浙大版集成電路課后答案(匯編)

1、第二章集成運(yùn)算放大器題3.2.1某集成運(yùn)放的一個(gè)偏置電路如圖題3.2.1所示，設(shè)、T2管的參數(shù)完全相同。問:Ti、T2和R組成什么電路？Ic2與Iref有什么關(guān)系？寫出Ic2的表達(dá)式。圖題3.2.1解：(1) T 1、T2和R2組成基本鏡像電流源電路Vcc - VbeI C2 - I REF -rref題 3.2.2(1)在圖題3.2.2所示的差分放大電路中，已知晶體管的一：=80, rbe=2 Q。求輸入電阻Ri和輸出電阻Ro ；求差模電壓放大倍數(shù)Avd。圖題3.2.2解： Ri=2(rbe+Re)=2 X (2+0.05)=4.1 k QRo=2 Rc=10 k Q-?Rc80 漢 5Av

2、dc66r be十(1 +P)Re2 +81 漢 0.05題3.2.3在圖題3.2.3所示的差動(dòng)放大電路中，設(shè)TT2管特性對稱， f 2=100 , Vbe=0.7V ,且rbb =200 J 其余參數(shù)如圖中所示。計(jì)算、T2管的靜態(tài)電流Icq和靜態(tài)電壓eq，若將Rc1短路，其它參數(shù)不變，則Ti、T2管的靜態(tài)電流和電壓如何變化？（2）計(jì)算差模輸入電阻 Rid。當(dāng)從單端（C2）輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Ad2=?；e點(diǎn)電位vE變化了（3）當(dāng)兩輸入端加入共模信號(hào)時(shí)，求共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr ； 當(dāng)vii =105 mV，vi2=95 mV時(shí)，問vc2相對于靜態(tài)值變化了多少?多少？解

3、：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)：CQV EE - VBERb1 /(1)2Re12-710/101 2 10= 0.56 mAC coVE jBQRb1VBE_而 10-0.70Vceq 二Vcc -IcqRc -Ve =12 -0.56 100.7 =7.1V若將Rd短路，則I C1Q - I C2Q =0.56 mA（不變）Vce1q 二Vcc -Ve =120.7 =12.7 VVce2q =Vcc -IcqRc -Ve =12 -0.56 10 0.7 =7.1V (不變)計(jì)算差模輸入電阻和差模電壓放大倍數(shù)：任VT26尺咲=血(1：) = 2001014.9 k.1I eq0.56Rid =2(

4、Rbrbe) =2 (10 4.9) 29.8k11Ad2-Re2(Rb rbe)100 1029.8=33.5（3）求共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比：Ac2Re匹衛(wèi) 0.5Rb rbe （1：）2Re10 4.9 101 20KcmrAd2Ac233.50.5=67 (即 36.5dB)當(dāng) vn =105 mV， vi2=95 mV 時(shí),vId 二 v” 一vI2 =105 75 =10 mVvic呂105 952= 100 mVvo2 二Ad2 vidAe2 vie =33.5 10 (-0.5) 100 =285mV所以，Vo2相對于靜態(tài)值增加了 285 mV。由于E點(diǎn)在差模等效電路中交流

5、接地， 在共模等效電路中 Ve隨共模輸入電壓的變化而變化(射極跟隨器)，所以，.WE二Vie =100 mV ,即e點(diǎn)電位增加了 100 mV。題3.2.4差分放大電路如圖題 3.2.4所示，設(shè)各晶體管的“ =100, Vbe=0.7V，且rbe1=rbe2=3 k；. ， 電流源b=2mA，R =1 M差分放大電路從C2端輸出。計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)(IC1Q，VC2Q 計(jì)算差模電壓放大倍數(shù) Ad2，差模輸入電阻 Rid和輸出電阻Ro；若vn =20sin ，t mV，VI2 =0，試畫出vc2和ve的波形，并在圖上標(biāo)明靜態(tài)分量和動(dòng)態(tài)計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr ；(4)分量的幅值

6、大小，指出其動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關(guān)系。解：計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn):十1I C1Q =lc2Q = Iq =1 mA2RlVC2QLVcc -Ic2q（RcRl） =6 -1 1.5 =4.5VRc RL1Veq - Vbe -1 bq Rb - -0.7V 1 - -0.71 V100計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)，輸入電阻和輸出電阻：心=3=18.752（Rbbe）2（1 3）Rid =2（%） =8kR =Rc計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比:100 仁 751013 101 2000A _ -代一C2Rb % (1 1)2RKcmrAd2Ae218.757.5 10,=25000 （即 88dB）

