^^=1x100x1^=34.7

勺+322+5.2

式中r=/?^=100—Q=5.2A;Q

lcl0.5

单端输入的差模输入电阻与双端输入相同，即

%=2(RB+I；,«)=2(2+5.2)kCl=14.4M1

单端输出时的差模电阻是双端输出时的一半，即

R°d=R＜：=io%。

(3)对于差模信号，图4.5(a)所示的微变等效电路如图4.5(c)所示。图中略去了Ti和T?

的输出电阻噎。

由图4.5(c)可得

%=%•(q|号)=备(1+力)%(4|&)=%•(4!a)

q=41-(RB+a)+心々+】2(1-a)&=41-2(%+%)

x旦=圆曲幽1=122幽叽347

4"Uj记2(此+%)2(2+5.2)…

%=3=2(&+%,)=14.4-

lb\

Rnd=Rc=100K2

比较(3)和(2)的结果可看出，对于对称差放电路，不管是双端输入还是单端输入，用差模

半电路来计算差模性能是简单有效的方法。

(4)为确保Vi和V2工作在放大区，并设UCB=0时为进入饱和区，则最大正向共模输入信号

应满足下式(略去RB上的压降)：

4"产心=3.5V

为确保V3工作在放大区，最大负向共模输入信号应满足下式：

4(,丽＞43=-心凡=一""=一11丫

(5)共模半电路的交流通路如图7.7(d)所示。图中REE是晶体管T3的集电极对地的等效电阻。

共模半电路的小信号等效电路如图7.7(e)所示。因为用电流源来实现共模负反馈时，其等效

电阻REE一般都很大，此时Vi和V2的输出电阻丘不能略去，因而共模电压增益、共模输入电

阻的计算比较复杂，这里不做计算。而共模输出电阻“He。

7.8差动放大电路如题图7.8所示。%=0.15sin3«V)试通过计算画出输出电压波形。设

晶体管的UBE(°m=0.7V,lE=2mA。//此处有争议，输入0.15V超出4UT即150毫伏，一管饱和，

一管截止

解：略去V3基极电流的影响,

%=20-手&=20-1x5=15V

UE3=0C2—U㈣°“)=15—0.7=14.3V

即输出电压的静态电压为14.3。

略去V3的输入电阻对V2的负载影响，由图7.8(a)可看出，不失真的输出电压峰值为

与&=；x2x5=5V。如根据线性放大计算,

/©2七

1限1附Uj=g%=i4.42si〃口仅)

2尸外

2rb.e

1I

‘C2。

很明显，输出电压失真被双向限幅，如图7.8(b)所示。

7.9电路见题图7.10。设Uy=UCE=15V,/=2,九4,A。=5KQ,“M=1.2sin(yf(V)

(1)试画出uo当波形，并标出波形当幅度。

(2)若Re变为IOAQ，uo波形有何变化？为什么？

解：(1)由于Uxl.2V»0.1V,电路呈现限幅特性，其uo波形如题图(b)所示。

(2)当Rc变为时，uo幅度增大，其值接近±15V,此时，一管饱和，另

一管截止。

7.10差动放大电路如题图7.11所示。设％和V2的尸=100,。叼=0.7匕％,=0,

嚷=8,Rc=8ZC,Rp=200Q，滑动片动态在中点，RE=5.6KQ,RB=2KQ»

题图7.11

(1)求静态集电极电流IcQl和IcQ2，静态集电极电流电压UcQI和UcQ2。

(2)求电路双端输出时的差模电压增益Aud，差模输入电阻Rid，差模输出电阻Rod。

(3)求单端输出(从Vi集电极引出)时的差模电压增益Aud，差模输入电阻Rm,差模输出电

阻Rz，共模电压增益A。任一输入端看入的共模输入电阻Rid，任一输出端看入的共模输出

电阻Rod和共模抑制比KCMR。

(4)当题图4.7中的重2=0时，重复(2)。

(5)当题图4.7中的UH=O时，重复(3)。

解：⑴

C3«2.05mA

—I,-1.025〃泊

2Cc3

VC]=VC2=12-1.025x6=8.85(7)

