模拟电路第五章课后习题答案

第五章 习题与思考题

◆◆ 习题 5-1 图P5－1是集成运放BG303偏置电路的示意图，已知VCC=VEE=15V，偏置电阻R=1MΩ(需外接)。设各三极管的β均足够大，试估算基准电流IREF以及输入级放大管的电流IC1、IC2。 解：VT4、VT3、R组成镜像电流源，流过R的基准电流IREF为： IREF?VCC?VEE?UBE15?15?0.7??A?29.3?A

R1 IC3?IREF11?2足够大??????IC3?IREF?29.3?A

?129.3IC3??A?14.7?A 22 VT1、VT2为差分对管，则有： IC1?IC2?本题的意图是理解镜像电流源的工作原理和估算方法。

◆◆ 习题 5-2 图P5－2是集成比较器BG307偏置电路的示意图。已知VEE=6V，R5=85Ω，R6=68Ω，R7=1.7kΩ。设三极管的β足够大，试问VT1、VT2的静态电流IC1、IC2为多大？ 解：

VT5、VT6为核心组成比例电流源，其基准电流IR7为：

IR7?0?2UBE?(?VEE)0?2?0.7?6?A?2.6mA

R6?R768?1700R6R68IC6?6IR7?(?2.6)mA?2.08mA R5R58511IC5??2.08mA?1.04mA 22IC5?VT1、VT2为差分对管，则有： IC1?IC2?本题的意图是理解比例电流源的工作原理和估算方法。

◆◆ 习题 5-3 图P5-3是集成运放BG305偏置电路的示意图。假设VCC=VEE=15V，外接电阻R＝100kΩ，其他的阻值为R1=R2=R3=1kΩ，R4=2kΩ。设三极管β足够大，试估算基准电流IREF以及各路偏置电流IC13、IC15和IC16。

1

解：

此电路为多路比例电流源，其基准电流IREF为： IREF?VCC?VEE?UBE15?15?0.7?mA?0.29mA?290?A

R?R2100?1各路电流源电流值为：

IC13?IC15?R1IC14?IC14?IREF?290?A R2IC16?R2R1IC14?2IREF??290?A?145?A R4R42本题的意图是练习多路比例电流源的估算方法。

◆◆ 习题 5-4 图 P5-4是集成运放FC3原理电路的一部分。已知IC10＝1.16mA,若要求IC1=IC2＝18.5μA，试估算电阻R11应为多大。设三极管的β足够大。 解：

若要求IC1=IC2＝18. 5μA，则IC11＝18. 5μA×2＝37μA，有公式：UTlnIC10?IC11R11，则 IC11IC10UT26?10?31.16?10?33R11?ln?(?ln)??2.42?10??2.42k? ?6?6IC11IC1137?1037?10本题的意图是理解微电流源的工作原理和估算方法。

◆◆ 习题5-5 图5-5中的电路是一种传输精度更高的镜像电流源，称为威尔逊电流源。

设IC1=IC2=IC，β1＝β2＝β3＝β，试证明： Ic3?IREF(1?解：IC32) 2β＋2β＋2?IE3?1???????????IC32IE3?IC2?IB1?IB2?IC(1?)?2???IC(1?)?IC

?1??1??2?

IC1?IREF?IB3?IREF?2

IC3??IC

?IC3IC32??2?(IREF?)?IC3?IREF(1?2)

?1????2??2IC2?IREF11?2）本题的意图是说明威尔逊电流源比一般的镜像电流源（教材P182页图5.3.2?具有更高的传输精度。

若β＝50，可算得IC3与IREF的误差小于1‰，而一般的镜像电流源IC2与IREF的误差约为4％，可见威尔逊电流源的传输精度更高。

◆◆ 习题 5-6 在图P56中，假设三极管的β＝40,rbe=8.2kΩ，VCC=VEE=15V，Rc=75kΩ，Re=56kΩ，R=1.8kΩ，Rw=1kΩ， Rw的滑动端处于中点，负载电阻RL=30kΩ。

① 求静态工作点；

② 求差模电压放大倍数； ③ 求差模输入电阻。 解：

① 0?IBQR?UBEQ?2IEQRe??VEE?IBQ?VEE?UBEQR?2(1??)Re?15?0.7mA?3.1?A

1.8?2?(1?40)?56 ICQ??IBQ?40?3.1?A?124?A?0.12mA UCQ?VCC?ICQ(RW1?RC)?[15?0.12?(?75)]V?5.94V22?63（对地）

UBQ＝0?IBQR＝(－3.1?10?1.8?10)V??5.58V(对地)

② Ad???(RC?RW2R?rbe)//RL(75?1)//302??40?22??50

1.8?8.2③ Rid?2(R?rbe)?[2?(1.8?8.2)]k??20k?