7、vii =20sin ，t mV , V12 =0，貝Uvc2Ai2 vi =0.375sin，t (V)Ve =Vic =0.01 sin .t (V)vC2 =VC2qvc2 =4.5 0.375sin ，t (V)Ve =VeqVe = -0.710.01sin (V)vc2 和Ve的波形如圖Vh之間都相位相同。3.2.4所示，它們的動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓題325 FET組成的差分放大電路如圖題(2)求單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Avd,、共模電壓放大倍數(shù)Avc1和共模抑制比nn2 jrfc-u,o.oiy-0.71圖 3.2.43.2.5 所示。已知 JFET 的 gm=2 mS， rds

8、=20 kl】。求雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Avd ；Kcmr ；忌(-20 V)圖題3.2.5解：(1)雙端輸出時(shí),VoVid2g mVgs ( Rd rds )2Vgs二-gm (Rd rds) =-2(10/20) =-13.3單端輸出時(shí),令2V陽一 2gm(Rd/ds)12 (10 20) =6.72_ g m( Rd rds)1 + g m 漢 2Rs2 (10/20)1 2 20=0.325kcmrAvd16.70.325= 20.5(即 26.3 dB)題3.2.6采用射極恒流源的差分放大電路如圖題3.2.6所示。設(shè)差放管 、T2特性對稱,-1 = !：:2 = 50， rbb

9、1 2 =300 I】,T3管-3 = 50 , rce3 = 100 k I】，電位器 R的滑動(dòng)端置于中心位置， 其余元件參數(shù)如圖中所示。求靜態(tài)電流ICQ1 ICQ2 ICQ3和靜態(tài)電壓 Voq；計(jì)算差模電壓放大倍數(shù)Ad2，輸入電阻Rid和輸出電阻R);計(jì)算共模電壓放大倍數(shù)Ac2和共模抑制比Kcmr ； 若vi1=0.02sin t V , V12 =0 ,畫出vo的波形，并標(biāo)明靜態(tài)分量和動(dòng)態(tài)分量的幅值大小， 指出其動(dòng)態(tài)分量與輸入電壓之間的相位關(guān)系。解：(1)求靜態(tài)工作點(diǎn):I CQ3Rb1 / Rb2101030120.710/30501.5= 1.4mARl10 x12Voq2L Vcc

10、-Icq2(RcRl)二0.7 (10/10) =2.5VQ Rc Rlq10 10計(jì)算差模性能指標(biāo)：rbe1 = rbe2 - rbb，(1，?I C1Q= 300 51 =2.2k0.726小be3 =300 511.25 k;j.1.4(Rc /Rl)50 5Ad2 -.2(Rb W) (1JRwRid=2(Rb+rbe1)+(1+ 3 )Rw=2 X (5+2.2)+51 X 0.1=19.5 k QRo=Rc=10 k Q計(jì)算共模性能指標(biāo)：12.82 (52.2)51 0.1Ro33Re350 1.5Ac2=(1) rce =(1) 100 =832 k JRb3 +be3 +Re3

11、10 30 +1.25 +1.5_-P(RcRl)_ 1Rb rbe2 - (1：)(2Rw 2Ro3)50 5 5 2.251 (0.052 832) 一.003kcmrAd2Ac212 8而t4267(即 72.6dB)若 vii=0.02sin ，t V , vi2 =0 時(shí)，貝UvO =VO2q 亠 AQ2VM =2.5 亠 0.26sin ;.-,t(V)VO波形如圖所示，其動(dòng)態(tài)分量與Vii之間相位相同。.吃 Q-0.02題3.2.7在圖題3.2.7所示電路中，設(shè)各晶體管均為硅管，P= 100,血=200 Q。為使電路在靜態(tài)時(shí)輸出直流電位Voq=0, Rc2應(yīng)選多大？求電路的差模電壓

12、放大倍數(shù)Avd ；若負(fù)電源(12V)端改接公共地，分析各管工作狀態(tài)及Vo的靜態(tài)值。解：當(dāng)Voq=0時(shí),I CQ3I BQ310.01 mA1001I CQ2 : I EQ2I Re2120.7X：47= 0.12 mAIrc2=Icq2-I bq3=0.12-0.01=0.11 mAI CQ3 Re3 +Vbe3Rc2 :I Rc210.25 0.70.11=8.64 k.1求差模電壓放大倍數(shù)Avd :rbe1 =be2 =200101 一 22.1k10.12朕3 =20010126 = 2.83 k11第二級(jí)（CE反相放大級(jí)）輸入電阻為Ri2 :Ri2 =be3+(1+ 3 3)Re3=2

13、.83+101 X 0.25=28.1 k Q差模放大級(jí)：(Rc2Ri2)100 (8.64 28.1)“15Avd1 =2%12 22.1反相放大級(jí):Ri2竺上二-42.728.1-Avd - Avd1Av2 二-640.5I CQ2=0 ,若負(fù)電源（-12V）端改為接地，則因靜態(tài)時(shí)Vb1=Vb2=0,故、T2管處于截止?fàn)顟B(tài), Vb3=12V，所以T3管也處于截止?fàn)顟B(tài)。故 Voq=0。題 3.2.8 二級(jí)放大電路如圖題 3.2.8 所示，已知：r be1 = rbe2 = 4 k，rbe3 = 1.7 k： !, rbe4 = r be5 =0.2 k，各管的1 = 50。圖中所有電容在中頻

