电子技术
模拟电路部分
第四章
差动放大器与集成运算放大器
第四章差动放大器与
集成运算放大器
§4.1 差动放大电路
§4.2 集成运放的内部结构及特点§4.3 集成运放的主要性能指标
u i
R C 1R 1T 1
§4.1 差动放大电路
增加R 2、R E 2:用于设置合适的Q 点。
问题1 :前后级Q 点相互影响。
+U CC
u o
R C 2
T 2R 2
R E 2
4.1.1 直接耦合电路的特殊问题
问题2 :零点漂移。
前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得
当u
i 等于零时，u
o
不等于零。
u i
R
C1
R
1
T1
+U
CC
u
o
R
C2
T2
R
2
R
E2
u o
t
有时会将
信号淹没
一、结构
特点：结构对称。
4.1.2 基本型差动放大器
u i 1
u i 2
u o
R C
R 1T 1
R B
R C
R 1T 2
R B
二、抑制零漂的原理
u o = U C 1 -U C 2= 0u o = (U C 1 + ?u C 1 ) -(U C 2 + ?u C 2 ) = 0
当u i 1= u i 2=0 时：当温度变化时：
+U CC
u o
u i 1
R C R 1T 1
R B
R C
R 1T 2
R B
u i 2
三、共模电压放大倍数A C
+U CC
u o
u i 1
R C R 1T 1
R B
R C
R 1T 2
R B
u i 2
共模输入信号：u i 1 = u i 2 = u C （大小相等，极性相同）
理想情况：u i 1 = u i 2 →u C 1 = u C 2 →u o = 0 共模电压放大倍数：
（很小，<1)
但因两侧不完全对称，u o ≠0o
C u A =
u o
u i 1
R C R 1T 1
R B
R C
R 1T 2
R B
u i 2
四、差模电压放
大倍数A d
差模输入信号：u i 1 =-u i 2 =u d （大小相等，极性相反）
(很大，>1)
设u C 1=U C 1+?u C 1，u C 2=U C 2+?u C 2。因u i 1 = -u i 2，→?u C 1 =-?u C 2
→u o = u C 1 -u C 2= ?u C 1-?u C 2 = 2?u C 1
差模电压放大倍数：
o
o C u u A =
=+U CC
五、共模抑制比(CMRR)的定义
例:
A d =-200A c =0.1
K CMRR =20 lg |(-200)/0.1|=66 dB
CMRR —Common Mode Rejection Ratio
K CMRR =
K CMRR (dB) =(分贝)
c
d A A c
d
A A log
20
一、结构
为了使左右平衡，可设置调零电位器:
4.1.3 双电源长尾式差放
特点：加入射极电阻R E ；加入负电源-U EE ，
采用正负双电源供电。u o
u i 1
+U CC
R C
T 1
R B
R C
T 2
R B
u i 2
R E –U EE
双电源的作用：
（1）使信号变化幅度加大。
（2）I
B1、I
B2
由负电源-U
EE
提供。
u
o
u i1
+U CC
R
C
T1
R
B
R
C
T2
R
B
u
i2
R E
–U
EE
二、静态分析
温度T I C I E = 2I C U E
U BE
I B
I C
1. R E 的作用设u i 1= u i 2= 0
自动稳定
R E 具有强负反馈作用
——抑制温度漂移，稳定静态工作点。
u o
u i 1+U CC
R C
T 1
R B
R C T 2
R B
u i 2
R E –U EE
2. Q 点的计算
直流通路
u o
u i 1
+U CC
R C
T 1
R B
R C
T 2
R B
u i 2
R E –U EE
I B
I C 1I C 2
I B
I E
I C 1= I C 2= I C = βI B
U C 1= U C 2=U CC －I C ×R C
U E 1= U E 2=－I B ×R B －U BE U CE 1= U CE 2= U C 1－U E 1
E
B BE
EE B
R R U U I )1(2β++-=
三、动态分析
1. 输入信号分类
