根据场效应管的离散性,已知某 种管子转移特性的变化范围如图 3-43 所 示。设计一共源放大器,使其漏极电流 保持在图示的 A、B 之间。指出偏置电路 iD/mA A· B· -10 -8 -6 -4 -2 12 10 8 6 4 2 uGS/V 图 3-43 习题 17 电路图 的类型并估算偏置电路的参数 【修正:教材中该题图 3-43 两黑点应落在 A、B 曲线上】 解:设计如图所示混合偏置放大器,UGS=UG-IDRS 为偏置线方程, 按照题目要求,负载线是过 AB 两点的直线,设 AB 连线交于横轴 UG 点,取 RG1、RG2 值使 UG R G2 R G1 R G2 VCC 等于图中对应之值,然后再确 定 Rs 之值,显然: RS U GSmax U GSmin I Dmax I Dmin iD/mA A· IDmax Rg 1 C1 + V DD Rd C 2 T + R 第 4 章 习题 1. 概念题 (1)在多级直接耦合放大器中,对电路零点漂移影响最严重的一 级是 第 1 级 ,零漂最大的一级是 最后 1 级 。 (2)差分放大电路有 4 种输入输出连接方式,其差 模电压增益与 输出 方式有关,与 输入 方式 无关。 (3)集成运放是一种采用 直接 耦合方式的放大电路,所 以低频性能 好 ,其最大的问题是 零漂大 。 (4)一个带宽为 0.1~10MHz 的宽频带多级放大电路,应采用的 耦合方式是( B、D )。 A:阻容耦合 B:直接耦合 C:变压器耦合 D:光电耦合 (5)有两个性能完全相同的放大器,其开路电压增益为 20dB, Ri=2kΩ,Ro=3kΩ。现将两个放大器级联构成两级放大器,则开路电压 增益为( B,20dB+12dB=32dB )。 A:40 dB B:32 dB C:16 dB D:160dB (6)放大电路中采用复合管的目的是( C )。 A:增加输入阻抗 B:减小零点漂移 C:提高电压或电流 放大倍数 (7)一般情况下,我们用 输入短路,将测得的输出电压除 以运放的增益 的实验法测得输入失调电压 UIO。 (8)双入双出的差分放大电路,其共模信号幅值不管多大都不会 影响差模输出。对吗?( 不对 ) (9)共模信号和差模信号都可以是交流信号,也可以是直流信号。 对吗?( 对 ) (10)对于长尾式差分放大电路,不论是单端输入还是双端输入, 在差模交流通路中,射级电阻 Re 可一概视为短路。对吗?( 对 ) (11)有源负载可以增大放大电路的输出电流。对吗?( 不对 ) (12)电压输入输出型运放是用量最大的运放,因而产量大、价 格低。对吗?( 对 ) (13)基本镜像恒流源的原理是两个三极管工作在同 一条输出 特性曲线 上。 (14)在运放中恒流源的作用有 提供静态工作电流或提供有 源负载 。 (15)由于 频率特性好且易于集成 ,光电耦合具有很 广阔的前景。 2 . 如图 4-63 所示多级放大电路中,试判断各单级放大电路的类 型及各级间的耦合方式。 R b1 R c1 Rb2 Rc2 +V c c C3 C1 + ui _ C2 T1 + T2 uo _ R1 + ui _ VBB R2 T2 T1 R3 +V c c + uo _ Rb1 Rc1 T1 Rc2 C2 T2 +V cc Rb 2 Is Re1 C1 Re2 RL (a) R1 + ui _ R2 R4 R6 R8 T1 R3 R5 R7 T2 R9 +V cc + uo _ (b) R1 C1 Rs + R2 us _ (c) +V cc R3 R5 T1 C2 R6 T2 C3 R7 T3 R8 C4 R4 n 1 =20 00 D n 2 =10 00 R9 RL (d) (e) 图 4-63 习题 2 电路图 解: (a) 两级共射,阻容耦合 (b) 两级共射,直接耦合 (c) 共射-共集,直接耦合 (d) 共源-共射,阻容耦合 (e) 共射-共源-共射,阻容-变压器耦合 3 . 画出题 2 中各图微变等效电路,并写出 Au、Ri 及 Ro 的表达式。 (略) 4.图 4-64 为两级阻容耦合交流放大电路。设 β1、β2、rbe1、rbe2 及各电阻均为已知。 (1)分析两管工作的组态; (2)求电路的电压增益 Au、Ri 及 Ro。 -Vc c Rb 1 C1 + T1 C2 Rb2 ui Re1 R e2 _ T2 Rb 4 C2 uo Rc2 Rb3 Cb -V cc 解: (1)共集-共基放大电路 A U A U1 A U2 A U1 (1 β1 )(Re1//R i2 ) rbe1 (1 β1 )(Re1//R i2 ) A u2 RC 2 rbe2 R i2 R e 2 // 1 rbe2 β 2 R i R b1//R b2 //[rbe1 (1 β1 )(Re1//R i2 )] R o R C2 图 4-64 习题 4 电路图 5.在图 4-65 所示的两级阻容 Rs 5k + us _ Rb 1 250k C1 + Rb2 50k T1 C2 ui Re1 Rb 3 _ 10k 10k Rc2 5 .1 k +15V C3 T2 Re2 + RL 5 .1 k uo _ 1k Ce2 图 4-65 习题 5 电路图 耦合放大电路中,已知 β1=β2=50,rbe1=1.6 kΩ,rbe2=1 kΩ,其它参数如 图中所示。 (1)电路的输入阻抗 Ri 和输出阻抗 Ro; (2)电路的电压放大倍数 Au、Aus。 解: R i R b1//[rbe1 (1 β1 )(Re1//R i2 )] 42k R i2 Rb2 // Rb3 // rbe2 1k R o R C2 5.1k A U A U1 A U2 A U1 (1 β1 )(Re1//R i2 ) rbe1 (1 β1 )(Re1//R i2 ) 1 A u2 2 (Rc2 // RL ) rbe2 125 AU 125 Aus Ri Ri Rs Au 112 6 .电路如图 4-66 所示为场效应管和晶体管组成的两级放大电 路。已知 T1 的 gm,T2 的 β 及 rbe。 (1)画出微变等效电路; (2)求电压放大倍数和输入、输出 C1 ui Rg Rc T1 C2 T2 +V CC uo RL Re Ce 阻抗。 图 4-66 习题 6 电路图 解: (1) 微变等效电路如图所示。 (2) A U A U1 A U2 g + + A U1 uo1 ui g m u GSrbe u GS g m u GSrbe g m rbe 1 g m rbe A u2 uo uo1 (RC // RL ) rbe ui _ Rg u_GS s g mug s + u O1 _ + r ic be Rc RL uo _ R i2 R g d Ro RC 习题 6 (1) 微变等效电路 7. 在图 4-67 两级放大电路中,已知晶体管 β=50,,rbb′=300Ω, UBE=0.7V;二极管 UD=0.7V,rD=100Ω;场 效应管 UGS(th)=4V,IDO=10mA。 (1)求各级静态工作点; (2)为了保证 T2 管正常工作,求 R2 的最大值; R1 20kΩ Rs 2.8kΩ + us _ R2 4kΩ T1 D +12V R3 3kΩ T2 + uo _ 图 4-67 习题 7 电路图 (3)写出中频电压放大倍数 Aus、输入阻抗 Ri 和输出阻抗 Ro 的表 达式。 解: (1) I BQ IR1 - I RS VCC - U BE R1 - UD - U BE U D RS 0.03mA ICQ IQ 1.5mA U CEQ VCC I CQ R2 U D 5.3V U GSQ U CEQ U D 6V I DQ I DO ( U GSQ U GS(th ) 1)2 2.5mA U DSQ VCC I DQ R3 4.5V ( 2) U GSQ VCC I CQ R2 U GS(th) R 2 5.3K (3) A U A U1 A U2 A u1 rbe R2 (1 )rD 32 rbe rb'b (1 ) 26mV I CQ 1.2k A u2 g m R3 7.5 gm 2 U GS(th) I DO I DQ 2.5mS Au 240 R i R1 //[rbe (1 )rD ] 4.8K R o R 3 5K 8. 若在差动放大器的一个输入端加上信号 ui1=20mV,而在另一 输入端加入信号 ui2。当 ui2 分别为 20mV、-20 mV、10 mV、0V 时, 分别求出上述四种情况的差模信号 uid、共模信号 uic 及差模输入 ui 的 数值。 解: u id ui1 ui2 2 uic ui1 ui2 2 ui 2uid 9. 图 4-68 所示电路中,晶体管参数理想对称,β 均为 50, rbb′=300Ω。 (1)求静态时两管的 ICQ、UCQ; (2)求当 ui1=5V,ui2=5.01V 时的双端输出 电压 uo; (3)求当 ui1=10mV,ui2=0V 时的双端输出 电压 uo; 1kΩ + u i1 _ Rc1 5kΩ c1 + uo_ R c2 5kΩ c2 T1 T2 (+12V) 1kΩ + u i2 _ 5kΩ (-12V) 图 4-68 习题 9 电路图 (4)若 Rc1=5kΩ,Rc2=5. 1kΩ,重复(1)、(2)计算过程。 解: (1)ICQ I EQ VEE - U BE 2R e 1.13mA (2)电路完全对称时 U CQ VCC I CQ RC 6.35V u o Ad (ui1 ui2 ) Ad rbe RC RQ rbe rb'b (1 ) 26mV I EQ 1.5K Ad 100 u o Ad (ui1 ui2 ) 1V (3)分析同(2) u o Ad (ui1 ui2 ) 1V (4)电路不对称: I CQ1 I CQ2 I EQ 1.13mA U CQ1 VCC I CQ1RC1 6.35V U CQ2 VCC I CQ2 RC2 6.23V 对差模信号: u 0 d uc1 - uc2 A d1u id Ad 2 (u id ) ( Ad1 Ad 2 )uid Ad1 RC1 RQ rbe Ad 2 RC 2 RQ rbe u 0 d (RC1 RQ RC2 rbe ) u id (RC1 RQ RC2 rbe ) 1(u 2 i1 ui2 ) 1.01V 对共模信号: u 0 c uc1 - uc2 A c1u ic Ac2 u ic ( Ac1 Ac2 )uic Ac1 RQ RC1 rbe 2(1 )Re Ac 2 RQ RC 2 rbe 2(1 )Re u o c RQ (RC1 rbe RC2 ) 2(1 )Re u ic RQ (RC1 rbe RC2 ) 2(1 )Re 1(u 2 i1 ui2 ) 0.05V uo u 0d u o c (1.01) 0.05 0.96V 10. 在图 4-68 所示电路的基础上接入 10kΩ 的负载 RL 及 100Ω 的 射级调零电位器 RW,如图 4-69 所示。设电位器的滑动端处在其中点, 试对该电路作全面的静态分析和动态分析。 Rc Rc 5kΩ + uo _ 5kΩ (+12V) 1kΩ + u_i T1 R L T2 1kΩ Rw 5kΩ (-12V) 图 4-69 习题 10 电路图 解: 静态分析: I EQ VEE - U BE 1 2 RW 2R e 1.13mA I CQ1 I CQ2 I EQ 1.13mA U CQ1 U CQ2 VCC I CQ RC 6.23V 动态分析: Ad RQ ( RC // 1 2 R L ) rbe (1 ) 1 2 RW -25 R id (2 RQ rbe (1 ) 1 2 RW) 10k R O 2R C 10K 11. 如图 4-70 所示差分放大电路,已知 β=50, rbb′=300Ω。 (1)求静态时 RL=2.2kΩ 及 RL=∞两种情况 下两管的集电级电流及集电极电位; (2)写出输出电压 uo 的表达式,计算 +9V Rc uo 2 .2 k ui T 1 RL T2 Re 2k -9V 图 4-70 习题 11 电路图 RL=2.2kΩ,ui=10mV 时 uo 的值 (3)计算共模抑制比及共模输入阻抗; (4)T2 管的基极接地,为什么其集电极可以有信号输出?