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第4章集成运算放大器的结构及特性

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第4章-掌握集成运算放大器ppt课件(全)全篇

第4章-掌握集成运算放大器ppt课件(全)全篇

2 B
B1 B2
☆ 输入偏置电流IB是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志
4.1.3 集成运放大器的主要参数
1. 输入误差特性
➢ 输入失调电流IOS
定义：零输入时，两输入偏置电流IB1、IB2之差称为输入失调电流， 即IOS =|IB1IB2|。
IOS反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望IOS越小越好。 普通运放的IOS约为1nA0.1A。
✓UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；
✓输入偏置电流 IIB = 0； ✓- 3 dB 带宽 fH = ∞ ，等等
4.1.4 集成运放的理想化模型
2. 理想运放的工作特性
理想运放的电压传输特性如图10-5所示。它分为线性区和非线
性区。
➢线性区
当理想运放工作于线性区时，VO=Ad(VPVN)， 而Ad，因此VP VN) =0、VP=VN，又由输入电阻 Rid可知，流进运放同相输入端和反相输入端的
uO
+UOP
P
理想特 性
电流IP、IN为IP = IN =0；可见，当理想运放工作于线 性区时，同相输入端与反相输入端的电位相等，流 进同相输入端和反相输入端的电流为0。 IP = IN =0就 是VP和VN两个电位点短路，但是由于没有电流， 所以称为虚短路，简称虚短；而IP = IN =0表示流过 电流IP 、 IN的电路断开了，但是实际上没有断开， 所以称为虚断路，简称虚断。
4.1.3 集成运放大器的主要参数
2. 开环差模特性参数
➢-3dB带宽
定义：输入正弦小信号时， Aod是频率的函数，随着频率的增 加而下降。当下降3dB时所对应的信号频率称为-3dB带宽。一般运 放的-3dB带宽为几Hz几kHz，宽带运放可达到几MHz。

电子技术基础(恩施职业技术学院第4章 集成运算放大器的应用

电子技术基础(恩施职业技术学院第4章 集成运算放大器的应用
Auf 1
－ ui +
∞
+ uo
电压跟随器
Δ
，这时输出电压跟随输入电
压作相同的变化，称为电压跟随器。
例 在图示电路中，已知R1=100kΩ， Rf=200kΩ ，ui=1V，求输 出电压uo，并说明输入级的作用。
Rf － ui +
∞
+ R1 uo1 R2 － +
解 输入级为电压跟随器，由于是电压串联负反馈，因 而具有极高的输入电阻，起到减轻信号源负担的作用。且 u o1 u i 1 V ，作为第二级的输入。 第二级为反相输入比例运算电路，因而其输出电压为： Rf 200 uo u o1 1 2 (V) R1 100

学习要点
第4章 集成运算放大器的应用
模拟运算电路 4.2 信号处理电路 4.3 波形发生电路 4.4 使用运算放大器 应注意的几个问题
4.1
4.1 模拟运算电路
4.1.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条 分析依据可知：i1 i f ，u u 0 而
4.1.2 加法和减法运算电路
1、加法运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析依据可知：
i f i1 i 2
i1
u i1 ui2 uo i i ，2 ，f R1 R2 RF RF RF u o ( u i1 ui2 ) R1 R2
－ +
∞
+ uo
输入电阻为：
u i R1i1 ri R1 100 k i1 i1
平衡电阻为：
R 2 R1 // R f1 R f2 // R f3 100 //200 50 // 1 66.8 k