本题的意图是掌握长尾式差分放大电路的静态和动态分析方法。

3

◆◆ 习题 5-7 在图P5-7中，已知三极管的β＝100,rbe＝10.3kΩ，VCC=VEE=15V，Rc=36kΩ，Re=27kΩ，R=2.7kΩ，Rw=100Ω， Rw的滑动端处于中点，负载电阻RL=18kΩ,试估算：

① 静态工作点；

② 差模电压放大倍数； ③ 差模输入电阻。 解：

0?IBQR?UBEQ?IEQ(①

?IBQRW?2Re)??VEE2 VEE?UBEQ15?0.7??A?2.6?AR100?2?27?103)R?(1??)(W?2Re)2.7?103?(1?100)?(22 ICQ??IBQ?100?2.6?A?260?A?0.26mA UCQ?VCC?ICQRC?[15?0.26?36]V?5.64V?63 （对地） UBQ＝0?IBQR＝(－2.6?10?2.7?10)V??7mV(对地)

2??40

② Ad???RC//RL2RR?rbe?(1??)W2??100?36//18100?10?32.7?10.3?(1?100)?2③ Rid?2[R?rbe?(1??)RW]?2?(2.7?10.3?101?0.05)k??36k? 2本题的意图是掌握长尾式差分放大电路的静态和动态分析方法。

◆◆ 习题 5-8 为了实现差分放大电路的调零，通常采用在集电极回路加电位器(见图P5-6)或在发射极回路加电位器(见图P5-7)的办法，试比较二者的优缺点。

解：集电极回路加电位器调零比较简单，但静态调零后，动态仍有可能不平衡；电位器的阻值较大，通常为几千欧至几十千欧。发射极加电位器调零由于引入负反馈，因此对静态和动态均有调零作用；所用电位器阻值较小，一般为几十欧至几百欧；但引入负反馈后使电压放大倍数有所下降。 本题的意图是通过比较，了解差分放大电路两种常用的调零方法的优缺点。

4

◆◆ 习题 5-9 在图P5-9所示的放大电路中，已知VCC=VEE=9V，Rc=47kΩ，Re=13kΩ，Rb1=3.6kΩ，Rb2=16kΩ，R=10kΩ，负载电阻RL=20kΩ,三极管的β＝30,UBEQ=0.7V。

① 试估算静态工作点； ② 估算差模电压放大倍数。 解：

① URb1?Rb13.6(VCC?VEE)??(9?9)V?3.31V

Rb1?Rb23.6?16 ICQ3?IEQ3?URb1?UBEQ3Re?3.31?0.7mA?0.2mA

13ICQ1?ICQ2?0.5ICQ3?0.5?0.2mA?0.1mA UCQ1?UCQ2?VCC?ICQ1RC?(9?0.1?47)V?4.3V IBQ1?IBQ2?ICQ1?0.1mA?3.3?A 30?② rbe?rbb'?(1??)26mV26mV26?rbb'??(300?)??8179??8.2k? ?3IEQIBQ3.3?10Ad???RC//RLR?rbe2??30?47//202??13.6

10?8.2 本题的意图是掌握恒流源式差分放大电路的静态和动态分析方法。

◆◆ 习题 5-10 已知图P5-10中三极管的β＝80,UBEQ=0.6V，VCC=VEE=15V，Rc=20kΩ，Re3=7.5kΩ，Re4=750Ω，Rc4=27kΩ 。

① 试估算放大管的ICQ和UCQ(对地)； ② 估算Ad、Rid和Ro。

③ 若要求静态时放大管的UCQ=12V(对地)，则偏置电路的电阻R应为多大？ 解：

① VT3、VT4为核心组成比例电流源，其基准电流为： IRc4?VCC?VEE?UBE15?15?0.6?mA?1.06mA

Rc4?Re427?0.75Re4R0.75ICQ4?IRc4e4?(1.06?)mA?0.106mA?106?A Re3Re37.51ICQ3?0.5?0.106mA?53?A 2ICQ3?ICQ1?ICQ2?UCQ1?UCQ2??VCC?ICQ1RC1?15?53?10?3?20?13.94V

② rbe?r'?(1??)26mV?r'?(1??)26mV?[300?(1?80)26]??40k?

bbbbIEQ1ICQ153?10?3

5

Ad???RC20??80???40 rbe40Rid?2rbe?(2?40)k??80k? Ro?2Rc?(2?20)k??40k?

