3篇3章习题解答浙大版集成电路课后答案说课材料.docx

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3篇3章习题解答浙大版集成电路课后答案

第三章反馈放大电路及应用

题3.3.1怎样分析电路中是否存在反馈?

如何判断正、负反馈；动态、静态反馈（交、直流反馈）；电压、电流反馈；串、并联反馈?



解：

根据电路中输出回路和输入回路之间是否存在信号通路，可判断是否存在反馈。

利用瞬时极性法，可以判断正、负反馈：

若反馈信号的引入使放大器的净输入量增大，则为正反馈；反之为负反馈。

在静态条件下（vi=0）将电路画成直流通路，假设因外界条件（如环境温度）变化引起静态输出量变化，若净输入量也随之而变化，则表示放大器中存在静态反馈。

当vi加入后，将电路画成交流通路，假定因电路参数等因素的变化而引起输出量变化，若净输入也随之而变化，则表示放大器中存在动态反馈。

利用反证法可判断电压、电流反馈。

假设负载短路后，使输出电压为零，若反馈量也随之为零，则是电压反馈；若反馈量依然存在（不为零），则是电流反馈。

在大多数电路中（不讨论个别例外），若输入信号和反馈信号分别加到放大电路的二个输入端上，则为串联反馈；若加到同一输入端上，则为并联反馈。

题3.3.2电压反馈与电流反馈在什么条件下其效果相同，什么条件下效果不同?

解：

在负载不变的条件下，电压反馈与电流反馈效果相同；当负载发生变化时，则二者效果不同，如电压负反馈将使输出电压恒定，但此时电流将发生更大的变化。

题3.3.3在图题3.3.3所示的各种放大电路中，试按动态反馈分析：



（1）各电路分别属于哪种反馈类型?

（正/负反馈；电压/电流反馈；串联/并联反馈）。



（2）各个反馈电路的效果是稳定电路中的哪个输出量?

（说明是电流，还是电压）

（4）若要求将图（f）改接为电压并联负反馈，试画出电路图（不增减元件）。

解：

（1），

（2）:

（a）电压并联负反馈，稳定υo。

（b）电流串联负反馈，稳定io。

（c）电流并联负反馈，稳定io。

（d）电压串联负反馈，稳定υo。

（e）电压并联负反馈，稳定υo。

（f）电压串联负反馈，稳定υo。

（g）电压串联负反馈，稳定υo。

（3）:

见图3.3.3（3）

图题3.3.3

题3.3.4设某个放大器的开环增益在100～200之间变化，现引入负反馈，取F=0.05，试求闭环增益的变化范围。

解：

由于本题中

不是远大于1，故不能用近似公式计算，否则会引起较大的误差。

题3.3.5设某个放大器开环时

为20%，若要求

不超过1%，且

=100，问

和

分别应取多大?



解：

∴

＞19

题3.3.6某运放的开环增益为106，其最低的转折频率为5Hz。

若将该运放组成一同相放大电路，并使它的增益为100，问此时的带宽和增益—带宽积各为多少?



解：

=106fH=5Hz

=100

因增益带宽积为常数

·fHf=

·f∴fHf=（106×5/100）=5×104（Hz）=50（kHz）

·BW=100×50kHz

题3.3.7在什么条件下，引入负反馈才能减少放大器的非线性失真系数和提高信噪比?

如果输入信号中混入了干扰，能否利用负反馈加以抑制?

解：

负反馈只能减少由放大器内部产生的非线性失真和噪声。

而为了提高信噪比，还必须在引入负反馈的同时，增大输入信号。

若输入信号中混进了干扰，或输入信号本身具有非线性失真，则反馈无能为力。

题3.3.8图题3.3.8是同相输入方式的放大电路，A为理想运放，电位器Rw可用来调节输出直流电位，试求：

（1）当

=0时，调节电位器，输出直流电压VO的可调范围是多少?

（2）电路的闭环电压放大倍数

?

