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1、第5章 差動(dòng)放大電路和集成運(yùn)算放大電路例題解析例5.1 具有集電極調(diào)零電位器Rp的差動(dòng)式放大電路如圖5.1所示。已知b=50,VBE1=VBE2=0.7V,當(dāng)Rp置中點(diǎn)位置時(shí),求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解:靜態(tài)時(shí)vi1=vi2=0,有一般可以認(rèn)為,所以圖5.1圖5.3.10 帶電流源的差動(dòng)式放大電路RbRb從以上分析可知,該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)為Q(10A,0.5 mA,8.2 V)。下面檢驗(yàn)開始分析時(shí)的條件是否成立。因?yàn)轱@然,由于基極電流IB很小,一般是成立的,即計(jì)算時(shí)可以不考慮。例52 圖5.2是一個(gè)單端輸出的差動(dòng)放大電路。指出1,2兩端哪個(gè)是同相輸入端,哪個(gè)是反相輸入端,并求該電路的共模抑制比KC
2、MR。設(shè)VCC12V,-VEE-6V,RB10 k,RE62k,RC51k,晶體管1250,rbblrbb2300,VBElVBE207V。解 由于輸出Vo與1端輸入信號反相,所以1端是反相輸入端,2端是同相輸入端。靜態(tài)圖5.2時(shí),每管的靜態(tài)電流等于流過 RE上電流的一半,即差模放大倍數(shù) 共模放大倍數(shù) 共模抑制比 例53 圖5.3所示電路,設(shè)器件參數(shù)為100,100。圖5.3(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)電流,靜態(tài)工作點(diǎn)電壓VCElQ,VCE2Q;(2)求差模放大倍數(shù);(3)當(dāng)vi為一直流電壓16mV時(shí),計(jì)算VTl,VT2集電極對地的直流電壓。解1. RE上的電壓2.(2) 差模放大倍數(shù) (3)vi為16
3、mV直流電壓,經(jīng)放大后為VTl集電極電壓VT2集電極電壓例 5.4 電路如圖5.4所示。試求單端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)AVd1、共模電壓增益放大倍數(shù)AVC1、共模抑制比和共模輸入電阻。解: 輸入共模信號時(shí),ro中將流過2倍的射極電流,所以共模電壓增益為圖5.4差模電壓增益為共模抑制比為共模輸入電阻為例55 圖5.5所示電路,理想運(yùn)算放大電路的工作情況均滿足深負(fù)反饋條件,求輸出VO的表達(dá)式。解 理想運(yùn)算放大電路工作于線性狀態(tài)時(shí),利用虛短和虛斷條件以及相關(guān)電路分析方法進(jìn)行分析推導(dǎo),是求解電路輸出電壓與輸入電壓間函數(shù)關(guān)系的基本途徑。 根據(jù)運(yùn)算放大電路A2輸入端虛斷和虛短路的條件,有:圖5.5 根據(jù)
4、Al反相輸入端的虛地條件,有: 由以上二式可得例56 圖56所示電路中運(yùn)放A具有理想特性,電流源電流為I,試求電路輸出電壓Vo的表達(dá)式。解 根據(jù)理想運(yùn)算放大電路輸入端虛斷和虛短的條件,有:VPIRVN。對節(jié)點(diǎn)N運(yùn)用節(jié)點(diǎn)電流定律有:,于是可得:Vo3×IR圖56例57 電路如圖57所示,設(shè)A1、A2為理想運(yùn)放,試求輸出電壓與輸入電壓之間的函數(shù)關(guān)系。解 電路中A1、A2為理想運(yùn)放,由輸入端虛短的條件有VP1VN1= Vi1、VP2VN2=Vi2 圖57各電流值為 又 得例58 反饋電路中運(yùn)算放大電路為理想運(yùn)放,如圖58所示,求出深度負(fù)反饋時(shí),閉環(huán)增益的表達(dá)式。圖58解 該電路是由差動(dòng)放大
