SlideShare a Scribd company logo
Chapter 14
Problem Solutions

14.1
       vo
Ad =      = โˆ’80
       vi
vo (max) = 4.5 โ‡’ vi (max) = 56.25 mV
                   56.25
So vi (max)rms =           = 39.77 mV
                     2

14.2




(a)
      4.5
i2 =       = 0.028125 mA
      160
      4.5
iL =       = 4.5 mA
       1
Output Circuit = 4.528 mA
        v     โˆ’4.5
 vi = โˆ’ o =        โ‡’ vi = โˆ’0.05625 V
         A     80
(b)
                 v   4.5
io โ‰ˆ 15 mA = o =
                RL RL
          โ‡’ RL (min) = 300 ฮฉ

14.3
(1)       vo = 2 V
(2)       v2 = 12.5 mV
(3)       AOL = 2 ร— 104
(4)       v1 = 8 ฮผ V
(5)       AOL = 1000

14.4
From Eq. (14.4)
โˆ’ R2 / R1
ACL =
             1 โŽ› R2 โŽž
         1+     โŽœ1 + โŽŸ
            AoL โŽ     R1 โŽ 
               โˆ’ R2 / R1
โˆ’15 =
               1 โŽ› R2 โŽž
         1+          โŽœ1 + โŽŸ
            2 ร— 103 โŽ    R1 โŽ 
                       โŽ›R โŽž
                    15 โŽœ 2 โŽŸ
   โŽ›        1 โŽž        โŽ R1 โŽ  = R2
15 โŽœ 1 +         โŽŸ+
   โŽ     2 ร— 103 โŽ  2 ร— 103      R1
             R2
15.0075 =       (0.9925)
             R1
R2
   = 15.12
R1

14.5




vI โˆ’ v1 v1 โˆ’ v0 v1
       =       + and v0 = โˆ’ A0 L v1
  R1      R2    Ri
                 v0
so that v1 = โˆ’
                 A0 L
 vI v0         โŽ› 1     1      1โŽž
    +     = v1 โŽœ +         + โŽŸ
 R1 R2         โŽ R1 R2 Ri โŽ 
So
 vI       โŽก1        1 โŽ› 1      1     1 โŽžโŽค
    = โˆ’v0 โŽข +          โŽœ +        + โŽŸโŽฅ
 R1       โŽฃ R2 A0 L โŽ R1 R2 Ri โŽ  โŽฆ
Then
v0                โˆ’(1/ R1 )
    =                                 = ACL
vI โŽก 1         1 โŽ› 1        1    1 โŽžโŽค
      โŽข +          โŽœ +        + โŽŸโŽฅ
      โŽฃ R2 A0 L โŽ R1 R2 Ri โŽ  โŽฆ
From Equation (14.20) for RL = โˆž and R0 = 0
 1  1  1 (1 + A0 L )
   = + โ‹…
Rif Ri R2    1
a.         For Ri = 1 kฮฉ
                    โˆ’(1/ 20)
ACL =
         โŽก 1       1 โŽ› 1       1 1 โŽžโŽค
         โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 1 โŽŸ โŽฅ
         โŽฃ           โŽ             โŽ โŽฆ
                โˆ’0.05
       =
         [0.01 + 1.06 ร— 10โˆ’3 ]
or
โ‡’ ACL = โˆ’4.52
 1 1 1 + 103
   = +       โ‡’ Rif = 90.8 ฮฉ
Rif 1 100
b.           For Ri = 10 kฮฉ
                     โˆ’(1/ 20)
ACL =
           โŽก 1     1 โŽ› 1      1     1 โŽžโŽค
           โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 10 โŽŸ โŽฅ
           โŽฃ          โŽ               โŽ โŽฆ
                 โˆ’0.05
       =
           [0.01 + 1.6 ร— 10โˆ’4 ]
or
โ‡’ ACL = โˆ’4.92
 1   1 1 + 103
   = +         โ‡’ Rif = 98.9 ฮฉ
Rif 10   100
c.           For Ri = 100 kฮฉ
                      โˆ’(1/ 20)
ACL =
           โŽก 1     1 โŽ› 1      1     1 โŽžโŽค
           โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 100 โŽŸ โŽฅ
           โŽฃ          โŽ                โŽ โŽฆ
                โˆ’0.05
       =
           [0.01 + 7 ร— 10โˆ’5 ]
or
              โ‡’ ACL = โˆ’4.965
 1   1 1 + 103
   =    +      โ‡’ Rif = 99.8 ฮฉ
Rif 100   100

14.6




                 โŽ› R2 โŽž
                 โŽœ1 + โŽŸ
       v
ACL = o =        โŽ    R1 โŽ 
       vi โŽก       1 โŽ› R2 โŽž โŽค
            โŽข1 +     โŽœ1 + โŽŸ โŽฅ
            โŽฃ AOL โŽ       R1 โŽ  โŽฆ
For the ideal:
โŽ› R2 โŽž 0.10
โŽœ1 + โŽŸ =           = 50
โŽ    R1 โŽ  0.002
vo (actual ) = (0.10)(1 โˆ’ 0.001) = 0.0999
So
0.0999        50
       =              = 49.95
 0.002 1 +    1
                 (50)
             AOL
which yields
AOL = 1000

14.7
From Equation (14.18)
                      โŽ›A          1 โŽž
                    โˆ’ โŽœ OL โˆ’ โŽŸ
         v
 Avf 1 = o1 =         โŽ Ro R2 โŽ 
          v1 โŽ› 1            1       1 โŽž
                  โŽœ      +      + โŽŸ
                  โŽ RL Ro R2 โŽ 
Or
           โŽ› 5 ร— 103       1 โŽž
        โˆ’โŽœ             โˆ’       โŽŸ
                1        100 โŽ           โˆ’(4.99999 ร— 103 )
vo1 = โŽ                          โ‹… v1 =                   โ‹… v1
          โŽ›1 1 1 โŽž                           1.11
          โŽœ     + +          โŽŸ
          โŽ 10 1 100 โŽ 
vo1 = โˆ’4.504495 ร— 103 โ‹… v1
Now
 i1 vi โˆ’ v1
     =           โ‰กK
v1       R1v1
Then
vi โˆ’ v1 = KR1v1
which yields
           vi
v1 =
       KR1 + 1
Now, from Equation (14.20)
                    โŽก                  1 โŽค
                      1 + 5 ร— 103 + โŽฅ
        1       1 โŽข                   10
K= +                โŽข                    โŽฅ
       10 100 โŽข 1 + 1 + 1 โŽฅ
                    โŽข
                    โŽฃ      10 100 โŽฅ      โŽฆ
                    โŽก 5.0011ร— 103 โŽค
   = (0.1) + (0.01) โŽข             โŽฅ = 45.15495
                    โŽฃ     1.11    โŽฆ
Then
               vi               vi
v1 =                       =
     ( 45.15495)(10 ) + 1 452.5495
We find
                      โŽก    vi    โŽค
vo1 = โˆ’4.504495 ร— 103 โŽข          โŽฅ
                      โŽฃ 452.5495 โŽฆ
Or
       v
Avf 1 = o1 = โˆ’9.9536
        vi
For the second stage, RL = โˆž
โŽ› 5 ร— 103    1 โŽž
      โˆ’โŽœ         โˆ’     โŽŸ
            1      100 โŽ 
vo 2 = โŽ                 โ‹… v1โ€ฒ = โˆ’4.950485 ร— 103 โ‹… v1โ€ฒ
         โŽ›1 1 โŽž
         โŽœ +       โŽŸ
         โŽ 1 100 โŽ 
                 โŽก           โŽค
       1      1 โŽข1 + 5 ร— 103 โŽฅ
Kโ‰ก +             โŽข           โŽฅ = 49.61485
      10 100 โŽข 1 + 1 โŽฅ
                 โŽข
                 โŽฃ    100 โŽฅ  โŽฆ
         vo1              vo1             vo1
v1โ€ฒ =          =                      =
       KR1 + 1 (49.61485)(10) + 1 497.1485
Then
vo 2 โˆ’4.950485 ร— 103
      =                    = โˆ’9.95776
 vo1         497.1485
So
        v
Avf = o 2 = (โˆ’9.9536)(โˆ’9.95776) โ‡’ Avf = 99.12
         vi

14.8
a.




v1 โˆ’ vI  v v โˆ’v
        + 1 + 1 0 =0                                     (1)
R3 + Ri R1     R2
   โŽก 1         1    1โŽค v      vI
v1 โŽข         + + โŽฅ= 0 +
   โŽฃ R3 + Ri R1 R2 โŽฆ R2 R3 + Ri
 v0 v0 โˆ’ A0 L vd v0 โˆ’ v1
     +            +      =0                              (2)
 RL        R0        R2
or
   โŽก1      1     1โŽค v     A v
v0 โŽข +        + โŽฅ = 1 + 0L d
   โŽฃ RL R0 R2 โŽฆ R2         R0
     โŽ› v โˆ’v โŽž
vd = โŽœ I 1 โŽŸ โ‹… Ri                                        (3)
     โŽ R3 + Ri โŽ 
So substituting numbers:
   โŽก 1         1    1โŽค v           vI
v1 โŽข        + + โŽฅ= 0 +                                   (1)
   โŽฃ10 + 20 10 40 โŽฆ 40 10 + 20
or
v1[0.15833] = v0 [0.025] + vI [0.03333]
   โŽก1 1   1 โŽค v (104 )vd
v0 โŽข +   + โŽฅ= 1 +                                        (2)
   โŽฃ1 0.5 40 โŽฆ 40 0.5
or
v0 [3.025] = v1 [ 0.025] + ( 2 ร— 104 ) vd
      โŽ› v โˆ’v โŽž
vd = โŽœ I 1 โŽŸ โ‹… 20 = 0.6667 ( vI โˆ’ v1 )                         (3)
      โŽ 10 + 20 โŽ 
So
v0 [3.025] = v1 [ 0.025] + ( 2 ร— 104 ) ( 0.6667 )( vI โˆ’ v1 )   (2)
or
v0 [3.025] = 1.333 ร—10 4 vI โˆ’ 1.333 ร— 104 v1
From (1):
v1 = v0 ( 0.1579 ) + vI ( 0.2105 )
Then
v0 [3.025] = 1.333 ร— 104 vI โˆ’ 1.333 ร— 104 โŽก v0 ( 0.1579 ) + vI ( 0.2105 ) โŽค
                                          โŽฃ                               โŽฆ
v0 โŽก 2.1078 ร—103 โŽค = vI โŽก1.0524 ร—104 โŽค
   โŽฃ             โŽฆ      โŽฃ            โŽฆ
or
        v
 ACL = 0 = 4.993
        vI
To find Rif : Use Equation (14.27)
   โŽ› 0.5 0.5 โŽž
iI โŽœ 1 +   +    โŽŸ
   โŽ     1   40 โŽ 
               1 โŽž โŽ› 0.5 0.5 โŽž 0.5 โŽซ (10 ) vd
                                                     3
      โŽงโŽ› 1
= v1 โŽจโŽœ + โŽŸ โŽœ 1 +           +      โŽŸ โˆ’      โŽฌโˆ’
      โŽฉโŽ 10 40 โŽ  โŽ       1      40 โŽ  (40) 2 โŽญ      40
iI (1.5125) = v1{(0.125)(1.5125) โˆ’ 0.0003125} โˆ’ 25vd
or
iI (1.5125) = vI {0.18875} โˆ’ 25vd
Now
vd = iI Ri = iI (20) and v1 = vI โˆ’ iI (20)
So
iI (1.5125) = [vI โˆ’ iI (20)] โ‹… [0.18875] โˆ’ 25iI (20)
iI [505.3] = vI (0.18875)
or
vI
     = 2677 kฮฉ
 iI
Now Rif = 10 + 2677 โ‡’ Rif = 2.687 Mฮฉ
To determine R0 f : Using Equation (14.36)
            โŽก             โŽค     โŽก       โŽค
  1     1 โŽข A0 L          โŽฅ 1 โŽข 103 โŽฅ
     =     โ‹…โŽข             โŽฅ=   โ‹…โŽข       โŽฅ
  โ€ฒ
 R0 f R0 โŽข        R2      โŽฅ 0.5 โŽข1 + 40 โŽฅ
            โŽข1 + R R      โŽฅ     โŽข 10 20 โŽฅ
            โŽฃ     1  i    โŽฆ     โŽฃ       โŽฆ
     โ€ฒ
or R0 f = 3.5 ฮฉ
Then R0 f = 1 kฮฉ 3.5 ฮฉ
โ‡’ R0 f = 3.49 ฮฉ
b.       Using Equation (14.16)
 dACL         โŽ› 5 โŽž   dA
      = (โˆ’10) โŽœ 3 โŽŸ โ‡’ CL = โˆ’(0.05)%
  ACL         โŽ 10 โŽ    ACL

14.9
v0 โˆ’ A0 L vd v0 โˆ’ vI
               +          = 0 and vd = vI โˆ’ v0
    R0             Ri
So
 v0 A0 L                   v   v
   โˆ’        โ‹… (vI โˆ’ v0 ) + 0 โˆ’ I = 0
 R0 R0                     Ri Ri
   โŽก1 A      1โŽค     โŽก1 A โŽค
v0 โŽข + 0 L + โŽฅ = vI โŽข + 0 L โŽฅ
   โŽฃ R0 R0 Ri โŽฆ     โŽฃ Ri R0 โŽฆ
   โŽก 1 (104 ) 1 โŽค       โŽก 1   (104 ) โŽค
v0 โŽข    +    +   โŽฅ = vI โŽข   +        โŽฅ
   โŽฃ 0.2 0.2 100 โŽฆ      โŽฃ100 0.2 โŽฆ
v0 [5.000501ร— 104 ] = vI [5.000001ร— 10 4 ]
           v0
So ACL =      = 0.9999
           vI
b.        Set vI = 0
       v0 โˆ’ A0 L vd v0
i0 =               + and vd = โˆ’v0
           R0       Ri
        โŽก1 A     1โŽค
i0 = v0 โŽข + 0 L + โŽฅ
        โŽฃ R0 R0 Ri โŽฆ
Then
  1      1 A0 L 1
     =      +  +
 R0 f R0 R0 Ri
or
  1    1 (104 ) 1
     =   +     +
 R0 f 0.2 0.2 100
which yields
R0 f โ‰… 0.02 ฮฉ

14.10
vI 1 โˆ’ v1 vI 2 โˆ’ v1 v1 โˆ’ v0
           +           =
     20        10           40
 vI 1 vI 2 v0            โŽก1     1      1โŽค
       +     +      = v1 โŽข + + โŽฅ
 20 10 40                โŽฃ 20 10 40 โŽฆ
                                       v
and v0 = โˆ’ A0 L v1 so that v1 = โˆ’ 0
                                       A0L
Then
                                   โŽง1      1      โŽ› 7 โŽžโŽซ
 vI 1 (0.05) + vI 2 (0.10) = โˆ’v0 โŽจ +            โ‹…
                                              3 โŽœ     โŽŸโŽฌ
                                   โŽฉ 40 2 ร— 10 โŽ 40 โŽ  โŽญ
                            = โˆ’v0 [2.50875 ร— 10โˆ’2 ]
           โ‡’ v0 = โˆ’1.993vI 1 โˆ’ 3.986vI 2
ฮ”v0 2 โˆ’ 1.993  ฮ”v
   =          โ‡’ 0 = 0.35%
v0      2      v0