图题3.3.8

解：

（1）当

=0时，电路相当于反相输入放大器。

故当电位器触点调到最上端时，

VO=-（15/2M）×1K=-7.5mV,当电位器触点调到最下端时，

VO=-（-15/2M）×1K=+7.5mV

（2）计算

时，直流电源±15V都为零，假设电位器触点在中间位置，则

若不在中间位置，则分为R和（100K-R）二部分，并联后和2MΩ相比很小，所以

仍为1。

题3.3.9在图题3.3.9中，设集成运放为理想器件，求下列情况下υO与υS的的关系式：

（1）若S1和S3闭合，S2断开，υO=?

（2）若S1和S2闭合，S3断开，υO=?

（3）若S2闭合，S1和S3断开，υO=?

（4）若S1、S2、S3都闭合，υO=?



图题3.3.9

解：

（1）当S1和S3闭合，S2断开时，电路为反相输入放大器，υo=-υs

（2）当S1和S2闭合，S3断开时，

υ（+）=υs,υ（-）≈υ（+）=υs，故R中无电流通过，υo=υ（-）=υs

（3）S2闭合，S1和S3断开，则υ0=υ（-）=υ（+）=υs

（4）S1、S2和S3都闭合时，υ（+）=υ（-）=0

∴υ0=-（υs/R）·R=-υs

题3.3.10用集成运放和普通电压表可组成性能良好的欧姆表，电路如图题3.3.10所示。

设A为理想运放，虚线方框表示电压表，满量程为2V，RM是它的等效电阻，被测电阻RX跨接在A、B之间。

（1）试证明RX与VO成正比；

（2）计算当要求RX的测量范围为0～10kΩ时，R1应选多大阻值?