分析 T2 的放大过程。 解: (1) I EQ VEE - U BE 2R e 2.mA I CQ1 I CQ2 I EQ 2mA U CQ1 VCC 9V R L : U CQ2 VCC I CQ2 RC 4.6V R L 2.2K: U CQ2 RL RL RC VCC - ICQ (R C //R L ) 2.3V (2) u o A d u i A C u ic Ad 1 2 (RC // R ) L rbe Ac (RC // RL ) rbe 2(1 )Re uo 1 2 (RC // rbe R ) L u i (RC // RL ) rbe 2(1 )Re ui 2 rbe rb'b (1 ) 26mV I EQ 950 uo 275mV (3)CMR Ad 1 rbe 2(1 )Re 200 Ac 2 rbe Ric 12(rbe (1 )Re) 50k (4)射级耦合,T2 共基放大 12. 某场效应管差动放大电路如图 4-71 所示。对电路做全面的静态和动态分析。 Rd Rd + uo _ +V DD ui T 1 T2 Rs _ VSS 图 4-71 习题 12 电路图 解: 静态分析: U GSQ VSS 2I DQ RS I DQ I DO ( U GSQ U GS(th) 1) 2 U DQ VDD I DQ Rd U SQ (VSS 2I DQ RS ) 动态分析: Ad g m Rd R id R O 2R d 13. 电路如图 4-72 所示,已知晶体管的 β=200,rbb′=200Ω,RQ=2kΩ。 忽略晶体管的饱和电压降,希望信号最大输 +12V 出电压为 12V,试求: (1)电阻 RC 的值; (2)差模电压增益和差模输入阻抗; (3)如果希望 uo 一端接地,并构成同 Rc RQ + u_ i c1 + T1 Rc uo _ c2 RQ T2 Io 2mA -12V 图 4-72 习题 13 电路图 相放大器,负载应接在何处? 解: (1) 1 I CQ 2 I EQ 1mA U CEQ U CQ U EQ VCC I CQ RC (U BE I BQ RQ ) VCC I CQ RC 当U CEQ 6V ICQ R C 6V R C 6K 满足u0mmax 12V uc1max 6V (2) Ad Rc rbe RQ 176 rbe rb'b (1 ) 26mV I EQ 5.4k R id 2(RQ rbe ) 14.8k (3)接在 c2 和地之间。 14. 电路如图 4-73 所示,所 有晶体管均为硅管,β 均为 60, rbb′=100Ω , 稳 压 管 稳 压 值 + UZ=3.7V。试求: u_i (1)求 T3 管的集电极电流 IC3; R R c2 2kΩ Re4 500Ω +VCC (+12V) T4 T1 T2 I c3 T3 RC3 10kΩ Rc4 10kΩ Dz + uo _ -VEE (-6V) 图 4-73 习题 14 电路图 (2)要使静态时 uo=0,则 Rc2=?; (3)求差模电压放大倍数 Ad、差模输入阻抗 Rid 及输出阻抗 Ro。 解: (1) I C3 I E3 U Z - U BE R C3 0.3mA ( 2) u o 0 I CQ4 RC4 VEE 0 I CQ4 0.6mA I BQ4 I CQ 4 0.01mA 1 I RC2 2 I C3 I BQ4 0.14mA I RC2 RC 2 I CQ 4 Re4 U BE 1V RC 2 1V I RC2 7.14K (3) Ad Au1 Au2 Au1 1 2 (RC2 // rbe1 Ri ) 2 15 rbe1 rb'b (1 ) 26mV 1 10k 2 IC3 Ri2 rbe4 (1 )Re4 30K rbe4 rb'b (1 ) 26mV I EQ4 2.8k Au 2 rbe4 RC 4 (1 )Re4 20 Rid 2rbe 20k Ro Rc4 10k 15. 电路如图 4-74 所示。指出连接正确的复合管的类型,标明其 等效管脚。 T1 T2 T1 T2 T2 T1 T3 T3 T1 T2 (a) (b) (c) (d) T1 T2 (e) T1 T2 T2 T1 (f) (g) 图 4-74 习题 15 电路图 T2 T1 (h) 解:(a)错误 (b)错误 (c)正确,PNP 管, e、b、c(从上到下) (d) 正确, NPN 管, c、b、e(从上到下) (e)错误 (f) 错误 (g)正确,N 沟道增强型,D、G、S(从上到下) (h)错误 16.威尔逊电流源是镜像电流源的一种改进电路,如图 4-75 所示。 设 V1=V2=10V,R1=8.6kΩ,R2=4.7kΩ,三个晶体管的特性均相同,β 均 I 为 50,UBE=0.7V。求晶体管 T2 的集电极对地电位 UC2=? I V1 C1 R1 V2 R2 T2 T1 T3 图 4-75 习题 16 电路图 解: I IC1 V1 2UBE R1 1mA U C2 V2 IR2 5.3V 17.某复合管差分放大电路如图 4-76 所示。设所用晶体管均为硅 管,β1=β2=30,β3=β4=100。 (1)求静态时 Ic5 、IRc 的值; (2)求差模电压放大倍数 Ad、差模输入阻抗 Rid 和输出阻抗 Ro 解: (1) IR 12V - UBE R R e6 2mA IC5 Re6 Re5 IR 1mA I EQ3 1 2 IC5 0.5mA I EQ1 I EQ3 1 3 5A I RC ICQ3 ICQ1 0.5mA Rc Rc 6.2k + uo Rc _6 .2 k +6V I I I T1 T2 R + R ui T3 RW T4 3k _ 100 c5 T5 T6 R e5 Re6 6k 3k _ 6V 图 4-76 习题 17 电路图 ( 2) Ad 13 RC rbe1 (1 1 )[rbe3 (1 3) RW 2 40 ] rbe1 rb'b (1 1 ) 26mV I EQ1 156K rbe3 rb'b (1 3 ) 26mV I EQ3 5.2K Rid 2{rbe1 (1 1 )[rbe3 (1 3 ) RW 2 ]} 912k Ro 2Rc 12.4k 18. 