差动放大电路和集成运算放大电路例题解析

1第5章差动放大电路和集成运算放大电路例题解析例5.1具有集电极调零电位器Rp的差动式放大电路如图5.1所示。已知=50，VBE1=VBE2=0.7V，当Rp置中点位置时，求电路的静态工作点。解：静态时vi1=vi2=0，有0)(011EEeEBEBbVRIVIR一般可以认为11BEBbVIR，所以mAkVVRVVIeEEBEE13.147.015)(1mAIIIIEECC5.021112AmAmAIIICBB1001.0505.0112VVIRRVVIRRVVVBECPCCCECPCCCCECE2.8)()21()21(1111112从以上分析可知，该电路的静态工作点为Q（10μA，0.5mA，8.2V）。下面检验开始分析时的条件11BEBbVIR是否成立。因为VVAkIRBb7.001.01011显然，由于基极电流IB很小，一般11BEBbVIR是成立的，即计算时可以不考虑1BbIR。例5．2图5.2是一个单端输出的差动放大电路。指出1，2两端哪个是同相输入端，哪图5.1图5.3.10带电流源的差动式放大电路RbRb2个是反相输入端，并求该电路的共模抑制比KCMR。设VCC＝12V，-VEE＝-6V，RB＝10kΩ，RE＝6．2kΩ，RC＝5．1kΩ，晶体管β1＝β2＝50，rbb’l＝rbb’2＝300Ω，VBEl＝VBE2＝0．7V。解由于输出Vo与1端输入信号反相，所以1端是反相输入端，2端是同相输入端。静态时，每管的静态电流等于流过RE上电流的一半，即mARVVIIIEEEBEEQCQC42.02.627.062)(21121kIrrCQbbbe4.342.026)501(30026)1('差模放大倍数5.9)4.310(21.550)(2beBCVdrRRA共模放大倍数4.022.62514.3101.5502)1(EbeBCVCRrRRA共模抑制比8.234.05.9VCdVCMRAAK例5．3图5.3所示电路，设器件参数为'bbr＝100，β＝100。(1)求静态工作点电流QCQCII21、，静态工作点电压VCElQ，VCE2Q；(2)求差模放大倍数dVA；(3)当vi为一直流电压16mV时，计算VTl，VT2集电极对地的直流电压。解1.RE上的电压VVVVBEzRE6.47.03.532.mARVIEREE17.46.43图5.2图5.3345.91.55.01221CCQCCQCQCRIVVV7.0EV2.107.045.9121EQCQCEQCEVVVV(2)kIrrCQbbbe3.55.026)1001(10026)1('差模放大倍数9653005100100beCVdrRA(3)vi为16mV直流电压，经放大后为VmVvAviVdO54.115361696VTl集电极电压VVVVOQCC68.854.12145.92111VT2集电极电压VVVVOQCC2.1054.12145.92122例5.4电路如图5.4所示。试求单端输出时的差模电压放大倍数AVd1、共模电压增益放大倍数AVC1、共模抑制比和共模输入电阻。解：输入共模信号时，ro中将流过2倍的射极电流，所以共模电压增益为差模电压增益为])1([21ebeCVdRrRA共模抑制比为])1([2)2)(1(11ebeoebeVCVdCMRRrrRrAAK共模输入电阻为例5．5图5.5所示电路，理想运算放大电路的工作情况均满足深负反馈条件，求输出VO的表达式。解理想运算放大电路工作于线性状态时，利用虚短和虚断条件以及相关电路分析方法进行分析推导，是求解电路输出电压与输入电压间函数关系的基本途径。根据运算放大电路A2输入端虚断和虚短路的条件，有：OOVRRRV4342图5.44根据Al反相输入端的虚地条件，有：122RVRViO由以上二式可得ioVRRRRRV12443例5．6图5．6所示电路中运放A具有理想特性，电流源电流为I,试求电路输出电压Vo的表达式。解根据理想运算放大电路输入端虚断和虚短的条件，有：VP＝IR＝VN。对节点N运用节点电流定律有：RVIRVVNNO，于是可得：Vo＝3×IR例5．7电路如图5．7所示，设A1、A2为理想运放，试求输出电压与输入电压之间的函数关系。解电路中A1、A2为理想运放，由输入端虚短的条件有VP1＝VN1=Vi1、VP2＝VN2=Vi2各电流值为3123111RVVIRVIiii21222431211312)(RVRIVIRVVRVIIIiiiii又435III图5．