图题3.3.10

解：

（1）证：

运放A构成反相比例运算放大器Vo=-（RX/R1）·（-V）=-（（-V）/R1）·Rx

（2）要求Rx的测量范围为0～10kΩ，即RX=10kΩ时，Vo达到满量程2V，

代入上式，得

2V=-（10kΩ/R1）（-2V）

∴R1=10kΩ

题3.3.11图题3.3.11（a）为加法器电路，R11=R12=R2=R。

（1）试求运算关系式：

υO=f（υI1,υI2）；

（2）若υI1、υI2分别为三角波和方波，其波形如图题3.3.11（b）所示，试画出输出电压波形并注明其电压变化范围。

图题3.3.11

解：

（1）υ0=-（R2/R11）·υI1-（R2/R12）·υI2=-（υI1+υI2）

（2）见图3.3.11。

图3.3.11

题3.3.12由四个电压跟随器组成的电路如图题3.3.12所示，试写出其输出电压的表达式：

υO=f（υI1，υI2，υI3）。

图题3.3.12

解：

∵υ01=υI1υ02=υ12υ03=υI3

∴υ0=υ（-）=υ（+）

题3.3.13试写出图题3.3.13加法器对υI1、υI2、υI3的运算结果：

υO=f（υI1、υI2、υI3）。

图题3.3.13

解：

A2的输出υO2=-（10/5）υI2-（10/100）υI3=-2υI2-0.1υI3

υ0=-（100/20）υI1-（100/100）υo2=-5υI1+2υI2+0.1υI3

题3.3.14积分电路如图题3.3.14（a）所示，其输入信号υI波形如图题3.3.14（b），并设t=0时，υC（O）=0，试画出相应的输出电压υO波形。



vI

t（ms）

0

10

20

30

2V

–2V

t（ms）

–2V

vO

10

20

30

0

图题3.3.14

解：

在t=0～10ms区间，υI=2V

υo=-（υi/RC）·t=-2/（10×103×10-6）·t=-200t

当t=0时，υo=0V,当t=10ms时，υo=-2V

当t=10ms～20ms区间，υI=-2V

υo=υo（10）-（υi/RC）·t=-2+0.2（t-10ms）

t=20ms时，υo=0V，波形见图3.3.14。

图3.3.14

题3.3.15图题3.3.15电路中，A1、A2为理想运放，电容的初始电压υC（O）=0。

（1）写出υO与υS1、υS2和υS3之间的关系式；

（2）写出当电路中电阻R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R时，输出电压υO的表达式。

图题3.3.15

解：

（1）A1构成双端输入的比例运算电路，A2构成积分运算电路。

（2）R1=R2=R3=R4=R5=R6=R时，υo1=υS2-υS1

∴

题3.3.16差动积分运算电路如图题3.3.16所示。

设A为理想运算放大器，电容C上的初始电压为零，且R1=R2=R,C1=C2=C。

（1）当υI1=0时，推导υO与υI2的关系式；

（2）当υI2=0时，推导υO与υI1的关系式；

（3）当υI1与υI2同时加入时，写出υO与υI1、υI2的关系式。

图题3.3.16

解：

（1）当υI2=0时

υI（+）=0∴υI（-）=0

用矢量分析：

用积分表示：

（2）当υI1=0时，用矢量分析：

和

（1）比较，用积分表示：

（3）当υI1和υI2同时加入时，用迭加原理得：

题3.3.17由运放组成的三极管电流放大系数β的测试电路如图题3.3.17所示，设三极管的VBE=0.7V。

（1）求出三极管的c、b、e各极的电位值；

（2）若电压表读数为200mV，试求三极管的β值。

图题3.3.17

解：

（1）VB=0VVE=-0.7VVC=6V

（2）IB=200mV/R2=0.02（mA）

Ic=（V1-VI（-））/R1=（12V-6V）/6K=1（mA）

∴β=IC/IB=50

题3.3.18图题3.3.18电路为一电压控制电流源，iO=f（υS）。

设A为理想运放，电路参数中满足（R2+R3）>>RL的条件，试推导iO与υS的关系式。

图题3.3.18

解：

通过R2引入运放反相输入端的为电流串联负反馈；通过另一R2引入运放同相输入端的为电压并联正反馈，电路稳定工作时，正、负反馈刚好平衡。

υI（-）=（R3/（R2+R3））υo′

υI（+）=（R3/（R2+R3））·υo+（R2/（R2+R3））·υs

∵υI（-）=υI（+）∴υo′-υo=（R2/R3）υs

因（R2+R3）>>RL

∴Io≈（υo′-υo）/R1=R2/（R1R3）·υs

题3.3.19图题3.3.19所示为恒流源电路，已知稳压管工作在稳定状态，试求负载电阻中的电流IL。

图题3.3.19

解：

VI（-）=6V∴VI（+）=VI（-）=6V

流过R2的电流IR2=VI（+）/R2=0.6（mA）

因“虚断”IL=IR2=0.6（mA）

