模拟电路 集成运算放大电路题解

自 测 题

一、选择合适答案填入空内。

（1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为 。 A．可获得很大的放大倍数 B. 可使温漂小 C．集成工艺难于制造大容量电容 （2）通用型集成运放适用于放大 。 A．高频信号 B. 低频信号 C. 任何频率信号

（3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的 。 A. 指标参数准确 B. 参数不受温度影响 C．参数一致性好

（4）集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以 。 A．减小温漂 B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻

（5）为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用 。 A．共射放大电路 B. 共集放大电路 C．共基放大电路

解：（1）C （2）B （3）C （4）A （5）A

二、判断下列说法是否正确，用“√”或“×”表示判断结果填入括号内。

（1）运放的输入失调电压UIO是两输入端电位之差。( ) （2）运放的输入失调电流IIO是两端电流之差。( ) （3）运放的共模抑制比KCMRAd ( ) Ac （4）有源负载可以增大放大电路的输出电流。( )

（5）在输入信号作用时，偏置电路改变了各放大管的动态电流。( ) 解：（1）× （2）√ （3）√ （4）√ （5）×

三、电路如图T4.3所示，已知β1=β2=β3=100。各管的UBE均为0.7V，试求IC2的值。

图T4.3

解：分析估算如下： IRVCCUBE2UBE1100μA

R

IC0IC1IC IE2IE1IRIC0IB2IC0IB1IC IC

四、电路如图T4.4所示。

IC1IRIR100μA

图T4.4

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（1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放……）；

（2）分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍数、输入电阻……）。

解：（1）三级放大电路，第一级为共集-共基双端输入单端输出差分放大电路，第二级是共射放大电路，第三级是互补输出级。

（2）第一级采用共集-共基形式，增大输入电阻，改善高频特性；利用有源负载（T5、T6）增大差模放大倍数，使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出电路的差模放大倍数，同时减小共模放大倍数。

第二级为共射放大电路，以T7、T8构成的复合管为放大管、以恒流源作集电极负载，增大放大倍数。

第三级为互补输出级，加了偏置电路，利用D1、D2的导通压降使T9和T10在静态时处于临界导通状态，从而消除交越失真。

五、根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。已知现有集成运致的类型是：①通用型 ②高阻型 ③高速型 ④低功耗型 ⑤高压型 ⑥大功率型 ⑦高精度型

（1）作低频放大器，应选用 。 （2）作宽频带放大器，应选用 。

（3）作幅值为1μV以下微弱信号的量测放大器，应选用 。 （4）作内阻为100kΩ信号源的放大器，应选用 。 （5）负载需5A电流驱动的放大器，应选用 。 （6）要求输出电压幅值为±80的放大器，应选用 。 （7）宇航仪器中所用的放大器，应选用 。

解：（1）① （2）③ （3）⑦ （4）② （5）⑥ （6）⑤ （7）④

第四章题解－3

习 题

4.1 通用型集成运放一般由几部分电路组成，每一部分常采用哪种基本电路？通常对每一部分性能的要求分别是什么？

解：通用型集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四个部分组成。

通常，输入级为差分放大电路，中间级为共射放大电路，输出级为互补电路，偏置电路为电流源电路。

对输入级的要求：输入电阻大，温漂小，放大倍数尽可能大。

对中间级的要求：放大倍数大，一切措施几乎都是为了增大放大倍数。

对输出级的要求：带负载能力强，最大不失真输出电压尽可能大。 对偏置电路的要求：提供的静态电流稳定。

4.2 已知一个集成运放的开环差模增益Aod为100dB，最大输出电压峰-峰值Uopp＝±14V，分别计算差模输入电压uI（即uP－uN）为10μV、100μV、1mV、1V和－10μV、－100μV、－1mV、－1V时的输出电压uO。

解：根据集成运放的开环差模增益，可求出开环差模放大倍数

20lgAod100dBAod105

当集成运放工作在线性区时，输出电压uO＝Aod uI；当Aod uI超过±14V时，uO不是＋14V，就是－14V。故uI（即uP－uN）为10μV、100μV、1mV、1V和－10μV、－100μV、－1mV、－1V时，uO分别为1V、10V、14V、14V、－1V、－10V、－14V、－14V。

4.3 已知几个集成运放的参数如表P4.3所示，试分别说明它们各属于哪种类型的运放。

表P4.3

特性指标 单位 A1 A2 A3 A4 Aod dB 100 130 100 100 rid MΩ 2 2 1000 2 UIO mv 5 0.01 5 2 SR －3dBfH KCMR 单位增益带宽 nA nA Hz dB V/μV MHz 200 600 7 86 0.5 2 40 7 120 0.5 0.02 0.03 86 0.5 5 20 150 96 65 12.5 IIO IIB 解：A1为通用型运放，A2为高精度型运放，A3为高阻型运放，A4为高速型运放。