电子技术基础-第4章

电子技术基础-第4章

整理得 uO1R Rf 13uI1uI2
图4-18 同相加法运算电路
28
【例4-1】 电路如图4-19所示。设A为理想集成运放， R1=10kΩ，Rf=100kΩ。试求：输出电压uO与输入电压uI之 间的关系，并说明该电路实现了什么运算功能。
解 根据理想集成运放的两条结论，利用“虚短”和“虚断” 的概念，有：uN=up=uI， iI=0
（ a）
（ b）
（ c）
非线性集成电路
3
（ d）
（ e）
（a）为圆壳式
（b）为双列直插式 （c）为扁平式 （d）为单列直插式 （e）为菱形式
（ a）
（ b）
（ c）
（ d）
（ e）
4
4.1 直接耦合放大电路
两级直接耦合放大电路如图4-1所示
图4 –1 两级直接耦合放大器电路
5
4.1.1 直接耦合放大器和组成及其零点漂移现 象
③输出级 输出级具有输出电压线性范围宽，输出电阻小（即带负载 能力强），非线性失真小等优点。多采用互补对称发射极输 出电路。
17
Байду номын сангаас
④偏置电路 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与 分立元件不同，集成运放多采用电流源电路为各级提供合适 的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合 适的静态工作点。 集成运放的电路符号如图4-10所示。图(a)为国外常用符号， 图(b)为我国常用符号。
19
(2)直流参数 ①输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT 理想集成运放，当输入为零时，输出也为零。但实际集成运放的 差分输入级不易做到完全对称，在输入为零时，输出电压可能不 为零。为使其输出为零，人为的在输入端加一补偿电压，称此补 偿电压为输入失调电压，用UIO表示。 ②输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT 集成运放在常温下，当输出电压为零时，两输入端的静态电流之 差，称为输入失调电流，用IIO表示，

第4章 集成运算放大器的结构及特性

第4章 集成运算放大器的结构及特性

4.输入失调电压温漂 dVio /dT
在规定工作温度范围内，输入失调 电压随温度的变化量与温度变化量 之比值。
5.输入失调电流温漂dIio /dT
在规定工作温度范围内，输入失调电 流随温度的变化量与温度变化量之比 值。
6.最大差模输入电压Vidmax
(maximum differential mode input voltage) 运放两输入端能承受的最大差模输入电压， 超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。
五、运算放大器的符号和型号
运算放大器的符号中有三个引线端，两个 输入端，一个输出端。一个称为同相输入端， 即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用 符号‘+’或‘IN+’表示；另一个称为反相输入 端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异， 用符号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在输 入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实 际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有 的品种还有补偿端和调零端。
7.最大共模输入电压Vicmax
(maximum common mode input voltage) 在保证运放正常工作条件下，共模输入 电压的允许范围。共模电压超过此值时， 输入差分对管出现饱和，放大器失去共 模抑制能力。
二、运算放大器的动态技术指标
1.开环差模电压放大倍数 Avd ：(open loop voltage gain)运放在无外加反馈条件下，输出电 压的变化量与输入电压的变化量之比。 2.差模输入电阻rid ：(input resistance)输入差模 信号时，运放的输入电阻。 3.共模抑制比 KCMR ：(common mode rejection ratio)与差分放大电路中的定义相同，是差模电压 增益 Avd 与共模电压增益 Avc 之比，常用分贝数 来表示。 KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)

集成运算放大电路

集成运算放大电路

多路电流源电路如图所示，已知所有晶体管的特性均相同， UBE均为0.7V。试求IC1、IC2各为多少。：
因为T1、T2、T3的特性均相同， 且UBE均相同，所以它们的基极、 集电极电流均相等， 设集电极电流为IC。 先求出R中电流，再求解IC1、IC2
IR
VCC U BE3 U BE 0 100μA R
偏置电路：用于设置各级放大电路的静态工作点，采用电流源电路
4.1.3 集成运放的符号和电压传输特性
非线性区
线性区
从外部看，可认为集成运放是一个双端输入、单端输 出、具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能 较好抑制温漂的差分放大电路。 uo=Aod(uP-uN) 差模开环放大倍数Aod，通常非常高可达几十 万倍。对理想运放：Aod→∞ Rid →∞ Ro=0
集成运放的选择： 1 信号源的性质 根据信号源是电压源还是电流源，内阻大小、输入信号幅 值及频率的变化范围等，选择运放的rid、-3dB带宽、转换 速率SR等参数 2 负载的性质 根据负载电阻大小，确定所需运放的输出电压和输出电流 幅值。 3 精度要求 根据精度要求选择运放的Aod、UIO、IIO、SR等参数 4 环境条件 根据环境温度变化范围，选择运放失调电压及失调电流的 温漂dUIO/dT dIIO/dT
供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。
3．集成运放的主要品种是BJT集成运放、FET集成运放
以及由这两种工艺结合而得到的BiMOS和BiCMOS集成 运放。集成运放的参数有几十个之多，正确掌握了它的 主要参数的物理意义，才能在使用中恰当地选择元器件。 4．除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。
输入级：一般是双端输入的差分放大电路，它的好坏直接影响集成运放 的性能参数(如输入电阻、共模抑制比等)。一般要求输入电阻大、差模 放大倍数高，抑制共模信号能力强。 中间级：主要是放大作用，多采用共射或共源放大电路，经常用复合管 做放大管，以恒流源作集电极负载，Au可达千倍以上。 输出级：应具有输出电阻小、输出电压线性范围宽，非线性失真小等特 点。多采用互补对称输出电路。