14、段均可視作短路。試畫出放大電路的交流通路，計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù) Av，輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。8.2kQl圖題328u/ k 2T3解：交流通路為:+；TJ1 8.2k6 Sk入ViJ20k圖 3.2.5輸入級(jí)差分放大電路的電壓放大倍數(shù)為Av1匹 =_50（5.1/咲3）= _7.97（ rbe3是中間級(jí)的輸入電阻） TOC o 1-5 h z 2%12 4中間級(jí)共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為Av2匹一50 （6.8/甩）=_174（ Ri3是輸出級(jí)的輸入電阻）rbe31.78 2漢1 其中，Ri3 =%4（1 ）（8.2 Rl） =0.2 5145.6 k1-18.2+1輸出級(jí)的電壓放大倍

15、數(shù)近似為1Av3 1所以，總的電壓放大倍數(shù)為：Av = Av1 Av2 Av3 =1387輸入電阻和輸出電阻為：8 2工8Ri =8.2（2be1）4 k.18.2 8be4 *6.8小Ro =8.2 30.13 k11o 1 -題329判斷下列說法是否正確：由于集成運(yùn)放是直接耦合放大電路，因此只能放大直流信號(hào)，不能放大交流信號(hào)。理想運(yùn)放只能放大差模信號(hào)，不能放大共模信號(hào)。不論工作在線性放大狀態(tài)還是非線性狀態(tài)，理想運(yùn)放的反相輸入端與同相輸入端之 間的電位差都為零。不論工作在線性放大狀態(tài)還是非線性狀態(tài)，理想運(yùn)放的反相輸入端與同相輸入端均 不從信號(hào)源索取電流。實(shí)際運(yùn)放在開環(huán)時(shí)，輸出很難調(diào)整至零電位

16、，只有在閉環(huán)時(shí)才能調(diào)整至零電位。 解：(1)錯(cuò)誤。集成運(yùn)放可以放大交流信號(hào)。正確。錯(cuò)誤，當(dāng)工作在非線性狀態(tài)下，理想運(yùn)放反相輸入端與同相輸入端之間的電位差可 以不為零。正確。正確。題3.2.10已知某集成運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod = 5000，最大電壓幅度 Vm= 10V，接成閉環(huán)后其電路框圖及電壓傳輸特性曲線如圖題3.2.10 (a)、(b)所示。圖(a)中，設(shè)同相端上的輸入電壓 vi= (0.5+0.01Sin .t)V ,反相端接參考電壓 Vref= 0.5V，試畫出差動(dòng)模輸入電 壓Vid和輸出電壓vo隨時(shí)間變化的波形。圖題3.2.10解：Vo=Ad 血=5000 x 0.001sin，

17、t=50sin，t (V)，但由于運(yùn)放的最大輸出電壓幅度為Vm= 10V，所以當(dāng)| Vid 1 2 mV時(shí)，v已飽和。輸出電壓波形如圖所示。題3.2.11已知某集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù) Aod = 104 (即80dB),最大電壓幅度 Vm = 10V，輸入信號(hào)Vi按圖題3.2.11所示的方式接入。設(shè)運(yùn)放的失調(diào)和溫漂均不考慮，即當(dāng)Vi=0時(shí)，vO= 0,試問：當(dāng)vi = 1 mV時(shí)，Vo等于多少伏？當(dāng)vi = 1.5 mV時(shí)，vO等于多少伏？當(dāng)考慮實(shí)際運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓Vio= 2 mV時(shí)，問輸出電壓靜態(tài)值 Vo為多少？電路能否實(shí)現(xiàn)正常放大？解：(1)當(dāng)vi = 1 mV時(shí)，貝Uvo = -

18、Aod vi = -104X 1 mV = -10 V (臨界飽和輸出)當(dāng) vI = 1.5 mV 時(shí)，則vo = -Aod Vi = -10 X 1.5 mV = -15 V，已超過飽和輸出值，所以實(shí)際Vo為-10V。若Vio= 2 mV時(shí)，則靜態(tài)時(shí) VQ= -Aod W。= -10V，已處于反向飽和狀態(tài)，放大器 不能實(shí)現(xiàn)正常放大。題3.2.12試根據(jù)下列各種要求，從運(yùn)放參數(shù)表(教材中表3.2.1)中選擇合適的運(yùn)放型號(hào)。作一般的音頻放大，工作頻率仕10 kHz，增益約為40 dB。作為微伏級(jí)低頻或直流信號(hào)放大。用來與高內(nèi)阻傳感器(如Rs= 10 Mx)相配合。作為便攜式儀器中的放大器(用電池