14.11




       โŽ› 40 โŽž            โŽ› 4โŽž
vB = โŽœ           โŽŸ v2 = โŽœ โŽŸ v2 = 0.8v2              (1)
       โŽ 40 + 10 โŽ        โŽ 5โŽ 
v1 โˆ’ v A v A โˆ’ v0
          =
   10          40
 v1 v0          โŽ›1       1 โŽž
     +     = vA โŽœ + โŽŸ
10 40           โŽ 10 40 โŽ 
v1 (0.1) + v0 (0.025) = vA (0.125)                  (2)
v0 = A0 L vd = A0 L (vB โˆ’ v A )                     (3)
or
v0 = A0 L [0.8v2 โˆ’ v A ]
  v0
      โˆ’ 0.8v2 = โˆ’v A
 A0 L
                             v0
           โ‡’ v A = 0.8v2 โˆ’
                             A0 L
Then
โŽก          v โŽค
v1 (0.1) + v0 (0.025) = (0.125) โŽข0.8v2 โˆ’ 0 โŽฅ
                                  โŽฃ        A0 L โŽฆ
                               โŽก        0.125 โŽค
    v1 (0.1) โˆ’ v2 (0.1) = โˆ’v0 โŽข0.025 +
                               โŽฃ         103 โŽฅโŽฆ
                                          โˆ’2
                        = โˆ’v0 [2.5125 ร— 10 ]
                                 v0
                     โ‡’ Ad =            = 3.9801
                               v2 โˆ’ v1
                         ฮ”Ad 0.0199
                     โ‡’       =      โ‡’ 0.4975%
                          Ad    4

14.12
a.        Considering the second op-amp and Equation (14.20), we have
                 โŽก       โŽค
  1      1    1 โŽข1 + 100 โŽฅ            101
      = +       โ‹…โŽข       โŽฅ = 0.10 +
 Rif 2 10 0.1 โŽข 1 + 1 โŽฅ             (0.1)(11)
                 โŽข 0.1 โŽฅ
                 โŽฃ       โŽฆ
So Rif 2 = 0.0109 kฮฉ
The effective load on the first op-amp is then
RL1 = 0.1 + Rif 2 = 0.1109 kฮฉ
Again using Equation (14.20), we have
                           1
              1 + 100 +
  1     1 1             0.1109 = 0.10 + 110.017
     = + โ‹…
 Rif 10 1 1 + 1 + 1                      11.017
                   0.1109 1
so that
 Rif = 99.1 ฮฉ
b.        To determine R0 f :
For the first op-amp, we can write, using Equation (14.36)
             โŽก           โŽค    โŽก         โŽค
  1      1 โŽข A0 L        โŽฅ 1 โŽข 100 โŽฅ
       =    โ‹…โŽข           โŽฅ = โ‹…โŽข         โŽฅ
 R0 f 1 R0 โŽข        R2 โŽฅ 1 โŽข        40 โŽฅ
               1+               1+
             โŽข           โŽฅ    โŽข         โŽฅ
                              โŽฃ 1 || 10 โŽฆ
             โŽฃ R1 || Ri โŽฆ
which yields R0 f 1 = 0.021 kฮฉ
For the second op-amp, then
            โŽก                      โŽค
            โŽข                      โŽฅ
  1     1 โŽข           A0 L         โŽฅ
     =    โ‹…
 R0 f R0 โŽข              R2         โŽฅ
            โŽข1 + ( R + R ) || R    โŽฅ
            โŽฃ       1     0f1  i   โŽฆ
          โŽก              โŽค
        1 โŽข      100     โŽฅ
     = โ‹…โŽข                โŽฅ
        1 โŽข1 +    0.10   โŽฅ
          โŽข (0.121) ||10 โŽฅ
          โŽฃ              โŽฆ
or R0 f = 18.4 ฮฉ
c.        To find the gain, consider the second op-amp.
v01 โˆ’ (โˆ’vd 2 ) vd 2 โˆ’vd 2 โˆ’ v02
              +    =                        (1)
     0.1        Ri     0.1
 v01        โŽ› 1     1     1 โŽž      v02
     + vd 2 โŽœ     + +       โŽŸ=โˆ’
0.1         โŽ 0.1 10 0.1 โŽ          0.1
or
v01 (10) + vd 2 (20.1) = โˆ’v02 (10)
v02 โˆ’ A0 L vd 2 v02 โˆ’ (โˆ’vd 2 )
               +               =0           (2)
     R0              0.1
v02         โŽ› 100 1 โŽž v02
     โˆ’ vd 2 โŽœ     โˆ’     โŽŸ+    =0
 1          โŽ 1 0.1 โŽ  0.1
v02 (11) โˆ’ vd 2 (90) = 0
or
vd 2 = v02 (0.1222)
Then Equation (1) becomes
v01 (10) + v02 (0.1222)(20.1) = โˆ’v02 (10)
or
v01 = โˆ’v02 (1.246)
Now consider the first op-amp.




vI โˆ’ (โˆ’vd 1 ) vd 1 โˆ’vd 1 โˆ’ v01
             +    =                         (1)
     1         Ri       1
              โŽ›1 1 1โŽž
vI (1) + vd 1 โŽœ + + โŽŸ = โˆ’v01 (1)
              โŽ 1 10 1 โŽ 
or
vI (1) + vd 1 (2.1) = โˆ’v01 (1)
  v01   v โˆ’ A0 L vd 1 v01 โˆ’ (โˆ’vd 1 )
       + 01          +               =0     (2)
0.1109      R0              1
    โŽ› 1         1 1โŽž         โŽ› 100 1 โŽž
v01 โŽœ          + + โŽŸ โˆ’ vd 1 โŽœ     โˆ’ โŽŸ=0
    โŽ 0.1109 1 1 โŽ            โŽ 1 1โŽ 
v01 (11.017) โˆ’ vd 1 (99) = 0
or
vd 1 = v01 (0.1113)
Then Equation (1) becomes
vI (1) + v01 (0.1113)(2.1) = โˆ’v01
or vI = โˆ’v01 (1.234)
We had v01 = โˆ’v02 (1.246)
So vI = v02 (1.246)(1.234)
     v02
or       = 0.650
     vI
                v02
d.         Ideal    =1
                vI
So ratio of actual to ideal = 0.650.

14.13
(a)        For the op-amp. A0 L โ‹… f 3dB = 106
           106
 f 3dB =          = 50 Hz
         2 ร— 104
For the closed-loop amplifier.
         106
 f 3dB =      = 40 kHz
          25
(b)        Open-loop amplifier.
        2 ร— 104             2 ร— 104
 A=               โ‡’| A | =
              f                        2
       1+ j                   โŽ› f โŽž
             f3dB          1+ โŽœ      โŽŸ
                              โŽ f3dB โŽ 
                                2 ร— 104
 f = 0.25 f 3dB โ‡’ A =                          = 1.94 ร— 104
                                           2
                              1 + (0.25)
                           2 ร— 104
 f = 5 f 3โˆ’ dB โ‡’ A =           = 3.92 ร— 103
                     1 + (5) 2
Closed-loop amplifier
                            25
 f = 0.25 f 3dB โ‡’ A =                = 24.25
                        1 + (0.25) 2
                             25
 f = 5 f 3โˆ’ dB โ‡’ A =                   = 4.90
                           1 + (5) 2

14.14
The open loop gain can be written as
                              A0
 A0 L ( f ) =
              โŽ›          f โŽžโŽ›              f โŽž
              โŽœ1 + j โ‹…      โŽŸโŽœ 1 + j โ‹…         โŽŸ
              โŽ        f PD โŽ  โŽ        5 ร— 106 โŽ 
where A0 = 2 ร— 105.
The closed-loop response is
         A0 L
ACL =
      1 + ฮฒ A0 L
At low frequency,
          2 ร— 105
100 =
      1 + ฮฒ (2 ร— 105 )
So that ฮฒ = 9.995 ร— 10โˆ’3.
Assuming the second pole is the same for both the open-loop and closed-loop, then
             โŽ› f โŽž         โˆ’1 โŽ›     f โŽž
ฯ† = โˆ’ tan โˆ’1 โŽœ      โŽŸ โˆ’ tan โŽœ         6 โŽŸ
             โŽ f PD โŽ          โŽ 5 ร— 10 โŽ 
For a phase margin of 80ยฐ, ฯ† = โˆ’100ยฐ.
So
                    โŽ› f โŽž
โˆ’100 = โˆ’90 โˆ’ tan โˆ’1 โŽœ       6 โŽŸ
                    โŽ 5 ร— 10 โŽ 
or
 f = 8.816 ร— 105 Hz
Then
 A0 L = 1
                                 2 ร— 105
      =
                                   2                            2
               โŽ› 8.816 ร— 105 โŽž            โŽ› 8.816 ร— 105 โŽž
            1+ โŽœ             โŽŸ         1+ โŽœ         6   โŽŸ
               โŽ     f PD    โŽ             โŽ 5 ร— 10 โŽ 
or
8.816 ร— 105
             โ‰… 1.9696 ร— 105
      f PD
or
 f PD = 4.48 Hz

14.15
(a)         1st stage
 (10) f3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 100 kHz
2nd stage
 (50) f3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 20 kHz
Bandwidth of overall system โ‰… 20 kHz
(b)         If each stage has the same gain, so
 K = 500 โ‡’ K = 22.36
   2

Then bandwidth of each stage
 (22.36) f 3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 44.7 kHz

14.16




            Ao
 A=
                 f
      1+ j
              f3โˆ’ dB
               Ao                            5 ร— 104
 A=                           โ‡’ 200 =                          โ‡’ f3โˆ’ dB = 40 Hz
                          2                                2
             โŽ› f โŽž                            โŽ› 104 โŽž
          1+ โŽœ        โŽŸ                    1+ โŽœ        โŽŸ
             โŽ f3โˆ’ dB โŽ                        โŽ f3โˆ’ dB โŽ 
Then
 fT = (5 ร— 104 )(40) โ‡’ fT = 2 MHz

14.17
(5 ร— 104 ) f PD = 106 โ‡’ f PD = 20 Hz
(25) f 3โˆ’ dB 106 โ‡’ f3โˆ’ dB = 40 kHz
           Avo                              25
Av =                     โ‡’ Av =
                 f                                     2
        1+ j                            โŽ›     f    โŽž
               f3โˆ’ dB                1+ โŽœ        3 โŽŸ
                                        โŽ 40 ร— 10 โŽ 
At f = 0.5 f 3โˆ’ dB = 20 kHz
               25
 Av =                     = 22.36
          1 + (0.5) 2
At f = 2 f 3โˆ’ dB = 80 kHz
            25
 Av =                    = 11.18
          1 + (2) 2

14.18
(20 ร— 103 ) โ‹… Avf       MAX
                              = 106 โ‡’ Avf   MAX
                                                  = 50

14.19
From Equation (14.55),
            SR      10 ร— 106
F P BW =          =
         2ฯ€ VP 0 2ฯ€ (10)
or
F P BW = f max = 159 kHz

14.20
a.         Using Equation (14.55),
             8 ร— 106
VP 0   =
         2ฯ€ (250 ร— 103 )
or
VP 0 = 5.09 V
b.




           1       1
Period T =   =            = 4 ร— 10โˆ’6 s
            f 250 ร— 103
One-fourth period = 1 ฮผ s
          VP 0
Slope =        = SR = 8 V/ฮผ s
          1ฮผ s
           โ‡’ VP 0 = 8 V

14.21
For input (a), maximum output is 5 V.
S R = 1 V/ฮผs
so




For input (b), maximum output is 2 V.




For input (c), maximum output is 0.5 V so the output is




14.22
For input (a), max v01 = 3 V.




Then v02   max
                 = 3(3) = 9 V




For input (b), max v01 = 1.5 V.
Then v02     max
                   = 3 (1.5 ) = 4.5 V




14.23
 f MAX = 20 kHz, SR = 0.8 V / ฮผ s
           SR       0.8 ร— 106
V po =           =               โ‡’ V po = 6.37 V
         2ฯ€ f MAX 2ฯ€ (20 ร— 103 )

14.24
               โŽ›V โŽž                      โŽ›V โŽž
I1 = I S 1 exp โŽœ BE1 โŽŸ , I 2 = I S 2 exp โŽœ BE 2 โŽŸ
               โŽ VT โŽ                     โŽ VT โŽ 
Want I1 = I 2 , so
                             โŽ›V โŽž
       5 ร— 10โˆ’14 (1 + x) exp โŽœ BE1 โŽŸ
I1
   =1=                       โŽ VT โŽ 
I2                           โŽ›V โŽž
       5 ร— 10โˆ’14 (1 โˆ’ x) exp โŽœ BE 2 โŽŸ
                             โŽ VT โŽ 
         (1 + x)     โŽ› V โˆ’V โŽž
    =            exp โŽœ BE1 BE 2 โŽŸ
         (1 โˆ’ x)     โŽ    VT    โŽ 
Or
1+ x         โŽ› V โˆ’ VBE1 โŽž          โŽ› VOS โŽž
      = exp โŽœ BE 2         โŽŸ = exp โŽœ     โŽŸ
1โˆ’ x         โŽ      VT     โŽ        โŽ VT โŽ 
             โŽ› 0.0025 โŽž
      = exp โŽœ          โŽŸ = 1.10
             โŽ 0.026 โŽ 
Now
1 + x = (1 โˆ’ x )(1.10) โ‡’
x = 0.0476 โ‡’ 4.76%

14.25
From Equation (14.62),
โŽ› vCE1 โŽž          โŽ›     vCE 2     โŽž
โŽœ1+ V โŽŸ I โŽœ 1+ V                  โŽŸ
โŽœ      AN โŽŸ
            = S3 โ‹…โŽœ       AN      โŽŸ
โŽœ 1 + vEB โŽŸ I S 4 โŽœ 1 + vEC 4     โŽŸ
โŽœ V โŽŸ             โŽœ               โŽŸ
โŽ      AP โŽ        โŽ     VAP       โŽ 
For vCE 2 = 0.6 V, then vEC 4 = 5 V. We have vCE1 = 5 V so
โŽ›       5 โŽž          โŽ› 0.6 โŽž
โŽœ 1 + 80 โŽŸ I S 3 โŽœ 1 + 80 โŽŸ
โŽœ          โŽŸ=       โ‹…โŽœ       โŽŸ
โŽœ 1 + 0.6 โŽŸ I S 4 โŽœ 1 + 5 โŽŸ
โŽœ          โŽŸ         โŽœ       โŽŸ
โŽ      80 โŽ           โŽ    80 โŽ 
or
 I S 3 (1.0625) 2
      =              = 1.112
 I S 4 (1.0075) 2
So
I S 3 = (10โˆ’14 ) (1.112 )
or
I S 3 = 1.112 ร— 10โˆ’14 A

14.26




By superposition:
            R
vo (vi ) = โˆ’ 2 โ‹… vi = โˆ’50vi
            R1
            โŽ› R โŽž
vo (vos ) = โŽœ 1 + 2 โŽŸ โ‹… vos = 51vos
            โŽ     R1 โŽ 
So
vo = vo ( vi ) + vo ( vos ) = โˆ’50vi + 51vos
For vi = 20 mV and vos + 2.5 mV
vo = โˆ’50(0.02) + 51(0.0025) = โˆ’0.8725 V
For vi = 20 mV and vos = โˆ’2.5 mV
vo = โˆ’50(0.02) + 51(โˆ’0.0025) = โˆ’1.1275 V
So
โˆ’1.1275 โ‰ค vo โ‰ค โˆ’0.8725 V