模拟电子技术 第四章 集成运算放大电路

模拟电子技术 第四章 集成运算放大电路
1 R2 R4 R2 // R4 1 1 R2 R4 uo (1 )uI R R R R uI RI R3 3 4 1 2
在电路中电阻的阻值不至太高的情况下，可同时获得较 高的电压放大倍数和较高的输入电阻。
28
2.同相比例运算电路
电路中引入了电压串联 负反馈。 根据“虚短”和“虚断” 的特点
6
三、集成运放的符号
(a) (b) 模拟集成放大器的符号 (a) 国家标准符号 (b)原符号 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出 端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端 相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入 信号变化的极性与输出端相异，用符号‚-‛表示。输出端一般画 在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实际的运算放 大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。
29

i1 R1i f i u
+
Rf
+
uo
说明
R1
Rf

特例：电压跟随器
当同相比例电路的比例系数为1时则有：
uo
ui R2
uo=ui
Rf
uo (1
Rf R1
)ui

uo
ui R2
ui R2
R1=∞
Rf=0


R1
uo
ui R2
uo
Rf=0 且R1=∞
30
有分压电阻的同相比例运算电路
但线性区范围很小。
uO
例如：F007 的 UoM = ± 14 V，Auo 2 × 105 ， 线性区内输入电压范围
实际特性

第4章 差动放大电路与集成运算放大器

第4章 差动放大电路与集成运算放大器
ui1 ui 2
id
图3-3 差动放大电路的输入方式
共模信号 与差模信号
Ui1 Ui2
线性放 大电路
Uo
1 共模信号输入电压： U ic (U i1 U i 2 ) 2
差模信号输入电压：U
id
(U i1 U i 2 )
差模信号：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相反的信号。
共模信号 ：是指在两个输入端加幅度相等， 极性相同的信号。
在放大器的两个输入端分别输入大小相等、 极性相同的信号，即 ui1 ui 2 时，这种输入方 式称为共模输入，所输入的信号称为共模 （输入）信号。共模输入信号常用 uic 来表 示，即 uic ui1 ui 2 。在放大器的两个输入端 分别输入大小相等、极性相反的信号，即 时这种输入方式为差模输入，所输 入的信号称为差模输入信号。差模输入信 号常用 u 来表示，即 ui1 uid / 2 ui 2 uid / 2
输入信号种类
ui1 = ui2 共模输入
(common mode)
uC ud
ui1 = -ui2 差模输入
(differential mode) 任意输入ui1, ui2（既非差模又非共模）
3.2 相关的理论知识
(2)共模输入
如图3-3（a）所示为共模输入方式，由图中可以看出，当差动放大器输 入共模信号时，由于电路对称，两管的集电极电位变化相同，因而输出 电压 u oc 恒为零。
Rod 2RC
5.共模抑制比 如果温度变化，两个差放管的电流将按相同的方向一起增大或减小，相当于给放大电路 加上一对共模输入信号。所以差模输入信号反映了要放大的有效信号，而共模输入信号 可以反映由温度等原因而产生的漂移信号或其它干扰信号。通常希望差分放大电路的差 模电压放大倍数愈大愈好，而共模电压放大倍数愈小愈好。 共模抑制比反映了差分放大电路放大差模信号、抑制零漂和共模信号的能力。

第4章 集成电路运算放大电路

第4章 集成电路运算放大电路

④动态时ΔiO约为多少？
4.3 集成运放电路简介
•电压放大倍数高 集成运放的特点： •输入电阻大 •输出电阻小 已知电路图，分析其原理和功能、性能。 （1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术 指标。 （2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本 电路。 （3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 （4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功 能和性能。 （5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要 参数。
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
T0 和 T1 特性完全相同。
U BE0 = U BE1 U BE I B0 = I B1 I B I C0 = I C1 I C
I R IC 2I B IC 2 IC IC