③ UCQ1?VCC?ICQ1RC1?ICQ1?VCC?UCQ1RC1?15?12mA?0.15mA?150?A 20ICQ3?2ICQ1?(2?150)?A?300?A?0.3mA ICQ3?Re4RR7.5ICQ4?IRc4e4?IRc4?e3ICQ3?(?0.3)mA?3mA Re3Re3Re40.75IRc4?VCC?VEE?UBEV?VEE?UBE15?15?0.6?Rc4?CC?Re4?(?0.75)k??9.05k?

Rc4?Re4IRc43本题是用比例电流源提供恒流的差分放大电路，本题的意图是对比例电流源和恒流源差分放大电路这两种电路的分析方法进行综合训练。

◆◆ 习题 5-11 在图P5-11所示的电路中，设电流表的满偏转电流为100μA，电表支路的总电阻RM=2kΩ，两管的β＝50,VCC=VEE=6V，Rc=5.1kΩ，Re=5.1kΩ，R＝10kΩ。试计算：

① 当Ui=0时，每管的IBQ和ICQ各是多少？

② 接入电流表后，要使它的指针满偏，需要加多大的输入电压？

③ 不接电流表时的开路电压放大倍数是多少(输出取自两管集电极)；

④ 如果|uI|增加到2V，这时会出现什么情况？你估计流过电流表的电流大概有多少？ ⑤ 为了改善抑制零漂的性能，有人建议将Ro增大到100kΩ，你认为是否合适？ 解：

① IBQR?UBEQ?2IEQRe?VEE?IBQ?VEE?UBEQR?2(1??)Re6

?6?0.6?A?10?A

10?2?(1?50)?5.1

ICQ??IBQ?(50?10)?A?500?A?0.5mA

② rbe?r'?(1??)26mV?r'?(1??)26mV?[300?(1?50)26]??2.952k?

bbbbIEQ1ICQ10.5RM25.1//2??50?2??3.23 Ad???R?rbe10?2.95RC//uo?100?A?2k??200mV

|uI|?|uo200mV|?||?62mV Ad?3.23RC5.1??50???19.7

R?rbe10?2.95③ Ad???④ IRe?2IEQ?2ICQ?2?0.5mA?1mA

VE?IReRe?VEE?1mA?5.1k??6V??0.9V

当|ui|=2V时，设ui=-2V，则VT1截止，VT2导电。此时，

IBQ2?VEE?UBEQ2R?(1??)Re?6?0.6?A?20?A

10?(1?50)?5.1ICQ2??IBQ2?(50?20)?A?1500?A?1mA iM?RC25.1ICQ2?(?1)mA?0.418mA

RC1?RC2?RM5.1?5.1?2⑤ IBQ?VEE?UBEQR?2(1??)Re?6?0.6?A?0.53?A

10?2?(1?50)?100 ICQ??IBQ?(50?0.53)?A?26.5?A 无法达到电流表满偏时100微安的要求。

本题的意图是对单单端输入、双端输出长尾式差分放大电路的静态和动态分析进行综合练习。

◆◆ 习题 5-12 如果想用恒流源来代替图P5-11中的Re，且设恒流为0.5mA,试画出有关部分的电路图，并定出原件参数。电源电压仍为±6V，不能改变。 解：

解决方法很多，右图为其中之一。

本题的意图是对恒流源式差分 放大电路的组成进行训练。

7

◆◆ 习题 5-13 设图P4-13电路中差分放大三极管的β＝70,rbe=12kΩ，VCC=VEE=12V，RC2=20kΩ，Re=11kΩ，Rb=750Ω，R=2kΩ，稳压管为2CW11,其稳压值为4V，负载电阻RL=20kΩ，试问：

① 静态时ICQ1、ICQ2等于多少？ ② 差模放大倍数Ad＝？

③ 若电源电压由±12V变为±18V，ICQ1和ICQ2是否变化？ 解：

① ICQ3?IEQ3?UDZ?UBEQ3Re?4?0.7mA?0.3mA 11 ICQ1?ICQ2?0.5ICQ3?0.5?0.3mA?0.15mA ② Ad?1RC2//RL120//20???70??25 2R?rbe22?12③ 若电源电压变化，因ICQ3基本不变，故ICQ1和ICQ2也基本不变。

