第7章 集成运算放大电路
自测题
7.1填空题
1．集成工艺无法制作 、 和 。
2．电流源电路的特点是输出电流 ，直流等效电阻 ，交流等效电阻 。由于电流源的 大，若将其作为放大电路的 ，将会提高电路的电压增益。
3．差动放大电路对 信号有放大作用，对 信号有抑制作用。
4．差动放大电路有 个信号输入端和 个信号输出端，因此有 种不同的连接方式。单端输入和双端输入方式的差模输入电阻 。双端输出时，差模电压增益等于 ，共模电压增益近似为 ，共模抑制比趋于 。
5．共模抑制比定义为 ，其值 ，表明差动放大电路的质量越好。
6．集成运放由 、 、 和 组成。对输入级的主要要求是 ；对中间级的主要要求是 ；对输出级的主要要求是 。
7．理想集成运放的放大倍数od A = ，差模输入电阻id r = ，输出电阻o r = 。
8．集成运放是一种直接耦合的多级放大电路，因此其下限截止频率为 。
9．集成运放的产品种类很多，按其特性大致可分为 型和 型两大类。一般应用时首先考虑选择 型，其价格 ，易于购买。如果某些性能不能满足特殊要求，可选用 型。
答案：1．大电阻，大电容，电感。2．恒定，小，大，交流等效电阻，有源负载。3．差模，共模。4．两，两，四，相同，半边电路的电压增益，零，无穷大。5．CMR ud uc |/|K A A =，越大。6．输入级，中间级，输出级，偏置电路，输入电阻大、失调和零漂小，电压放大倍数大，带负载能力强。7．∞，∞，0。8．0。9．通用，专用，通用，便宜，专用。
7.2选择题
1．集成工艺可使半导体管和电阻器的参数 ，因此性能较高。
A ．很准确；
B ．一致性较好；
C ．范围很广。
2．电流源常用于放大电路的 ，使得电压放大倍数 。
A ．有源负载；
B ．电源；
C ．信号源；
D ．提高；
E ．稳定。
3．选用差动放大电路的原因是 。
A ．稳定放大倍数；
B ．提高输入电阻；
C ．扩展频带；
D ．克服温漂。
4．差动放大电路抑制零点漂移的效果取决于 。
A ．两个差放管的电流放大系数；
B ．两个差放管的对称程度；
C ．每个晶体管的零点漂移。
5．差动放大电路由双端输入改为单端输入时，差模电压放大倍数 。
A ．增大一倍；
B ．不变；
C ．减小一倍；
D ．按指数规律变化。
6．差动放大电路由双端输出改为单端输出，共模抑制比减小的原因是 。
A ．ud A 不变，uc A 增大；
B ．ud A 减小，uc A 不变；
C ．ud A 减小，uc A 增大；
D ．ud A 增大，uc A 减小。
7．在单端输出的差动放大电路中，已知ud 100A =，uc 0.5A =-，若输入电压I160mV u =，I240mV u =，则输出电压为 。
A ．2.025V ；
B ．2V ；
C ．1.975V ；
D ． 2.025V -。
8．差动放大电路改用电流源偏置后，可以增大 。
A ．差模电压放大倍数；
B ．共模电压放大倍数；
C ．输出电阻；
D ．共模抑制比。
9．集成运放的输入失调电压越大，表明集成运放的 。
A ．放大倍数越大；
B ．质量越差；
C ．电路参数的对称性越好；
D ．输出电阻越大。
答案：1． B 。2．A ，D 。3．D 。4．C 。5．B 。6．C 。7．C 。8．D 。9．B 。
7.3判断题
1．一个理想的差动放大电路，只能放大差模信号，不能放大共模信号。（ ）
2．差动放大电路的零点漂移对输入端来说相当于加了一对差模信号。（ ）
3．共模信号都是直流信号，差模信号都是交流信号。（ ）
4．差动放大电路由双端输出改为单端输出，其共模电压放大倍数变小。（ ）
5．差动式直流放大电路有四种接法，放大倍数取决于输出端的接法，而与输入端的接法无关。（ ）
6．在差动放大电路中，调零电位器的作用是保证零输入时零输出。（ ）
7．对于长尾式差放，发射极电阻e R 在差模交流通路中一概可视为短路，与信号的输入方式无关。（ ）
8．某差动放大电路，若双端输出时的输出电阻为o R ，则改为单端输出时的输出电阻为o /2R 。（ ）
9．集成运放内部电路的第一级是差动放大电路，因此它具有两个输入端。（ ） 答案：1、5、6、7、8、9对；2、3、4错。
习题
7.1 某集成电路的单元电路如题7.1图所示。若1T 、2T 特性相同，且β足够大，问（1）1T 、2T 和R 组成什么电路？在电路中起什么作用？（2）写出R I 和C2I 的表达式。设BE U 、CC V 和R 均为已知。