2
I R 即I C1
当β>>2时， I C1
学习指导 4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源 4.3 集成运放电路的简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
4.5 集成运放的种类及选择（自学） 4.6 集成运放的使用（自学） 小结
作 业
• 4.3
学习指导
在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元 器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路， 称为集成电路。 其体积小，而性能却很好。 集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集 成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放 大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。 主要内容:(1)集成运放中的电流源;(2)集成运放 电路的分析;(3)集成运放及主要性能指标。 基本要求:(1)熟悉运放的组成及各部分的作用， 理解主要性能指标及其使用注意事项；（2）了解镜 像电流源、微电流源的工作原理、特点和主要用途； (3)了解运放F007的基本组成和工作原理。（4）熟悉 LM324集成运放的引脚分布及其应用。

模电课件第四章集成运算放大电路

模电课件第四章集成运算放大电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB

I0

2

I0

所以，I0

1 1 2
IR
基准电流
输出电流

当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。

第四章集成运算放大器

第四章集成运算放大器

第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
2. 集成运放非线性工作（饱和状态）的特点
• （1） 当 u+ ＞u－时：uo = + UO(sat)
• （等2，）即集“成虚当运短u放+”＜两的u个－结时输论：入不端u一o电=定－压成Uu立O+与(s。atu)－不一定相 • （3）集成运放输入电流仍等于零。尽管两个输入
dui dt
▲平衡电阻:
Rf
ui
+ uC－ if
i1 C u－
－
△
∞ +
uo
R2 u+ +
(a) 电路
ui
Ui
0
uo
0
t
t
(b) 波形
R2 = Rf
第四章 集成运算放大电路
第二节 模拟信号的运算电路
上述的基本微分电路存在如下的缺点： ①输出端可能出现输出噪声淹没微分信号的现象；
②由于电路中的反馈网络构成的 RFC 滞后环节，它与集成运算放大
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 集成运算放大器基本内部组成可分为输入 级、中间级、输出级和偏置电路四个基本 组成部分。
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 1．输入级 • 采用差分放大电路构成。具有对称性好、输入电阻高、可以有效
减小零点漂移、抑制干扰信号等优点，因此可以有效放大有用信 号。 • 2．中间级 • 为整个电路提供足够大的电压放大倍数。一般采用共射级放大电 路，集电极电阻用晶体管恒流源代替，恒流源的动态电阻很大， 可以获得较高的电压放大倍数。 • 3．输出级 • 输出级与负载连接，主要作用是提供足够的输出功率（即足够大 的电流和电压）以满足负载的需要。要求其输出电阻低，带负载 能力强。一般由射级输出器或互补对称电路构成。 • 4．偏置电路 • 为整个电路提供稳定的和合适的偏置电流。偏置电路是由各种恒 流源电路组成。还有过载保护电路，可以防止输出电流过大时将 运放烧坏。

集成运算放大器电路 模拟电子电路-PPT

集成运算放大器电路 模拟电子电路-PPT

IE2

1 R2
(U BE1
UBE2 )

UT R2
ln
I E1 IE2
当β1>>时，IE1≈Ir,IE2≈IC2，由此可得
R2

UT IC2
ln
Ir IC2
(4―10)
UCC
Ir
Rr
V1
第4章 集成运算放大器电路
IC2 V2
R2
图4―7微电流电流源
第4章 集成运算放大器电路
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
UCC
Rr
Ir
IC1 IC2
IC3
第4章 集成运算放大器电路
V1
V2
Rr Ir
UCC V3
IC2
IC3
(a)
(b)
图4―5 (a)三集电极横向PNP管电路；(b)等价电路
第4章 集成运算放大器电路
三、比例电流源
如果希望电流源的电流与参考电流成某一比例关 系，可采用图4―6所示的比例电流源电路。由图可知
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻
Ro为

Ro 2 rce
(4―13)
可见，威尔逊电流源不仅有较大的动态内阻，而且 输出电流受β的影响也大大减小。
图4―9给出了另一种反馈型电流源电路。它由两 个镜像电流源串接在一起组成，故称串接电流源。关 于它的稳流原理留给读者自行分析。
UCC
Ir
Rr
集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放 应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工 作点漂移小等特点。 与此同时， 在电路的选择及构成 形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 因此， 集 成运放在电路设计上具有许多特点， 主要有：