如图 4-77 所示为 F007 集成运放中的电流 源电路,各管的 β 均为 5,UBE=0.7V。试计算 IC13、 IC10 的值。 I T1 2 R5 R C10 39k I I +15V T13 C13 解: IR 2VCC 2UBE R5 0.73mA I C10 UT R4 ln IR I C10 IC10 28A IC13 2 I R 0.52mA T10 R 4 3k T 11 -1 5 V 图 4-77 习题 18 电路图 19.如图 4-78 所示为集成运放 5G28 的输入 级简化电路。试说明电路组成特点及各元、器 1 .4 k T5 + VCC 件的作用。 解: + T1 u_i T3 T2 uo T4 600 600 -VE E 图 4-78 习题 19 电路图 T1、T2 结型场效应管组成的差分放大电路,双入单出; T3、T4 电流源电路做有源负载; T5 恒流源电路提供偏置。 20. 如图 4-79 所示为集成运放的互补对称输出级电路。试说明电 路组成特点及各元、器件的作用。 R1 解: R2 T1、T2 组成 NPN 型复合管和 T3 构成互补输 ui D 出,调节 R2 提供 1.4V 的偏置,消除交越失真。 R3 +V cc T1 T2 + RL uo _ T3 -Vcc 图 4-79 习题 20 电路图 21. 已知一集成运算放大器的性能参数 为:Ad=105,KCMR=80dB。计算当差模输入电压 ui=10μV、共模输入电 压 uic=1000μV 时的输出电压 uo。考虑输入失调电压 UIO=1mV 时运放 是否工作在线性区? (已知 VCC=12V) 解: CMR 80dB 104 AC Ad CMR 10 u o Ad ui Acuic 1.01V Ad (ui U IO ) Acuic U OM 运放不工作在线性区。 【修正:教材中该题已知条件应包括“VCC=12V”】 22. 电路如图 4-80 所示。 (1)说明电路是几级放大电路,各级分别是哪种形式的放大电路 (共射、共集、差放等); (2)分别说明各级采用了哪些 措施来改善其性能指标(如增大放 大倍数、输入电阻等)。 ui1 T1 T3 I1 T5 T2 T4 T6 I2 u i2 D1 D2 T7 T8 R 图 4-80 习题 22 电路图 T9 +Vcc uo T1 0 -V c c 解: 输入级:T1T3、T2T4 组成共集-共基差分放大电路,T5、T6 为有源 负载; 中间级:T7、T8 两级共射放大 输出级:T9、T10 共集互补输出; 1.概念题: 第 5 章 习题答案 (1)反馈有时将输出的全部都馈送到输入端,其典型的例子是 射极跟随器 放大器和 源极跟随器 放大器。 (2)电压反馈时,反馈网路输出一定是电压吗?( 不一定 ) 并联反馈时,反馈网路的输出一定是电流吗?( 是 ) (3)“负反馈有用,正反馈没用”这种说法对吗?( 不对 )按 照输入端 的信号耦合方式 和输出端 的信号 取样方式 负反馈共有 4 种组合形式。 (4)当希望稳定输出电压并且希望提高输入阻抗时,应引入 电压串联负 反馈;当负载需要恒定电流并且信号源也为电流型 时,应引入 电流并联负 反馈;当希望稳定输出电压并 且信号源为电流型时,应引入 电压并联负 反馈;当输 入为电压信号并且输出为电流信号时,应引入 电流串联负 反馈。 (5)为了稳定电路的静态工作点,应引入 直流负 反馈;为了改善电路的动态特性,应引入 交流负 反馈。 (6) 方框图 法是分析负反馈放大器的最基本 的方法,在求解 A 和 F 时保持 F 网路的 空载 效应是 非常重要的。 (7)有人说:“不使用反馈技术,要设计具有精密增益、高稳定 度的放大器简直难于上青天”,你觉得对吗?( 对 ) (8)设计电压电流转换电路可直接选用 电流串联负 反馈电路;设计电流电压转换电路可直接选用 电压并联负 反馈电路。 (9)如果开环放大器由 3 级以上的单管放大器组成,则组成的 负反馈电路有可能出现 自激 的现象,这是因 晶体管结电容形成的移相 造成的。 (10)共基放大器比共射放大器 频率响应 好,这是因 为 在共基接法下,集基电容不产生加倍的米勒效应 。 (11)分析放大器时,按 低频 段、 中频 段及 高频 段分开讨论,不但计算简单,而且意义明确。 (12)当 信号频率 较高时,有些负反馈放大器是不稳定 的,此时可采用 滞后补偿法 、 超前补偿法 等 方法进行补偿。 (13)开环放大器 A 和反馈网路 F 可能有量纲,例如 欧姆 或 西门子 ,但 环路增益 是没有量纲的。 2.电路图如图 5-58 所示。 (1)判断各电路中是否引入了反馈,对于引入反馈者试判断电 路引入了什么性质的反馈,这些性质包括直流反馈、交流反馈、交直 流反馈、局部反馈、全局反馈、电压反馈、电流反馈、串联反馈、并 联反馈、正反馈、负反馈,设图中所有电容对交流信号均可视为短路; (2)就整体反馈而言,你认为哪些电路引入了深度负反馈,请 写出其反馈系数表达式和闭环增益表达式。 + Vcc R1 C1 + ui R2 _ R3 C2 T + R4 RL uo C3 R5 _ ui R1 R2 + uo _A R3 C2 C1 RL (a) Rs + us _ R1 C1 R2 C2 R5 T1 R3 R6 R4 (c) R1 R2 + Vcc R7 C5 + T2 C3 uo R8 C4 _ VDD T 1 T2 A + + ui R L u _ o _ R3 R4 R5 R6 -VSS (e) C1 + ui R1 _ (b) + Vcc R2 C2 R5 R7 C5 T1 C3 + T2 RL R3 R4 C4 R6 R8 uo _ (d) R3 R1 + A1 ui _ R2 R4 D1 D2 R5 +Vcc T1 + RL uo T2 _ -VE E (f) +V cc C1 + Rs ui + us __ R1 R3 R2 C2 T C3 + R4 uo _ R4 ui A1 R3 A2 uo R2 R1 (g) (h) 图 5-58 习题 2 电路图 解:(1)图(a)R4 和 R5 共同引入了直流电流串联负反馈, R5 引入 交直流电流串联负反馈。 