第五章答案模拟集成电路基础.docx
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第五章答案模拟集成电路基础
第五章答案模拟集成电路基础
1.直接耦合放大电路有哪些要紧特点?
优势:
1)电路中无电容,便于集成化。
2)可放大缓慢转变的信号。
缺点:
1)各级放大器静态工作点彼此阻碍。
•2)输出温度漂移严峻。
2.集成运算放大器的内部电路由哪几部份组成?
各部份的作用是什么?
集成运算放大器的内部电路通常都由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成。
差分输入级提供了与输出端成同相和反相关系的两个输入端。
差分电路有专门好的对称特性,能够提高整个电路抑制零漂的能力和其他方面的性能。
中间级主若是提供足够高的电压增益,多由一级或多级共射(共源)放大电路组成。
输出级主若是向负载提供足够的功率,属于功率放大。
偏置电路是为各级放大电路成立适合的静态工作点,它常采纳各类形式的电流源电路,为各级提供小而稳固的偏置电流。
3.简述镜像电流源的工作原理及其优缺点。
,当电源VCC和R确信后,IREF就确信了,不管T2集电极支路中的负载RL如何,Io老是等于IREF,二者关系像一面镜子,因此称电路为镜像电流源。
这种电流源的优势是结构简单,两三极管的VBE有必然的彼此温度补偿作用。
可是,它也存在以下不足的地方:
①受电源的阻碍大。
当VCC转变时,IC2也一样随之转变。
因此,这种电流源不适用于电源电压大幅度变更的场合。
②镜像电流源电路适用于较大工作电流(毫安数量级)的场合。
③由于恒流特性不够理想,三极管c、e极间电压转变时,ic也会作相应的转变,即电流源的输出电阻ro还不够大。
4.简述微电流源的工作原理及其特点。
VBE1−VBE2=∆VBE=IE2Re≈IC2Re,因此,即便IC1比较大,但由于Re的存在,将使输出电流IC2<IC1,即在R不太大的情形下,也能取得微小输出电流。
与镜像电流源相较,微电流源具有以下特点:
①一样∆VBE很小(约几十毫伏),因此采纳不大的Re即可取得较小的输出电流IC2(微安数量级),因此称为微电流源。
②当电流源电压VCC转变时,尽管IREF与IC2也要作相应的转变,但由于Re的作用,使VBE2< ③由于Re引入电流负反馈,不仅提高了电路输出电流的稳固性,同时也提高了T2的集电极输出电阻,使它更接近于理想的恒流源。 5.电流源的要紧作用是什么? 1).电流源提供稳固的输出电流,能够作直流偏置电路2).电流源直流等效电阻小,交流等效电阻大,可作有源负载 6.周密电流源电路如题图5-1所示,三个三极管的参数完全对称,电流放大系数均为β,VBE=,VCC=15V。 (1)证明: ; (2)当β值专门大时,为使输出电流Io为30μA,电阻R应为多大? (1)由以下式子得证: Ic1=Ic2 IB3+Ic1=IREF IE3=(1+β)IB3=2IB2 IC2=βIB2 (2)当β值专门大时, IREF=(Vcc-2VBE)/R=Io=30,R=在题图5-2所示的各个电流源电路中,已知各三极管特性相同,β值专门大,VBE=。 (1)说明各电流源的名称; (2)为了取得图示中的输出电流,确信电阻R的数值。 题图5-2电流源电路 (a)镜像电流源,lo=(Vcc-VBE)/R=1mA,R= (b)比例电流源,IR=/(R+R1)=(R2/R1)Io,R= (c)微电流源, 8.在题图5-3所示的电路中,已知各三极管特性相同,β值专门大。 求: (1)电路都包括哪几个电流源电路; (2)求各三极管集电极输出电流大小;(3)考虑负载R1、R7电阻值的大小对各电流源的输出电流是不是有阻碍? 该电路的作用是什么? 题图5-3 (1)镜像电流源,比例电流源 (2)Ic1=Ic2=Ic3=(2Vcc-2VBE)/(R2+R3)= Ic4=Ic5=(R3/R4)Ic3=(2/4)Ic3= Ic6=(R5/R6)Ic5=(6/Ic5= (3)负载R1、R7电阻值的大小对各电流源的输出电流无阻碍。 该电路的作用是向负载R1、R7供电。 9.什么叫零点漂移? 零点漂移产生的缘故是什么? 如何抑制零漂? 所谓零点漂移,是指当放大电路输入信号为零时,输出电压偏离零值而发生忽大忽小转变的现象,简称零漂。 零点漂移产生的缘故很多,其中温度的转变是产生零点漂移最要紧的因素,也是最难克服的。 这是因为三极管是温度灵敏器件,它的参数(如VBE、β、ICBO)随温度的转变而转变,从而致使工作点发生偏移。 