(1)差模(differential mode)输入
u i 1 = -u i 2= u d
(2)共模( c ommon mode)输入
u i 1= u i 2 = u C
差模电压放大倍数:d
od
d U U A =
共模电压放大倍数: c
oc
c U U A =
结论：任意输入的信号: u i 1 ,u i 2 ，都可分解成
差模分量和共模分量。
注意：u i 1= u C + u d ；u i 2 = u C -u d 例: u i 1= 20 mV ,u i 2 = 10 mV 则：u d = 5mV , u c = 15mV
差模分量:22
1i i d u u u -=
共模分量:2
2
1i i c u u u +=
(一) 差模输入
均压器d
i i u u u ==21
1d
i i u u u -=-=2
1
2R
R
u o
u i
+U CC
R C T 1
R B
R C
T 2R B
R E
–U EE
R E 对差模信号作用
u i1 u i2
i b1,i c1
i b2,i c2
i c1
= -i c2i
RE
=i e1+i e2= 0
u RE= 0R
E
对差模信号不起作用
R
R
u
o
u
i
+U CC
R
C
T1
R
B
R
C
T2
R
B
R E
–U
EE
i b2
i b1
i c2
i c1
i RE
差模信号通路
T 1单边微变等效电路
u od 1
R B B 1E
C 1
R C
i b 1
u i 1
r be 1
i b 1
R R
u o u i 1
R C
T 1
R B
R C T 2
R B i b 2i b 1
i c 2
i c 1u i 2
u od 1
u od 2E
1. 放大倍数
1
1
1i od d u u A =
单边差模放大倍数:1
1111)
(be B C
be B b C
b d r R R r R i R i A +-
=+?-
=ββ2
1d d A A =u od 1
R B B 1E
C 1
R C
βi b 1
u i 1
r be 1
i b 1
2
12
21121d d i
i d i d i od od d A A u u A u A u u u A ==-=-=若差动电路带负载R L (接在C 1 与C 2 之间), 对于差
动信号而言，R L 中点电位为0, 所以放大倍数：
21)
21
(L C d d d R //R A A A ?-
===β即：总的差动电压放大倍数为：
差模电压放大倍数:
i
od
d u u A =
R R
u od u i 1
R C T 1
R B R C T 2
R B i b 2i b 1
i c 2
i c 1u i 2
u od 1
u od 2E
科目:模拟电子技术 题型:填空题 章节:第四章集成运算放大电路 难度:全部 ----------------------------------------------------------------------- 1. 工作在线性区的理想集成运放电路有两条重要结论：第一条是U+=U-；第二条是 I- =0 I+= 0 。 2. 工作在线性区的理想集成运放电路有两条重要结论：第一条是 U+=U- ；第二条是I- =0 I+ = 0。 3. 理想集成运放的输入电阻为∞。 4. 理想集成运放的输出电阻为 0 。 5. 理想集成运放的开环差模放大倍数为∞。 6. 理想集成运放的共模抑制比为∞。 7. 集成运放内部是一个具有高放大倍数的直接耦合的放大电路。 8. 集成运放有两个输入端，一个叫反相输入端，另一个叫同相输入端。 9. 集成运放有两个输入端，一个叫同相输入端，另一个叫反相输入端。 科目:模拟电子技术 题型:选择题 章节:第四章集成运算放大电路 难度:全部 ----------------------------------------------------------------------- 1. 集成运放电路采用直接耦合方式是因为 C 。 A．可获得很大的放大倍数 B. 可使温漂小C．集成工艺难于制造大容量电容 2. 通用型集成运放适用于放大B(3MHz以上叫高频) 。 A．高频信号 B. 低频信号 C. 任何频率信号 3. 集成运放制造工艺使得同类半导体管的 C 。 A. 指标参数准确 B. 