本题的意图是对双端输入、单端输出恒流源式差分放大电路进行静态和动态分析，并了解本电路对电源电压变化的适应性。

◆◆ 习题 5-14 在图P5-14所示的放大电路中，VCC=VEE=15V，Rc1=10kΩ，R1=R2=1kΩ，恒流源电流I=0.2mA,假设各三极管的β＝50,UBEQ=0.7V，rbe1= rbe2=13.5kΩ，rbe3＝1.2kΩ。

① 试分析差分输入级属于何种输入、输出接法。

② 若要求当输入电压等于零时，输出电压也等于零，则第二级的集电极负载电阻Rc3应有多大？ ③ 分别估算第一级和第二级的电压放大倍数Au1和Au2，以及总的电压放大倍数Au。 解：

① 差分输入级属于单端输入、单端输出接法。 ② ICQ1?0.5I?0.5?0.2mA?0.1mA

8

IRC1?UEBQ3RC1?0.7mA?0.07mA 10 IBQ3?ICQ1?IRC1?(0.1?0.07)mA?0.03mA

ICQ3??IBQ3?50?0.03mA?1.5mA

欲使Ui=0时Uo=0，则RC3上的压降应等于VEE，即 RC3?VEEICQ3?15k??10k? 1.5 ③ Au1??1RC1//rbe3110//1.2????50???1.85 2R?rbe121?13.5RC350?10 Au2???????417

rbe31.2 Au?Au?Au2?(?1.85)?(?417)?771.5

本题的意图是对前置级由差分放大电路组成的两级直接耦合放大电路进行综合练习。

◆◆ 习题 5-15 图P5-15是某集成运放中间级的示意图。假设β1＝100,β2＝150,Ic3=0.365mA,三极管VT2、VT3的集电极等效内阻为rce2=rce3=274kΩ，负载电阻RL=300kΩ。

① 分析电路中的各个三极管分别起什么作用；

② 估算三极管VT1、VT2的等效输入电阻rbe1、rbe2； ③ 估算复合管等效的β和rbe；

④ 估算放大电路的电压放大倍数Au。

提示：本题中负载电阻RL的阻值与有源负载的等效电阻rce3均很大，与放大管集电极等效电阻rce2属于同一数量级，因此都不能忽略。此时，

Au??

9

β(rce2//rce3//RL)

rbe 解：

① VT1和VT2组成的复合管充当放大管，VT3为有源负载，VT3和VT4组成镜像电流源，作为偏置电路。 ② rbe2?rbb'?(1??2)26(mV)26?[300?(1?150)]?11.1k?

IEQ20.365IEQ1?IBQ2?IEQ2?2?0.365?0.0024mA 150rbe1?rbb'?(1??1)③

26(mV)26?[300?(1?100)]?1094.5k?

IEQ10.0024???1??2??1?2??1?2?150?100?15000

rbe?rbe1?(1??1)rbe2?[1094.5?(1?100)?11.1]k??2215.6k?

④ Au??β(rce2//rce3//RL)15000?(274//274//300)????636.7

rbe2215.6本题是一个用镜像电流源提供偏置电流，以复合管作为放大管的共射放大电路，组成某集成运放的中间级。本题的意图是对复合管以及复合管放大电路的分析方法进行练习。

◆◆ 习题 5-16 图P5-16是集成运放F004的电路原理图，试问：

① 电路中共有几个放大级，各级由哪些管子组成，分别构成何种放大电路？

② 在两个三极管VT1和VT2的基极中，哪个是反相输入端，哪个是同相输入端？ 解：

① 共有四个放大级。输入级由VT1、VT2和VT3组成，构成双端输入、双端输出恒流源式差分放大电路。第二级由VT4、VT5和VT10组成共集电极组态的差分放大电路，起跟随和隔离作用。横向PNP三极管VT6组成第三级，前一级的差分输出电压加在VT6的b、e之间，放大后的集电极电压输出到下一级VT7的基极。该级同时完成电平移动和双端－单端的转换。输出级由VT7、VT8和VT9组成射极输出器，VT7、VT8组成复合管作为功率放大管，VT9是其有源负载。

② VT1基极为反相输入端，VT2基极为同相输入端。

本题的意图是学习分析一个集成运放的电路图，了解集成运放各个组成部分的作用。

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