由温度的转变引发的零点漂移称为温度漂移,简称温漂。 抑制零点漂移所造成的危害,通常除采取各类途径稳固静态工作点及选择高质量的晶体管、高稳固度的电源外,在模拟集成电路中,要紧采纳差分放大电路来抑制零点漂移。 10.现有A、B两个直接耦合放大电路,在一样的温差转变情形下,A、B放大器的输出电压别离漂移了和,而A、B两放大器的增益别离为1000和100,问哪个放大器的零漂指标好,什么缘故? A、B两放大器输出漂移相当于折合到输入端零漂电压为: 1000=和100=,相当于A只要输入信号大于就能够够使其输出大于的零漂输出,而B需要输入信号大于,因此A的温漂指标要比B好。 11.什么是差模信号和共模信号? 假设在差分放大器的一个输入端加上信号vi1=4V,而在另一输入端加入信号vi2,当vi2别离为0V、+4V、-4V、+6V、-6V时,别离求出上述五种情形的差模信号vid、共模信号vic和vi1和vi2别离包括的差模成份和共模成份的大小。 电路的两个输入端vi1、vi2别离加入一个大小相等、极性相反的电压信号,该信号称为差模信号(用vid表示),这时vi1=-vi2。 电路的两个输入端vi1、vi2别离加入一个大小相等、极性相同的电压信号,该信号称为共模信号(用vic表示)。 这时vi1=vi2=vic。 vid=vi1-vi2=4V、0V、8V、-2V、10V vic=(vi1+vi2)/2=2V、4V、0V、5V、-1V vid1=vid/2,vid2=-vid/2 vic1=vic2=vic 12.简述差分放大电路放大差模信号、抑制零漂的原理。 在差分放大电路中,不管是电源电压波动或温度转变都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的转变,相当于在两输入端加入共模信号。 由于电路完全对称,使得共模输出为零,共模电压放大倍数AC=0,从而抑制了零点漂移。 电路放大的只是差模信号。 差动放大电路在零输入时具有零输出;静态时,温度有转变仍然维持零输出,即排除零点漂移。 电路对共模输入信号无放大作用,即完全抑制了共模信号。 可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。 差动电路用多一倍的元件为代价,换来了对零漂的抑制能力。 13.三极管的发射极公共电阻Re对抑制零漂有何作用? 它对共模输入信号和差模输入信号有何不同阻碍? 在电路完全对称的条件下输入差模信号时,IC1的增加量等于IC2的减少量,因此流过发射极电阻Re的电流IRe=IE1+IE2维持不变,即流过Re的交流电流为零,Re上的交流电压也为零,故将发射极e视为交流接地,此处“地”称为“虚地”,Re即对差模放大无阻碍。 而对输入共模信号时,IC1的增加量等于IC2的增加量,因此流过发射极电阻Re的电流IRe=IE1+IE2=2IE1,而Re的对电路有电流负反馈作用使两个三极管集电极电流的稳固性大为提高,共模放大倍数降低,两个三极管集电极电位的稳固性必然提高,输出温漂取得了抑制。 14.带恒流源偏置的差分放大电路什么缘故能提高对共模信号的抑制能力? 为了提高电路的温度稳固性且减少零点漂移,克服两三极管参数不对称性的阻碍,提高电路对共模信号抑制能力等,都要求选择阻值专门大的发射极电阻Re。 但随着Re加大,Re上的电压降VRe随之增加,在必然的负电源电压-VEE条件下,由式(5.3.9)能够看出,必然致使两三极管集电极静态电流IC减少,因此阻碍提高电路的电压增益;另外,在集成电路中Re的增加还受限于集成工艺。 为了解决这些矛盾,就需要一个交流电阻大,而直流电阻小的器件来替代Re的作用。 依照前面介绍的知识,电流源电路正好具有如此的特性,因此,工程上大多采纳电流源作为差分放大器发射极的偏置电路。 电流源不但能为差分放大器提供稳固的偏置电流,而且电流源具有专门大的动态内阻,取代Re后,将大大提高差放对共模信号的抑制能力。 15.差分放大电路有几种输入、输出方式? 总结几种方式下差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比、差模输入电阻和输出电阻的公式。 (1)双端输入、双端输出 差模电压增益为 其中 差模输入电阻Ri和输出电阻Ro可别离表示为 Ro=2Rc 共模电压增益为 共模抑制比: KCMRR→∞。 (2)双端输入、单端输出 差模电压增益为 , 此处 差模输入电阻Ri和输出电阻Ro可别离表示为 =Rc 共模电压增益为 共模抑制比KCMR为KCMR= = (3)单端输入、双端输出: 以上参数等同于双端输入双端输出情形。 (4)单端输入、单端输出: 以上参数等同于双端输入单端输出情形。 16.差分放大电路如题图5-4所示。 已知: β1=β2=100,VCC=15V,Rc=5kΩ,Re=kΩ,RL=10kΩ。 (1)说明该差分电路的类型; (2)计算差动三极管的静态工作点;(3)求差模电压增益Avd、输入电阻Rid与输出电阻Rod;(4)求共模电压增益Avc和共模抑制比KCMR。 题图5-4差分放大电路 (1)双端输入双端输出差分放大电路 (2)Ve=,ICQ≈Ie=1/2(/Re)=1mA,VCEQ=Vcc-ICQRc-= (3)rbe=200+(1+β)26mv/ICQ= (4) 共模抑制比: KCMR→∞。 17.差分放大电路如题图5-5所示。 已知β1=β2=100,VCC=15V,Rc=5kΩ,Re=kΩ,RL=10kΩ。 (1)说明该差分电路的类型; (2)求差模电压增益Avd、输入电阻Rid与输出电阻Rod;(3)求共模电压增益Avc和共模抑制比KCMR。 题图5-5差分放大电路 (1)单入单出差分放大电路。 (2) (3)共模电压增益为 共模抑制比KCMR= = 18.差分放大电路如题图5-6(a)和题图5-6(b)所示。 其中,题图5-6(a)是集电极调零的差分放大电路,题图5-6(b)是发射极调零的差分放大电路。 设β1=β2=100,Rp=2kΩ(设RP的活动触头调在中间位置),Rc=5kΩ,Re=Ω,Rb=Ω,VCC=VEE=15V。 比较这两 种差分放大电路的差模电压增益、输入电阻与输出电阻。 (a)集电极调零的差分放大电路(b)发射极调零的差分放大电路 题图5-6差分放大电路 (a) (b) 19.在题图5-7所示的电路中,假设VCC=VEE=6V,三极管的β1=β2=β3=β4=100,Rc1=Rc2=2kΩ,Rb=100Ω,R1=500Ω,R2=Ω,R3=Ω,调零电位器的阻值Rp=200Ω(设调零电位器的活动触头调在中间位置)。 计算: 差模电压增益、差模输入电阻与输出电阻。 题图5-7 20.差分放大电路如题图5-8所示。 己知Tl、T2和T3的β=50,VCC=VEE=15V,Rc=6kΩ,RL=12kΩ,R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=Ω。 共模增益Avc≈0,问: (1)静态时,忽略T3基极电流IB3情形下,估算流过差分三极管Tl、T2集电极的静态电流ICQ和集电极静态电压VCQ; (2)假设vi1=0,vi2=10cosωtmV,求vo;(3)假设vi1=10sinωtmV,vi2=5mV,求VC1、VC2和Vo瞬态电压。 题图5-8 (1) (2) (3) 21.电路如题图5-9所示。 设VCC=VEE=15V,三极管的β1=β2=β3=100。 求: (1)静态时,假设要求vo=0,估算Io; (2)计算电压增益Av=vo/vi=Avd1·Av3。 题图5-9 (1) (2) 22.集成运放的电压传输特性分为几个部份? 各有什么特点? 集成运放有线性放大区域(称为线性区)和饱和区(称为非线性区)两部分。 在线性区,曲线的斜率为差模电压增益,该区知足vo=Avd(v+-v-)=Avdvid,其中Avd为集成运放开环增益,它实际上是集成运放中各级放大电路电压增益的乘积。 由于Avd超级大,可达几十万,因此集成运放电压传输特性的线性区超级窄。 在非线性区输出电压只有两种可能: VOM或-VOM。 23.理想运算放大器的技术参数应知足什么条件? 画出其电压传输特性曲线。 理想运放的技术参数应知足以下条件: ①开环差模电压增益Avd→∞; ②差模输入电阻Rid→∞; ③输出电阻Ro→0; ④共模抑制比KCMR→∞; ⑤输入偏置电流IIB→0; ⑥开环带宽BW→∞; ⑦无失调误差。 24.说明理想运放的两个有效特性是什么。 ①运放同相输入端与反相输入端的电压差近似为零,即v+≈v-或vid=v+-v-≈0,这是因为在线性区内,输出电压vo为有限值,而Avd→∞,因此vid=vo/Avd≈0。 两输入端近似看做短路,称为“虚短”。 ②流入运放两个输入端的电流近似等于零,即i+=i-≈0,这是因为理想运放Rid→∞,即两输入端又可近似看做断路,称为“虚断”。
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