参数不受温度影响C．参 数一致性好 4. 集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以 A 。 A．减小温漂 B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻 5. 为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用 A 。 A．共射放大电路 B. 共集放大电路 C．共基放大电路 6. 下列对理想运放参数，表述正确的是：（ C ） A、开环电压增益A vo=0 B、输入电阻r i=0 C、开环带宽BW=∞ D、输出电阻r o=∞
第四章集成运算放大器 运算放大器简称运放，它是一种高增益直流放大器，因最初用于模拟计算机中进行各种数学运算而得名。如果将整个运算放大器制在一小块硅片上，就成了集成运算放大器。 集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点，在电子技术中的应用非常广泛。 §4-1 集成运放的组成与性能 一、集成运算放大器的组成 1.集成运放的基本组成及各组成部分的特点和作用 a.集成运放的组成方框图如图4-1(a)所示。 b.各组成部分的特点和作用： (1)输入级一般采用差动放大电路，其特点是输入阻抗高、零漂小、抗共模干扰信号的能力强。 (2)中间级一般由共发射极放大电路构成，其主要作用是进行高增益的电压放大。 (3)输出级一般由互补对称电路或射极跟随器构成，其特点是输出阻抗低、带负载的能力强、能够输出足够大的电压与电流。 (4)偏臵电路一般由各种恒流源电路构成，其作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏臵电流，决定各级的静态工作点。 (5)为防止输入信号过大或输出端短路，在集成运放中还设臵有过电流保护电路。 2.集成运放的电路符号 a.集成运放的电路符号如图4-1(b)所示。箭头所指方向是信号的正向传输方向;“∞”表示放大倍数很
大;它有两个输入端，一个是同相输入端、一个是反相输入端，输出端的电压相位与同相输入端的相同。 b.在集成运放的电路符号中，一般没有将正、负电源的连接端以及调零端、相位补偿端画出来。但在实际电路中这些端子都是非常重要的。 c.在应用集成运放时，重要的是掌握它各个管脚的用途及它的主要性能指标，至于它内部电路的结构如何，可以不去关注。 3.集成运放的分类：常用的集成运放有通用型、低功耗型、高精度型、高输入阻抗型、高速型、宽带型和高压型等。各种集成运放的性能详见教材的附录四。 二、集成运算放大器的主要性能指标 为了正确挑选和使用集成运放，需对集成运放的主要性能指标有所了解。 1.输入失调电压U IO： a.理想集成运放无失调，实际集成运放存在失调现象（即输入的零时，输出不为零）。 b.输入失调电压U IO的定义：为了使集成运放的输出电压为零，而加在其输入端的直流补偿电压（输入这个直流补偿电压后，输出电压将为零），叫做集成运放的输入失调电压U IO。（U IO ＝U os/A ud，U os是输入电压为零时的输出电压，A ud为集成运放的电压增益。） c. U IO的大小反映了差动输入级的对称程度，U IO越大，集成运放的对称性越差。 2.输入失调电流I IO： a. I IO就是无输入信号时，两个输入端的静态电流I＋与I－之差，即I IO＝I＋－I－。 b. I IO是由差动输入级两个晶体管的β值不一致而引起的。 3.开环电压增益A ud： a.定义：运放开环运用（无外接反馈电路）时 。
第四章集成运算放大器的应用 §4-1 集成运放的主要参数和工作点 1、理想集成运放的开环差模电压放大倍数为Aud=∞，共模抑制比为 K CMR= ∞，开环差模输入电阻为ri= ∞，差模输出电阻为r0=0 ，频带宽度为Fbw=∞。 2、集成运放根据用途不同，可分为通用型、高输入阻抗型、高精度型和低功耗型等。 3、集成运放的应用主要分为线性区和非线性区在分析电路工作原理时，都可以当作理想运放对待。 4、集成运放在线性应用时工作在负反馈状态，这时输出电压与差模输入电压满足关系；在非线性应用时工作在开环或正反馈状态，这时输出电压只有两种情况； +U0m 或-U0m 。 5、理想集成运放工作在线性区的两个特点：（1）up=uN ，净输入电压为零这一特性成为虚短， （2）ip=iN，净输入电流为零这一特性称为虚断。 6、在图4-1-1理想运放中，设Ui=25v,R=1.5KΩ，U0=-0.67V,则流过二极管的电流为10 mA ，二极管正向压降为0.67 v。