解：（1）T 1、T 2和R 组成镜像电流源电路。由于其等效交流电阻非常大，因此把它作为T 3的集电极负载可提高电压放大倍数。
（2）由于T 1、T 2特性相同，且β足够大，此时两管基极电流可忽略，则
CC BE R C2 ||V U I I R
-≈=
7.2 差动放大电路如题7.2图所示，晶体管的100β=，be 2.5k Ωr =，BE 0.7V U =，图中p R 为调零电阻，假定滑动端在p R 中点，c e L 10k ΩR R R ===，p 100ΩR =
，题7.1图
题7.2图
CC EE 12V V V ==。
（1）求出静态工作点C I 和CE U ；（2）若I17mV u =，I21mV u =-，双端输出时O u 为何值?
解：（1）EE BE C E p e 120.70.56mA 0.1210222
V U I I R R --≈==≈+?+ CE1CE2C E CC C c EB ()120.56100.77.1V U U U U V I R U ==-=--=-?+=
（2）c L ud be p //(/2)10//510044.15(1)(2) 2.51010.05
R R A βr βR =-=-?≈-++/+? Id I1I27(1)8mA u u u =-=--=
O ud Id 44.158353.2mV u A u ==-?=-
7.3 差动放大电路如题7.3图所示，结型场效应管的
m 2mS g =，ds 20k Ωr =，d s 10k ΩR R ==，DD SS 20V V V ==。
（1）求双端输出时的ud A ；（2）电路改为单端输出时，求ud1A 、
uc1A 和CMR K 。
解：（1）
ud m L
m d ds (//)2(10//20)13.33A g R g R r '=-=-=-?≈-
（2）ud1ud 1113.33 6.6722
A A ==-?≈- m d ds uc1m s (//)2(10//20)0.331212210
g R r A g R ?=-=-≈-++?? ud1CMR uc1 6.6720.210.33A K A -=
=≈-
7.4 差动放大电路如题7.4图所示，已知三极管的1250ββ==，380β=，bb 100Ωr '=，BE1BE20.7V U U ==，BE30.2V U =-；
CC EE 12V V V ==，b 1k ΩR =，c1c210k ΩR R ==，
e33k ΩR =，c312k ΩR =。当输入信号I 0u =时，
测得输出
O 0u =。（1
）估算1T 、2T 管的工作电流
C1I 、C2I 和电阻e R 的大小；（2）当I 10mV u =时，
算出O u 的值。 题7.3图 题7.4图
解：（1）由I 0u =时的O 0u =可知此时T 3的集电极c 0u =。故
EE C3c3121mA 12V I R ===，C3B33112.5μA 80
I I β=== C3e3EB3Rc2c213+0.20.32mA 10I R U I R +?≈
== 3C1C2Rc2B30.3212.5100.3325mA I I I I -≈=+=+?=
EE BE1B1b e E10.3325120.715016.98k Ω220.3325
V U I R R I --?--==≈? （2）be1be2bb 1EQ 26(mV)26(1)10051 4.09k Ω(mA)0.3325
r r r βI '==++=+?≈ be3bb 3EQ 26(mV)26(1)10081 2.21k Ω(mA)1
r r βI '=++=+?≈ []{}2c2be33e32L2ud2b be2b be2
(1)112()2βR //r +βR βR A R r R r +'=?=?++ []5010//(2.21813)147.1921 4.09
?+?=?≈+ 3c3u3be33e38012 3.92(1) 2.21813
βR A r +βR ?=-=-≈-++? O ud2u3I 47.19 3.920.01 1.85V u A A u =??=-??≈-