14.27
vo = โˆ’50vi = โˆ’50 โŽก ยฑ2.5 mV + sin ฯ‰ t ( mV ) โŽค
                 โŽฃ                          โŽฆ
vo = [ ยฑ0.125 โˆ’ 0.25sin ฯ‰ t ] ( v )

14.28
0.5 ร— 10โˆ’3
I=              = 5 ร— 10โˆ’8 A
        104
Also
                        i
       dV             1      I
I = C o โ‡’ Vo = โˆซ Idt = โ‹… t
        dt           C0      C
Then
     5 ร— 10โˆ’8
5=            t โ‡’ t = 103 s
    10 ร— 10โˆ’6

14.29
                       โŽ› 100 โŽž
a.        | v01 | = 10 โŽœ 1 +    โŽŸ or | v01 | = 110 mV
                       โŽ     10 โŽ 
Then
                           โŽ› 50 โŽž
| v02 | = | v01 | (5) + 10 โŽœ 1 + โŽŸ = (110)(5) + (10)(6)
                           โŽ 10 โŽ 
or
| v02 | = 610 mV

14.30
v0 due to vI
           โŽ›   1 โŽž
v0 = (0.5) โŽœ1 + โŽŸ = 0.9545 V
           โŽ 1.1 โŽ 
Wiper arm at V + = 10 V, (using superposition)
     โŽ› R1 || R5 โŽž             โŽ› 0.0909 โŽž
v1 = โŽœ               โŽŸ (10) = โŽœ             โŽŸ (10)
     โŽ R1 || R5 + R4 โŽ         โŽ 0.0909 + 10 โŽ 
                            = 0.090
             โŽ› 1โŽž
Then v01 = โˆ’ โŽœ โŽŸ (0.090) = โˆ’0.090
             โŽ 1โŽ 
Wiper arm in center, v1 = 0 and v02 = 0
Wiper arm at V โˆ’ = โˆ’10 V, v1 = โˆ’0.090
So
v03 = 0.090
Finally, total output v0 : (from superposition)
Wiper arm at V + ,
v0 = 0.8645 V
Wiper arm in center,
v0 = 0.9545 V
Wiper arm at V โˆ’ ,
v0 = 1.0445 V

14.31
a.        R1โ€ฒ = R2 = 0.5 || 25 = 0.490 kฮฉ
                 โ€ฒ
or
R1โ€ฒ = R2 = 490 ฮฉ
       โ€ฒ
b.       From Equation (14.75),
           โŽ› 125 ร— 10โˆ’6 โŽž
(0.026) ln โŽœ        โˆ’14 โŽŸ
                          + (0.125) R1โ€ฒ
           โŽ 2 ร— 10     โŽ 
                       โŽ› 125 ร— 10โˆ’6 โŽž
        = (0.026) ln โŽœ           โˆ’14 โŽŸ
                                       + (0.125) R2โ€ฒ
                       โŽ 2.2 ร— 10 โŽ 
0.586452 + (0.125) R1โ€ฒ = 0.583974 + (0.125) R2   โ€ฒ
0.002478 = (0.125)( R2 โˆ’ R1โ€ฒ)
                       โ€ฒ
So R2 โˆ’ R1โ€ฒ = 0.0198 kฮฉ โ‡’ 19.8 ฮฉ
      โ€ฒ
Then
  R2 (1 โˆ’ x) Rx   R ร— Rx
                โˆ’ 1       = 0.0198
 R2 + (1 โˆ’ x) Rx R1 + xRx
 (0.5)(1 โˆ’ x)(50)       (0.5)(50) x
                   โˆ’                 = 0.0198
(0.5) + (1 โˆ’ x)(50) (0.5) + x(50)
 25(1 โˆ’ x)       25 x
             โˆ’            = 0.0198
50.5 โˆ’ 50 x 0.5 + 50 x
(0.5 + 50 x)(25 โˆ’ 25 x) โˆ’ (25 x)(50.5 โˆ’ 50 x)
                                              = 0.0198
          (50.5 โˆ’ 50 x )(0.5 + 50 x)
25 {0.5 โˆ’ 0.5 x + 50 x โˆ’ 50 x 2 โˆ’ 50.5 x + 50 x 2 } = 0.0198 {25.25 + 2525 x โˆ’ 25 x โˆ’ 2500 x 2 }
25 {0.5 โˆ’ x} = 0.0198 {25.25 + 2500 x โˆ’ 2500 x 2 }
0.5 โˆ’ x = 0.019998 + 1.98 x โˆ’ 1.98 x 2
1.98 x 2 โˆ’ 2.98 x + 0.48 = 0
     2.98 ยฑ (2.98) 2 โˆ’ 4(1.98)(0.48)
x=
                2(1.98)
So
 x = 0.183
and
1 โˆ’ x = 0.817

14.32
R1โ€ฒ = R1 ||15 = 0.5 ||15 = 0.4839 kฮฉ
  โ€ฒ
R2 = R2 || 35 = 0.5 || 35 = 0.4930 kฮฉ
From Equation (14.75),
             โŽ›i โŽž                        โŽ›i โŽž
(0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ + iC1 R1โ€ฒ = (0.026) ln โŽœ C 2 โŽŸ + iC 2 R2
                                                         โ€ฒ
             โŽ IS3 โŽ                      โŽ IS 4 โŽ 
             โŽ›i โŽž
(0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 R2 โˆ’ iC1 R1โ€ฒ
                           โ€ฒ
             โŽ iC 2 โŽ 
           โŽ›i โŽž             โŽก i      Rโ€ฒ โŽค
                          โ€ฒ
(0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 R2 โŽข1 โˆ’ C1 โ‹… 1 โŽฅ
           โŽ iC 2 โŽ          โŽฃ         โ€ฒ
                                iC 2 R2 โŽฆ
            โŽ›i โŽž                  โŽก             โŽ› i โŽžโŽค
(0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 (0.4930) โŽข1 โˆ’ (0.9815) โŽœ C1 โŽŸ โŽฅ
            โŽ iC 2 โŽ               โŽฃ             โŽ iC 2 โŽ  โŽฆ
By trial and error:
iC1 = 252 ฮผ A and iC 2 = 248 ฮผ A
or
 iC1
     = 1.0155
iC 2

14.33
From Eq. (14.79), we have
                        โŽ› R โŽž
vo = I B1 R2 โˆ’ I B 2 R3 โŽœ 1 + 2 โŽŸ
                        โŽ    R1 โŽ 
I B1 = 1 ฮผ A I B 2 = 2 ฮผ A
Setting vo = 0, we have
                                           โŽ› 200 โŽž
0 = (10โˆ’6 )( 200 ร— 103 ) โˆ’ ( 2 ร— 10โˆ’6 ) R3 โŽœ 1 +    โŽŸ
                                           โŽ     20 โŽ 
         200 ร— 10โˆ’3
R3 =                  โ‡’ R = 9.09 K
      ( 2 ร—10โˆ’6 ) (11) 3
14.34




      R2
1+       = 80
      R1
      R1 = 6.329 K
V f = vI = 5sin ฯ‰ t ( mV )
I1 + I B = I 2
(a)        VI = 0 โ‡’ VX = 0 I 2 = I B
           VO = (10โˆ’6 )(500 ร— 103 ) โ‡’ vo = 0.50 V

           VX       v โˆ’ VX
(b)           + IB = o
           R1          R2
              โŽ› 1  1 โŽž     v            โŽ› 1  1 โŽž
           VX โŽœ + โŽŸ + I B = 0 โ‡’ vo = R2 โŽœ + โŽŸ vI + I B R2
              โŽ R1 R2 โŽ     R1           โŽ R1 R2 โŽ 
           vo = 80 โŽก5sin ฯ‰ t ( mV ) โŽค + (10โˆ’6 )( 500 ร— 103 )
                   โŽฃ                โŽฆ
           vo = [ 0.5 + 0.4sin ฯ‰ t ] ( v )

14.35
a.
For I B 2 = 1 ฮผ A, then v0 = โˆ’ (10โˆ’6 )(104 )
or         v0 = โˆ’0.010 V
b.         If a 10 kฮฉ resistor is included in the feedback loop




Now v0 = โˆ’ I B 2 (10) + I B1 (10) = 0
Circuit is compensated if I B1 = I B 2 .

14.36
From Equation (14.83), we have
v0 = R2 I 0S
where R2 = 40 kฮฉ and I 0 S = 3 ฮผ A.
Then
v0 = ( 40 ร— 103 )( 3 ร— 10โˆ’6 )
or
v0 = 0.12 V

14.37
a.         Assume all bias currents are in the same direction and into each op-amp.
v01 = I B1 (100 kฮฉ ) = (10โˆ’6 )(105 ) โ‡’ v01 = 0.1 V
Then
v02 = v01 ( โˆ’5 ) + I B1 ( 50 kฮฉ )
     = ( 0.1)( โˆ’5 ) + (10โˆ’6 )( 5 ร— 104 )
     = โˆ’0.5 + 0.05
or
v02 = โˆ’0.45 V
b.        Connect R3 = 10 ||100 = 9.09 kฮฉ resistor to noninverting terminal of first op-amp, and
R3 = 10 || 50 = 8.33 kฮฉ resistor to noninverting terminal of second op-amp.
14.38
a.       For a constant current through a capacitor.
      1 t
v0 = โˆซ I dt
     C 0
        0.1ร— 10โˆ’6
or v0 =             โ‹… t โ‡’ v0 = (0.1)t
          10โˆ’6
b.       At t = 10 s,          v0 = 1 V
c.       Then
     100 ร— 10โˆ’12
v0 =       โˆ’6
                 โ‹… t โ‡’ v0 = (10โˆ’4 )t
        10
At t = 10 s,          v0 = 1 mV

14.39
a.         Assume all bias currents are into the op-amp.
v01 = I B1 ( 50 kฮฉ ) = (10 ร—10โˆ’6 )( 50 ร—103 )
or
v01 = v02 = 0.5 V
v03 = ( โˆ’1)( v01 ) + (10 ร— 10โˆ’6 )( 20 ร— 103 )
or
v03 = โˆ’0.3 V
b.         RA = 10 || 50 โ‡’ RA = 8.33 kฮฉ
RB = 20 || 20 โ‡’ RB = 10 kฮฉ
c.        Assume the worst case offset current, that is, I 0 S = I B1 โˆ’ I B 2 or I 0 S = I B 2 โˆ’ I B1 .
From Equation (14.83),
v01 = R2 I 0 S = ( 50 ร— 103 )( 2 ร— 10โˆ’6 )
or
v01 = v02 = 0.1 V
v03 = ( โˆ’1) v01 โˆ’ I 0 S R2
     = ( โˆ’1)( 0.1) โˆ’ ( 2 ร— 10โˆ’6 )( 20 ร— 103 )
or
v03 = โˆ’0.14 V

14.40
a.        Using Equation (14.79),
Circuit (a),
                                                            โŽ› 50 โŽž
v0 = ( 0.8 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.8 ร—10โˆ’6 )( 25 ร— 103 ) โŽœ1 + โŽŸ
                                                            โŽ 50 โŽ 
or
v0 = 0
Circuit (b),
                                                        โŽ› 50 โŽž
v0 = ( 0.8 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.8 ร— 10 โˆ’6 )(103 ) โŽœ1 + โŽŸ
                                                        โŽ 50 โŽ 
            โˆ’2
   = 4 ร— 10 โˆ’ 1.6
or
v0 = โˆ’1.56 V
b.        Assume I B1 = 0.7 ฮผ A and I B 2 = 0.9 ฮผ A, then using Equation (14.79):
Circuit (a),
โŽ› 50 โŽž
v0 = ( 0.7 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.9 ร— 10โˆ’6 )( 25 ร— 103 ) โŽœ 1 + โŽŸ
                                                             โŽ 50 โŽ 
   = 0.035 โˆ’ 0.045
or        v0 = โˆ’0.010 V
Circuit (b),
                                                       โŽ› 50 โŽž
v0 = ( 0.7 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.9 ร— 10โˆ’6 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ
                                                       โŽ 50 โŽ 
   = 0.035 โˆ’ 1.8
or        v0 = โˆ’1.765 V

14.41
a.        If R = 0,
         โŽ› 100 โŽž
v0,max = โŽœ1 +     โŽŸ V0 S + I B (100 kฮฉ)
         โŽ    10 โŽ 
       = (11)(10 ร— 10โˆ’3 ) + (2 ร— 10โˆ’6 )(100 ร— 103 )
v0,max = 0.110 + 0.20
      โ‡’ v0,max = 0.310 V
b.




R = 10.1|| 100 = 9.17 kฮฉ = R

14.42
          โŽ› Ri โŽž
a.        โŽœ         โŽŸ (15) = 0.010 V
          โŽ Ri + R2 โŽ 
  15
        = 0.0006667
15 + R2
15(1 โˆ’ 0.0006667) = 0.0006667 R2
Then
R2 = 22.48 Mฮฉ
b.        R1 = Ri || RF = 15 || 10 โ‡’ R1 = 6 kฮฉ

14.43
a.       Assume the offset voltage polarities are such as to produce the worst case values, but the bias
currents are in the same direction.
Use superposition:
Offset voltages
          โŽ› 100 โŽž
| v01 | = โŽœ1 +    โŽŸ (10) = 110 mV =| v01 |
          โŽ    10 โŽ 
                     โŽ› 50 โŽž
| v02 | = (5)(110) + โŽœ 1 + โŽŸ (10)
                     โŽ 10 โŽ 
            โ‡’ | v02 | = 610 mV
Bias Currents:
v01 = I B (100 kฮฉ) = (2 ร—10โˆ’6 )(100 ร— 103 ) = 0.2 V
Then
v02 = (โˆ’5)(0.2) + (2 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 ) = โˆ’0.9 V
Worst case: v01 is positive and v02 is negative, then
v01 = 0.31 V and v02 = โˆ’1.51 V
b.       Compensation network:




If we want
โŽ› RB โŽž +                   +
โŽœ         โŽŸ V = 20 mV and V = 10 V
โŽ RB + RC โŽ 
โŽ› 8.33 โŽž
โŽœ           โŽŸ (10) = 0.020
โŽ 8.33 + RC โŽ 
or        RC โ‰… 4.15 Mฮฉ

14.44
Assume bias currents are in same direction, but assume polarity of offset voltages are such as to
produce the worst case output.
a.         Let I B1 = 5.5 ฮผ A, I B 2 = 4.5 ฮผ A
Bias Current Effects:
v01 = I B1 (50 kฮฉ) = 0.275 V โ‡’ v02 = 0.275 V
v03 = I B1 (20 kฮฉ) โˆ’ v01 โ‡’ v03 = โˆ’0.165 V
Offset Voltage Effects:
           โŽ› 50 โŽž
v01 = (5) โŽœ1 + โŽŸ = 30 mV โ‡’ v02 = 30 mV
           โŽ 10 โŽ 
                โŽ› 20 โŽž
v03 = โˆ’v01 โˆ’ 5 โŽœ 1 + โŽŸ โ‡’ v03 = โˆ’40 mV
                โŽ 20 โŽ 
Total Effect: v01 = 0.305 V and v02 = 0.305 V v03 = โˆ’0.205 V