7、在图4-1-2所示电路中，集成运放是理想的，稳压管的稳压值为7.5V，Rf=2R1则U0= -15 V。 二、判断题 1、反相输入比例运算放大器是电压串联负反馈。（×） 2、同相输入比例运算放大器是电压并联正反馈。（×） 3、同相输入比例运算放大器的闭环电压放大倍数一定大于或等于1。（√） 4、电压比较器“虚断”的概念不再成立，“虚短”的概念依然成立。（√） 5、理想集成运放线性应用时，其输入端存在着“虚断”和“虚短”的特点。（√） 6、反相输入比例运算器中，当Rf=R1，它就成了跟随器。（×） 7、同相输入比例运算器中，当Rf=∞，R1=0，它就成了跟随器。（×） 三、选择题 1、反比例运算电路的反馈类型是（B ）。 A.电压串联负反馈 B.电压并联负反馈 C.电流串联负反馈 2、通向比例运算电路的反馈类型是（A ）。 A.电压串联负反馈 B.电压并联负反馈 C.电压串联正反馈 3、在图4-1-3所示电路中，设集成运放是理想的，则电路存在如下关系（B ）。 A.uN=0 B.un=ui C.up=ui-i1R2
电子电路基础习题册答案（第三版）全国中等职业技术第四章集成运算 放大器 2012-01-22 14:15:52| 分类：电子电路习题交流| 标签：|字号大中小订阅全国中等职业技术（电子类）专业通用教材、第四章一、二、三、四、五节习题答案 第四章集成运算放大器的应用 §4-1 集成运放的主要参数和工作点 1、理想集成运放的开环差模电压放大倍数为Aud=∞，共模抑制比为K CMR= ∞，开环差模输 入电阻为ri= ∞，差模输出电阻为r0=0 ，频带宽度为Fbw=∞。 2、集成运放根据用途不同，可分为通用型、高输入阻抗型、高精度型和低功 耗型等。 3、集成运放的应用主要分为线性区和非线性区在分析电路工作原理时，都可以当作理想运 放对待。 4、集成运放在线性应用时工作在负反馈状态，这时输出电压与差模输入电压满足关系；在 非线性应用时工作在开环或正反馈状态，这时输出电压只有两种情况； +U0m 或-U0m 。 5、理想集成运放工作在线性区的两个特点：（1）up=uN ，净输入电压为零这一特性成为虚短， （2）ip=iN，净输入电流为零这一特性称为虚断。 6、在图4-1-1理想运放中，设Ui=25v,R=1.5KΩ，U0=-0.67V,则流过二极管的电流为10 mA ，二极 管正向压降为0.67 v。 7、在图4-1-2所示电路中，集成运放是理想的，稳压管的稳压值为7.5V，Rf=2R1则U0= -15 V。
二、判断题 1、反相输入比例运算放大器是电压串联负反馈。（×） 2、同相输入比例运算放大器是电压并联正反馈。（×） 3、同相输入比例运算放大器的闭环电压放大倍数一定大于或等于1。（√） 4、电压比较器“虚断”的概念不再成立，“虚短”的概念依然成立。（√） 5、理想集成运放线性应用时，其输入端存在着“虚断”和“虚短”的特点。（√） 6、反相输入比例运算器中，当Rf=R1，它就成了跟随器。（×） 7、同相输入比例运算器中，当Rf=∞，R1=0，它就成了跟随器。（×） 三、选择题 1、反比例运算电路的反馈类型是（B ）。 A.电压串联负反馈 B.电压并联负反馈 C.电流串联负反馈 2、通向比例运算电路的反馈类型是（A ）。 A.电压串联负反馈 B.电压并联负反馈 C.电压串联正反馈 3、在图4-1-3所示电路中，设集成运放是理想的，则电路存在如下关系（B ）。 A.uN=0 B.un=ui C.up=ui-i1R2 4、图4-1-4所示的集成运算放大电路中，输出电压u0等于（A ）。 A.3ui B.-2ui C.-3ui D.2ui 5、图4-1-5所示的集成运算放大电路中，输出电压u0等于（B ）。 A.-ui B. ui C.3ui D.-2ui