7.5 某双入单出长尾差动放大电路如题7.5图所示。C C E E 9V V V ==，c 4.7k ΩR =，b 100ΩR =，e1e2100ΩR R ==，e3 1.2k ΩR =，1 5.6k ΩR =，23k ΩR =，L 10k ΩR =。已知三极管50β=，BEQ 0.7V U =，bb 200Ωr '=，且
AB 3.2M Ωr =。试求：（1）ud2A ；（2）CMR K ；（3）差模输入电阻id R 和输出电阻o R 。
解： 2R2EE 1239 3.14V 5.63R U V R R ≈
=?≈++ R 2BE3E3e3 3.140.7 2.03mA 1.2
U U I R --==≈ E3E1E2 2.03 1.02mA 22
I I I ===≈ be2bb EQ 26(mV)26(1)
20051 1.5k Ω(mA) 1.02r r βI '=++=+?= （1）[]c L ud2b be2e2(//)50(4.7//10)11.932(1)2(0.1 1.5510.1)
βR R A R r +βR ?==≈++?++? （2）c L uc2b be2e2AB (//)(1)(2)
βR R A R r +βR r =-+++ 350(4.7//10)0.000490.1 1.551(0.12 3.210)?=-
≈-++?+?? ud2CMR uc2
11.9324346.940.00049A K A ==≈- （3）[]id b be2e22(1)2(0.1 1.5510.1)13.4k ΩR R r βR =+++=?++?=
o2c 4.7k ΩR R ≈=
7.6 已知题7.6图的差动放大电路的1T 、2T 特性相同，DSS 1.2mA I =, 夹断电压
P 2.4V U =-，稳压管的Z 6V U =，晶体管3T
的BE 0.6V U =，d 80k ΩR =，e 54k ΩR =，
L 240k ΩR =。试计算：（1）1T 管的工作电流D1I 和电压GS U ；（2）差模电压放大倍数ud A 。
题7.6图
解：（1）Z BE3E3e 60.60.1mA 54
U U I R --=== E3D1D20.10.05mA 22
I I I ==== 由2GS DSS P 1u i I U ??=- ???
D 得
GS P 1 2.41 1.91V U U ??==-?≈- ?? （2）GSQ DSS m P P
22 1.2 1.91110.2mS 2.4 2.4U I g U U ???-??=--=-?-≈ ? ?--???? m d L ud (//)0.2(80//240)622
g R R A ?=
==
7.7差动放大电路如题7.7图所示。D D E E 15V V V ==，1T 和2T 管的互导
m 5mS g =；d 10k ΩR =。
（1）试求ud A ；（2）若要求D 0.5mA I =，则1?R = 解：（1）ud m d 51050A g R =-=-?=-
（2）C3R1D 220.51mA I I I ≈==?= DD EE BE 1R115150.729.3k Ω1
V V U R I +-+-=
==
7.8 两级差动放大电路如题7.8图所示。已知场效应管的m 1.5mS g =，DD EE 12V V V ==，240k ΩR =，d 100k ΩR =，c 12k ΩR =，L 240k ΩR =，e 18k ΩR =，p 390ΩR =，三极管的100β=，BE 0.7V U =，bb 300Ωr '=。试计算：（1）第1级静
题7.7图 题7.8图
态工作电流D1I 和第2级静态工作电流C3I ；（2）差模电压放大倍数ud A 。
解：（1）CC EE BE C512120.70.1mA 240
V V U I R +-+-==≈ C5D10.10.05mA 22
I I === B3DD D1d 120.051007V U V I R =-=-?= B3EE BE C3E3p e 7120.70.51mA /220.19536U V U I I R R +-+-≈=
=≈++ （2）be3bb 3E326(mV)26(1)300101 5.45k Ω(mA)0.51
r r βI '=++=+?≈ id2be3p 2(1)(/2)2(5.451010.195)50.29k ΩR r βR ??=++=?+?=??