第四章 集成运算放大电路

第四章 集成运算放大电路

2. 最大输出电压 op-p 最大输出电压U
Uo / V － 10 Uid ＋ ∞ ＋
－0.4
－0.2 －0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 Uid / mV
－0.3
－10 线性区
集成运放的传输特性
3. 差模输入电阻 id 差模输入电阻r rid的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号 源索取电流的大小。要求rid愈大愈好, 一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧, 故输入级常采用场效应管来 提高输入电阻rid。 F007的rid=2 M 。认为理想集成运 放的rid为无穷大。
动态时，加入差模信号uid，根据差分放大电路的特点， T1 管的集电极电流在静态电流IC1的基础上增加了∆iC1，T2管的集 电极电流在静态电流IC2的基础上减小了∆iC2，∆iC1=-∆iC2。 由于 iC4 和 iC1 是 镜 像 关 系 ， ∆iC4=∆iC1 ， 因 此 ∆io=∆iC4-∆iC2=∆iC1-(∆iC1)=2∆iC1。 可见这个电流值是单端输出电流的两倍， 即等于 差分放大电路双端输出时的电流值。因此，用电流源作为差分 放大电路的有源负载，可将双端输出信号“无损失”地转换成 单端输出信号。
若电路中有共模信号输入，T3 管和T4 管的集电极电流相等 (忽略T7管的基极电流)，T3管和T5管的集电极电流相等，又由于 R1=R3，因此T6管的集电极电流和T5管的集电极电流相等， 如此 推来，T6管和T4管的集电极电流相等，而T16管的基极电流为T4 管和T6管的集电极电流之差，所以T16管的基极电流近似为零， 可见共模信号输出为零，电路具有较高的抑制共模信号的能力。
2. 偏置电路 偏置电路由T8~T13、电阻R4和R5组成。其中T10、T11、 T12 和R4、R5构成主偏置电路，该电路中R5上的电流是F007偏置电 路的基准电流，由图可知

第四章集成运算放大电路

第四章集成运算放大电路

( R L // rce 2 // rce 4 )
rbe
若RL<<(rce1∥rce2)， 则
Au
RL
rbe
返回
4.3 集成运放电路简介
图4.3.1 F007电路原理图
图4.3.2 F007电路中的放大电路部分
1. 输入级 在输入级中，T1 、T3 和T2 、T4 组成共集-共基差分放大电 路， T5~T7和电阻R1~R3构成改进型电流源电路，作为差放的有
号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅值信号作用时工作
速度的参数，单位为V/μs。在实际工作中，输入信号的变化律
一定不要大于集成运放的SR。信号幅值越大、频率越高，要求 集成运放的SR就越大。
理想运算放大器
理想运放的技术指标
在分析集成运放的各种应用电路时，常常将集成运放看成 是理想运算放大器。所谓理想运放, 就是将集成运放的各项技术
图4.2.2 比例电流源
图4.2.3 微电流源
二、 改进型的镜像电流源(获得稳定输出的电流）
1. 加射极输出器的电流源
2. 威尔逊电流源
三、 多路电流源电路
IR IE0 I C1 I E1 IC 2 IE2 IC3 IE3 Re0 R e1 Re0 Re2 Re0 Re3 IR
IR I c1 V CC U R
BE
2
IR IR
2. 比例电流源
IR V cc U
BE 0
3. 微电流源
Re0 R e1 IR
I C1 I E1 U BE 0 U BE 1 Re
IC1 UT Re 1n IR IC1
R Re0
, I c1

电子教案-《模拟电子技术》(王连英)电子教案、习题解答-第04章080729 电子课件

电子教案-《模拟电子技术》(王连英)电子教案、习题解答-第04章080729 电子课件

第4章集成运算放大器本章基本内容、教学要点及能力培养目标本章简要地介绍了集成运算放大电路的组成、基本特性、主要参数及多级直接耦合放大电路的基本单元电路－－差分放大电路。

通过本章的学习，要求能掌握差分放大电路的基本构成，能分析常用的几种基本差分放大单元电路；能讲述集成运算放大器的结构、组成，能分析集成运算放大器的基本特性和主要参数。

本章要讨论的问题●差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？●差分放大电路的基本构成及几种常用的基本单元电路？●集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？●集成运放的电压传输特性有什么特点？为什么？●集成运放有哪些主要技术指标？如何评价集成运放的性能？4.1 差分放大电路重点内容1、差分放大电路的组成及基本单元电路；2、差模信号、共模信号；3、带恒流源的改进型差分放大电路。