19、供電)。要求輸出電壓幅度 Voml 士 24V I。用于放大10 kHz方波信號(hào)，方波的上升沿與下降沿時(shí)間不大于2卩s,輸出幅度為士 10V。解：(1)可選用通用型運(yùn)放 CF741 (卩A741 )。可選用高精度型運(yùn)放 CF7650 (ICL7650 )。宜選用高阻型運(yùn)放 5G28。宜選用低功耗型運(yùn)放 CF3078 (CA3078 )。宜選用高壓型運(yùn)放 CF143 ( LM143 )?？蛇x用高速型運(yùn)放 CF715或?qū)拵瓦\(yùn)放CF507。題3.2.13差分放大電路如圖題 3.2.13所示，其中三極管采用 Q2N3904，二極管為DIN4148。 電源電壓為+Vcc=+15V , -Vee =-1

20、5V。試用PSPICE程序仿真分析：設(shè)置直流分析，以Vi為掃描對象，仿真分析差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)IC1Q、IC2QVc1Q、VEQ；在上述分析后，查看差分放大電路的電壓傳輸特性曲線，并解釋電壓傳輸特性曲線上的非線性特性；設(shè)置交流分析，分析差分放大電路的頻率特性；設(shè)置瞬態(tài)分析，分析差分放大電路的各個(gè)電壓波形Vb、Ve、v。，并注意它們的相位和大??；將輸入端改接成差模輸入，設(shè)置交流分析，計(jì)算其差模電壓放大倍數(shù)；解：(1)將分析方式設(shè)置為直流分析，以輸入信號(hào)源作為直流分析的掃描對象。直流分析設(shè)置參數(shù)為： Sweep Var. Type 為 Voltage Source，Sweep Type 為

21、Lin ear，Name: Vi, Start Value： -0.1 , End Value: 0.1, In creme nt: 0.001V。通過 PSPICE 仿真可得到：lcg= Ic2q= 0.685 mA , Vciq= VC2q = 14.32 V , VEq= -651 mV。(2)通過上述直流掃描分析可以查看差分放大電路的電壓傳輸特性曲線，如圖3.2.13(1)所示。由于三極管電流放大倍數(shù)3的非線性，電壓傳輸特性曲線中放大區(qū)部分只是近似為直線。9 U(out1)U_Pi圖3.2.13(1)電壓傳輸特性曲線交流分析設(shè)置參數(shù)為：AC Sweep Type為Decade (十倍程

22、掃描)，Name: Vi,Pts./Decade： 101 (每十倍程掃描點(diǎn)數(shù)為10 點(diǎn))，Start Freq.： 10, End Freq.: 100meg。瞬態(tài)分析時(shí)信號(hào)源為 VSIN元件，屬性設(shè)置為 VOFF = 0, VAMPL = 1mV , FREQ =1 K ;瞬態(tài)分析設(shè)置參數(shù)為Print Step= 20ns, Final Time = 2ms。通過瞬態(tài)分析可得到差分放大電路中各點(diǎn)的波形，其中雙端輸出的電壓波形如圖3.2.13(2)所示。Time圖 3.2.13(2) vo 波形為了求差模電壓放大倍數(shù)，需將信號(hào)源改為差模輸入電壓，然后進(jìn)行交流掃描分析。通過仿真可得該差分放大電

23、路雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)為-26.0。為了求共模電壓放大倍數(shù)， 需將信號(hào)源改為共模輸入電壓， 然后進(jìn)行交流掃描分析。 通過仿真可得該差分放大電路雙端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為0，單端輸出時(shí)的共模電壓放大倍數(shù)為-0.0003。題3.2.14 電路如圖題3.2.6所示，三極管用 Q2N3904，其它參數(shù)不變。試用PSPICE程序分析該電路：求電路的靜態(tài)電流點(diǎn)；計(jì)算差模電壓放大倍數(shù) Ad2、共模電壓放大倍數(shù) Ac2和共模抑制比Kcmr ；若vi=0.02sin t (V)，仿真分析vo的波形。解:輸入并編輯好電路圖，如圖3.2.14(1)所示。RL10ki.5k10kRb2坯+VCC VEEQ Q1圖32 14(1)仿真分析電路圖對電路進(jìn)行仿真分析，可得靜態(tài)工作點(diǎn)：Vb1q= 26 mV , Vb2q = -27 mV , Vc1q = 12V , Vc2q = 2.4V , Vb3q = -9.07 V , Vc3Q = -719.6 mV。設(shè)置交流掃描分析(AC Sweep.),將信號(hào)源改為差模輸入，可得差模電壓放大倍