14.45
For circuit (a), effect of bias current:
v0 = (50 ร— 103 )(100 ร— 10โˆ’9 ) โ‡’ 5 mV
Effect of offset voltage
โŽ› 50 โŽž
v0 = (2) โŽœ1 + โŽŸ = 4 mV
         โŽ 50 โŽ 
So net output voltage is v0 = 9 mV
For circuit (b), effect of bias current:
Let I B 2 = 550 nA, I B1 = 450 nA, then from Equation (14.79),
                                                     โŽ› 50 โŽž
 v0 = (450 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (550 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ
                                                     โŽ 50 โŽ 
               โˆ’2
    = 2.25 ร— 10 โˆ’ 1.1
or
 v0 = โˆ’1.0775 V
If the offset voltage is negative, then
 v0 = (โˆ’2)(2) = โˆ’4 mV
So the net output voltage is
 v0 = โˆ’1.0815 V

14.46
a.      At T = 25ยฐC, V0 S = 2 mV so the output voltage for each circuit is
v0 = 4 mV
b.       For T = 50ยฐC, the offset voltage for is
V0 S = 2 mV + (0.0067)(25) = 2.1675 mV
so the output voltage for each circuit is
v0 = 4.335 mV

14.47
a.       At T = 25ยฐC,         V0 S = 1 mV, then
          โŽ› 50 โŽž
v01 = (1) โŽœ 1 + โŽŸ โ‡’ v01 = 6 mV
          โŽ 10 โŽ 
and
          โŽ› 60 โŽž        โŽ› 60 โŽž
v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + (1) โŽœ 1 + โŽŸ
          โŽ 20 โŽ         โŽ 20 โŽ 
    = 6(4) + (1)(4) โ‡’ v02 = 28 mV
b.        At T = 50ยฐC, V0 S = 1 + (0.0033)(25) = 1.0825 mV, then
v01 = (1.0825)(6) โ‡’ v01 = 6.495 mV
and
v02 = (6.495)(4) + (1.0825)(4)
or
v02 = 30.31 mV

14.48
25ยฐC; I B = 500 nA, I 0 S = 200 nA
50ยฐC, I B = 500 nA + (8 nA / ยฐC)(25ยฐC) = 700 nA
      I 0 S = 200 nA + (2 nA / ยฐC)(25ยฐC) = 250 nA
a.         Circuit (a): For I B , bias current cancellation, v0 = 0
Circuit (b): For I B , Equation (14.79),
                                                     โŽ› 50 โŽž
v0 = (500 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (500 ร— 10 โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ
                                                     โŽ 50 โŽ 
   = 0.025 โˆ’ 1.00 โ‡’ v0 = โˆ’0.975 V
b.        Due to offset bias currents.
Circuit (a):
v0 = (200 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v0 = 0.010 V
Circuit (b):
Let I B 2 = 600 nA
    I B1 = 400 nA
Then
                                                    โŽ› 50 โŽž
v0 = (400 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (600 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ
                                                    โŽ 50 โŽ 
   = 0.020 โˆ’ 1.20 โ‡’ v0 = โˆ’1.18 V
c.       Circuit (a): Due to I B , v = 0
Circuit (b): Due to I B ,
                                                    โŽ› 50 โŽž
v0 = (700 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (700 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ
                                                    โŽ 50 โŽ 
   = 0.035 โˆ’ 1.40 โ‡’ v0 = โˆ’1.365 V
Circuit (a): Due to I 0 S ,
v0 = (250 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v0 = 0.0125 V
Circuit (b): Due to I 0 S ,
Let I B 2 = 825 nA
    I B1 = 575 nA
Then
                                                    โŽ› 50 โŽž
v0 = (575 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (825 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ
                                                    โŽ 50 โŽ 
   = 0.02875 โˆ’ 1.65 โ‡’ v0 = โˆ’1.62 V

14.49
25ยฐC; I B = 2 ฮผ A, I 0 S = 0.2 ฮผ A
50ยฐC, I B = 2 ฮผ A + (0.020 ฮผ A / ยฐC)(25ยฐC ) = 2.5 ฮผ A
      I 0 S = 0.2 ฮผ A + (0.005 ฮผ A / ยฐC)(25ยฐC) = 0.325 ฮผ A
a.          Due to I B : (Assume bias currents into op-amp).
v01 = I B (50 kฮฉ) = (2 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 )
          โ‡’ v01 = 0.10 V
          โŽ› 60 โŽž                              โŽ› 60 โŽž
v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B (60 kฮฉ) โˆ’ I B (50 kฮฉ) โŽœ 1 + โŽŸ
          โŽ    20 โŽ                            โŽ 20 โŽ 
                        โˆ’6                    โˆ’6
    = (0.1)(4) + (2 ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (2 ร— 10 )(60 ร— 103 )4
                                  3


or        v02 = 0.12 V
b.       Due to I 0 S :
 1st op-amp. Let I B1 = 2.1 ฮผ A
2nd op-amp. Let I B1 = 2.1 ฮผ A
                 I B 2 = 1.9 ฮผ A
v01 = I B1 (50 kฮฉ) = (2.1ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 )
          โ‡’ v01 = 0.105 V
          โŽ› 60 โŽž                                 โŽ› 60 โŽž
v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B1 (60 kฮฉ) โˆ’ I B 2 (50 kฮฉ) โŽœ1 + โŽŸ
          โŽ    20 โŽ                               โŽ 20 โŽ 
    = (0.105)(4) + (2.1ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (1.9 ร— 10 โˆ’6 )(50 ร— 103 )(4)
                             โˆ’6           3


or
v02 = 0.166 V
c.        Due to I B :
v01 = (2.5 ร— 10 โˆ’6 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v01 = 0.125 V
          โŽ› 60 โŽž                              โŽ› 60 โŽž
v01 = v02 โŽœ 1 + โŽŸ + I B (60 kฮฉ) โˆ’ I B (50 kฮฉ) โŽœ1 + โŽŸ
          โŽ    20 โŽ                            โŽ 20 โŽ 
                            โˆ’6
    = (0.125)(4) + (2.5 ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (2.5 ร— 106 )(50 ร— 103 (4)
                                        3


or         v02 = 0.15 V
Due to I 0 S :
Let I B1 = 2.625 ฮผ A
     I B 2 = 2.3375 ฮผ A
v01 = I B1 (50 kฮฉ) = (2.6625 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 )
            โ‡’ v01 = 1.133 V
          โŽ› 60 โŽž                                 โŽ› 60 โŽž
v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B1 (60 kฮฉ) โˆ’ I B 2 (50 kฮฉ) โŽœ 1 + โŽŸ
          โŽ 20 โŽ                                  โŽ 20 โŽ 
    = (0.133)(4) + (2.6625 ร— 10โˆ’6 )(60 ร— 103 ) โˆ’ (2.3375 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 )(4)
or
v02 = 0.224 V

14.50




       โŽ› R4 โŽž                                โŽ› R2 โŽž
vB = โŽœ            โŽŸ vI 1 and v0 (vI 2 ) = vB โŽœ 1 + โŽŸ
       โŽ R3 + R4 โŽ                            โŽ    R1 โŽ 
or
             โŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž
v0 (vI 2 ) = โŽœ           โŽŸ โŽœ 1 + โŽŸ vI 2
             โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ      R1 โŽ 
or vI 1 .
                 R2
v0 (vI 1 ) = โˆ’      โ‹… vI
                 R1
Then
     โŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž             R2
v0 = โŽœ         โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ vI 2 โˆ’ โ‹… vI 1
     โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ   R1 โŽ      R1
                          V                 V
we can write vI 2 = vcm + d and vI 1 = Vcm โˆ’ d โ‹… Then
                            2                2
     โŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž โŽ›            Vd โŽž R2 โŽ›        Vd โŽž
v0 = โŽœ         โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ โŽœ Vcm + โŽŸ โˆ’ โ‹… โŽœ Vcm โˆ’ โŽŸ
     โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ   R1 โŽ  โŽ     2 โŽ  R1 โŽ         2โŽ 
Common-mode gain
      v   โŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2
Acm = 0 = โŽœ        โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ โˆ’
     Vcm โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ   R1 โŽ  R1
Differential mode gain
      v     1 โŽกโŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž R2 โŽค
Ad = 0 = โŽขโŽœ            โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ + โŽฅ
      Vd 2 โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ    R1 โŽ  R1 โŽฆ
Then
             A
CM RR = d
             Acm
            1 โŽกโŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2 โŽค
             โ‹… โŽขโŽœ         โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ + โŽฅ
            2 โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ     R1 โŽ  R1 โŽฆ
          =
             โŽกโŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2 โŽค
             โŽขโŽœ         โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ โˆ’ โŽฅ
             โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ     R1 โŽ  R1 โŽฆ
               โŽก                          โŽค
               โŽข                          โŽฅ
            1 โŽข R4    1      โŽ› R2 โŽž R2 โŽฅ
             โ‹… โ‹…           โ‹… โŽœ1 + โŽŸ +
            2 โŽข R3
                 โŽ› R4 โŽž โŽ         R1 โŽ  R1 โŽฅ
               โŽข โŽœ 1+ โŽŸ                   โŽฅ
               โŽข
               โŽฃ โŽ R3 โŽ                    โŽฅ
                                          โŽฆ
CM RR =
          R4        1     โŽ› R2 โŽž R2
             โ‹…          โ‹… โŽœ1 + โŽŸ โˆ’
          R3 โŽ› R4 โŽž โŽ            R1 โŽ  R1
               โŽœ1 + โŽŸ
               โŽ R3 โŽ 
Minimum CMRR โ‡’ Maximum denominator
          R                     R
โ‡’ maximum 4 and minimum 2 . Then
          R3                     R1
R4 (1.02)(50)
  =           = 5.204
R3 (0.98)(10)
R2 (0.98)(50)
   =            = 4.804
 R1 (1.02)(10)
Then
        1 โŽก 5.204                      โŽค
                   โ‹… (5.804) + (4.804) โŽฅ
        2 โŽข 6.204
CMRR = โŽฃ                               โŽฆ
         โŽก 5.204                     โŽค
         โŽข 6.204 โ‹… (5.804) โˆ’ (4.804) โŽฅ
         โŽฃ                           โŽฆ
        1
          โ‹… (9.6725)
      = 2
         (0.06447)
CMRR = 75.0 โ‡’ CMRRdB = 20 log10 (75.0)
         โ‡’ CMRRdB = 37.5 dB

14.51
Use the results of Problem 14.50:
    R 1 + x โŽ› 50 โŽž
Let 4 =        โ‹… โŽœ โŽŸ โ‰ˆ (1 + 2 x)(5)
    R3 1 โˆ’ x โŽ 10 โŽ 
    R 1 โˆ’ x โŽ› 50 โŽž
Let 2 =        โ‹… โŽœ โŽŸ โ‰ˆ (1 โˆ’ 2 x)(5)
    R1 1 + x โŽ 10 โŽ 
Then
1 โŽก (1 + 2 x ) 5                                  โŽค
              โŽข              โ‹… ( 6 โˆ’ 10 x ) + (1 โˆ’ 2 x )( 5 ) โŽฅ
            2 โŽฃ 6 + 10 x                                      โŽฆ
CMRR =
             โŽก (1 + 2 x ) 5                                  โŽค
             โŽข              โ‹… ( 6 โˆ’ 10 x ) โˆ’ (1 โˆ’ 2 x )( 5 ) โŽฅ
             โŽฃ 6 + 10 x                                      โŽฆ
           1
               โŽก30 + 10 x โˆ’ 100 x + 30 โˆ’ 10 x โˆ’ 100 x 2 โŽค
               โŽฃ
                                     2
                                                                 โŽฆ
         = 2
           โŽก30 + 10 x โˆ’ 100 x โˆ’ ( 30 โˆ’ 10 x โˆ’ 100 x ) โŽค
                                   2                           2
           โŽฃ                                                     โŽฆ
           1
             โ‹… [60 โˆ’ 200 x 2 ]
           2                     30 โˆ’ 100 x 2
         =                     =
                  20 x              20 x
a.        For CMRRdB = 90 dB โ‡’ CMRR = 31, 623 x will be small, neglect the x 2 term. Then
           30
20 x =           โ‡’ x = 0.0000474 = 0.00474%
         31, 623
b.         For CMRRdB = 60 dB โ‡’ CMRR = 1000. Then
          30
20 x =        โ‡’ x = 0.0015 = 0.15%
         1000

More Related Content

Viewers also liked

Ch13s
Ch13sCh13s
Ch13s
vipclouds
ย 
Long term Liabilities in Government accounting
Long term Liabilities in Government accountingLong term Liabilities in Government accounting
Long term Liabilities in Government accounting
Alecxz Herrera
ย 
Ch14
Ch14Ch14
Ch14
hypernova0
ย 
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer newAcc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
lynnruffin
ย 
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jones
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jonesCh14 - Organisation theory design and change gareth jones
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jones
Ankit Kesri
ย 
Test questions
Test questionsTest questions
Test questions
hiranisyoung
ย 

Viewers also liked (6)

Ch13s
Ch13sCh13s
Ch13s
ย 
Long term Liabilities in Government accounting
Long term Liabilities in Government accountingLong term Liabilities in Government accounting
Long term Liabilities in Government accounting
ย 
Ch14
Ch14Ch14
Ch14
ย 
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer newAcc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
Acc 304 week 10 quiz โ€“ strayer new
ย 
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jones
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jonesCh14 - Organisation theory design and change gareth jones
Ch14 - Organisation theory design and change gareth jones
ย 
Test questions
Test questionsTest questions
Test questions
ย 

Similar to Ch14s

Ch15p
Ch15pCh15p
Ch15p
Bilal Sarwar
ย 
Ch09p
Ch09pCh09p
Ch09p
Bilal Sarwar
ย 
Ch13s
Ch13sCh13s
Ch13s
Bilal Sarwar
ย 
Ch12s
Ch12sCh12s
Ch12s
Bilal Sarwar
ย 
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solutionWilliam hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
Salman Salman
ย 
Ch11p
Ch11pCh11p
Ch11p
Bilal Sarwar
ย 
Ch06p
Ch06pCh06p
Ch06p
Bilal Sarwar
ย 
Ch11s
Ch11sCh11s
Ch11s
Bilal Sarwar
ย 
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
Gallian394
ย 
Ch08p
Ch08pCh08p
Ch08p
Bilal Sarwar
ย 
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdfSolucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
DannyCoronel5
ย 
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdfSolucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
franciscoantoniomonr1
ย 
Ch10p
Ch10pCh10p
Ch10p
Bilal Sarwar
ย 
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
Willowew
ย 
Amth250 octave matlab some solutions (4)
Amth250 octave matlab some solutions (4)Amth250 octave matlab some solutions (4)
Amth250 octave matlab some solutions (4)
asghar123456
ย 
Ch15s
Ch15sCh15s
Ch15s
Bilal Sarwar
ย 
BS1501 tutorial 2
BS1501 tutorial 2BS1501 tutorial 2
BS1501 tutorial 2
Champ Pairach
ย 
Ch07s
Ch07sCh07s
Ch07s
Bilal Sarwar
ย 
ESTRUCTURA - PROBLEMAS
ESTRUCTURA - PROBLEMASESTRUCTURA - PROBLEMAS
ESTRUCTURA - PROBLEMAS
Martha Liza Reyes
ย 
Tugas pra uas teori ekonomi mikro
Tugas pra uas teori ekonomi mikroTugas pra uas teori ekonomi mikro
Tugas pra uas teori ekonomi mikro
Linda Setiawati
ย 

Similar to Ch14s (20)