第4章集成运算放大器 本章要求：1．了解集成运算放大电路的组成与特点。 2．熟悉运算放大器的图形符号和工作特点。 3．掌握运算放大器闭环和开环状态下的分析方法。 4．熟悉单门限比较器、双门限比较器的组成和工作原理。本章重点：集成运放的符号、特点及其分析方法。 本章难点：集成运放的线性和非线性应用。 教学时数：4学时 教学方法：自学+多媒体教学 4.1 集成运算放大器简介 一、集成运算放大器的组成 1、输入级：输入电阻高，能减 小零点漂移和抑制干扰信号，都采用 带恒流源的差放。 2、中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。 3、输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 4、偏置电路：向集成运放内部各级电路提供即合适又稳定的静态工作点电流，一般由各种电流源电路构成。 二、集成运放电路的图形符号及外形教学方法说明 导入新课： 利用多媒体演示实际生产生活中集成运算放大器的外形和应用实例。 在讲集成运放的符号时，注意提醒学生旧的或国外的其他画法，如三
三、集成运放的理想化条件 1、开环电压放大倍数趋于无穷，A uo? ￥ 。 2、差模输入电阻趋于无穷，r id ? ￥。 3、开环输出电阻趋于0，r o? 0 。 4、共模抑制比趋于无穷，K CMR? ￥ 。 三、理想运放的两个重要结论 1、虚短----净输入电压u p－u N=0，即u p=u N 。 2、虚断----两个输入端的输入电流为零，即i p=i N=0。小结： 1、集成运算放大电路的组成及各部分电路的作用。 2、集成运算放大电路的图形符号及含义。 3、集成运算放大电路的理想化条件。 4、虚断和虚短。 布置作业：看书角形画法。注意讲 清符号中各个部分的含义。 对于理想运放的“虚断”和“虚短”，要说清物理含义，阐明来龙去脉。
第四章 集成运算放大电路 自 测 题 一、选择合适答案填入空内。 （1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为 。 A ．可获得很大的放大倍数 B . 可使温漂小 C ．集成工艺难于制造大容量电容 （2）通用型集成运放适用于放大 。 A ．高频信号 B . 低频信号 C . 任何频率信号 （3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的 。 A . 指标参数准确 B . 参数不受温度影响 C ．参数一致性好 （4）集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以 。 A ．减小温漂 B . 增大放大倍数 C . 提高输入电阻 （5）为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用 。 A ．共射放大电路 B . 共集放大电路 C ．共基放大电路 解：（1）C （2）B （3）C （4）A （5）A 二、判断下列说法是否正确，用“√”或“×”表示判断结果填入括号内。 （1）运放的输入失调电压U I O 是两输入端电位之差。( ) （2）运放的输入失调电流I I O 是两端电流之差。( ) （3）运放的共模抑制比c d CMR A A K ( ) （4）有源负载可以增大放大电路的输出电流。( ) （5）在输入信号作用时，偏置电路改变了各放大管的动态电流。( ) 解：（1）× （2）√ （3）√ （4）√ （5）×
三、电路如图T4.3所示，已知β1=β2=β3=100。各管的 U B E 均为0.7V ， 试求I C 2的值。 图T4.3 解：分析估算如下： 100BE1 BE2CC =--= R U U V I R μ A β C C B1C0B2C0E1 E2C C1C0I I I I I I I I I I I I R + =+=+==== 1001C =≈?+=R R I I I β β μ A 四、电路如图T4.4所示。 图T4.4
