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1、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 主 要 特 点 ？优 点 ： 1)电 路 中 无 电 容 ， 便 于 集 成 化 。2)可 放 大 缓 慢 变 化 的 信 号 。缺 点 ： 1) 各 级 放 大 器 静 态 工 作 点 相 互 影 响 。 2) 输 出 温 度 漂 移 严 重 。2 集 成 运 算 放 大 器 的 内 部 电 路 由 哪 几 部 分 组 成 ？ 各 部 分 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

2、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 很 好 的 对 称 特 性 ，可 以 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 要 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 要 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 建 立 合 适 的 静 态 工 作 点 ， 它 常 采 用 各 种 形 式

3、的 电 流 源 电 路 ， 为 各级 提 供 小 而 稳 定 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 定 后 ， IREF 就 确 定 了 ， 不 管 T2 集 电 极 支 路 中 的 负CBEoREFVI载 RL 如 何 ， Io 总 是 等 于 IREF， 二 者 关 系 像 一 面 镜 子 ， 所 以 称 电 路 为 镜 像 电 流 源 。这 种 电 流 源 的 优 点 是 结 构 简 单 ， 两 三 极 管 的 VBE 有 一 定 的 相 互 温 度 补 偿 作 用 。 但 是 ， 它 也存 在

4、 以 下 不 足 之 处 ： 受 电 源 的 影 响 大 。 当 VCC 变 化 时 ， IC2 也 同 样 随 之 变 化 。 因 此 ， 这 种 电 流 源 不 适 用 于 电 源电 压 大 幅 度 变 动 的 场 合 。 镜 像 电 流 源 电 路 适 用 于 较 大 工 作 电 流 （ 毫 安 数 量 级 ） 的 场 合 。 由 于 恒 流 特 性 不 够 理 想 ， 三 极 管 c、 e 极 间 电 压 变 化 时 ， ic 也 会 作 相 应 的 变 化 ， 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 。

5、VBE1VBE2=VBE=IE2 ReIC2 Re, 因 此 ， 即 使 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 况 下 ， 也 能 获 得 微 小 输 出 电 流 。与 镜 像 电 流 源 相 比 ， 微 电 流 源 具 有 以 下 特 点 ： 一 般 VBE 很 小 （ 约 几 十 毫 伏 ） ， 因 而 采 用 不 大 的 Re 即 可 获 得 较 小 的 输 出 电 流 IC2（ 微 安数 量 级 ） ， 因 而 称 为 微 电 流 源 。 当 电 流 源 电 压 VCC 变 化 时 ， 虽 然

6、IREF 与 IC2 也 要 作 相 应 的 变 化 ， 但 由 于 Re 的 作 用 ， 使VBE2 VBE1， 以 至 T2 的 VBE2 的 值 很 小 ， 工 作 在 输 入 特 性 的 弯 曲 部 分 ， 使 IC2 的 变 化 远 小 于 IREF的 变 化 ， 故 提 高 了 恒 流 源 对 电 源 变 化 的 稳 定 性 。 由 于 Re 引 入 电 流 负 反 馈 ， 不 仅 提 高 了 电 路 输 出 电 流 的 稳 定 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 主 要 作

7、用 是 什 么 ？1) 电 流 源 提 供 稳 定 的 输 出 电 流 ， 可 以 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 精 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， VBE=0.7V， VCC=15V。 （ 1） 证 明 ： ； （ 2） 当 值 很 大 时 ， 为 使 输 出 电 流 Io为2CREFII30A， 电 阻 R 应 为 多 大 ?(1)由 以 下 式 子 得 证 ：Ic1=Ic2IB

8、3+Ic1=IREFIE3=(1+)IB3=2IB2IC2= IB2(2) 当 值 很 大 时 , 2oREFIIREF=(Vcc-2VBE)/R=Io=30, R=(1.5-1.4)/30=453K7 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 ， 值 很 大 ，VBE=0.7V。 （ 1） 说 明 各 电 流 源 的 名 称 ； （ 2） 为 了 得 到 图 示 中 的 输 出 电 流 ， 确 定 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