Ch15p
Ch15pCh15p
Ch15p
ย 
Ch09p
Ch09pCh09p
Ch09p
ย 
Ch13s
Ch13sCh13s
Ch13s
ย 
Ch12s
Ch12sCh12s
Ch12s
ย 
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solutionWilliam hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
William hyatt-7th-edition-drill-problems-solution
ย 
Ch11p
Ch11pCh11p
Ch11p
ย 
Ch06p
Ch06pCh06p
Ch06p
ย 
Ch11s
Ch11sCh11s
Ch11s
ย 
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
Solutions manual for microelectronic circuits analysis and design 3rd edition...
ย 
Ch08p
Ch08pCh08p
Ch08p
ย 
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdfSolucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani (1).pdf
ย 
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdfSolucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
Solucionario_Diseno_en_Ingenieria_Mecani.pdf
ย 
Ch10p
Ch10pCh10p
Ch10p
ย 
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
Solutions Manual for Friendly Introduction To Numerical Analysis 1st Edition ...
ย 
Amth250 octave matlab some solutions (4)
Amth250 octave matlab some solutions (4)Amth250 octave matlab some solutions (4)
Amth250 octave matlab some solutions (4)
ย 
Ch15s
Ch15sCh15s
Ch15s
ย 
BS1501 tutorial 2
BS1501 tutorial 2BS1501 tutorial 2
BS1501 tutorial 2
ย 
Ch07s
Ch07sCh07s
Ch07s
ย 
ESTRUCTURA - PROBLEMAS
ESTRUCTURA - PROBLEMASESTRUCTURA - PROBLEMAS
ESTRUCTURA - PROBLEMAS
ย 
Tugas pra uas teori ekonomi mikro
Tugas pra uas teori ekonomi mikroTugas pra uas teori ekonomi mikro
Tugas pra uas teori ekonomi mikro
ย 

More from Bilal Sarwar

Rameysoft-ftp client server, and others+
Rameysoft-ftp client server, and others+Rameysoft-ftp client server, and others+
Rameysoft-ftp client server, and others+
Bilal Sarwar
ย 
Ramey soft
Ramey soft Ramey soft
Ramey soft
Bilal Sarwar
ย 
Ramey soft
Ramey softRamey soft
Ramey soft
Bilal Sarwar
ย 
Ch17s 3rd Naemen
Ch17s 3rd NaemenCh17s 3rd Naemen
Ch17s 3rd Naemen
Bilal Sarwar
ย 
Ch17p 3rd Naemen
Ch17p 3rd NaemenCh17p 3rd Naemen
Ch17p 3rd Naemen
Bilal Sarwar
ย 
Ch16p
Ch16pCh16p
Ch16p
Bilal Sarwar
ย 
Ch13p
Ch13pCh13p
Ch13p
Bilal Sarwar
ย 
Ch10s
Ch10sCh10s
Ch10s
Bilal Sarwar
ย 
Ch08s
Ch08sCh08s
Ch08s
Bilal Sarwar
ย 
Ch07p
Ch07pCh07p
Ch07p
Bilal Sarwar
ย 
Ch06s
Ch06sCh06s
Ch06s
Bilal Sarwar
ย 
Ch05s
Ch05sCh05s
Ch05s
Bilal Sarwar
ย 
Ch05p
Ch05pCh05p
Ch05p
Bilal Sarwar
ย 
Ch04s
Ch04sCh04s
Ch04s
Bilal Sarwar
ย 
Ch04p
Ch04pCh04p
Ch04p
Bilal Sarwar
ย 
Ch03s
Ch03sCh03s
Ch03s
Bilal Sarwar
ย 

More from Bilal Sarwar (16)

Rameysoft-ftp client server, and others+
Rameysoft-ftp client server, and others+Rameysoft-ftp client server, and others+
Rameysoft-ftp client server, and others+
ย 
Ramey soft
Ramey soft Ramey soft
Ramey soft
ย 
Ramey soft
Ramey softRamey soft
Ramey soft
ย 
Ch17s 3rd Naemen
Ch17s 3rd NaemenCh17s 3rd Naemen
Ch17s 3rd Naemen
ย 
Ch17p 3rd Naemen
Ch17p 3rd NaemenCh17p 3rd Naemen
Ch17p 3rd Naemen
ย 
Ch16p
Ch16pCh16p
Ch16p
ย 
Ch13p
Ch13pCh13p
Ch13p
ย 
Ch10s
Ch10sCh10s
Ch10s
ย 
Ch08s
Ch08sCh08s
Ch08s
ย 
Ch07p
Ch07pCh07p
Ch07p
ย 
Ch06s
Ch06sCh06s
Ch06s
ย 
Ch05s
Ch05sCh05s
Ch05s
ย 
Ch05p
Ch05pCh05p
Ch05p
ย 
Ch04s
Ch04sCh04s
Ch04s
ย 
Ch04p
Ch04pCh04p
Ch04p
ย 
Ch03s
Ch03sCh03s
Ch03s
ย 

Recently uploaded

Azure API Management to expose backend services securely
Azure API Management to expose backend services securelyAzure API Management to expose backend services securely
Azure API Management to expose backend services securely
Dinusha Kumarasiri
ย 
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success StoryDriving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
Safe Software
ย 
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup SlidesProgramming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
Zilliz
ย 
Fueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
Fueling AI with Great Data with Airbyte WebinarFueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
Fueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
Zilliz
ย 
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
Jakub Marek
ย 
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
Tatiana Kojar
ย 
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing InstancesEnergy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
Alpen-Adria-Universitรคt
ย 
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdfHow to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
Chart Kalyan
ย 
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdfNunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
flufftailshop
ย 
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptxAWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
HarisZaheer8
ย 
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAUHCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
panagenda
ย 
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
Jeffrey Haguewood
ย 
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with SlackLet's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
shyamraj55
ย 
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStrDeep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
saastr
ย 
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptx
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptxOperating System Used by Users in day-to-day life.pptx
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptx
Pravash Chandra Das
ย 
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdfTaking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
ssuserfac0301
ย 
Recommendation System using RAG Architecture
Recommendation System using RAG ArchitectureRecommendation System using RAG Architecture
Recommendation System using RAG Architecture
fredae14
ย 
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development ProvidersYour One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
akankshawande
ย 
Trusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
Trusted Execution Environment for Decentralized Process MiningTrusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
Trusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
LucaBarbaro3
ย 
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
Jason Packer
ย 

Recently uploaded (20)

Azure API Management to expose backend services securely
Azure API Management to expose backend services securelyAzure API Management to expose backend services securely
Azure API Management to expose backend services securely
ย 
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success StoryDriving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
Driving Business Innovation: Latest Generative AI Advancements & Success Story
ย 
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup SlidesProgramming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
Programming Foundation Models with DSPy - Meetup Slides
ย 
Fueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
Fueling AI with Great Data with Airbyte WebinarFueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
Fueling AI with Great Data with Airbyte Webinar
ย 
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
Main news related to the CCS TSI 2023 (2023/1695)
ย 
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
Skybuffer AI: Advanced Conversational and Generative AI Solution on SAP Busin...
ย 
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing InstancesEnergy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
Energy Efficient Video Encoding for Cloud and Edge Computing Instances
ย 
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdfHow to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
How to Interpret Trends in the Kalyan Rajdhani Mix Chart.pdf
ย 
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdfNunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
Nunit vs XUnit vs MSTest Differences Between These Unit Testing Frameworks.pdf
ย 
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptxAWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
AWS Cloud Cost Optimization Presentation.pptx
ย 
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAUHCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
HCL Notes und Domino Lizenzkostenreduzierung in der Welt von DLAU
ย 
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
Salesforce Integration for Bonterra Impact Management (fka Social Solutions A...
ย 
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with SlackLet's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
Let's Integrate MuleSoft RPA, COMPOSER, APM with AWS IDP along with Slack
ย 
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStrDeep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
Deep Dive: Getting Funded with Jason Jason Lemkin Founder & CEO @ SaaStr
ย 
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptx
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptxOperating System Used by Users in day-to-day life.pptx
Operating System Used by Users in day-to-day life.pptx
ย 
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdfTaking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
Taking AI to the Next Level in Manufacturing.pdf
ย 
Recommendation System using RAG Architecture
Recommendation System using RAG ArchitectureRecommendation System using RAG Architecture
Recommendation System using RAG Architecture
ย 
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development ProvidersYour One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
Your One-Stop Shop for Python Success: Top 10 US Python Development Providers
ย 
Trusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
Trusted Execution Environment for Decentralized Process MiningTrusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
Trusted Execution Environment for Decentralized Process Mining
ย 
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
Columbus Data & Analytics Wednesdays - June 2024
ย 