图(b) 由于 C1 对交流短路,C2 对直流开路,故电路不存在任何 反馈。 图(c) R3 引入了电流串联负反馈,为局部的交直流反馈;R8 也引 入了电流串联负反馈,为局部的直流反馈;R4、C3 引入了电压串联交 流负反馈,为整体反馈。 图(d) R3、R8 引入了电流串联负反馈,二者均为交直流的局部反 馈,R4、C4 引入正反馈,交流整体反馈。 图(e) R3 对于由 T1、T2 组成的差分放大器而言,对直流和共模信 号构成了电流串联负反馈,为局部反馈;R4、R5 引入了电流串联负反 馈,为交直流的整体反馈。 图(f) R3 引入了电压并联负反馈,为整体的交直流反馈。 图(g)C2 、R3 引入了正反馈,为交流反馈;R4 引入了电流串联负 反馈, 为局部直流反馈; 图(h) R4 引入了 A2 的局部电压并联负反馈,R2 引入整体正反馈, 二者均为交直流反馈。 (说明:正反馈不需要说明类型) (2)图(c)引入了深度负反馈,反馈系数为 Fu Uf Uo R3 R3 R4 ,闭 环增益为 Auf 1 Fu R3 R4 R3 ; 图(e)引入了深度负反馈,反馈系数为 Fr Uf Io R4 R4 R5 R6 ,闭环 增益为 Agf 1 Fr R4 R5 R4 1 R6 ; 图(f)引入了深度负反馈,反馈系数为 Fg If Uo 1 R3 ,闭环增益为 A rf 1 Fg R3 。 3.电路如图 5-59 所示。 (1)找出电路中所有的反馈,并 指明反馈的性质; (2)分析 Rf1 引入的反馈起什么作 用; C1 Rs + us _ +Vcc Re2 Rc1 C2 R c3 T2 T4 C3 T1 T3 + R f1 Re4 Rc2 uo R'e4 Re1 Rs3 _ R f2 图 5-59 习题 3 电路图 (3)分析 Rf2 引入的主反馈起什么作用,写出闭环增益的估算表 达式。 解:(1)Re1 、Rs3 、Re4 和 R ' e 4 都引入了电流串联负反馈,同时是 交直流的局部反馈;Re2 引入了电流串联负反馈,为直流局部反馈。 Rf1 引入了 T3 和 T1 之间的电流串联负反馈,也是交直流的局部反 馈。 Rf2 引入了 T4 和 T1 之间的电压并联负反馈,为交直流的整体反馈。 (2)Rf1 引入的反馈平衡射极、源极静态电位。 (3)Rf2 的整体反馈可提高输出电压的稳定性,提供恒压源输出。 闭环表达式: Arf 1 Fg u RE' 4 If Rf 2 4 . 要设计抗干扰性好、电压增益为 1000、增益精度为 0.02%、 输入阻抗大于 10K 的闭环放大器,请选择由运 Rf R1 iRf ui iR1 u_ A u+ uo R2 习题 4 答案图 放搭建电路的形式,并说明运放的开环增益至少应为多少。 解:根据题目指标要求,应选择两个反相比例运算级联的方式, 一级电路如图所示。 第一级增益可选 100,第二级选 10,第一级 R1 选 10K,Rf 选 1000K。 为了保证精度,在选用开环增益足够大的运放,电阻的精度等级选优 于 0.02%等级的就行。 5.某反馈放大电路的方框图如图 5-60 所示,已知其开环电压增 益 Au=1000,反馈系数 Fu=0.0725。 ui 若输出电压 uo=2V,求输入电压 ui、 反馈电压 uf 及净输入电压 uid 的值。 解:1+AuFu=73.5 Af Au 1 A u Fu 1000 73.5 13.605 ui uo Af 2 0.147V 13.605 + u id _ uf Au uo Fu 图 5-60 习题 5 电路图 u f uo Fu 2 0.0725 0.145V uid ui u f 0.147 0.145 0.002V 6.某反馈放大电路的方框图如题图 5-61 所示。 (1)请说明放大电路的设计思路; (2)推到其闭环增益的表达式; (3)使用三极管或场效应管构建 ui + uid1 _ u f1 A u1 uo1 uid2 +_ Ag2 u f2 i o C1 uo RL Fr2 1 kΩ 一种符合该模型的具体电路。 解:(1)电路通过一级电压放大器 和一级带直流负反馈互导放大器级联 Fu1 图 5-61 习题 6 电路图 共同组成一个二级电压放大器,最后通过全局的电压串联负反馈稳定 输出电压,改善放大器的动态指标。 (2)Fr2 对交流无反馈,只是稳定直流工作点。 Auf Au1 Ag2RL 1 Au1Ag2RLFu2 (3)略 7 . 电路如题 5-62 图所示。 (1)指出由 Rf 引入的是什么 类型的反馈; Rb1 ui 1k (2)作出分解后的开环放大 Rf 10k 器和反馈网路详细电路图,并写 出 3 项动态指标表达式; +Vcc R c1 R c2 10k 10k T3 +15V T1 T2 Re 68k Rb2 1k Rc3 5k T4 uo Re4 10k -VEE -15V 图 5-62 习题 7 电路图 (3)如果信号源内阻很大,想提高放大器输入阻抗,如何修改电 路(要求只改变连线)。 解:(1)引入的是电压并联负反馈; (2)分解后的详细电路图如图所示: (a) 开环放大器 习题 7 答案图 3 项动态指标表达式如下: Au Au1 Au2 Au3 Au1 1 2 1 (RC2 // rbe3 ) (rbe1 Rb1 ) Rf Rf Rb1 Au 2 3 [ RC 3 //(rbe4 (1 rbe3 3 )(Rc4 // R f )] Au 3 (1 4 )(Rc4 // R f ) rbe4 (1 4 )(Rc4 // R f ) Ar Au rbe1 Fg iF uo 1 Rf Arf Ar 1 Ar Fg R' if 1 1 Ar Fg R' i 1 1 Ar Fg 2rbe1 Rif Rb1 Rb2 Ri'f if Rf 10k uo (b) 反馈网络 Rof 1 1 Ar Fg Ro 1 1 Ar Fg (Re4 // R f // RC3 rbe4 ) 1 4 (3)将反馈电阻 Rf 连到 T2 的基极与 T4 的射极之间,T3 的基极改 接到 T1 的集电极。