5、電路和集成運(yùn)算放大電路組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路?;痉糯箅娐肥遣顒?dòng)放大電路,反饋回路由運(yùn)算放大電路組成。電路滿足深度負(fù)反饋條件時(shí),輸入電壓信號與反饋電壓信號相等,反饋系數(shù)由運(yùn)算放大電路組成的反饋回路確定。該理想運(yùn)放組成的反饋電路中,由于運(yùn)放無輸入電流(虛斷),電阻及R2上的電壓為則理想運(yùn)放輸出與VO的關(guān)系為 又電壓串聯(lián)深度負(fù)反饋時(shí)有 所以 例5.9 設(shè)計(jì)一個(gè)加法運(yùn)算電路,要求其運(yùn)算關(guān)系為 (1) 設(shè)接于輸入、輸出端的反饋電阻Rf為100 k,試選定各信號源與放大電路輸入端之間的電阻Ri1、Ri2 、Ri3及補(bǔ)償電阻。 解 電路如圖5.9所示。因?yàn)檩敵鲭妷汉退休斎腚妷悍聪?,故采用反相輸入加法?/p>
6、路。根據(jù)題意Rf100 k,故有 (2)圖5.9vi1vi2vi3voR 比較(1)式和(2)式的系數(shù),可得 (取標(biāo)稱值16k)圖5.10例5.10 電路如圖5.10(a)所示。(1)設(shè)穩(wěn)壓管DZ的雙向穩(wěn)壓值Vz6V,試畫出該電路的傳輸特性。(2)如果輸入信號vi的波形如圖5.10 (b)所示,試畫出輸出電壓vo的波形。解 (1)求傳輸特性當(dāng)vivP時(shí),voVo+6+vP =+6+ (15/45) Vo,所以Vo9V,vPVo /3=3V;當(dāng)vi上升到vivP時(shí),vo由+9 V下降到-9V,同理可求出vPVo /3=-3V。以后只要vi-3V,vo始終保持為-9V,直至vi-3V時(shí),vo才由-
7、9V上跳到+9V。由此可畫出其傳輸特性如圖 5.10(c)所示。由圖可知,這是遲滯比較器的傳輸特性。(2) 由圖5.10(b)和5.10 (c)畫出vo的波形t0時(shí),由于vi-3V,所以voVo+9V,vP+3V,以后vi在vivP+3V內(nèi)變化,vo保持在+9V不變。tt1時(shí),vivP+3V,vo由+9V下跳到-9V,vP由+3V變?yōu)?3V,以后vi在vi-3V內(nèi)變化,vo保持-9V不變;tt2時(shí),vi-3V,vo又由-9V上跳到+9V,vP由-3V變?yōu)?3V。 依次類推,可畫出vo的波形如圖5.10(d)所示。由圖可知,得到的vo是一標(biāo)準(zhǔn)的矩形波。因此,圖5.10(a)電路是波形整形電路。具
8、有遲滯特性的這類比較電路在控制系統(tǒng)和波形發(fā)生器電路中用途十分廣泛。例5.11電路如圖5.11所示,A為理想運(yùn)放,雙向穩(wěn)壓管Vz=6V,三極管T:VCEO=0,ICEO=0。問:(1)A1A4各組成什么電路;(2)二極管D1、D2起什么作用;圖5.11(3)設(shè)t=0時(shí),電容器C上的初始電壓為零,求t=1s和t=2s時(shí),A、B、C、D、E各點(diǎn)對地電位。解 電路為多級電路組成時(shí),可逐個(gè)分析各級單元電路的工作情況,再根據(jù)各個(gè)電路的關(guān)系確定電路中各點(diǎn)的工作狀態(tài)。圖5.11所示電路中:(1)運(yùn)算放大器A1組成減法電路,A2組成積分電路,A3組成反相電路,A4組成比較電路。(2)二極管Dl、D2的作用是雙向限制運(yùn)算放大器A4輸入信號的幅值。(3)當(dāng)輸入信號VI1、VI2為03V時(shí),運(yùn)算放大器A1組成的減法電路輸出A點(diǎn)的電位為:A2組成的積分電路當(dāng)電容器上的初始電壓為零時(shí),積分器輸出B點(diǎn)電位為:根據(jù)B點(diǎn)電位變化規(guī)律,t=1s時(shí),VB=-3V ,t=2s時(shí),VB=-6V。A3反相電路的輸入輸出信號極性相反,即對C點(diǎn)電位:Vc= -VB。因此,t=1s時(shí),VC=3V;t=2s時(shí),VC=
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