难点内容差分放大电路的分析、计算。

例题详解【案例分析4.1.1】在图4.1.1所示电路中，已知三极管β1＝β2＝50，r be≈2kΩ，R e＝2kΩ，R c＝10kΩ，R L＝20kΩ。

试求：该电路的差模输入电阻、差模输出电阻和差模电压放大倍数。

分析、求解：本案例分析试图通过具体电路的分析计算，来说明差分放大电路差模输入电阻、差模输出电阻和差模电压放大倍数的求取。

由于整个差分放大电路双端输出时的差模放大倍图4.1.1基本差分放大电路数A vd 等于单管放大电路的电压放大倍数，故可通过单管，对称的一半电路（简称半边电路）的微变等效电路求出A vd 。

在差模输入时，两管集电极电流变化量大小相等、方向相反，负载R L 的中点电位是不随信号变化的零电位，即中点可等效看作交流地，于是有差模信号的交流通路，如图4.1.2（a ）所示。

因为半边电路的负载为R L /2，于是有半边电路的差模交流小信号微变等效电路如图4.1.2（b ）所示。

从图4.1.2（a ）中可以看出，从电路的两个输入端看进去的等效电阻，即电路的差模输入电阻R id 为R id ＝2r be此处， R id ≈2×2k Ω＝4k Ω从电路的两个输出端看进去的等效电阻，即电路的差模输出电阻R od 为R od ＝2R c此处， R od ＝2×10k Ω＝20k Ω从图4.1.2（b ）中可以看出双端输出时的差模电压放大倍数A vd 为be Lc Id1Od1vd1vd 2//ΔΔr R R βv v A A -=== 此处， 2210//1050vd ⨯-=A ＝－125【案例分析4.1.2】在图4.1.1所示电路中，若电路参数同案例分析4.1.1，且输入信号v I1＝5.25V ，v I2＝5V ，试求：该电路的差模输入信号，共模输入信号；双端输出和单端输出时的共模电压增益，共模输入电阻和共模输出电阻。

第四章差动与集成运算放大电路

第四章差动与集成运算放大电路

其中R′L=Rc∥(1/2RL)。这里R′L≠Rc∥RL，其原因是由于两 管对称，集电极电位的变化等值反相， 而与两集电极相连的
RL的中点电位不变，这点相当于交流地电位。因而对每个单管 来说， 负载电阻（输出端对地间的电阻）应是RL的一半，即
RL/2，而不是RL。
差动放大器对共模信号无放大，对差模信号有放大，这意 味着差动放大器是针对两输入端的输入信号之差来进行放大的，
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
如图4.1.1（b）所示。不过，若采用图4.1.1（b）所示电路， 后级的集电极电位逐级高于前级的集电极电位，经过几级耦合 之后， 末级的集电极电位便会接近电源电压，这实际上也是限 制了放大器的级数。
所谓零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号不为零， 而是一个随时间漂移不定的信号。零点漂移简称为零漂。产生 零漂的原因有很多，如温度变化、电源电压波动、晶体管参数 变化等。其中温度变化是主要的，因此零漂也称为温漂。 在阻 容耦合放大器中，由于电容有隔直作用，因而零漂不会造成严 重影响。但是，在直接耦合放大器中，由于前级的零漂会被后 级放大，因而将会严重干扰正常信号的放大和传输。比如，图 4.1.1所示直接耦合电路中，输入信号为零时（即ΔUi=0），输 出端应有固定不变的直流电压Uo = UCE2。
所示。
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
由图4.1.4（a）可以看出，当差动放大器输入共模信号时， 由于电路对称，其输出端的电位Uc1和Uc2的变化也是大小相等、 极性相同，因而输出电压Uoc保持为零。可见，在理想情况下 （电路完全对称），差动放大器在输入共模信号时不产生输出 电压，也就是说，理想差动放大器的共模电压放大倍数为零， 或者说，差动放大器对共模信号没有放大作用，而是有抑制作 用。实际上，上述差动放大器对零漂的抑制作用就是它抑制共 模信号的结果。因为当温度升高时，两个晶体管的电流都要增 大，这相当于在两个输入端加上了大小相等、 极性相同的共模 信号。换句话说，产生零漂的因素可以等效为输入端的共模信 号。显然，Ac越小，对零漂的抑制作用越强。