G=—%)=-0.7V

⑵

r.=r=r=lOOxx2.54H1

be2be

8八1.025

RcII—RLj〃久

non///oo

Avd=-p----Z—=-100x=-]10

r+r,.2.54+0.2

bebb

,a=2(r.+r)=5.482

、bbbe'

R,“=2%=122

⑶Aud(单)

=+■|■心〃a=73

2忆+%

%=2(%+&)=5.4弧1

Rod=Rc=6k£i.

(4)设晶体管的VCB时为进入饱和区。为保证晶体管工作在放大区，正向共模电压的最

^,<15-1.025x6=8.85^)

大值应满足下式:

为保证晶体管T3工作在放大区，最大负向共模电压应满足下式:

^(min)>-(-^-xl5)=-10V

xvji"jfv2

7.11由两只晶体管连接的复合管如题图7.12所示，试判别每个复合管的管型及三个电极。

若力、仇和人。八/CEO2已知，试求复合管的等效£和左£。。

解：图⑶中的复合管为等效NPN型管；①一b极，②一e极，③一c极。图

(b)中的复合管为等效PNP型管；①一b极，②一c极，③一e极。图(c)中的复合

管为等效NPN型管。①一b极，②一e极，③一c极。

ZZ

对图(a)中的复合管:is=iBi,ic=+62(1+£I)BI=BI(A+Pi+一尸2)，故

lB

【CEO~KCEO\+【CEO2

对图(b)中的复合管:iB=iBik=PM(1+02)=iBi(仇+0凡卜故

=4+夕2+P\P1~邸2

h)

【CEO=Pl)CEP\+〔CEO2

对图(c冲的复合管：期、出。均与图伍片的复合管相同。

7.12题图7.13为达林顿电路的交流通路，设晶体管的力.=0,九=8,4=用=用。

(1)画出该电路的低频小信号混合灯等效电路。

(2)写出输入电阻耳、输出电阻R“和电压增益4=〃上的表达式。

，"U,

—►ibl

4；

RSDV^T

&@广RE([R史。

+Ui旬*丫

RitR0

v1

?OIi+

题图7.13—>REH+RIHUO

Ri_LR。

(b)

解:⑴题图7.13(a)的低频小信号混合灯等效电路如图7.如(b)所示。

(2)4=心+(1+£限2+(1+以七〃&)卜(1+济(4||&)

用辅助电源法可求得

r.+"+Rs$

be21+yg

R.

1+AE1+P(1+夕)2

7.13比较题图7.14所示两个电路，分别说明它的是如何消交越失真和如何实现过流保护的。

(b)

题图7.14

解：在图(a)所示电路中，Di、5使T2、T3微导通，可消除交越失真。

R为电流采样电阻，D3对丁2起过流保护，当导通时，"D3=〃BE2+/OR-"DI，

未过流时ioR较小，因"D3小于开启电压使口3截止：过流时因"D3大于开启

电压使D3导通，为丁2基极分流.D,对T,起过流保护，原因与上述相同。

在图(b)所示电路中，14、15使12、13微导通，可消除交越失真。R1

为电流采样电阻，16对12起过流保护。当丁2导通时，Z，BE6=，O色，未过流时

较小，因"BE6小于开启电压使16截止；过流时因"BE6大于开启电压使

T6导通，为T2基极分流。丁7对T3起过流保护，原因与上述相同.

7.14题图7.15所示电路是某集成运放电路的一部分，单电源供电，V|、V2、V3为放大管。

试分析：

(1)lOOpA电流源的作用;

(2)V4的工作区域(截止、放大、饱和)；

(3)50PA电流源的作用;

(4)V5与R的作用

题图7.15

解：(1)为Ti提供静态集电极电流、为12提供基极电流，并作为Ti的

有源负载。

(2)截止。因为