第4章集成运算放大器 本章要求:1.了解集成运算放大电路得组成与特点。 2.熟悉运算放大器得图形符号与工作特点。 3.掌握运算放大器闭环与开环状态下得分析方法。 4.熟悉单门限比较器、双门限比较器得组成与工作原理。本章重点: 集成运放得符号、特点及其分析方法。 本章难点:集成运放得线性与非线性应用。 教学时数:4学时 教学方法:自学+多媒体教学 4、1 集成运算放大器简介 一、集成运算放大器得组成 1、输入级:输入电阻高,能减小零点漂移与抑制干扰信号,都采用带恒流源得差放。 2、中间级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源得共发射极放大电路构成。 3、输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。 4、偏置电路:向集成运放内部各级电路提供即合适又稳定得静态工作点电流,一般由各种电流源电路构成。 二、集成运放电路得图形符号及外形 三、集成运放得理想化条件 1、开环电压放大倍数趋于无穷,A uo→∞。 2、差模输入电阻趋于无穷, r id →∞。 3、开环输出电阻趋于0, r o→ 0 。 4、共模抑制比趋于无穷, K CMR→∞。 三、理想运放得两个重要结论 1、虚短----净输入电压u p－u N=0,即u p=u N 。 2、虚断----两个输入端得输入电流为零,即i p=i N=0。 小结: 1、集成运算放大电路得组成及各部分电路得作用。 2、集成运算放大电路得图形符号及含义。 3、集成运算放大电路得理想化条件。 4、虚断与虚短。 布置作业:瞧书 4、2 集成运放得线性应用教学方法说明 导入新课: 利用多媒体演示实际生产生活中集成运算放大器得外形与应用实例。 在讲集成运放得符号时,注意提醒学生旧得或国外得其她画法,如三角形画法。注意讲清符号中各个部分得含义。 对于理想运放得“虚断”与“虚短”,要说清物理含义,阐明来龙去脉。 复习虚短与虚断得特点。 引导学生自行推出反相比例运算得特点。 引导学生根据反相比例运算电路得推导过程,来推出同相比例运算得输出与输入得关系及电路特点。 复习基尔霍夫定律。 学生自行分析输出与输入得关系。 复习叠加原理得解题方法。 教师引导
第四章集成电路运算放大器 本章内容简介 (一) 目标：集成元器件，构成特定功能的电子线路 (二) 侧重点不同：区别于单元电路，研究对象为高开环电压放大倍数的多级直接耦合 放大电路 (三)主要内容 ?组成集成运放的基本单元电路； ?典型集成运放电路以及集成运放的主要指标参数； ?几种专用型集成运放。 (四)学习目标 ?了解电流源的构成、恒流特性及其在放大电路中的作用。 ?正确理解直接耦合放大电路中零点漂移（简称零漂）产生的原因，以及有关指 标。 ?熟练掌握差模信号、共模信号、差模增益、共模增益和共模抑制比的基本概念。 ?熟练掌握差分放大电路的组成、工作原理以及抑制零点漂移的原理。 ?熟练掌握差分放大电路的静态工作点和动态指标的计算，以及输出输入相位关 系。 ?了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。（选讲内容） ?了解集成运放主要参数的定义，以及它们对运放性能的影响。（选讲内容） (五)参考资料说明 ?清华大学童诗白主编《模拟电子技术基础》有关章节 ?高文焕、刘润生编《电子线路基础》 ?王远编《模拟电子技术基础学习指导书》 ?陈大钦编《模拟电子技术基础问答、例题、试题》
4.1 集成运放中的电流源 主要内容: 本节主要定义了电流源电路并做了分类。 基本要求： 正确理解电流源的定义及种类。 教学要点： 1.镜象电流源 (1). 电路组成：镜象电流源是由三级管电流源演变而来的，如图1所示。 （2）电流估算 由于两管的V BE相同，所以它们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即T2的集电极电流为 当β>>1时 当R和V CC确定后，基准电流I REF也就确定了，I C2也随之而定。由于Ic2≈I REF, 我们把I REF看作是I C2的镜象，所以这种电流源称为镜象电流源。 （3）提高镜象精度 在图1中，当β不够大时，I C2与I REF就存在一定的差别。为了减小镜象差别，在电路中接入BJT T3，称为带缓冲级的镜象电流源。如下图所示。 该电路利用T3的电流放大作用，减小了I B对I REF的分流作用，从而提高了I C2与I REF镜象的精度。 原镜象电流源电路中，对I REF 的分流为2I B 带缓冲级的镜象电流源电路中，对I REF 的分流为2I B/β3, 比原来小。 2．微电流源 镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小I C2的