第四章 集成运算放大电路

第四章 集成运算放大电路

（输出级偏臵的一部分；中间级的有源负载。）
34
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输入级
T1—T4：CC-CB差动放大
偏置电路
各部分的作用： 1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用双端输入的差放电路。
5
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
集成运放符号： 电压传输特性：
uo f (uP uN )
同(反)相输入端是指运放的输入电 压与输出电压的相位关系。 可以认为集成运放是双端输入、单 端输出的差放电路。
10
集成运算放大器的符号和基本特点
3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid u+ – u– = uo/Aud 0 2) i+ i– 0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0 1) u+ u–(虚短)
32
§4-3．集成运放电路简介
33
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏臵电路 T12、R5、T11：主偏臵—R5中电流为基准电流
Im 2VCC U EB12 U BE11 0.73mA R5
T10、T11：微电流源
T8、T9：镜像电流源
T12、T13：镜像电流源
（输入级偏臵）
21
IR
Re2的作用：增大IE2，提高β。
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源 工作点稳定，输出电阻大。
I C2
2 (1 2 )IR IR 2 2
22
§4-2．集成运放中的电流源电路

第四章 集成运算放大器各种运用

第四章 集成运算放大器各种运用

的R1对应于当具用有R1内+R阻s代Rs替的，信为号了源不，使上电面压公增式益中 受Rs的太大影响，R1应该取大一些。但为了 保运证 放输 的入 内电 阻流，远对大于于通偏用置型电运流放，，RR11应 不宜远小超于过 数十千欧，反馈电阻RF越大则电压增益越大， 但要求反馈电流也应远大于偏置电流，所以 RF也不能取得过大，通常不宜超过兆欧。因 此，当Rs达到数千欧时，这个电路难以获得 高增益。另外，反相放大器是并联负反馈电
集成运放的基本组成
右图是运算放大器
的电路符号。它有两个 输入端和一个输出端。 反相输入端标“-”号， 同相输入端标“+”号。 输出电压与反相输入电 压相位相反，与同相输 入电压相位相同。此外 还有两个端分别接正、 负电源，有些集成运放 还有调零端和相位补偿 端。在电路中不画出。
二. 集成运算放大器的使用
由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命 长、体积小、重量轻、耗电量少等优点得到了广泛 应用。可完成放大、振荡、调制、解调及模拟信号 的各种运算和脉冲信号的产生等。
本章将介绍集成运放的基本知识、基本电路及 其主要应用。
主要内容
第一节 运算放大器的基本知识 第二节 运算放大器的基本电路 第三节 运算放大器的应用
因Ii=0，故i1≈if，因此 又因u+≈u-，因此
uo与ui之间的比例 关系也与运放本身
的参数无关，电路
精度和稳定度都很 高。KF为正表示uo 与ui同相，并且KF 总是大于或等于1， 这一点与反相放大 器不同。
当RF=0时KF=1，电路就变成电压 跟随器。
同相放大器实际上是一个电压串 联负反馈放大器，因此其输入阻抗高、 输出阻抗低，而且增益不受信号源内 阻的影响。该电路的不足是其共模抑 制比CMRR不太大。
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二、模拟集成电路的分类（三种分类方法） 1、按结构工艺分：半导体集成电路、混合集成电路、 电子管集成电路 2、按集成度分：小规模集成电路、中规模集成电路、 大规模集成电路、超大规模集成电路 3、按功能分：模拟集成电路、数字集成电路
三、模拟集成电路的特点 1、同在一块硅片上制造，元件参数的一致性很好。 2、电路中电阻元件一般由硅半导体的体电阻构成， 阻值范围为几十欧~20千欧左右，另外电阻值的精度不易 控制，误差在20%~30%左右。 3、电路中电容值也不大（几十PF）。 4、集成电路存在温漂。 5、电路中的二极管多用作温度补偿或电位移动。
4.偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而 变化的偏置电流，以稳定工作点。
五、运算放大器的符号和型号
运算放大器的符号中有三个引线端，两个 输入端，一个输出端。一个称为同相输入端， 即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用 符号‘+’或‘IN+’表示；另一个称为反相输入 端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异， 用符号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在 输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。 实际的运算放大器通常必须有正、负电源端， 有的品种还有补偿端和调零端。
精度提高了b 倍。电路如图04.04所示。
由于有T3存在， IB3和将比镜象电流源 的2IB小β 3倍。因此 IC2和IREF更加接近。
图04.04 精密电流源
三、微电流源
微电流源电路如图04.05所示，通过接入Re电阻得到 一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集 成电路中。由图可得：
VBE1 = VBE2 I E2 Re2 IE2 Re2 = VBE1 VBE2 = DVBE Io = IC2 IE2 = DVBE / Re2
运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高 增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用 于各种电子电路之中。集成电路中第一级常采用差动电路。 （为克服或减小温漂）
四、模拟集成运放的组成及各部分的作用
集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电 路，它的方框图如图08.01所示。
图 08.01 运算放大器方框图
(1)集成放大器的符号
按照国家标准符号如图08.02所示。
(a)
(b)
图08.02 模拟集成放大器的符号
(a) 国家标准符号 (b)原符号
(2)集成运算放大器的型号命名
数字序号
(与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)
其它例如:集成功率放大器的型号命名 CD－－－－
集成稳压器的型号命名 CW－－－－
IR = IC1 2 IB
= IC2 2 IB
2
=
I C 2 (1
) b
且
I R = V CC
V BE R
， 当b 2 时 ,
IC2 = IR ， IC2 和 IR 是 镜 象 关 系 。
图04.03 镜象电流源
二、 精密镜象电流源（带缓冲） 精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其
六、集成运放的电压传输特性
集成运算放大器的电压传输特性如下图 （b）所示，它具有如下特点：
由集成运算放大电路的特性曲线可知： （1）输入信号只有在很小的范围内(±Uid)，输出 与输入有线性关系； （2）当输入信号幅值过大时，输出会产生失真， Uod趋于饱和值（±Uom）。
4.2 电 流 源
电流源是一个输出电流恒定的电源电路，与 电压源相对应，它是电子线路中广泛大量使用的 单元电路。
ln IR = Io Re2 Io VT
因DVBE 小，Io<< IR。同时 Io 的稳定性也比 IR 好。
四、比例电流源
在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使
图04.05 微电流源
Io 与 IR 的关系如下
IR