Ch14s

  • 1. Chapter 14 Problem Solutions 14.1 vo Ad = = โˆ’80 vi vo (max) = 4.5 โ‡’ vi (max) = 56.25 mV 56.25 So vi (max)rms = = 39.77 mV 2 14.2 (a) 4.5 i2 = = 0.028125 mA 160 4.5 iL = = 4.5 mA 1 Output Circuit = 4.528 mA v โˆ’4.5 vi = โˆ’ o = โ‡’ vi = โˆ’0.05625 V A 80 (b) v 4.5 io โ‰ˆ 15 mA = o = RL RL โ‡’ RL (min) = 300 ฮฉ 14.3 (1) vo = 2 V (2) v2 = 12.5 mV (3) AOL = 2 ร— 104 (4) v1 = 8 ฮผ V (5) AOL = 1000 14.4 From Eq. (14.4)
  • 2. โˆ’ R2 / R1 ACL = 1 โŽ› R2 โŽž 1+ โŽœ1 + โŽŸ AoL โŽ R1 โŽ  โˆ’ R2 / R1 โˆ’15 = 1 โŽ› R2 โŽž 1+ โŽœ1 + โŽŸ 2 ร— 103 โŽ R1 โŽ  โŽ›R โŽž 15 โŽœ 2 โŽŸ โŽ› 1 โŽž โŽ R1 โŽ  = R2 15 โŽœ 1 + โŽŸ+ โŽ 2 ร— 103 โŽ  2 ร— 103 R1 R2 15.0075 = (0.9925) R1 R2 = 15.12 R1 14.5 vI โˆ’ v1 v1 โˆ’ v0 v1 = + and v0 = โˆ’ A0 L v1 R1 R2 Ri v0 so that v1 = โˆ’ A0 L vI v0 โŽ› 1 1 1โŽž + = v1 โŽœ + + โŽŸ R1 R2 โŽ R1 R2 Ri โŽ  So vI โŽก1 1 โŽ› 1 1 1 โŽžโŽค = โˆ’v0 โŽข + โŽœ + + โŽŸโŽฅ R1 โŽฃ R2 A0 L โŽ R1 R2 Ri โŽ  โŽฆ Then v0 โˆ’(1/ R1 ) = = ACL vI โŽก 1 1 โŽ› 1 1 1 โŽžโŽค โŽข + โŽœ + + โŽŸโŽฅ โŽฃ R2 A0 L โŽ R1 R2 Ri โŽ  โŽฆ From Equation (14.20) for RL = โˆž and R0 = 0 1 1 1 (1 + A0 L ) = + โ‹… Rif Ri R2 1 a. For Ri = 1 kฮฉ โˆ’(1/ 20) ACL = โŽก 1 1 โŽ› 1 1 1 โŽžโŽค โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 1 โŽŸ โŽฅ โŽฃ โŽ โŽ โŽฆ โˆ’0.05 = [0.01 + 1.06 ร— 10โˆ’3 ] or
  • 3. โ‡’ ACL = โˆ’4.52 1 1 1 + 103 = + โ‡’ Rif = 90.8 ฮฉ Rif 1 100 b. For Ri = 10 kฮฉ โˆ’(1/ 20) ACL = โŽก 1 1 โŽ› 1 1 1 โŽžโŽค โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 10 โŽŸ โŽฅ โŽฃ โŽ โŽ โŽฆ โˆ’0.05 = [0.01 + 1.6 ร— 10โˆ’4 ] or โ‡’ ACL = โˆ’4.92 1 1 1 + 103 = + โ‡’ Rif = 98.9 ฮฉ Rif 10 100 c. For Ri = 100 kฮฉ โˆ’(1/ 20) ACL = โŽก 1 1 โŽ› 1 1 1 โŽžโŽค โŽข100 + 103 โŽœ 20 + 100 + 100 โŽŸ โŽฅ โŽฃ โŽ โŽ โŽฆ โˆ’0.05 = [0.01 + 7 ร— 10โˆ’5 ] or โ‡’ ACL = โˆ’4.965 1 1 1 + 103 = + โ‡’ Rif = 99.8 ฮฉ Rif 100 100 14.6 โŽ› R2 โŽž โŽœ1 + โŽŸ v ACL = o = โŽ R1 โŽ  vi โŽก 1 โŽ› R2 โŽž โŽค โŽข1 + โŽœ1 + โŽŸ โŽฅ โŽฃ AOL โŽ R1 โŽ  โŽฆ For the ideal: โŽ› R2 โŽž 0.10 โŽœ1 + โŽŸ = = 50 โŽ R1 โŽ  0.002 vo (actual ) = (0.10)(1 โˆ’ 0.001) = 0.0999 So
  • 4. 0.0999 50 = = 49.95 0.002 1 + 1 (50) AOL which yields AOL = 1000 14.7 From Equation (14.18) โŽ›A 1 โŽž โˆ’ โŽœ OL โˆ’ โŽŸ v Avf 1 = o1 = โŽ Ro R2 โŽ  v1 โŽ› 1 1 1 โŽž โŽœ + + โŽŸ โŽ RL Ro R2 โŽ  Or โŽ› 5 ร— 103 1 โŽž โˆ’โŽœ โˆ’ โŽŸ 1 100 โŽ  โˆ’(4.99999 ร— 103 ) vo1 = โŽ โ‹… v1 = โ‹… v1 โŽ›1 1 1 โŽž 1.11 โŽœ + + โŽŸ โŽ 10 1 100 โŽ  vo1 = โˆ’4.504495 ร— 103 โ‹… v1 Now i1 vi โˆ’ v1 = โ‰กK v1 R1v1 Then vi โˆ’ v1 = KR1v1 which yields vi v1 = KR1 + 1 Now, from Equation (14.20) โŽก 1 โŽค 1 + 5 ร— 103 + โŽฅ 1 1 โŽข 10 K= + โŽข โŽฅ 10 100 โŽข 1 + 1 + 1 โŽฅ โŽข โŽฃ 10 100 โŽฅ โŽฆ โŽก 5.0011ร— 103 โŽค = (0.1) + (0.01) โŽข โŽฅ = 45.15495 โŽฃ 1.11 โŽฆ Then vi vi v1 = = ( 45.15495)(10 ) + 1 452.5495 We find โŽก vi โŽค vo1 = โˆ’4.504495 ร— 103 โŽข โŽฅ โŽฃ 452.5495 โŽฆ Or v Avf 1 = o1 = โˆ’9.9536 vi For the second stage, RL = โˆž
  • 5. โŽ› 5 ร— 103 1 โŽž โˆ’โŽœ โˆ’ โŽŸ 1 100 โŽ  vo 2 = โŽ โ‹… v1โ€ฒ = โˆ’4.950485 ร— 103 โ‹… v1โ€ฒ โŽ›1 1 โŽž โŽœ + โŽŸ โŽ 1 100 โŽ  โŽก โŽค 1 1 โŽข1 + 5 ร— 103 โŽฅ Kโ‰ก + โŽข โŽฅ = 49.61485 10 100 โŽข 1 + 1 โŽฅ โŽข โŽฃ 100 โŽฅ โŽฆ vo1 vo1 vo1 v1โ€ฒ = = = KR1 + 1 (49.61485)(10) + 1 497.1485 Then vo 2 โˆ’4.950485 ร— 103 = = โˆ’9.95776 vo1 497.1485 So v Avf = o 2 = (โˆ’9.9536)(โˆ’9.95776) โ‡’ Avf = 99.12 vi 14.8 a. v1 โˆ’ vI v v โˆ’v + 1 + 1 0 =0 (1) R3 + Ri R1 R2 โŽก 1 1 1โŽค v vI v1 โŽข + + โŽฅ= 0 + โŽฃ R3 + Ri R1 R2 โŽฆ R2 R3 + Ri v0 v0 โˆ’ A0 L vd v0 โˆ’ v1 + + =0 (2) RL R0 R2 or โŽก1 1 1โŽค v A v v0 โŽข + + โŽฅ = 1 + 0L d โŽฃ RL R0 R2 โŽฆ R2 R0 โŽ› v โˆ’v โŽž vd = โŽœ I 1 โŽŸ โ‹… Ri (3) โŽ R3 + Ri โŽ  So substituting numbers: โŽก 1 1 1โŽค v vI v1 โŽข + + โŽฅ= 0 + (1) โŽฃ10 + 20 10 40 โŽฆ 40 10 + 20 or v1[0.15833] = v0 [0.025] + vI [0.03333] โŽก1 1 1 โŽค v (104 )vd v0 โŽข + + โŽฅ= 1 + (2) โŽฃ1 0.5 40 โŽฆ 40 0.5
  • 6. or v0 [3.025] = v1 [ 0.025] + ( 2 ร— 104 ) vd โŽ› v โˆ’v โŽž vd = โŽœ I 1 โŽŸ โ‹… 20 = 0.6667 ( vI โˆ’ v1 ) (3) โŽ 10 + 20 โŽ  So v0 [3.025] = v1 [ 0.025] + ( 2 ร— 104 ) ( 0.6667 )( vI โˆ’ v1 ) (2) or v0 [3.025] = 1.333 ร—10 4 vI โˆ’ 1.333 ร— 104 v1 From (1): v1 = v0 ( 0.1579 ) + vI ( 0.2105 ) Then v0 [3.025] = 1.333 ร— 104 vI โˆ’ 1.333 ร— 104 โŽก v0 ( 0.1579 ) + vI ( 0.2105 ) โŽค โŽฃ โŽฆ v0 โŽก 2.1078 ร—103 โŽค = vI โŽก1.0524 ร—104 โŽค โŽฃ โŽฆ โŽฃ โŽฆ or v ACL = 0 = 4.993 vI To find Rif : Use Equation (14.27) โŽ› 0.5 0.5 โŽž iI โŽœ 1 + + โŽŸ โŽ 1 40 โŽ  1 โŽž โŽ› 0.5 0.5 โŽž 0.5 โŽซ (10 ) vd 3 โŽงโŽ› 1 = v1 โŽจโŽœ + โŽŸ โŽœ 1 + + โŽŸ โˆ’ โŽฌโˆ’ โŽฉโŽ 10 40 โŽ  โŽ 1 40 โŽ  (40) 2 โŽญ 40 iI (1.5125) = v1{(0.125)(1.5125) โˆ’ 0.0003125} โˆ’ 25vd or iI (1.5125) = vI {0.18875} โˆ’ 25vd Now vd = iI Ri = iI (20) and v1 = vI โˆ’ iI (20) So iI (1.5125) = [vI โˆ’ iI (20)] โ‹… [0.18875] โˆ’ 25iI (20) iI [505.3] = vI (0.18875) or vI = 2677 kฮฉ iI Now Rif = 10 + 2677 โ‡’ Rif = 2.687 Mฮฉ To determine R0 f : Using Equation (14.36) โŽก โŽค โŽก โŽค 1 1 โŽข A0 L โŽฅ 1 โŽข 103 โŽฅ = โ‹…โŽข โŽฅ= โ‹…โŽข โŽฅ โ€ฒ R0 f R0 โŽข R2 โŽฅ 0.5 โŽข1 + 40 โŽฅ โŽข1 + R R โŽฅ โŽข 10 20 โŽฅ โŽฃ 1 i โŽฆ โŽฃ โŽฆ โ€ฒ or R0 f = 3.5 ฮฉ Then R0 f = 1 kฮฉ 3.5 ฮฉ โ‡’ R0 f = 3.49 ฮฉ b. Using Equation (14.16) dACL โŽ› 5 โŽž dA = (โˆ’10) โŽœ 3 โŽŸ โ‡’ CL = โˆ’(0.05)% ACL โŽ 10 โŽ  ACL 14.9
  • 7. v0 โˆ’ A0 L vd v0 โˆ’ vI + = 0 and vd = vI โˆ’ v0 R0 Ri So v0 A0 L v v โˆ’ โ‹… (vI โˆ’ v0 ) + 0 โˆ’ I = 0 R0 R0 Ri Ri โŽก1 A 1โŽค โŽก1 A โŽค v0 โŽข + 0 L + โŽฅ = vI โŽข + 0 L โŽฅ โŽฃ R0 R0 Ri โŽฆ โŽฃ Ri R0 โŽฆ โŽก 1 (104 ) 1 โŽค โŽก 1 (104 ) โŽค v0 โŽข + + โŽฅ = vI โŽข + โŽฅ โŽฃ 0.2 0.2 100 โŽฆ โŽฃ100 0.2 โŽฆ v0 [5.000501ร— 104 ] = vI [5.000001ร— 10 4 ] v0 So ACL = = 0.9999 vI b. Set vI = 0 v0 โˆ’ A0 L vd v0 i0 = + and vd = โˆ’v0 R0 Ri โŽก1 A 1โŽค i0 = v0 โŽข + 0 L + โŽฅ โŽฃ R0 R0 Ri โŽฆ Then 1 1 A0 L 1 = + + R0 f R0 R0 Ri or 1 1 (104 ) 1 = + + R0 f 0.2 0.2 100 which yields R0 f โ‰… 0.02 ฮฉ 14.10
  • 8. vI 1 โˆ’ v1 vI 2 โˆ’ v1 v1 โˆ’ v0 + = 20 10 40 vI 1 vI 2 v0 โŽก1 1 1โŽค + + = v1 โŽข + + โŽฅ 20 10 40 โŽฃ 20 10 40 โŽฆ v and v0 = โˆ’ A0 L v1 so that v1 = โˆ’ 0 A0L Then โŽง1 1 โŽ› 7 โŽžโŽซ vI 1 (0.05) + vI 2 (0.10) = โˆ’v0 โŽจ + โ‹… 3 โŽœ โŽŸโŽฌ โŽฉ 40 2 ร— 10 โŽ 40 โŽ  โŽญ = โˆ’v0 [2.50875 ร— 10โˆ’2 ] โ‡’ v0 = โˆ’1.993vI 1 โˆ’ 3.986vI 2 ฮ”v0 2 โˆ’ 1.993 ฮ”v = โ‡’ 0 = 0.35% v0 2 v0 14.11 โŽ› 40 โŽž โŽ› 4โŽž vB = โŽœ โŽŸ v2 = โŽœ โŽŸ v2 = 0.8v2 (1) โŽ 40 + 10 โŽ  โŽ 5โŽ  v1 โˆ’ v A v A โˆ’ v0 = 10 40 v1 v0 โŽ›1 1 โŽž + = vA โŽœ + โŽŸ 10 40 โŽ 10 40 โŽ  v1 (0.1) + v0 (0.025) = vA (0.125) (2) v0 = A0 L vd = A0 L (vB โˆ’ v A ) (3) or v0 = A0 L [0.8v2 โˆ’ v A ] v0 โˆ’ 0.8v2 = โˆ’v A A0 L v0 โ‡’ v A = 0.8v2 โˆ’ A0 L Then
  • 9. โŽก v โŽค v1 (0.1) + v0 (0.025) = (0.125) โŽข0.8v2 โˆ’ 0 โŽฅ โŽฃ A0 L โŽฆ โŽก 0.125 โŽค v1 (0.1) โˆ’ v2 (0.1) = โˆ’v0 โŽข0.025 + โŽฃ 103 โŽฅโŽฆ โˆ’2 = โˆ’v0 [2.5125 ร— 10 ] v0 โ‡’ Ad = = 3.9801 v2 โˆ’ v1 ฮ”Ad 0.0199 โ‡’ = โ‡’ 0.4975% Ad 4 14.12 a. Considering the second op-amp and Equation (14.20), we have โŽก โŽค 1 1 1 โŽข1 + 100 โŽฅ 101 = + โ‹…โŽข โŽฅ = 0.10 + Rif 2 10 0.1 โŽข 1 + 1 โŽฅ (0.1)(11) โŽข 0.1 โŽฅ โŽฃ โŽฆ So Rif 2 = 0.0109 kฮฉ The effective load on the first op-amp is then RL1 = 0.1 + Rif 2 = 0.1109 kฮฉ Again using Equation (14.20), we have 1 1 + 100 + 1 1 1 0.1109 = 0.10 + 110.017 = + โ‹… Rif 10 1 1 + 1 + 1 11.017 0.1109 1 so that Rif = 99.1 ฮฉ b. To determine R0 f : For the first op-amp, we can write, using Equation (14.36) โŽก โŽค โŽก โŽค 1 1 โŽข A0 L โŽฅ 1 โŽข 100 โŽฅ = โ‹…โŽข โŽฅ = โ‹…โŽข โŽฅ R0 f 1 R0 โŽข R2 โŽฅ 1 โŽข 40 โŽฅ 1+ 1+ โŽข โŽฅ โŽข โŽฅ โŽฃ 1 || 10 โŽฆ โŽฃ R1 || Ri โŽฆ which yields R0 f 1 = 0.021 kฮฉ For the second op-amp, then โŽก โŽค โŽข โŽฅ 1 1 โŽข A0 L โŽฅ = โ‹… R0 f R0 โŽข R2 โŽฅ โŽข1 + ( R + R ) || R โŽฅ โŽฃ 1 0f1 i โŽฆ โŽก โŽค 1 โŽข 100 โŽฅ = โ‹…โŽข โŽฅ 1 โŽข1 + 0.10 โŽฅ โŽข (0.121) ||10 โŽฅ โŽฃ โŽฆ or R0 f = 18.4 ฮฉ c. To find the gain, consider the second op-amp.
  • 10. v01 โˆ’ (โˆ’vd 2 ) vd 2 โˆ’vd 2 โˆ’ v02 + = (1) 0.1 Ri 0.1 v01 โŽ› 1 1 1 โŽž v02 + vd 2 โŽœ + + โŽŸ=โˆ’ 0.1 โŽ 0.1 10 0.1 โŽ  0.1 or v01 (10) + vd 2 (20.1) = โˆ’v02 (10) v02 โˆ’ A0 L vd 2 v02 โˆ’ (โˆ’vd 2 ) + =0 (2) R0 0.1 v02 โŽ› 100 1 โŽž v02 โˆ’ vd 2 โŽœ โˆ’ โŽŸ+ =0 1 โŽ 1 0.1 โŽ  0.1 v02 (11) โˆ’ vd 2 (90) = 0 or vd 2 = v02 (0.1222) Then Equation (1) becomes v01 (10) + v02 (0.1222)(20.1) = โˆ’v02 (10) or v01 = โˆ’v02 (1.246) Now consider the first op-amp. vI โˆ’ (โˆ’vd 1 ) vd 1 โˆ’vd 1 โˆ’ v01 + = (1) 1 Ri 1 โŽ›1 1 1โŽž vI (1) + vd 1 โŽœ + + โŽŸ = โˆ’v01 (1) โŽ 1 10 1 โŽ  or vI (1) + vd 1 (2.1) = โˆ’v01 (1) v01 v โˆ’ A0 L vd 1 v01 โˆ’ (โˆ’vd 1 ) + 01 + =0 (2) 0.1109 R0 1 โŽ› 1 1 1โŽž โŽ› 100 1 โŽž v01 โŽœ + + โŽŸ โˆ’ vd 1 โŽœ โˆ’ โŽŸ=0 โŽ 0.1109 1 1 โŽ  โŽ 1 1โŽ  v01 (11.017) โˆ’ vd 1 (99) = 0 or vd 1 = v01 (0.1113) Then Equation (1) becomes
  • 11. vI (1) + v01 (0.1113)(2.1) = โˆ’v01 or vI = โˆ’v01 (1.234) We had v01 = โˆ’v02 (1.246) So vI = v02 (1.246)(1.234) v02 or = 0.650 vI v02 d. Ideal =1 vI So ratio of actual to ideal = 0.650. 14.13 (a) For the op-amp. A0 L โ‹… f 3dB = 106 106 f 3dB = = 50 Hz 2 ร— 104 For the closed-loop amplifier. 106 f 3dB = = 40 kHz 25 (b) Open-loop amplifier. 2 ร— 104 2 ร— 104 A= โ‡’| A | = f 2 1+ j โŽ› f โŽž f3dB 1+ โŽœ โŽŸ โŽ f3dB โŽ  2 ร— 104 f = 0.25 f 3dB โ‡’ A = = 1.94 ร— 104 2 1 + (0.25) 2 ร— 104 f = 5 f 3โˆ’ dB โ‡’ A = = 3.92 ร— 103 1 + (5) 2 Closed-loop amplifier 25 f = 0.25 f 3dB โ‡’ A = = 24.25 1 + (0.25) 2 25 f = 5 f 3โˆ’ dB โ‡’ A = = 4.90 1 + (5) 2 14.14 The open loop gain can be written as A0 A0 L ( f ) = โŽ› f โŽžโŽ› f โŽž โŽœ1 + j โ‹… โŽŸโŽœ 1 + j โ‹… โŽŸ โŽ f PD โŽ  โŽ 5 ร— 106 โŽ  where A0 = 2 ร— 105. The closed-loop response is A0 L ACL = 1 + ฮฒ A0 L At low frequency, 2 ร— 105 100 = 1 + ฮฒ (2 ร— 105 ) So that ฮฒ = 9.995 ร— 10โˆ’3. Assuming the second pole is the same for both the open-loop and closed-loop, then โŽ› f โŽž โˆ’1 โŽ› f โŽž ฯ† = โˆ’ tan โˆ’1 โŽœ โŽŸ โˆ’ tan โŽœ 6 โŽŸ โŽ f PD โŽ  โŽ 5 ร— 10 โŽ 