6图5．7图5.55得。123121214321521)(iiiiOVVRRRRVRIIVRIV例5．8反馈电路中运算放大电路为理想运放，如图5．8所示，求出深度负反馈时，闭环增益ioVV的表达式。解该电路是由差动放大电路和集成运算放大电路组成的电压串联负反馈电路。基本放大电路是差动放大电路，反馈回路由运算放大电路组成。电路满足深度负反馈条件时，输入电压信号与反馈电压信号相等，反馈系数由运算放大电路组成的反馈回路确定。该理想运放组成的反馈电路中，由于运放无输入电流(虚断)，电阻及R2上的电压为OVRRR212则理想运放输出'OV与VO的关系为OOVRRRRRV21245'1又电压串联深度负反馈时有'ofiVVV所以452121245111RRRRVVVRRRRRViOOi例5.9设计一个加法运算电路，要求其运算关系为)26(3321iiiovvvv(1)设接于输入、输出端的反馈电阻Rf为100kΩ，试选定各信号源与放大电路输入端之间的电阻Ri1、Ri2、Ri3及补偿电阻'R。解电路如图5.9所示。因为输出电压和所有输入电压反相，故采用反相输入加法电路。根据题意Rf＝100kΩ，故有图5．86)(100332211RvRvRvviiio(2)比较(1)式和(2)式的系数，可得kR3331001kR6.5181002kR7.1661003(取标称值16kΩ)kRRRRRf6.3//////321'例5.10电路如图5.10(a)所示。(1)设稳压管DZ的双向稳压值Vz＝6V，试画出该电路的传输特性。(2)如果输入信号vi的波形如图5.10(b)所示，试画出输出电压vo的波形。解(1)求传输特性①当vi＜vP时，vo＝Vo＝+6+vP=+6+(15/45)Vo，所以Vo＝9V，vP＝Vo/3=3V；②当vi上升到vi＞vP时，vo由+9V下降到-9V，同理可求出vP＝Vo/3=-3V。以后只要vi＞-3V，vo始终保持为-9V，直至vi＜-3V时，vo才由-9V上跳到+9V。由此可画出其传输特性如图5.10(c)所示。由图可知，这是迟滞比较器的传输特性。(2)由图5.10(b)和5.10(c)画出vo的波形①t＝0时，由于vi＜-3V，所以vo＝Vo＝+9V，vP＝+3V，以后vi在vi＜vP＝+3V内变化，图5.10图5.9vi1vi2vi3voR‘7vo保持在+9V不变。②t＝t1时，vi≥vP＝+3V，vo由+9V下跳到-9V，vP由+3V变为-3V，以后vi在vi＞-3V内变化，vo保持-9V不变；③t＝t2时，vi≤-3V，vo又由-9V上跳到+9V，vP由-3V变为+3V。依次类推，可画出vo的波形如图5.10(d)所示。由图可知，得到的vo是一标准的矩形波。因此，图5.10(a)电路是波形整形电路。具有迟滞特性的这类比较电路在控制系统和波形发生器电路中用途十分广泛。例5.11电路如图5.11所示，A为理想运放，双向稳压管Vz=6V，三极管T：VCEO=0，ICEO=0。问：(1)A1～A4各组成什么电路；(2)二极管D1、D2起什么作用；(3)设t=0时，电容器C上的初始电压为零，求t=1s和t=2s时，A、B、C、D、E各点对地电位。解电路为多级电路组成时，可逐个分析各级单元电路的工作情况，再根据各个电路的关系确定电路中各点的工作状态。图5.11所示电路中：(1)运算放大器A1组成减法电路，A2组成积分电路，A3组成反相电路，A4组成比较电路。(2)二极管Dl、D2的作用是双向限制运算放大器A4输入信号的幅值。(3)当输入信号VI1、VI2为0．3V时，运算放大器A1组成的减法电路输出A点的电位为：VVRRRVRRVIIA3.0222111111图5.118A2组成的积分电路当电容器上的初始电压为零时，积分器输出B点电位为：tdtVVRCVIAB3)(13根据B点电位变化规律，t=1s时，VB=-3V，t=2s时，VB=-6V。A3反相电路的输入输出信号极性相反，即对C点电位：Vc=-VB。因此，t=1s时，VC=3V；t=2s时，VC=-6V。A4比较电路，C点电位与5V电压比较，D点电位被双向稳压管稳压，因此，当t=1s时，VD=6V；t=2s时，VD=-6V。三极管T饱和时，输出电压为0V，三极管截止时，输出电压为9V，所以对E点电位，t=1s时，T饱和，VE=0；t=2s时，T截止，VE=9V。