id2ud1m d // 1.5(100//25.145)30.142R A g R ????=-=-?≈- ??????? c L ud2be3p (//)
100(12//240)22.732(5.451010.195)2(1)(/2)βR R A r +βR ?=-=-≈-?+???+?? ud ud1ud230.14(22.73)685.08A A A =?=-?-≈
7.9 差动放大电路如题7.9图所示，已知各晶体管的200β=，T 1~T 3的BE 0.65V U =，bb =300Ωr '，31mA I =，40.2mA I =，
CC EE 15V V V ==。希望信号最大输出电压为12V ，
试求：（1）1R 、2R 和c R 的值；（2）差模电压放大
倍数和差模输入电阻。
解：（1）由电路得
EE BE313150.6514.35k Ω1
V U R I --=== 因晶体管电流方程BE T E s e u U I I ≈，即E B E T
s ln I u U I =。再由电路BE3BE442U U I R =+得BE3BE442U U I R -=，进而得3T 424
ln I U I R I =，即 题7.9图
3T 244261ln ln 209.23Ω0.20.2
I U R =I I == 要双端输出电压幅值12V ，则单端输出电压的幅值应为6V ，即电阻c R 两端电压为6V ，由条件可知C1C2410.1mA 2I I I ==
=，则Rc c C1660k Ω0.1U R I === （2）be1bb EQ 26(mV)26(1)300201=52.56k Ω(mA)0.1
r r βI '=++=+? c u be 20060==228.3152.56
R A βr ?--≈-，id be1=2=252.56=105.12k ΩR r ?
7.10 题7.10图是某集成运放的输入级，图中虚线连接部分是外接元件。假设调零电位器p 10k ΩR =，且滑动端调至中间。已知CC EE 15V V V ==，e 11k ΩR R ==，
b 100k ΩR =，
c 50k ΩR =，各管的BEQ 0.7V U =，1230ββ==，345650ββββ====，
be1be2269k Ωr r ==，be3be49.1k Ωr r ==，该输
入级的负载电阻L 23.2k ΩR =（即第2级的输
入电阻）。 试计算：（1）该放大级的静态工作
点；（2）差模电压放大倍数、差模输入和输出
电阻。
解：（1）输入级是一个恒流源复合管差放
电路，恒流源为比例电流源。
当忽略T 5的基极电流时，可求得基准电
流 CC EE BE 1b 300.7=0.29mA 101
V V U I R R +--=≈+ 1C5E5e 0.29mA R I I I R ≈≈
≈，C3C4C511=0.290.15mA 22I I I ≈≈?≈ C3C4CC C3c p (0.5)150.15(50+0.510) 6.75V U U V I R R =≈-+=-??=
CE3CE4C3E3 6.7520.78.15V U U U U ==-=+?=
C3E1E2B3B43 0.153μA 50I I I =I I β==≈
== C1B1B21 30.1μA =100nA 30
I I I β=≈== 题7.10图
（2）be be11be3(1)269319.1551.1k Ωr r βr =++=+?=
c p L u
d 12b
e (0.5)//(/2)(50+0.510)//(23.2/2)305026.07551.1
R R R A ββr +?=-=-??≈- id be 22551.1 1.1M ΩR r ==?=
o c p 225010110k ΩR R R =+=?+=
7.11如题7.11图所示为大型电流计用的附加放大电路，晶体管采用3DG12，bb =300Ωr '，123100βββ===，BE 0.65V U =。
二极管的D 0.65V U =。CC EE 4.5V V V ==，
p1p2e 100ΩR R R ===，c 150ΩR =， 1.2k ΩR =。
当I 0u =时，B1B20U U ==，O 0u =。（1）试说
明p1R 、p2R 、1D 、2D 的作用是什么；（2）计
算各管的静态工作点；（3）估算双端输出时的电
压放大倍数。
解：（1）p1R 和p2R 为调零电位器，1D 和2
D 为输入限幅保护二极管。
（2）Re D BE3=4=40.650.65=1.95V U U U -?- Re C1C2C3e 111 1.95==9.75mA 222100
U I I I R ≈≈≈?? C1C2CC C1c p1(0.5) 4.59.75(150+0.5100) 2.55V
U U V I R R ==-+=-??= CE1CE2C1E1= 2.55(0.65) 3.2V U U U U =-=--=