9、=9.3K(b)比 例 电 流 源 ， IR=(Vcc-0.7)/(R+R1)=(R2/R1) Io, R=2.3K(c)微 电 流 源 ， oln,8.5BETI8 在 题 图 5-3 所 示 的 电 路 中 ， 已 知 各 三 极 管 特 性 相 同 ， 值 很 大 。 求 ： （ 1） 电 路 都 包 含 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 否 有 影 响 ？ 该 电 路 的 作 用 是 什 么 ？题 图 5-3(1

10、)镜 像 电 流 源 ， 比 例 电 流 源(2) Ic1=Ic2=Ic3=(2Vcc - 2VBE)/(R2+R3)=0.482mAIc4=Ic5=(R3/R4)Ic3=(2/4) Ic3=0.241mAIc6=(R5/R6)Ic5=(6/1.2) Ic5=1.205mA(3) 负 载 R1、 R7 电 阻 值 的 大 小 对 各 电 流 源 的 输 出 电 流 无 影 响 。 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 原 因 是 什 么 ？ 如 何 抑 制 零 漂 ？所 谓 零 点 漂 移 ， 是 指 当

11、 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 变 化 的 现 象 ，简 称 零 漂 。 零 点 漂 移 产 生 的 原 因 很 多 ， 其 中 温 度 的 变 化 是 产 生 零 点 漂 移 最 主 要 的 因 素 ， 也 是 最 难克 服 的 。 这 是 因 为 三 极 管 是 温 度 敏 感 器 件 ， 它 的 参 数 （ 如 VBE、 、 ICBO） 随 温 度 的 变 化 而 变 化 ，从 而 导 致 工 作 点 发 生 偏 移 。 由 温 度 的 变 化 引 起 的 零 点 漂 移 称 为 温 度 漂 移 ， 简 称 温

12、 漂 。抑 制 零 点 漂 移 所 造 成 的 危 害 ， 通 常 除 采 取 各 种 途 径 稳 定 静 态 工 作 点 及 选 择 高 质 量 的 晶 体 管 、高 稳 定 度 的 电 源 外 ， 在 模 拟 集 成 电 路 中 ， 主 要 采 用 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 同 样 的 温 差 变 化 情 况 下 ， A、 B 放 大 器 的 输 出 电 压分 别 漂 移 了 0.6V 和 0.4V， 而 A、 B 两 放 大 器 的 增 益 分 别 为 1000 和 100， 问 哪 个

13、放 大 器的 零 漂 指 标 好 ， 为 什 么 ？A、 B 两 放 大 器 输 出 漂 移 相 当 于 折 合 到 输 入 端 零 漂 电 压 为 ： 0.6/1000=0.0006 和0.4/100=0.004， 相 当 于 A 只 要 输 入 信 号 大 于 0.0001 就 可 以 使 其 输 出 大 于 0.1 的 零 漂 输 出 ，而 B 需 要 输 入 信 号 大 于 0.001， 所 以 A 的 温 漂 指 标 要 比 B 好 。11 什 么 是 差 模 信 号 和 共 模 信 号 ？ 若 在 差 分 放 大 器 的 一 个 输 入 端 加 上 信 号 vi1=4V， 而 在

14、另 一 输 入端 加 入 信 号 vi2， 当 vi2 分 别 为 0V、 +4V、 4V、 +6V、 6V 时 ， 分 别 求 出 上 述 五 种 情 况 的 差模 信 号 vid、 共 模 信 号 vic 以 及 vi1 和 vi2 分 别 包 含 的 差 模 成 分 和 共 模 成 分 的 大 小 。电 路 的 两 个 输 入 端 vi1、 vi2 分 别 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 分 别 加 入

15、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、 10Vvic=( vi1+vi2)/2=2V、 4V、 0V、 5V、 -1Vvid1= vid /2, vid2=- vid /2vic1= vic2= vic12 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 ， 无 论 是 电 源 电 压 波 动 或 温 度 变 化 都 会 使 两 管 的

16、集 电 极 电 流 和 集 电 极 电 位 发 生相 同 的 变 化 ， 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 变 化 依 然 保 持 零 输 出 ， 即 消 除 了 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

17、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 影 响 ？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 ， 所 以 流 过 发 射 极 电阻 Re 的 电 流 IRe=IE1+

18、IE2 保 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 影 响 。 而 对 输 入 共 模信 号 时 ， IC1 的 增 加 量 等 于 IC2 的 增 加 量 ， 所 以 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 定 性 大 为 提 高 ， 共 模 放 大倍