  • 12. For a phase margin of 80ยฐ, ฯ† = โˆ’100ยฐ. So โŽ› f โŽž โˆ’100 = โˆ’90 โˆ’ tan โˆ’1 โŽœ 6 โŽŸ โŽ 5 ร— 10 โŽ  or f = 8.816 ร— 105 Hz Then A0 L = 1 2 ร— 105 = 2 2 โŽ› 8.816 ร— 105 โŽž โŽ› 8.816 ร— 105 โŽž 1+ โŽœ โŽŸ 1+ โŽœ 6 โŽŸ โŽ f PD โŽ  โŽ 5 ร— 10 โŽ  or 8.816 ร— 105 โ‰… 1.9696 ร— 105 f PD or f PD = 4.48 Hz 14.15 (a) 1st stage (10) f3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 100 kHz 2nd stage (50) f3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 20 kHz Bandwidth of overall system โ‰… 20 kHz (b) If each stage has the same gain, so K = 500 โ‡’ K = 22.36 2 Then bandwidth of each stage (22.36) f 3โˆ’ dB = 1 MHz โ‡’ f 3โˆ’ dB = 44.7 kHz 14.16 Ao A= f 1+ j f3โˆ’ dB Ao 5 ร— 104 A= โ‡’ 200 = โ‡’ f3โˆ’ dB = 40 Hz 2 2 โŽ› f โŽž โŽ› 104 โŽž 1+ โŽœ โŽŸ 1+ โŽœ โŽŸ โŽ f3โˆ’ dB โŽ  โŽ f3โˆ’ dB โŽ  Then fT = (5 ร— 104 )(40) โ‡’ fT = 2 MHz 14.17
  • 13. (5 ร— 104 ) f PD = 106 โ‡’ f PD = 20 Hz (25) f 3โˆ’ dB 106 โ‡’ f3โˆ’ dB = 40 kHz Avo 25 Av = โ‡’ Av = f 2 1+ j โŽ› f โŽž f3โˆ’ dB 1+ โŽœ 3 โŽŸ โŽ 40 ร— 10 โŽ  At f = 0.5 f 3โˆ’ dB = 20 kHz 25 Av = = 22.36 1 + (0.5) 2 At f = 2 f 3โˆ’ dB = 80 kHz 25 Av = = 11.18 1 + (2) 2 14.18 (20 ร— 103 ) โ‹… Avf MAX = 106 โ‡’ Avf MAX = 50 14.19 From Equation (14.55), SR 10 ร— 106 F P BW = = 2ฯ€ VP 0 2ฯ€ (10) or F P BW = f max = 159 kHz 14.20 a. Using Equation (14.55), 8 ร— 106 VP 0 = 2ฯ€ (250 ร— 103 ) or VP 0 = 5.09 V b. 1 1 Period T = = = 4 ร— 10โˆ’6 s f 250 ร— 103 One-fourth period = 1 ฮผ s VP 0 Slope = = SR = 8 V/ฮผ s 1ฮผ s โ‡’ VP 0 = 8 V 14.21 For input (a), maximum output is 5 V.
  • 14. S R = 1 V/ฮผs so For input (b), maximum output is 2 V. For input (c), maximum output is 0.5 V so the output is 14.22 For input (a), max v01 = 3 V. Then v02 max = 3(3) = 9 V For input (b), max v01 = 1.5 V.
  • 15. Then v02 max = 3 (1.5 ) = 4.5 V 14.23 f MAX = 20 kHz, SR = 0.8 V / ฮผ s SR 0.8 ร— 106 V po = = โ‡’ V po = 6.37 V 2ฯ€ f MAX 2ฯ€ (20 ร— 103 ) 14.24 โŽ›V โŽž โŽ›V โŽž I1 = I S 1 exp โŽœ BE1 โŽŸ , I 2 = I S 2 exp โŽœ BE 2 โŽŸ โŽ VT โŽ  โŽ VT โŽ  Want I1 = I 2 , so โŽ›V โŽž 5 ร— 10โˆ’14 (1 + x) exp โŽœ BE1 โŽŸ I1 =1= โŽ VT โŽ  I2 โŽ›V โŽž 5 ร— 10โˆ’14 (1 โˆ’ x) exp โŽœ BE 2 โŽŸ โŽ VT โŽ  (1 + x) โŽ› V โˆ’V โŽž = exp โŽœ BE1 BE 2 โŽŸ (1 โˆ’ x) โŽ VT โŽ  Or 1+ x โŽ› V โˆ’ VBE1 โŽž โŽ› VOS โŽž = exp โŽœ BE 2 โŽŸ = exp โŽœ โŽŸ 1โˆ’ x โŽ VT โŽ  โŽ VT โŽ  โŽ› 0.0025 โŽž = exp โŽœ โŽŸ = 1.10 โŽ 0.026 โŽ  Now 1 + x = (1 โˆ’ x )(1.10) โ‡’ x = 0.0476 โ‡’ 4.76% 14.25 From Equation (14.62), โŽ› vCE1 โŽž โŽ› vCE 2 โŽž โŽœ1+ V โŽŸ I โŽœ 1+ V โŽŸ โŽœ AN โŽŸ = S3 โ‹…โŽœ AN โŽŸ โŽœ 1 + vEB โŽŸ I S 4 โŽœ 1 + vEC 4 โŽŸ โŽœ V โŽŸ โŽœ โŽŸ โŽ AP โŽ  โŽ VAP โŽ  For vCE 2 = 0.6 V, then vEC 4 = 5 V. We have vCE1 = 5 V so
  • 16. โŽ› 5 โŽž โŽ› 0.6 โŽž โŽœ 1 + 80 โŽŸ I S 3 โŽœ 1 + 80 โŽŸ โŽœ โŽŸ= โ‹…โŽœ โŽŸ โŽœ 1 + 0.6 โŽŸ I S 4 โŽœ 1 + 5 โŽŸ โŽœ โŽŸ โŽœ โŽŸ โŽ 80 โŽ  โŽ 80 โŽ  or I S 3 (1.0625) 2 = = 1.112 I S 4 (1.0075) 2 So I S 3 = (10โˆ’14 ) (1.112 ) or I S 3 = 1.112 ร— 10โˆ’14 A 14.26 By superposition: R vo (vi ) = โˆ’ 2 โ‹… vi = โˆ’50vi R1 โŽ› R โŽž vo (vos ) = โŽœ 1 + 2 โŽŸ โ‹… vos = 51vos โŽ R1 โŽ  So vo = vo ( vi ) + vo ( vos ) = โˆ’50vi + 51vos For vi = 20 mV and vos + 2.5 mV vo = โˆ’50(0.02) + 51(0.0025) = โˆ’0.8725 V For vi = 20 mV and vos = โˆ’2.5 mV vo = โˆ’50(0.02) + 51(โˆ’0.0025) = โˆ’1.1275 V So โˆ’1.1275 โ‰ค vo โ‰ค โˆ’0.8725 V 14.27 vo = โˆ’50vi = โˆ’50 โŽก ยฑ2.5 mV + sin ฯ‰ t ( mV ) โŽค โŽฃ โŽฆ vo = [ ยฑ0.125 โˆ’ 0.25sin ฯ‰ t ] ( v ) 14.28
  • 17. 0.5 ร— 10โˆ’3 I= = 5 ร— 10โˆ’8 A 104 Also i dV 1 I I = C o โ‡’ Vo = โˆซ Idt = โ‹… t dt C0 C Then 5 ร— 10โˆ’8 5= t โ‡’ t = 103 s 10 ร— 10โˆ’6 14.29 โŽ› 100 โŽž a. | v01 | = 10 โŽœ 1 + โŽŸ or | v01 | = 110 mV โŽ 10 โŽ  Then โŽ› 50 โŽž | v02 | = | v01 | (5) + 10 โŽœ 1 + โŽŸ = (110)(5) + (10)(6) โŽ 10 โŽ  or | v02 | = 610 mV 14.30 v0 due to vI โŽ› 1 โŽž v0 = (0.5) โŽœ1 + โŽŸ = 0.9545 V โŽ 1.1 โŽ  Wiper arm at V + = 10 V, (using superposition) โŽ› R1 || R5 โŽž โŽ› 0.0909 โŽž v1 = โŽœ โŽŸ (10) = โŽœ โŽŸ (10) โŽ R1 || R5 + R4 โŽ  โŽ 0.0909 + 10 โŽ  = 0.090 โŽ› 1โŽž Then v01 = โˆ’ โŽœ โŽŸ (0.090) = โˆ’0.090 โŽ 1โŽ  Wiper arm in center, v1 = 0 and v02 = 0 Wiper arm at V โˆ’ = โˆ’10 V, v1 = โˆ’0.090 So v03 = 0.090 Finally, total output v0 : (from superposition) Wiper arm at V + , v0 = 0.8645 V Wiper arm in center, v0 = 0.9545 V Wiper arm at V โˆ’ ,
  • 18. v0 = 1.0445 V 14.31 a. R1โ€ฒ = R2 = 0.5 || 25 = 0.490 kฮฉ โ€ฒ or R1โ€ฒ = R2 = 490 ฮฉ โ€ฒ b. From Equation (14.75), โŽ› 125 ร— 10โˆ’6 โŽž (0.026) ln โŽœ โˆ’14 โŽŸ + (0.125) R1โ€ฒ โŽ 2 ร— 10 โŽ  โŽ› 125 ร— 10โˆ’6 โŽž = (0.026) ln โŽœ โˆ’14 โŽŸ + (0.125) R2โ€ฒ โŽ 2.2 ร— 10 โŽ  0.586452 + (0.125) R1โ€ฒ = 0.583974 + (0.125) R2 โ€ฒ 0.002478 = (0.125)( R2 โˆ’ R1โ€ฒ) โ€ฒ So R2 โˆ’ R1โ€ฒ = 0.0198 kฮฉ โ‡’ 19.8 ฮฉ โ€ฒ Then R2 (1 โˆ’ x) Rx R ร— Rx โˆ’ 1 = 0.0198 R2 + (1 โˆ’ x) Rx R1 + xRx (0.5)(1 โˆ’ x)(50) (0.5)(50) x โˆ’ = 0.0198 (0.5) + (1 โˆ’ x)(50) (0.5) + x(50) 25(1 โˆ’ x) 25 x โˆ’ = 0.0198 50.5 โˆ’ 50 x 0.5 + 50 x (0.5 + 50 x)(25 โˆ’ 25 x) โˆ’ (25 x)(50.5 โˆ’ 50 x) = 0.0198 (50.5 โˆ’ 50 x )(0.5 + 50 x) 25 {0.5 โˆ’ 0.5 x + 50 x โˆ’ 50 x 2 โˆ’ 50.5 x + 50 x 2 } = 0.0198 {25.25 + 2525 x โˆ’ 25 x โˆ’ 2500 x 2 } 25 {0.5 โˆ’ x} = 0.0198 {25.25 + 2500 x โˆ’ 2500 x 2 } 0.5 โˆ’ x = 0.019998 + 1.98 x โˆ’ 1.98 x 2 1.98 x 2 โˆ’ 2.98 x + 0.48 = 0 2.98 ยฑ (2.98) 2 โˆ’ 4(1.98)(0.48) x= 2(1.98) So x = 0.183 and 1 โˆ’ x = 0.817 14.32 R1โ€ฒ = R1 ||15 = 0.5 ||15 = 0.4839 kฮฉ โ€ฒ R2 = R2 || 35 = 0.5 || 35 = 0.4930 kฮฉ From Equation (14.75), โŽ›i โŽž โŽ›i โŽž (0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ + iC1 R1โ€ฒ = (0.026) ln โŽœ C 2 โŽŸ + iC 2 R2 โ€ฒ โŽ IS3 โŽ  โŽ IS 4 โŽ  โŽ›i โŽž (0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 R2 โˆ’ iC1 R1โ€ฒ โ€ฒ โŽ iC 2 โŽ  โŽ›i โŽž โŽก i Rโ€ฒ โŽค โ€ฒ (0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 R2 โŽข1 โˆ’ C1 โ‹… 1 โŽฅ โŽ iC 2 โŽ  โŽฃ โ€ฒ iC 2 R2 โŽฆ โŽ›i โŽž โŽก โŽ› i โŽžโŽค (0.026) ln โŽœ C1 โŽŸ = iC 2 (0.4930) โŽข1 โˆ’ (0.9815) โŽœ C1 โŽŸ โŽฅ โŽ iC 2 โŽ  โŽฃ โŽ iC 2 โŽ  โŽฆ By trial and error:
  • 19. iC1 = 252 ฮผ A and iC 2 = 248 ฮผ A or iC1 = 1.0155 iC 2 14.33 From Eq. (14.79), we have โŽ› R โŽž vo = I B1 R2 โˆ’ I B 2 R3 โŽœ 1 + 2 โŽŸ โŽ R1 โŽ  I B1 = 1 ฮผ A I B 2 = 2 ฮผ A Setting vo = 0, we have โŽ› 200 โŽž 0 = (10โˆ’6 )( 200 ร— 103 ) โˆ’ ( 2 ร— 10โˆ’6 ) R3 โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  200 ร— 10โˆ’3 R3 = โ‡’ R = 9.09 K ( 2 ร—10โˆ’6 ) (11) 3 14.34 R2 1+ = 80 R1 R1 = 6.329 K V f = vI = 5sin ฯ‰ t ( mV ) I1 + I B = I 2 (a) VI = 0 โ‡’ VX = 0 I 2 = I B VO = (10โˆ’6 )(500 ร— 103 ) โ‡’ vo = 0.50 V VX v โˆ’ VX (b) + IB = o R1 R2 โŽ› 1 1 โŽž v โŽ› 1 1 โŽž VX โŽœ + โŽŸ + I B = 0 โ‡’ vo = R2 โŽœ + โŽŸ vI + I B R2 โŽ R1 R2 โŽ  R1 โŽ R1 R2 โŽ  vo = 80 โŽก5sin ฯ‰ t ( mV ) โŽค + (10โˆ’6 )( 500 ร— 103 ) โŽฃ โŽฆ vo = [ 0.5 + 0.4sin ฯ‰ t ] ( v ) 14.35 a.
  • 20. For I B 2 = 1 ฮผ A, then v0 = โˆ’ (10โˆ’6 )(104 ) or v0 = โˆ’0.010 V b. If a 10 kฮฉ resistor is included in the feedback loop Now v0 = โˆ’ I B 2 (10) + I B1 (10) = 0 Circuit is compensated if I B1 = I B 2 . 14.36 From Equation (14.83), we have v0 = R2 I 0S where R2 = 40 kฮฉ and I 0 S = 3 ฮผ A. Then v0 = ( 40 ร— 103 )( 3 ร— 10โˆ’6 ) or v0 = 0.12 V 14.37 a. Assume all bias currents are in the same direction and into each op-amp. v01 = I B1 (100 kฮฉ ) = (10โˆ’6 )(105 ) โ‡’ v01 = 0.1 V Then v02 = v01 ( โˆ’5 ) + I B1 ( 50 kฮฉ ) = ( 0.1)( โˆ’5 ) + (10โˆ’6 )( 5 ร— 104 ) = โˆ’0.5 + 0.05 or v02 = โˆ’0.45 V b. Connect R3 = 10 ||100 = 9.09 kฮฉ resistor to noninverting terminal of first op-amp, and R3 = 10 || 50 = 8.33 kฮฉ resistor to noninverting terminal of second op-amp.
  • 21. 14.38 a. For a constant current through a capacitor. 1 t v0 = โˆซ I dt C 0 0.1ร— 10โˆ’6 or v0 = โ‹… t โ‡’ v0 = (0.1)t 10โˆ’6 b. At t = 10 s, v0 = 1 V c. Then 100 ร— 10โˆ’12 v0 = โˆ’6 โ‹… t โ‡’ v0 = (10โˆ’4 )t 10 At t = 10 s, v0 = 1 mV 14.39 a. Assume all bias currents are into the op-amp. v01 = I B1 ( 50 kฮฉ ) = (10 ร—10โˆ’6 )( 50 ร—103 ) or v01 = v02 = 0.5 V v03 = ( โˆ’1)( v01 ) + (10 ร— 10โˆ’6 )( 20 ร— 103 ) or v03 = โˆ’0.3 V b. RA = 10 || 50 โ‡’ RA = 8.33 kฮฉ RB = 20 || 20 โ‡’ RB = 10 kฮฉ c. Assume the worst case offset current, that is, I 0 S = I B1 โˆ’ I B 2 or I 0 S = I B 2 โˆ’ I B1 . From Equation (14.83), v01 = R2 I 0 S = ( 50 ร— 103 )( 2 ร— 10โˆ’6 ) or v01 = v02 = 0.1 V v03 = ( โˆ’1) v01 โˆ’ I 0 S R2 = ( โˆ’1)( 0.1) โˆ’ ( 2 ร— 10โˆ’6 )( 20 ร— 103 ) or v03 = โˆ’0.14 V 14.40 a. Using Equation (14.79), Circuit (a), โŽ› 50 โŽž v0 = ( 0.8 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.8 ร—10โˆ’6 )( 25 ร— 103 ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  or v0 = 0 Circuit (b), โŽ› 50 โŽž v0 = ( 0.8 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.8 ร— 10 โˆ’6 )(103 ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  โˆ’2 = 4 ร— 10 โˆ’ 1.6 or v0 = โˆ’1.56 V b. Assume I B1 = 0.7 ฮผ A and I B 2 = 0.9 ฮผ A, then using Equation (14.79): Circuit (a),