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4.4 多路电流源电路如图P4.4所示，已知所有晶体管的特性均相同，UBE均为0.7V。试求IC1、IC2各为多少。

图P4.4

解：因为T1、T2、T3的特性均相同，且UBE均相同，所以它们的基极、集电极电流均相等，设集电极电流为IC。先求出R中电流，再求解IC1、IC2。 IRVCCUBE4UBE0100μA

RIRIC0IB3IC0

3IC3IBIC1 (1)ICIR232

当β（1＋β）＞＞3时

IC1IC2IR100μA

第四章题解－5

4.5 图4.5所示为多集电极晶体管构成的多路电流源。已知集电极C0与C1所接集电区的面积相同，C2所接集电区的面积是C0的两倍，ICO/IB= 4，e-b间电压约为0.7V。试求解IC1、IC2各为多少

图P4.5

解：多集电极晶体管集电极电流正比于集电区的面积。

先求出R中电流，再求解IC1、IC2。

VCCUEB200μA (其中UEB0.7V)RIIRICIBIC0C0IR IC0 IR160μA 1

IC1IC0160μAIC22IC0320μA

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4.6 电路如图P4.6所示，T管的低频跨导为gm，T1和T2管d-s间的动态电阻分别为rds1和rds2。试求解电压放大倍数Au=△uO/△uI的表达式。

图P4.6

解：由于T2和T3所组成的镜像电流源是以T1为放大管的共射放大电路的有源负载，T1、T2管d-s间动态电阻分别为rds1、rds2，所以电压放大倍数Au的表达式为 Au

4.7 电路如图P4.7所示，T1与T2管特性相同，它们的低频跨导为gm；T3与T4管特性对称；T2与T4管d-s间动态电阻为rds2和rds4。试求出两电路的电压放大倍数Au=△uO/△(uI1－uI2)的表达式。

uOuIiD(rds1∥rds2)uIgm(rds1∥rds2)

图P4.7

第四章题解－7

解：在图（a）（b）所示电路中

iD1iD2iD3iD4iOiD2iD4iD2iD12iD1 iD1gm(uI1uI2)2iOgm(uI1uI2)

图（a）所示电路的电压放大倍数

Au

uO(uI1uI2)(uI1uI2)

iO(rds2∥rds4) gm(rds2∥rds4)同理，图（b）所示电路的电压放大倍数 Augm(rds2∥rds4)

4.8 电路如图P4.8所示，具有理想的对称性。设各管β均相同。 （1）说明电路中各晶体管的作用；

（2）若输入差模电压为（uI1－uI2），则由此产生的差模电流为△iD，求解电路电流放大倍数Ai的近似表达式。

解：（1）图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。T1和T2、T3和T4分别组成的复合管为放大管，T5和T6组成的镜像电流源为有源负载。

（2）由于用T5和T6所构成的镜像电流源作为有源负载，将左半部分放大管的电流变化量转换到右边，故

输出电流变化量及电路电流放大倍数 图P4.8 分别为

iO2(1) iI

Ai iO2(1)iI

8

4.9 电路如图P4.9所示，具有理想的对称性。回答题4.8所提的问题。

图P4.9

解：（1）图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。T1和T2、T3和T3分别组成的复合管为放大管，T5和T6组成的镜像电流源为有源负载。

