第四章(差分和多级放大器)

第四章（差分和多级放大器）4.1考虑一个差分放大器，如图4-1所示，并假定晶体管的β非常大：(a)当晶体管保持在放大区，且时，能够被应用的最大的共模输入信号是什么？(b)如果输入一个大到足够使差分放大器的电流转向其中一边的差分信号，每个集电极的电压会怎样变化（在的条件下）？(c)如果VCC提供的有效电压是5V，为了允许一个±3V共模输入信号，应选择多大的IRC？(d)对于(c)中所得IRC的值，选择I和RC的值。用I可能的最大的值，使每个三极管的基电流不超过2μA（当I划分均匀）。假定β=100。解：(a)∵0CBv∴BCvvCCCCCBRIVvv而2IIC∴CCCBRIVv2(b)每一边集电极的电压变化为CRI2(c)IRRIVVVCCCCB2152max而VVB3max∴有VIR4(d)AIIBB221100∴AIICC20021AIIEE20221∴AI404VIR4∴KR9.940444.2设计电路如图4-1，使差分输入信号为15mV时，差分输出电压为1V（在两个集电极之间）。可以用一个2mA的电流源和正极为+10V的电压源。在这样的要求下，运行时共模输入电压的可能的最大值是多少？假设α≈1。解：mVvd15Vvo1∵1∴mAIICC121∴CmdRgVVA/7.66015.01KR72.1VVCM28.80CBv0dv4.3一个晶体管差分放大器使用200-μA的偏置电流。每个部件的的值是多少？如果β为200，差分输入电阻是多少？解：VmA/4KRi5.1004.4设计基础晶体管差分放大器电路，如图4-6，提供至少10kΩ的差分输入阻抗和200V/V的差分电压增益（输出在两个集电极之间）。规定三极管的β至少为100。有效电压源为10V。解：KRid102/)1(22IVrrRTeid∴有mAI1.01当KRid10时mAI1.0199.0∴VmAVIVIgTTCm/20025.0201.199.02/而CmdRgVVA/200∴kRmC1002.0200g200VRIVVCCCCC95.410201.1104.5差分放大器的差模输入电压为5mV，它相应的CE半电路的等效信号是什么？如果射极电流源为50μA，半电路的re是多少？若集电极的负载阻抗为20kΩ，半电路的增益是多少？你认为每个集电极的信号输出电压的增幅是多少？解：(a)mVvvdd5.2211(b)AIIIEE252502121∴KIVrETe1025.025(c)半电路的增益=-LCmRRgVmAVIgTEm/11KRRLC20∴半电路的增益=-20V/Vmg(d)mVmVvcm50205.24.6一个BJT差分放大器由2mA的恒流源提供偏置，且每个发射极接有100Ω的电阻。集电极通过5kΩ的电阻连接VCC。两个基极间有0.1V差分输入信号。(a)求每个晶体管的发射极交流信号电流和输入信号。(b)每个BJT总的发射极电流为多少？(c)每个集电极的是多少。假定α=1。(d)若输出在两集电极之间，求电压增益。解：(a)mAIIIEE1212125125mAmVIVrETemAVRrviEede4.0)10025(21.0)(2mAriveebe10254.0(b)mAiIiEEE4.14.011mAiE6.04.012(c)1ECIIeciiVKRivCCC2)54.0(1VRivCCC22(d)VVRrRAEeCd/401.0025.054.7差分放大电路如图P4.7所示，其中β很大，（设β=100）(1)已知，,如果是在零附近的一个小信号，求差分放大增益；(2)已知,求共模增益；(3)计算共模压制比CMRR；(4)如果,,求。eibevcv21dBvv22dBvvdvdovvCMBBvvv21CMovvttvB10002sin005.0602sin1.01ttvB10002sin005.0602sin1.02ov图P4.7解：(a)CmdoRgvv21VmAVIgTm/20025.0212VVRgvvCmdo/202205.021(b)common-modeVVRRRRACCcm/23.03.42222(c)dBAACMRRcmd786.388796.8623.020(d)tvcm6020sin1.0tttvdd10002sin01.010002sin005.0100020sin005.0ttttvvAvvAvBBcmBBdo602sin023.010002sin2.0)602sin1.0()23.0(10002sin01.020)2()(21214.8电路如图P4.8所示参数理想对称，晶体管的β均为100，，。试求Rw的滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流以及差模增益Ad和输入阻抗Ri。V5k2k2V51Bv2Bvk3.4Ov1Q2Q'100bbr0.7BEQUVEQI图P4.8解：Rw滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流EQI分析如下：∵22WBEQEQEQeEERUIIRV∴0.51722EEBEQEQWeVUImARR动态参数Ad和Ri分析如下：'26(1)5.18bebbEQmVrrkI98(1)/2cdbeWRArR2(1)20.5ibeWRrRk4.9电路如图P4.9所示，T1和T2两管的β均为140，均为4kΩ。试问：若输入直流信号，，则电路的共模输入电压差模输入电压输出动态电压bermVuI201mVuI102?Icu?Idu?ou图P4.9解：电路的共模输入电压ICu、差模输入电压Idu、差模放大倍数dA和动态电压Ou分别为：12152IIICuuumV；1210IdIIuuumV1752cdbeRAr；1.75OdIduAuV4.10电路如图P4.10所示，Tl和T2的低频跨导gm均为10mS。试求解差模放大倍数和输入电阻。图P4.10解：差模放大倍数和输入电阻分别为：200dmdAgR；iR。4.11电路如图P4.11所示，所有晶体管均为硅管，β均为200，，静态时。试求：(1)静态时Tl管和T2管的发射极电流。(2)若静态时，则应如何调节Rc2的值才能使？若静态V，则Rc2=？，电压放大倍数为多少？解：(1)T3管的集电极电流333()/0.3CZBEQEIUURmA静态时Tl管和T2管的发射极电流120.15EEIImA(2)若静态时0Ou，则应减小Rc2。当0Iu时0Ou,T4管的集电极电流44/0.6CQEEcIVRmA。Rc2的电流及其阻值分别为：'200bbr0.7BEQUV0Ou0Ou0Ou242420.147cCQRCBCIIIIImA，244426.8cEEBEQcRIRURkI电压放大倍数求解过程如下：'2226(1)35bebbEQmVrrkI图P4.11'4426(1)8.9bebbEQmVrrkI24412//(1)18.32cbeeubeRrRAr424418.3(1)cubeeRArR12335uuuAAA4.12试写出图P4.12所示电路Ad和Ri的近似表达式。设Tl和T2的电流放大系数分别为β1和β2，b-e间动态电阻分别为和。解：Ad和Ri的近似表达式分别为12112(//)2(1)LcdbebeRRArr；1122[(1)]ibebeRrr图P4.121ber2ber