19、 数 降 低 ， 两 个 三 极 管 集 电 极 电 位 的 稳 定 性 必 然 提 高 ， 输 出 温 漂 得 到 了 抑 制 。14 带 恒 流 源 偏 置 的 差 分 放 大 电 路 为 什 么 能 提 高 对 共 模 信 号 的 抑 制 能 力 ？为 了 提 高 电 路 的 温 度 稳 定 性 且 减 少 零 点 漂 移 ， 克 服 两 三 极 管 参 数 不 对 称 性 的 影 响 ， 提 高 电 路 对 共模 信 号 抑 制 能 力 等 ， 都 要 求 选 择 阻 值 很 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，在一定的负电源电

20、压 VEE条件下，由式（ 5.3.9）可以看出，必然导致两三极管集电极静态电流 IC 减少，因而影响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。根据前面介绍的知识，电流源电路正好具备这样的特性，所以，工程上大多采用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定的偏置电流，而且电流源具有很大的动态内阻，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

21、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 LodvibeRAr其 中 Lc/2差 模 输 入 电 阻 Ri 和 输 出 电 阻 Ro 可 分 别 表 示 为iberRo=2Rc共 模 电 压 增 益 为 oci0vA共 模 抑 制 比 ： KCMRR 。(2) 双 端 输 入 、 单 端 输 出差 模 电 压 增 益 为， odL1ibe/2vRArodL2ibe/vRAr此 处 Lc/差 模 输 入 电 阻 Ri 和 输 出 电 阻 Ro 可 分

22、别 表 示 为, =Rcibe2r共 模 电 压 增 益 为 oc1LLc12iibeo12vvAr共 模 抑 制 比 KCMR 为 KCMR= =vdcAbeobeb12rRrR(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 况 。(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 况 。16 差 分 放 大 电 路 如 题 图 5-4 所 示 。 已 知 ： 1=2=100， VCC=15V， Rc=5k， Re=7.2 k， RL=10k。 （ 1） 说 明 该 差 分

23、 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=-0.7V, ICQIe=1/2(Vcc-0.7)/Re)=1mA, VCEQ=Vcc-ICQRc-(-0.7)=10.7(3) rbe=200+(1+)26mv/ICQ=2.8kLodvibe935.RbeodcA

24、r(4), 共 模 抑 制 比 ： KCMR 。oci0v17 差 分 放 大 电 路 如 题 图 5-5 所 示 。 已 知 1=2=100， VCC=15V， Rc=5k， Re=7.2 k， RL=10k。 （ 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) odcLibe/9.25.6vibeodcRArk(3)

25、共 模 电 压 增 益 为 cLcLcbeo/0.2312veRrr共 模 抑 制 比 KCMR= =285.7dA18 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1=2=100， Rp=2k（ 设 RP 的 活 动 触 头 调 在 中 间 位 置 ） ，Rc=5k， Re=7.2k， Rb=2.2k， VCC=VEE=15V。 比 较 这 两种 差 分 放 大 电 路 的

26、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)0.72(1),6.8EBQbBQeeEVIRImAVrkc1pdbec1p(/2)0/.vioRArk(b) 0.7()/2(1),162.8EBQBQpBQebeEVIRIIRmAVrkc1dbep()3./2020viocRrkk19 在 题 图 5-7 所 示 的 电 路 中 ， 若 VCC=VEE=6V， 三 极 管 的1=2=3=4=100， Rc1=Rc2=2

27、k， Rb=100， R1=500， R2=4.8k， R3=2.4k， 调 零电 位 器 的 阻 值 Rp=200（ 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 5-712313c1dbep,60().854/22()4EBRCECeviocVImAIrkARk20 差 分放大电路如题图 5-8 所示。己知 Tl、 T2 和 T3 的=50， VCC=VEE=15V， Rc=6k， RL=12k， R1=20 k， R2=10k， R3=2.1k。 共 模 增 益Avc0， 问 ： （ 1） 静 态 时 ， 忽 略 T3 基 极 电 流 IB3 情 况 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） 若 vi1=0， vi2=10cost mV， 求 vo； （ 3）若 vi1=10sint mV， vi2=5mV， 求 VC1、 VC2 和 Vo 瞬 态 电 压 。题 图 5-8(1)221312159ERRBCQECQVImAIV(2)