（2）由于用T5和T6所构成的镜像电流源作为有源负载，将左半部分放大管的电流变化量转换到右边，故输出电流变化量及电路电流放大倍数分别为

iO2(1) iI

Ai iO2(1)iI

4.10 电路如图P4.10所示，T1与T2管的特性相同，所有晶体管的β均相同，Rc1远大于二极管的正向电阻。当uI1＝uI2＝0V时，uO＝0V。

图P4.10

（1）求解电压放大倍数的表达式；

第四章题解－9

（2）当有共模输入电压时，uO=？简述理由。 解：（1）在忽略二极管动态电阻的情况下

Au1

Au2

Rc1∥Rc2

rbe3

rbe32

rbe1

AuAu1Au2

（2）当有共模输入电压时，uO近似为零。由于Rc1＞＞rd，△uC1≈△uC2，因此△uBE3≈0，故uO≈0。

4.11 电路如图P4.11所示，T1与T2管为超β管，电路具有理想的对称性。选择合适的答案填入空内。

（1）该电路采用了 。 A．共集-共基接法 B. 共集-共射接法 C．共射-共基接法 （2）电路所采用的上述接法是为了 。

A．增大输入电阻 B. 增大电流放大系数 C．展宽频带

图P4.11 （3）电路采用超β管能够 。 A．增大输入级的耐压值 B. 增大放大能力 C．增大带负载能力 （4）T1与T2管的静态压降约为 。

A．0.7V B. 1.4V C. 不可知 解：（1）C （2）C （3）B （4）A

4.12 电路如图P4.11所示，试问：为什么说D1与D2的作用是减少T1

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与T2管集电结反向电流ICBO对输入电流的影响？

解：因为UBE3＋UCE1＝2UD ，UBE1≈UD ，UCE1≈UD，所以UCB1≈0，反向电流为零，因此ICBO对输入电流影响很小。

4.13 在图P4.13所示电路中，已知T1～T3管的特性完全相同，β＞＞2；反相输入端的输入电流为iI1，同相输入端的输入电流为iI2。试问： （1）iC2≈? （2）iB2≈?

（3）Aui=△uO/(iI1－iI2)≈？

图P4.13

解：（1）因为T1和T2为镜像关系，且β＞＞2，所以iC2≈iC1≈iI2 。 （2）iB3＝iI1－iC2≈iI1－iI2

（3）输出电压的变化量和放大倍数分别为

uOiC3Rc3 iB3Rc AuiuO(iI1iI2)uOiB33Rc

4.14 比较图P4.14所示两个电路，分别说明它的是如何消交越失真和如

第四章题解－11

何实现过流保护的。

图P4.14

解：在图（a）所示电路中，D1、D2使T2、T3微导通，可消除交越失真。R为电流采样电阻，D3对T2起过流保护。当T2导通时，uD3＝uBE2＋iOR－uD1，未过流时iOR较小，因uD3小于开启电压使D3截止；过流时因uD3大于开启电压使D3导通，为T2基极分流。D4对T4起过流保护，原因与上述相同。 在图（b）所示电路中，T4、T5使T2、T3微导通，可消除交越失真。R2为电流采样电阻，T6对T2起过流保护。当T2导通时，uBE6＝iOR2，未过流时iOR2较小，因uBE6小于开启电压使T6截止；过流时因uBE6大于开启电压使T6导通，为T2基极分流。T7对T3起过流保护，原因与上述相同。

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4.15 图4.15所示电路是某集成运放电路的一部分，单电源供电，T1、T2、T3为放大管。试分析：

图P4.15

（1）100μA电流源的作用；

（2）T4的工作区域(截止、放大、饱和)； （3）50μA电流源的作用； （4）T5与R的作用

解：（1）为T1提供静态集电极电流、为T2提供基极电流，并作为T1的有源负载。

（2）T4截止。因为uB4＝uC1＝uO＋uR＋uB2＋uB3，uE4＝uO，uB4＞uE4。

（3）50μA电流源为T3提供射极电流，在交流等效电路中等效为阻值非常大的电阻。

（4）保护电路。uBE5＝iOR，未过流时T5电流很小；过流时使iE5＞50μA，T5更多地为T3的基极分流。

第四章题解－13

4.16 电路如图P4.16所示，试说明各晶体管的作用。

图P4.16

解：T1为共射放大电路的放大管；T2和T3组成互补输出级；T4、T5、R2

组成偏置电路，用于消除交越失失真。

4.17 图4.17所示简化的高精度运放电路原理图，试分析： （1）两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端； （2）T3与T4的作用； （3）电流源I3的作用； （4）D2与D3的作用。

图P4.17

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解：（1）u11为反相输入端，u12为同相输入端。

（2）为T1和T2管的有源负载，将T1管集电极电流变化量转换到输出，使单端输出差分放大电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的放大倍数。 （3）为T6设置静态电流，且为T6的集电极有源负载，增大共射放大电路的放大能力。

（4）消除交越失真。

4.18 通用型运放F747的内部电路如图P4.18所示，试分析： （1）偏置电路由哪些元件组成？基准电流约为多少？

（2）哪些是放大管，组成几级放大电路，每级各是什么基本电路？ （3）T19、T20和R8组成的电路的作用是什么？

图P4.18

解：（1）由T10、T11、T9、T8、T12、T13、R5构成。 （2）图示电路为三级放大电路：

T1～T4构成共集-共基差分放大电路，T14～T16构成共集-共射-共集电路，T23、T24构成互补输出级。

（3）消除交越失真。互补输出级两只管子的基极之间电压

UB23－B24＝UBE20＋UBE19

使T23、T24处于微导通，从而消除交越失真。

第四章题解－15