CE3EE BE E1P2Re =(/2)=4.50.659.750.05 1.95 1.41V U V U I R U -----?-≈
（3）be EQ 26(mV)26300(1)300101569.33Ω(mA)9.75
r βI =++=+?≈ c P1ud be P2(0.5)100(15050) 3.56(1)(0.5)569.3310150
βR R A r βR ++=-
=-≈-+++? 7.12电路如题7.12图所示。130k
ΩR =，23 4.5k ΩR R ==，L 2k ΩR =，CC 15V V =。设β>>1，
BE ||0.6V U =，静态时O 0V U =，试回答下列问题：（1）
T 2、T 3、1R 构成什么电路？2R 、3R 和T 4
构成什么电
题7.11图
题7.12图
路？其作用是什么？（2）求C3I 和CE1U ；（3）设T 5、T 6的饱和压降CES 0V U =，估算最大不失真输出功率。
解：（1）T 2、T 3、1R 构成镜像电流源基本电路。2R 、3R 和T 4构成BE U 倍增电路，其作用是为功放电路（即T 5、T 6）提供静态偏置，使功放管工作在甲乙类状态，以消除交越失真。
（2）CC BE2C3C21||150.60.48mA 30
V U I I R --=≈==。 据BE U 倍增电路可知，2B5B6BE 3 4.5(1)||(1)0.6 1.2V 4.5R U U R =+
=+?=。由静态下O 0V U =可得B50.6V U =，故CE1B5B5B6CC ()0.6 1.21514.4V U U U V =---=-+=。
（3）22
CC om L 1556.25mW 222
V P R ===?。
7.13 指出题7.13图电路中的级间反馈元件，并判断反馈极性。
解：对于差动放大电路而言，若信号从T 1 输入又从T 1输出，则输出与输入反极性；信号从T 1 输入而从T 2输出，则输出与输入同极性。设输入信号b1U 为⊕，则
然后经7R 在4R 的上端，信号的瞬时极性和大小为⊕⊕⊕⊕，显然使差放的净输入电压id b1b2U U U ⊕⊕⊕⊕⊕=-比没有反馈时id b1U U =减小了很多，引入了负反馈。又因为反馈网络的一端取自非输出端，另一端连接非输入端，则说明7R 和4R 构成了级间直流负反馈和交流电流串联负反馈。
题7.13图
7.14 在题7.14图所示的电路中，按照下列要求分别接成所需的多级反馈放大电路：（1）具有稳定的源电压放大倍数；（2）具有较低的输入电阻和稳定的输出电流；（3）具有较高的输出电阻和输入电阻；（4）具有稳定的输出电压和较低的输入电阻。
解：假设1T 基极信号的瞬时极性及大小为⊕，若从1T 集电极2端输出，信号的瞬时极性及大小为；若从2T 集电极3端输出，信号的瞬时极性及大小为⊕⊕。
（1）由源电压放大倍数的表达式o us s
U A U =看出，要稳定源电压放大倍数，就需要引入交流电压串联负反馈。其实，电压串联反馈是很容易实现的，只要在47-之间接f R 即可；但如何实现负反馈，就要看是25-相连还是35-相连。
假设1端信号的瞬时极性及大小为⊕，欲实现负反馈，4、7两端信号（因为电压串联要求47-相连）的瞬时极性及大小应为⊕⊕⊕，此时5端信号的瞬时极性及大小应为
。由于2端信号的瞬时极性及大小为，可见只有25-相接才能构成
负反馈。
（2）根据题目要求，应引入电流并联负反馈。实现电流并联反馈的方法是16-之间接f R ，至于如何实现负反馈，则要看5端到底是与2端连接还是3端连接？ 假设1端信号的瞬时极性及大小为⊕，欲实现负反馈，应使6端信号的瞬时极性及大小为
，则5端信号的瞬时极性及大小也一定是。由于2端信号的瞬时极性及大小为，显然只有25-相连才能构成负反馈。 读者可以仿照上述分析的方法进行分析。其结论是：
（3）应引入电流串联负反馈。方法是46-之间接f R ，35-相连。
（4）应引入电压并联负反馈，方法是17-之间接f R ，35-相连 。
题7.14图
7.15放大电路如题7.15图所示，其中晶体管1T 、2T 、3T 均为硅管，且123βββ==。
b 3k ΩR =，
c 10k ΩR =，f 12k ΩR =，c37.5k ΩR =。
（1）设开关S 打开，写出电压放大倍数的表达式；（2）若闭合开关S ，引入了何种反馈，假设电路满足深度负反馈条件，估算闭环电压放大倍数uf A 。
解：（1）[]c be33e ud11b be1//(1)2()R r βR A βR r ++=-+
3c3u2be33e
(1)βR A r βR =-++ u ud1u2A A A =? （2）电路引入了电压串联负反馈。因为b f o b f
R U U R R =+，所以 o b f uf f b 312
53
U R R A U R ++==== 题7.15图