I E1

I eVBE1/VT S1
Io
=
I C2

I E2

I eVBE2/VT S2
DVBE
= VBE1
VBE2
= VT (ln
IR I S1
ln
Io I S2
)
一般有 IS1= IS2，所以
Io
=
DVBE Re2
=
VT Re2
ln I R Io
第4章 集成运算放大器
4.1 集成运算放大电路概述 4.2 电流源电路 4.3 集成运算放大电路简介 4.4 集成运算放大器性能指标低频等效电路及种类
4.1 集成运算放大电路概述
一、集成电路（IC）概述 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件 制作在一块硅片上，构成特定功能的电子电路，称为集成 电路。它体积小、性能很好，能完成一定的功能。
阻越大稳流特性越好。三
(a)
(b)
图04.01 三极管电流源
极管电流源.2.3 集成电它路的电特点流是源工作三极管的集电极电流
一、镜象电流源
是电流源电路的镜象(电流相等）。
三极管T1 、T2 匹配，
b =b =b
1
2
VBE1 = VBE2 = VBE ,则
4.2.1 电流源概述
(1) 电流源电路是一个电流负反馈电路，并利用PN结的温 度特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电 流的影响。
(2) 电流源电路用于模拟集成放大器中以稳定静态工作点， 这对直接耦合放大器是十分重要。
(3) 用电流源做有源负载，可获得增益高、动态范围大的特 性。
(4) 用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 (5) 电流源还可单独制成稳流电源使用。 (6) 在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：
1.输入级要使用高性能的差分放大电路，它 必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端 输入双端输出的形式。
2.中间放大级要提供高的电压增益，以保证 运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电 路和带有源负载的高增益放大器。
3.互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极 管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电 压或电流。具体电路参阅功率放大器。
镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等。
4.2.2 三极管基本电流源
用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可构成一个
基本的电流源电路。分压偏置基本放大电路就具有这一功
能，其电路如图04.01所示。
分压偏置电路对工
作点具有稳定作用，也就
是对IO有稳定作用，具有
稳流特性。电压源的内阻
小，电流源的内阻大，内