题3.3.20在深度负反馈条件下,近似计算图题3.3.3中各电路的闭环电压增益Avf=υO/υS及从信号源υS二端看入的输入电阻Rif和闭环输出电阻Rof。



解：

（a）

（1）iI=υs/R1

∵iI≈iF

∴

（2）Rif=υs/iI≈R1

（3）因为是电压负反馈，稳定υo，所以Rof≈0

（b）

（1）υs≈υF=io·R1=（υo/RL）·R1

∴Aυf=υo/υs=RL/R1

（2）Rif=υs/iI≈∞

（3）因为是电流负反馈，稳定io，所以Rof≈∞

（c）

（1）iI=υs/R1iF=-io=-υo/RL

由于iI≈If∴υs/R1=-υo/RL

∴Aυf=υo/υs=-RL/R1

（2）Rif=υs/iI=R1

（3）因为是电流负反馈，稳定io,所以Rof≈∞

（d）

（1）

（2）Rif=υs/iI≈∞

（3）因为是电压串联负反馈，稳定υo，所以Rof≈0

（e）

（1）is=υs/RsiF=-υo/R1

由于is≈If∴υs/Rs≈-υo/R1

Aυf=υo/υs=-R1/Rs

（2）Rif=υs/is=Rs

（3）因为是电压并联负反馈，稳定υo,所以Rof≈0

（f）

（1）υs≈υF=υo（R3/（R3+R4））

Aυf=υo/υs=（R3+R4）/R3

（2）Rif=υs/is=υs/ib≈∞

（3）因为是电压串联负反馈，稳定υo,所以Rof≈0

（g）

（1）υs≈υF=υo（R1/（R1+R2））

Aυf=υo/υs=（R1+R2）/R1

（2）Rif=υs/iI≈∞

（3）因为是电压串联负反馈，稳定υo,所以Rof≈0

题3.3.21某个集成运放的开环频率特性表达式为



式中，fp1=10kHz,fp2=1MHz,fp3=5MHz,

=104。



（1）试画出它的波特图（对数幅频和相频特性）；

（2）若用它构成负反馈放大器，试问中频闭环增益减小到多少分贝时，电路将产生临界自激振荡?



（3）若要求留有45°的相位裕度时，最小中频闭环增益应取多少?



解：

（1）见图3.3.21。

图3.3.21

（2）从φ=-180°处作垂直线与幅频特性相交于N点，由N点得到：

闭环增益减小到大约26dB时，电路将产生临界自激振荡。

（3）从φ=-145°处作垂直线与幅频特性相交于M点，由M点得到：

最小中频闭环增益约为43dB。

题3.3.22某个三极点放大器的中频开环增益Avm=4×１０4，fp1=2kHz,fp2=200kHz,fp3=5MHz，试画出它的波特图。

（1）若要求｜

｜=400时，用作图法估算相位裕度φm；

（2）若要求｜

｜=100时，重新估算φm。

解：

波特图见图3.3.22

图3.3.22

（1）

即20lg

=52dB，由幅频特性上52dB处作垂直线与相频特性交于N点，由N点求出φ=-135°，所以φm=180°-135°=45°。

（2）,

=100,即20lg

=40dB，由幅频特性上40dB处作垂直线与相频特性交于M点，由M点求出φ=-145°，所以φm=180°-145°=35°。

题3.3.23图题3.3.23为某负反馈放大电路在

=0.1时的环路增益波特图。

（1）写出开环放大倍数

的表达式；

（2）说明该负反馈放大电路是否会产生自激振荡；

（3）若产生自激，则求出

应下降到多少才能使电路到达临界稳定状态；若不产生自激，则说明有多大的相位裕度。

解：

（1）

（2）幅频特性上20lg

=0处作垂直线与相频特性交于-225°，所以会自激。

（3）相频特性上-180°处作垂直线与幅频特性交于20dB。

临界自激时应与幅频特性交于0dB处，所以若幅频特性再往下移20dB即可，原来

=0.1,所以

=0.01时临界自激。

图题3.3.23

以下为PSPICE练习题

题3.3.24运放构成的加法电路如图题3.3.24（a）所示，运放采用μA741,R1=20kΩ，R2=5kΩ，R3=10kΩ，其输入信号是图题3.3.24（b）所示的周期信号，用PSPICE程序仿真分析输出端的电压波形。



图题3.3.24

解：

进入Schmatics编辑电路图，其中υI1、υI2定义为线性电压源，设置瞬态分析，可得输出电压υo波形，见图3.3.24。

图3.3.24

题3.3.25在图题3.3.25（a）所示的电路中，设R1=R2=12kΩ，Rf=5kΩ，C=4μF,运放反相输入端与输出端之间的反馈电阻R3=1.2MΩ，运放采用LF411。

并设电容的C初始电压υC（O）=0，输入电压υS为方波，其幅度变化为+5V～-5V，占空比为50%，频率为10Hz，如图题3.3.25（b）所示。

（1）试用PSPICE程序分析输出电压υO的波形；

（2）当R2=0时，重画输出电压υO的波形。



图题3.3.25

解：

进入Schmatics编辑电路图，υs定义为线性电压源，设置瞬态分析，可得输出电压υout波形，见图3.3.25

（1），再去掉R2（R2=0），又得υ（out）波形，见图3.3.25

（2），与

（1）完全一样。

图3.3.25

（1）

图3.3.25

（2）