形成电压串联负反馈。 8. 电路如图 5-63 所示。 (1)指出这 4 种电路各代表哪一类型的反馈电路; (2)作出分解后的开环放大器反馈网络详细电路图,并写出反馈 网络 ? Fu 的表达式。 ui A + uf R1 Rf _ (a) uo R1 ui A + io RL u _ o + uf Rf _ if ii ui iid Rf R1 A uo RL (b) A + ui ii iid if RL uo io _ R1 Rf R2 (c) (d) 图 5-63 习题 8 电路图 解:(1)图(a)为电压串联负反馈;图(b)为电压并联负反馈;图(c) 为电流串联负反馈;图(d)为电流并联负反馈。 uf uo R1 Rf (a) if uo Rf io uf Rf (b) 习题 8 答案 (c) if io Rf R2 (d) (2)各开环放大器对应的反馈网络详细电路图如下: 图(a)的反馈网络表达式为 Fu uf uo R1 R1 Rf 图(b)的反馈网络表达式为 Fg if uo 1 Rf 图(c)的反馈网络表达式为 Fr uf io Rf 图(d)的反馈网络表达式为 Fi if io R2 R2 Rf 9 .电路如图 5-64 所示。 (1)判断该电路中 R6 引入什么 类型的反馈; (2)设 gm1=20、β2=100,R6=2K Ω, 图 5-64 习题 9 电路图 用方框图法求解电路的增益 Af、输入阻抗 Rif 和输出阻抗 Rof。 【修正:在教材中应加入已知条件“R6=2KΩ”】 解:(1)引入电压串联负反馈,且为交流反馈。 (2) Au Au1 Au2 Au1 g m1{R5 //[rbe2 (1 2 )R7 ]} 1 gm1 (R4 // R6 ) 3 Au 2 2[R9 // RL //(R6 R4 )] rbe2 (1 2 )R7 0.5 Au 1.5 Fu uf uo R4 R4 R6 0.5 Auf Au 1 Au Fu 1 Rif (R3 R1 // R2 ) 550 k Rof 1 1 Au Fu [R9 //(R4 R6 )] 760 10. 电路如图 5-65 所示,该电路由四级三极管直接耦合而成。 (1)判断 R7 是否引入负反馈, 并判断反馈类型; (2)电路有无可能发生自激振 荡; (3)假设闭环增益 | ? A ? F | 在低频段 R2 R4 R1 T1 + ui R3 R5 _ D1 R8 +Vcc T2 R7 R6 T4 T3 R9 D2 + uo RL _ 图 5-65 习题 10 电路图 为 80dB,T4 管的结电容影响可忽略。 T1、T2 及 T3 的结电容在频率 f=104 处会引入一个低通环节,请画出 20lg | ? A ? F| 的波特图。并分析自激可能产生在什么频率处; (4)若要消除自激,可采用哪些方案。 解:(1)R7 引入了电压并联负反馈。 (2)电路由四级三极管耦合而成,可能产生超过 180°的相移,故 有可能发生自激振荡。 (3)波特图如图所示:fc≈2.5×105KHZ,f0≈2.5×104KHZ,fc > f0, 系统不稳定。 自激可能产生在 f0≈2.5×104KHZ 频率处。 习题 10 波特图 ( 4 ) a 、 可 以 降 低 低 频 段 的 闭 环 增 益 | ? A ? F| , 让 fc 提前产生,如 | ? A ? F| =50dB,就可以让 fc<105Hz,从而避免自激振荡。这可以通过改变放 大器开环增益或反馈系数达到目的,且不改变放大器的带宽和相频特 性。 b、采用频率补偿,在反馈环路中增加阻容元件,改变 | ? A ? F| 的频率 特性,常用的补偿方法有滞后补偿和超前补偿,具体可参考课本。 11. 电路如图 5-66 所示。 R1 按照晶体管、场效应管的高频 1 00 k Ω C1 等效模型在全频段内分析该放 大器的增益 ? A u ,输入阻抗 Zi, R s 10μF + Us _ R2 1 kΩ C 2 T 1 10μF R4 2 0k Ω R 3 R5 5 0k Ω 2 kΩ + Vcc C3 + 10μF T2 RL 1 kΩ Uo _ 输出阻抗 Zo。已知 VCC=12V, 图 5-66 习题 11 电路图 β1=50 , rbb′=300? , fT1=100MHz , Cμ=20pF , gm2=4mS , RS=1k ? , Cgs=Cgd=2pF,Cds=0.1pF。 【修正:教材中该题应把 gm2 改为 4mS,还应加已知条件“RS=1k ?, Cgs=Cgd=2pF,Cds=0.1pF”】 解:中频段放大器的增益: rbe rbb/ (1 1 ) UT I EQ1 rbb/ (1 1 ) (1 1 ) UT VCC U BEQ1 R1 500 g m1 I EQ1 26mV 0.23S Aum rb'e rbe gm1 (R2 // R3 // R4 ) (gm2 R5 ) 800 低频段: C1 环节: f L1 1 2 [( R1 // rbe ) RS ]C1 10 HZ C2 环节: f L2 2 (R2 1 R3 // R4 )C2 1HZ C3 环节: f L3 2 (R5 1 RL )C3 5HZ 高频段: R rb'e //(rbb' Rs // R1 ) 185 C' C (1 rb'e RL' )C gm 2fT (1 rb'e RL' )C 4.6F RL' R2 // R3 // R4 1k 1 fH1 2R C' 1.87MHZ Rg R2 // R3 // R4 1k C ' gs Cgs [1 g m2 (R5 // RL )]Cgd 8.8 pF 1 f H2 2Rg C ' gs 16MHZ AU Aum (1 j fL1 )(1 j fL2 )(1 1 j fL3 )(1 j f )(1 j f ) f f f fH1 fH2 Ri 1 2f C1 R1 //[r ' bb (r b 'e // 1 2f C' )] RO R5 // 2f (Cds (1 1 g m 2 ( 1 R5 // RL ) )C gd 12. 