第3章.集成运算放大器及其应用习题解答

第3章集成运算放大器及其应用习题解答
3.1 差动放大电路的工作原理是什么？
解：最简单的差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。

由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压，由于电路的对称性，两管集电极电位的大小、方向变化相同，输出电压为零(双端输出)。

说明差动放大电路对共模信号无放大作用。

共模信号的电压放大倍数为零。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压，由于电路的对称性，差动放大电路的输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍。

3.2 集成运算放大器的基本组成有哪些？
解：从电路的总体结构上看，集成运算放大器基本上都由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路四个部分组成。

3.3 集成运算放大器的主要参数有哪些？
解：1.开环差摸电压增益：
2.输入失调电压U io：
3.输入失调电流I io：
4.差摸输入电阻r id和输出电阻r o：
5.共模抑制比K CMR：
6.最大差模输入电压U idmax：
7.最大共模输入电压U icmax：
8.静态功耗P co：
9.最大输出电压U opp：
3.4 理想集成运算放大器的主要条件是什么？
解：（1）开环差模电压增益A ud=∞；
（2）共模抑制比K CMR=∞；
（3）开环差模输入电阻r id=∞；
（4）开环共模输入电阻r ic=∞；
（5）开环输出电阻r o=0。

3.5 通用型集成运放一般由几部分电路组成，每一部分常采用哪种基本电路？通常对每
一部分性能的要求分别是什么？
解：(1)输入级：一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大电路，主要作用是减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。

(2)中间放大级：一般采用多级放大电路，主要作用是放大电压，使整个集成运算放大器有足够高的电压放大倍数。

(3)输出级：一般采用射级输出器或互补对称电路，其目的是实现与负载的匹配，使电路有较大的输出功率和较强的带负载能力。

(4)偏置电路：是为上述各级电路提供稳定合适的偏置电流，稳定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成。

3.6 已知一个集成运放的开环差模增益A od为100dB，最大输出电压峰-峰值U opp＝±14V，分别计算差模输入电压u I（即u+－u－）为10μV、100μV、1mV、1V和－10μV、－100μV、－1mV、－1V时的输出电压u o。

解：因为U＝A od u I，A od＝100dB即A od＝105，所以，
当u I（即u+－u－）为10μV、100μV、－10μV、－100μV时
U＝A od u I分别为1V、10V、－1V、－10V。

当u I（即u+－u－）为1mV、1V时，U＝A od u I为最大值14V。

当u I（即u+－u－）为－1mV、－1V时，U＝A od u I为负最大值－14V。

3.7 电路如图3-32所示，具有理想的对称性。

设各管β均相同。

（1）说明电路中各晶体管的作用；
（2）若输入差模电压为（u i1－u i2），则由此产生的差模电流为△i o，求解电路电流放大倍数A i的近似表达式。

图3-32 习题3.7的图
解：（1）T1和T2组成复合放大管，T3和T4也是组成复合放大管，具有放大差模信号和抑制共模信号的作用。

T5和T6组成恒流源电路，具有恒流作用。

（2）'o i i
2i A i β∆==∆≈2(β+β+β2)= 2(2+β)β 3.8 电路如图3-33所示，T 1与T 2管的特性相同，所有晶体管的β均相同，R c1远大于二极管的正向电阻。

当u i1＝u i2＝0V 时，u o ＝0V 。

（1）求解电压放大倍数的表达式；
（2）当有共模输入电压时，u o =？简述理由。

图3-33 习题3.8的图
解：（1）因为，be3L c1
c1u1be1be1
22r R R R A r r ββ=-≈-，c2u2be3R A r β=-⋅，u u1u2A A A =。

（2）当有共模输入电压时，u o ≈0。

因为共模电压经T 1和T 2放大后，其共模输出电压为零，再经T 3放大后u o ≈0。

3.9 图3-34所示电路是某集成运放电路的一部分，单电源供电，T 1、T 2、T 3为放大管。

试分析：
（1）100μA 电流源的作用；
（2）T 4的工作区域；
（3）50μA 电流源的作用；
（4）T 5与R 的作用。

图3-34 习题3.9的图 解：（1）100μA 电流源的作用是给整个电路提供合适的偏置电流。

（2）T 4的工作区域是截止、放大和饱和。

（3）50μA 电流源的作用是给中间放大级提供合适的偏置电流。

（4）T 5与R 的作用是作为中间放大级。

3.10 试按照下列运算关系设计由集成运放构成的运算放大电路。

（1）u o =－5u i1
（2）u o =7u i1
（3）u o =5u i1+2u i2－3u i3
解：（1）为反相比例运算，运算电路如图（a ）所示， 因为，i o u u ＝－1F R R ＝－5，所以，R F =5R 1。

（2）为同相比例运算，运算电路如图（b ）所示，
因为，u o ＝（1＋1F R R ）u i ，所以，（1＋1
F R R ）＝7，R F =6R 1。

（3）因为，u o1＝－（
F111R R u i1＋F112R R u i2）＝－（5u i1＋2u i2），所以，R F1＝5R 11＝2R 12。

因为，u o2＝－F221
R R u i3＝－3 u i3，所以，R F2=3R 21。

所以，u o ＝u o2－u o1＝－3 u i3－[－（5u i1＋2u i2）]= 5u i1＋2u i2－3 u i3
（a ） （b ）
（c ）
3.11 试求图3-35所示各电路输出电压与输入之间的关系式。

(a) (b)
(c)
图3-35 习题3.11的图
解：（a ）u o1＝－
5010u i1＝5 u i1，u o ＝u o1＝5 u i1。

（b ）u ＋＝15i3i2+-u u ×5＋u i3＝6
5i3i2u u +， u o ＝（1＋15）65i3i2u u +－1
5u i1＝5（u i2－u i1）＋u i3。

（c ）u o1＝（1＋1030）u i1＝4 u i1，u o ＝（1＋4040）u i2－40
40 u o1＝2 u i2－4 u i1。