  • 22. โŽ› 50 โŽž v0 = ( 0.7 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.9 ร— 10โˆ’6 )( 25 ร— 103 ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.035 โˆ’ 0.045 or v0 = โˆ’0.010 V Circuit (b), โŽ› 50 โŽž v0 = ( 0.7 ร— 10โˆ’6 )( 50 ร— 103 ) โˆ’ ( 0.9 ร— 10โˆ’6 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.035 โˆ’ 1.8 or v0 = โˆ’1.765 V 14.41 a. If R = 0, โŽ› 100 โŽž v0,max = โŽœ1 + โŽŸ V0 S + I B (100 kฮฉ) โŽ 10 โŽ  = (11)(10 ร— 10โˆ’3 ) + (2 ร— 10โˆ’6 )(100 ร— 103 ) v0,max = 0.110 + 0.20 โ‡’ v0,max = 0.310 V b. R = 10.1|| 100 = 9.17 kฮฉ = R 14.42 โŽ› Ri โŽž a. โŽœ โŽŸ (15) = 0.010 V โŽ Ri + R2 โŽ  15 = 0.0006667 15 + R2 15(1 โˆ’ 0.0006667) = 0.0006667 R2 Then R2 = 22.48 Mฮฉ b. R1 = Ri || RF = 15 || 10 โ‡’ R1 = 6 kฮฉ 14.43 a. Assume the offset voltage polarities are such as to produce the worst case values, but the bias currents are in the same direction. Use superposition:
  • 23. Offset voltages โŽ› 100 โŽž | v01 | = โŽœ1 + โŽŸ (10) = 110 mV =| v01 | โŽ 10 โŽ  โŽ› 50 โŽž | v02 | = (5)(110) + โŽœ 1 + โŽŸ (10) โŽ 10 โŽ  โ‡’ | v02 | = 610 mV Bias Currents: v01 = I B (100 kฮฉ) = (2 ร—10โˆ’6 )(100 ร— 103 ) = 0.2 V Then v02 = (โˆ’5)(0.2) + (2 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 ) = โˆ’0.9 V Worst case: v01 is positive and v02 is negative, then v01 = 0.31 V and v02 = โˆ’1.51 V b. Compensation network: If we want โŽ› RB โŽž + + โŽœ โŽŸ V = 20 mV and V = 10 V โŽ RB + RC โŽ  โŽ› 8.33 โŽž โŽœ โŽŸ (10) = 0.020 โŽ 8.33 + RC โŽ  or RC โ‰… 4.15 Mฮฉ 14.44 Assume bias currents are in same direction, but assume polarity of offset voltages are such as to produce the worst case output. a. Let I B1 = 5.5 ฮผ A, I B 2 = 4.5 ฮผ A Bias Current Effects: v01 = I B1 (50 kฮฉ) = 0.275 V โ‡’ v02 = 0.275 V v03 = I B1 (20 kฮฉ) โˆ’ v01 โ‡’ v03 = โˆ’0.165 V Offset Voltage Effects: โŽ› 50 โŽž v01 = (5) โŽœ1 + โŽŸ = 30 mV โ‡’ v02 = 30 mV โŽ 10 โŽ  โŽ› 20 โŽž v03 = โˆ’v01 โˆ’ 5 โŽœ 1 + โŽŸ โ‡’ v03 = โˆ’40 mV โŽ 20 โŽ  Total Effect: v01 = 0.305 V and v02 = 0.305 V v03 = โˆ’0.205 V 14.45 For circuit (a), effect of bias current: v0 = (50 ร— 103 )(100 ร— 10โˆ’9 ) โ‡’ 5 mV Effect of offset voltage
  • 24. โŽ› 50 โŽž v0 = (2) โŽœ1 + โŽŸ = 4 mV โŽ 50 โŽ  So net output voltage is v0 = 9 mV For circuit (b), effect of bias current: Let I B 2 = 550 nA, I B1 = 450 nA, then from Equation (14.79), โŽ› 50 โŽž v0 = (450 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (550 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  โˆ’2 = 2.25 ร— 10 โˆ’ 1.1 or v0 = โˆ’1.0775 V If the offset voltage is negative, then v0 = (โˆ’2)(2) = โˆ’4 mV So the net output voltage is v0 = โˆ’1.0815 V 14.46 a. At T = 25ยฐC, V0 S = 2 mV so the output voltage for each circuit is v0 = 4 mV b. For T = 50ยฐC, the offset voltage for is V0 S = 2 mV + (0.0067)(25) = 2.1675 mV so the output voltage for each circuit is v0 = 4.335 mV 14.47 a. At T = 25ยฐC, V0 S = 1 mV, then โŽ› 50 โŽž v01 = (1) โŽœ 1 + โŽŸ โ‡’ v01 = 6 mV โŽ 10 โŽ  and โŽ› 60 โŽž โŽ› 60 โŽž v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + (1) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  โŽ 20 โŽ  = 6(4) + (1)(4) โ‡’ v02 = 28 mV b. At T = 50ยฐC, V0 S = 1 + (0.0033)(25) = 1.0825 mV, then v01 = (1.0825)(6) โ‡’ v01 = 6.495 mV and v02 = (6.495)(4) + (1.0825)(4) or v02 = 30.31 mV 14.48 25ยฐC; I B = 500 nA, I 0 S = 200 nA 50ยฐC, I B = 500 nA + (8 nA / ยฐC)(25ยฐC) = 700 nA I 0 S = 200 nA + (2 nA / ยฐC)(25ยฐC) = 250 nA a. Circuit (a): For I B , bias current cancellation, v0 = 0 Circuit (b): For I B , Equation (14.79), โŽ› 50 โŽž v0 = (500 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (500 ร— 10 โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.025 โˆ’ 1.00 โ‡’ v0 = โˆ’0.975 V b. Due to offset bias currents. Circuit (a):
  • 25. v0 = (200 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v0 = 0.010 V Circuit (b): Let I B 2 = 600 nA I B1 = 400 nA Then โŽ› 50 โŽž v0 = (400 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (600 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.020 โˆ’ 1.20 โ‡’ v0 = โˆ’1.18 V c. Circuit (a): Due to I B , v = 0 Circuit (b): Due to I B , โŽ› 50 โŽž v0 = (700 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (700 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.035 โˆ’ 1.40 โ‡’ v0 = โˆ’1.365 V Circuit (a): Due to I 0 S , v0 = (250 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v0 = 0.0125 V Circuit (b): Due to I 0 S , Let I B 2 = 825 nA I B1 = 575 nA Then โŽ› 50 โŽž v0 = (575 ร— 10โˆ’9 )(50 ร— 103 ) โˆ’ (825 ร— 10โˆ’9 )(106 ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 50 โŽ  = 0.02875 โˆ’ 1.65 โ‡’ v0 = โˆ’1.62 V 14.49 25ยฐC; I B = 2 ฮผ A, I 0 S = 0.2 ฮผ A 50ยฐC, I B = 2 ฮผ A + (0.020 ฮผ A / ยฐC)(25ยฐC ) = 2.5 ฮผ A I 0 S = 0.2 ฮผ A + (0.005 ฮผ A / ยฐC)(25ยฐC) = 0.325 ฮผ A a. Due to I B : (Assume bias currents into op-amp). v01 = I B (50 kฮฉ) = (2 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v01 = 0.10 V โŽ› 60 โŽž โŽ› 60 โŽž v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B (60 kฮฉ) โˆ’ I B (50 kฮฉ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  โŽ 20 โŽ  โˆ’6 โˆ’6 = (0.1)(4) + (2 ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (2 ร— 10 )(60 ร— 103 )4 3 or v02 = 0.12 V b. Due to I 0 S : 1st op-amp. Let I B1 = 2.1 ฮผ A 2nd op-amp. Let I B1 = 2.1 ฮผ A I B 2 = 1.9 ฮผ A v01 = I B1 (50 kฮฉ) = (2.1ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v01 = 0.105 V โŽ› 60 โŽž โŽ› 60 โŽž v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B1 (60 kฮฉ) โˆ’ I B 2 (50 kฮฉ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  โŽ 20 โŽ  = (0.105)(4) + (2.1ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (1.9 ร— 10 โˆ’6 )(50 ร— 103 )(4) โˆ’6 3 or v02 = 0.166 V c. Due to I B :
  • 26. v01 = (2.5 ร— 10 โˆ’6 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v01 = 0.125 V โŽ› 60 โŽž โŽ› 60 โŽž v01 = v02 โŽœ 1 + โŽŸ + I B (60 kฮฉ) โˆ’ I B (50 kฮฉ) โŽœ1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  โŽ 20 โŽ  โˆ’6 = (0.125)(4) + (2.5 ร— 10 )(60 ร— 10 ) โˆ’ (2.5 ร— 106 )(50 ร— 103 (4) 3 or v02 = 0.15 V Due to I 0 S : Let I B1 = 2.625 ฮผ A I B 2 = 2.3375 ฮผ A v01 = I B1 (50 kฮฉ) = (2.6625 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 ) โ‡’ v01 = 1.133 V โŽ› 60 โŽž โŽ› 60 โŽž v02 = v01 โŽœ 1 + โŽŸ + I B1 (60 kฮฉ) โˆ’ I B 2 (50 kฮฉ) โŽœ 1 + โŽŸ โŽ 20 โŽ  โŽ 20 โŽ  = (0.133)(4) + (2.6625 ร— 10โˆ’6 )(60 ร— 103 ) โˆ’ (2.3375 ร— 10โˆ’6 )(50 ร— 103 )(4) or v02 = 0.224 V 14.50 โŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž vB = โŽœ โŽŸ vI 1 and v0 (vI 2 ) = vB โŽœ 1 + โŽŸ โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  or โŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž v0 (vI 2 ) = โŽœ โŽŸ โŽœ 1 + โŽŸ vI 2 โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  or vI 1 . R2 v0 (vI 1 ) = โˆ’ โ‹… vI R1 Then โŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž R2 v0 = โŽœ โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ vI 2 โˆ’ โ‹… vI 1 โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  R1 V V we can write vI 2 = vcm + d and vI 1 = Vcm โˆ’ d โ‹… Then 2 2 โŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž โŽ› Vd โŽž R2 โŽ› Vd โŽž v0 = โŽœ โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ โŽœ Vcm + โŽŸ โˆ’ โ‹… โŽœ Vcm โˆ’ โŽŸ โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  โŽ 2 โŽ  R1 โŽ 2โŽ  Common-mode gain v โŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2 Acm = 0 = โŽœ โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ โˆ’ Vcm โŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  R1
  • 27. Differential mode gain v 1 โŽกโŽ› R4 โŽžโŽ› R2 โŽž R2 โŽค Ad = 0 = โŽขโŽœ โŽŸโŽœ 1 + โŽŸ + โŽฅ Vd 2 โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  R1 โŽฆ Then A CM RR = d Acm 1 โŽกโŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2 โŽค โ‹… โŽขโŽœ โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ + โŽฅ 2 โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  R1 โŽฆ = โŽกโŽ› R4 โŽž โŽ› R2 โŽž R2 โŽค โŽขโŽœ โŽŸ โŽœ1 + โŽŸ โˆ’ โŽฅ โŽฃโŽ R3 + R4 โŽ  โŽ R1 โŽ  R1 โŽฆ โŽก โŽค โŽข โŽฅ 1 โŽข R4 1 โŽ› R2 โŽž R2 โŽฅ โ‹… โ‹… โ‹… โŽœ1 + โŽŸ + 2 โŽข R3 โŽ› R4 โŽž โŽ R1 โŽ  R1 โŽฅ โŽข โŽœ 1+ โŽŸ โŽฅ โŽข โŽฃ โŽ R3 โŽ  โŽฅ โŽฆ CM RR = R4 1 โŽ› R2 โŽž R2 โ‹… โ‹… โŽœ1 + โŽŸ โˆ’ R3 โŽ› R4 โŽž โŽ R1 โŽ  R1 โŽœ1 + โŽŸ โŽ R3 โŽ  Minimum CMRR โ‡’ Maximum denominator R R โ‡’ maximum 4 and minimum 2 . Then R3 R1 R4 (1.02)(50) = = 5.204 R3 (0.98)(10) R2 (0.98)(50) = = 4.804 R1 (1.02)(10) Then 1 โŽก 5.204 โŽค โ‹… (5.804) + (4.804) โŽฅ 2 โŽข 6.204 CMRR = โŽฃ โŽฆ โŽก 5.204 โŽค โŽข 6.204 โ‹… (5.804) โˆ’ (4.804) โŽฅ โŽฃ โŽฆ 1 โ‹… (9.6725) = 2 (0.06447) CMRR = 75.0 โ‡’ CMRRdB = 20 log10 (75.0) โ‡’ CMRRdB = 37.5 dB 14.51 Use the results of Problem 14.50: R 1 + x โŽ› 50 โŽž Let 4 = โ‹… โŽœ โŽŸ โ‰ˆ (1 + 2 x)(5) R3 1 โˆ’ x โŽ 10 โŽ  R 1 โˆ’ x โŽ› 50 โŽž Let 2 = โ‹… โŽœ โŽŸ โ‰ˆ (1 โˆ’ 2 x)(5) R1 1 + x โŽ 10 โŽ  Then
  • 28. 1 โŽก (1 + 2 x ) 5 โŽค โŽข โ‹… ( 6 โˆ’ 10 x ) + (1 โˆ’ 2 x )( 5 ) โŽฅ 2 โŽฃ 6 + 10 x โŽฆ CMRR = โŽก (1 + 2 x ) 5 โŽค โŽข โ‹… ( 6 โˆ’ 10 x ) โˆ’ (1 โˆ’ 2 x )( 5 ) โŽฅ โŽฃ 6 + 10 x โŽฆ 1 โŽก30 + 10 x โˆ’ 100 x + 30 โˆ’ 10 x โˆ’ 100 x 2 โŽค โŽฃ 2 โŽฆ = 2 โŽก30 + 10 x โˆ’ 100 x โˆ’ ( 30 โˆ’ 10 x โˆ’ 100 x ) โŽค 2 2 โŽฃ โŽฆ 1 โ‹… [60 โˆ’ 200 x 2 ] 2 30 โˆ’ 100 x 2 = = 20 x 20 x a. For CMRRdB = 90 dB โ‡’ CMRR = 31, 623 x will be small, neglect the x 2 term. Then 30 20 x = โ‡’ x = 0.0000474 = 0.00474% 31, 623 b. For CMRRdB = 60 dB โ‡’ CMRR = 1000. Then 30 20 x = โ‡’ x = 0.0015 = 0.15% 1000