如图 5-67 所示电路,假设场效应管 gm 已知。 (1)写出全频段内增益 ? A 的表达式; (2)画出 ? A 的幅频、相频特性图; (3)描述 C2 变化时, ? A 的波特图的变化 趋势。 解:(1)场效应管的简化高频等效模型如 +VD D C1 Rs R1 + Us _ R2 C3 + T R3 C2 R L Uo _ 图 5-67 习题 12 电路图 g .+ U gs _ d . C ' gs g mUgs s (a) .+ R ' L Uds _ Rs C1 .+ R1 U _ s Ri 习题 12 答案图 g +. Ugs _ C ' gs s d. g mUgs R3 C 2 (b) C3 R2 + . R L Uo _ 图(a)所示,电路对应全频段的交流通路如图 (b)。 中频段:C1、C2、C3 可视为短路,C'gs 可忽略,放大器等效电路如右, 增益为: ? A usm R1 Rs R1 gm R2 g d + + Rs . . . .+ R1 Ugs gmUgs R 2 Uo1 U _ s _s _ Ri 中频段等效电路 低频段:C'gs 可忽略, C1、C2 及 C3 必须考虑。 考虑 C1 的影响时,应将 C2、C3 短路。 由 C1 所在回路确定的下限频率为: f L1 1 2C1 (RS R1 ) 考虑 C3 的影响时,应将 C1、C2 短路。 由 C3 所在回路确定的下限频率 为: 低频段等效电路 f L3 1 2C3 (R2 RL ) 考虑 C2 的影响时,应将 C1、C3 短路。 由 C2 所在回路确定的下限频率为: 1 f L2 2C2 (R3 //(1 / g m )) 总的下限频率为: f L 1.1 f 2 L1 f 2 L2 f 2 L3 高频段:C'gs 必须考虑, C1、C2 可视为短路。等效电路如图所示 fH 1 2C ' gs (R1 // Rs ) Rs .+ R1 U _ s g d + + . Ugs C ' gs . . gmUgs R 2 Uo1 _ s _ i R 高频段等效电路 ? ? Aus Ausm (1 1 fL )(1 j f ) jf fH (2)波特图: ? 20lg| Aus | +20dB/十倍频 20lg|Ausm| -20dB/十倍频 -90° -135° -180° -225° -270° 0.1fL fL 10fL 0.1fH fH 10fH f f 放大器的全频段波特图 (3)比较三个下限频率,实际电路取值时,一般都满足: fL2 f L1,f L2 f L , 3 故可认为 f L f L2 所以 C2 越大, f L 越小,通频带越宽,实际中为了改善低频特性, C2 的取值应大于 C1、C3。 13 . 某公司生产的直流电子调速器用 4~20mA 的直流信号来控 制,电路如图 5-68 所示。 (1)请分析其调速原理,设电机转 速与流过电机的电流成正比,推导转速 V 与输入电流 II 的关系; (2)若将控制信号改为用 1~5V 电 压信号,你将如何设计控制电路? 解:(1)输入信号 II 经运放 A1 和复合管 R1 II ( 4~20m A) R 2 +V c c (+24V) A1 T1 T2 直流电机 R3 R4 图 5-68 习题 13 电路图 T1、T2 直接耦合放大后驱动电机转动,R3 引入电流并联负反馈,可以 稳定输出电流,达到精确控制。 假设转速 V 与输出电流 IO 的关系为 V K IO ,有 IO A IF II 1 FI II R3 R4 R4 II V K R3 R4 R4 II (2)将电路改为电流串联负反馈,具体来说把输入信号经 R1 从同相 端输入即可。 14. 如图 5-69 所示放大电路,Rf 为 外接反馈网络电阻,为了引入适当 的反馈满足下列要求,请将各点正 R1 C1 Rs ① + us _ R2 T1 ② R3 +Vc c R4 R6 ⑥ T2 ⑤ T3 C2 R5 R7 + uo _ Rf ③ ④ 图 5-69 习题 14 电路图 确连接。 (1)减小输入电阻; (2)负载变化时,输出电压基本不变; (3)实现电压-电流转换; (4)减小向信号源索取的电流。 解:(1)③点连接①点,④点连接⑤点,电压并联负反馈 (2)同(1) (3)③点连接②点,④接⑥,电流串联负反馈 (4)同上。 15. 如图 5-70 所示放大电路,已知 rbe1=rbe2=rbe=1.6kΩ,电压放大倍数 Aus=1000。 (1)试引入合适的负反馈,达到稳定输出电压的目的; (2)若要求闭环电压放大倍数 10kΩ Ausf=10,计算反馈网络元件的参数; T1 3kΩ + (3)当 Aus 变化 10%时,Ausf 变 us _ (+20V) 10kΩ 15kΩ T3 T2 10kΩ 3kΩ T4 10μF + 3.1kΩ _uo 2mA (-20V) 化多少; 图 5-70 习题 15 电路图 (4)估算引入负反馈后的输入、输出阻抗。 解:(1)稳定输出电压需电压负反馈,又信号源为电压源,需引入电 压串联负反馈。如图所示 Rf 支路。 (2) Ausf Aus 1 AusF 代入,求得 F≈0.1。 而: F 3K 3K R f (+20V) 3kΩ + us _ 10kΩ 10kΩ T1 T2 3kΩ 15kΩ T3 10kΩ 2mA Rf 习题 15 答案图 T4 10μF + 3.1kΩ_u o (-20V) 故可求得:Rf=27K。 (3)Ausf 变化为 Aus 变化的 1/(1+AusF)倍,所以 Ausf 变化 0.1% (4)反馈前输入电阻: R i 2(R b rbe ) 2(3 1.6)k 9.2k ; 反馈前输出电阻 R o R e4// rcb3 rbe4 1β4 R e4 3.1k , 引入电压串联负反馈后: Ri'f (1 Aus F ) 2rbe 320 K , Rif 2RQ Ri'f 326 K Rof (1 1 Aus F) Ro 1 3.1k 31 101 ? 20lg Au /dB 80 160 40 20 0 1 10 102 103 φA f/kHz -0? -45? -90? -135? -180? -225? -270? f/kHz 图 5-71 习题 16 电路 16.某负反馈放大电路的波特图如图 5-71 所示。 A 为放大器的附加相 移。 (1)写出 ? A u 的表达式,指出放大电路的级数、耦合方式及中频 增益分别为多少; (2)引入负反馈后,如果 F=0.01,电路是否自激; (3)为了避免自激,在要求相位裕度 φm=+45?时,F 应为多少。 【修正:教材中该题应加入说明“ A 为放大器的附加相移”】 解:(1) ? Au (1 j 10 4 f )(1 j f )2 10 4 10 5 放大电路的级数为 3 级,耦合方式为直接耦合,中频增益为 80dB。 (2)由图知当附加相移为-180°时,f0=102kHZ,此时开环增益为 60dB,也即 Au=1000 如果 F=0.01,AuF=1000×0.01=10>1,满足起振条件,所以电路会 自激。 (3)对于纯电阻反馈网络,相位裕度 φm=+45°时,φA=-135°,此 时开环的 Au ≈ 70dB,F 应为-70dB,换算后约为 0.0003 17.设集成运算放大器的开环幅频特性如图 5-72(a)所示。 (1)求开环低频增益、开环上限截止频率、增益带宽积及单位增 益带宽; (2)如图 5-72(b)所示,在该放大器中引入串联电压负反馈, 试求反馈系数 ? Fu 、闭环低频增益 ? A uf 和闭环上限频率 fHf,并画出闭环 频率特性波特图。 ? A u(dB) 80 60 40 99k Ω 20 1kΩ 0 100 1 10k 100k 1M f/Hz ui k (a) Au uo (b) 图 5-72 习题 17 电路图 【修正:教材中该题应在“如图 5-72 所示”改为“如图 5-72(a)所 示”。】 解:(1)由图可直接得到:开环低频增益为 80dB,开环上限 截止频率约为 90Hz, 增益带宽积约为 104×90,单位增益带宽约为 1MHz。 (2)反馈系数 Fu 1k 1k 99k 0.01,闭环低频增益 Auf A 1 AF 1 F 100 , 闭环上限频率 f Hf (1 AF ) f h (1 10000 0.01) 90 Hz 9000 Hz 闭环频率特性波特图如右: 20lg AU /dB 60 40 20 100 1K 10K100K 1M f/Hz 18.已知负反馈放大电路的开环增益表达式为 ? A (1 104 f j103 )(1 f j104 )2 , 若反馈为纯电阻网络,为了使放大电路不产生自激振荡,反馈系数的 上限值为多少? 解:由开环增益表达式可知开环放大器为三阶的低通滤波电路, fh1=103HZ, fh2=104HZ,且 fh2 处有两个惯性环节,这样可知 f0≈fh2=104HZ, 此时 A 为 60dB。为了使放大电路不产生自激振荡,要求|AF|≤0 dB, 即 20lg|F|≤-60dB,也即 F≤0.001。 所以反馈系数的上限值为 0.001。 第 6 章 习题答案 1. 概念题: (1)由运放组成的负反馈电路一般都引入 深度负反馈 ,电路均可利用 虚短路 和 虚断路 的概念来求解 其运算关系。 (2)反相比例运算电路的 输入阻抗 小,同相比例运算电 路的 输入阻抗 大,但会引入了 共模干扰 。 (3)如果要用单个运放实现:Au=-10 的放大电路,应选用 A 运算电路;将正弦波信号移相+90O,应选用 D 运算电路;对 正弦波信号进行二倍频,应选用 F 运算电路;将某信号叠加上 一个直流量,应选用 E 运算电路;将方波信号转换成三角波信 号,应选用 C 运算电路;将方波电压转换成尖顶波信号,应选 用 D 运算电路。 A. 反相比例 B. 同相比例 C. 积分 D. 微分 E. 加法 F. 乘方 (4)已知输入信号幅值为 1mV,频率为 10kHz~12kHz,信号中 有较大的干扰,应设置 前置放大 电路及 带通滤波 电路进行预处理。 (5)在隔离放大器的输入端和输出端之间加 100V 的电压会击穿 放大器吗?( 不会 )加 1000V 的交流电压呢?( 不会 ) (6)有源滤波器适合于电源滤波吗?( 不适用 )这是因为 有源滤波器不能通过太大的电流或太高的电压 。 (7)正弦波发生电路中,输出端的晶体管一定工作在放大区吗? ( 一定 )矩形波发生电路中,输出端的晶体管一定工作在放大区 吗?( 不一定 ) (8)作为比较器应用的运放,运放一般都工作在 非线性 区 ,施密特比较器中引入了 正 反馈,和基本比较器相比, 施密特比较器有 速度快 和 抗干扰性强 的特点。 (9)正弦波发生电路的平衡条件与放大器自激的平衡条件不同, 是因为 反馈耦合端的极性 不同,RC 正弦波振 荡器频率不可能太 高 ,其原因是 在高频时晶体管元件的结 电容会起作用 。 (10)非正弦波发生器离不开 比较器 和 延 时 两个环节。 (11)当信号频率等于石英晶体的串联谐振或并联谐振频率时, 石英晶体呈 阻性 ;当信号频率在石英晶体的串联谐振频 率和并联谐振频率之间时,石英晶体呈 感性 ;其余情况下石 英晶体呈 容性 。 (12)若需要 1MHz 以下的正弦波信号,一般可用 RC 振荡 电路;若需要更高频率的正弦波,就要用 LC 振荡电路;若要 求频率稳定度很高,则可用 石英晶体 振荡电路。 (13)设计一个输出功率为 20W 的扩音机电路,若用乙类互补对 称功率放大,则应选至少为 4 瓦的功率管两个。 (14)对于甲类变压器音频功率放大电路,在没有输入信号时, 扬声器不发声,这时管子的损耗最小。