模电第4章集成运算放大器的结构及特性
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集成运算放大器全解
集成运算放大器全解
集成运算放大器的基本概念
集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。

1. 集成电路的特点
(1)在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此采用直接耦合。
(2)运算放大器的输入级都采用差分放大电路，其特点是输入电阻
高、抗干扰能力强、零漂小。
(3)在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。
(4)集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。
2. 集成运算放大器的符号、管脚

3. 集成运放的基本特性
理想化的条件：(1)开环电压放大倍数Ao → ∞(2)差模输入电阻 ri → ∞(3)开环输出电阻ro → 0
4. 集成运放的电压传输特性

5. 理想运放的分析特点
理想运放工作在非线性区的分析依据
集成运算放大器在信号运算方面的应用1.反相输入放大电路
2.同相输入放大电路

电压跟随器:

3. 加法运算电路
4.差分运算电路
例题:电路如图所示，试求出电路输出电压uo的值。
集成运算放大器在信号处理方面的应用
1. 有源滤波器
所谓滤波器，就是一种选频装置，它允许信号的一部分频率分量通过而抑制另一部分频率分量。

2. 电压比较器
在自动控制系统中，如果要对一个模拟信号与另一个模拟信号的大小进行比较。
按比较的结果来决定执行机构的动作，则需要用比较器来完成。
集成运算放大器的简单介绍PPT课件
RF 常用做测量分析方法1：
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
第7页/共54页
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
第21页/共54页
16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
第2页/共54页
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
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16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
集成运放的结构工作原理和主要参数
输入信号直接加到集成运放的同 相输入端，输出信号与输入信号 成比例关系，实现放大功能。
加法运算电路
将多个输入信号通过电阻分压后，分别 加到集成运放的反相和同相输入端，输 出信号为各输入信号的代数和。
应用领域探讨及前景展望
01
02
03
04
05
模拟信号处理
数字化接口电路 传感器信号处理 自动控制系统
新能源与节能环 保领域
防止输出级过载或短路。
偏置电路与保护电路
偏置电路
为各级放大电路提供合适的静态工作 点。
保护电路
包括过流保护、过热保护等，确保集 成运放在异常情况下不被损坏。
Part
03
工作原理
差分放大原理
差分放大器的输入
集成运放通常包含两个输入端，分别为同相输入端和反相 输入端。当信号分别加在两个输入端时，会在输出端产生 差分放大效果。
Part
06
案例分析：典型集成运放电路 设计与应用
典型电路设计实例分析
反相比例运算电路
输入信号通过电阻分压后，经过集成运 放的反相输入端，输出信号与输入信号 成比例关系，实现放大或缩小功能。
减法运算电路
将两个输入信号分别加到集成运 放的反相和同相输入端，输出信 号为两输入信号的差。
同相比例运算电路
输入级
提供高输入阻抗，减小信 号源内阻对放大器性能的 影响。
中间级
输出级
提供低输出阻抗，增大带 负载能力。
主要进行电压放大，提高 放大器的电压放大倍数。
应用领域及重要性
应用领域
集成运放广泛应用于模拟信号运 算、信号处理、波形产生和变换 等电路中，是模拟电子线路中最 重要的单元电路之一。
重要性
加法运算电路
将多个输入信号通过电阻分压后，分别 加到集成运放的反相和同相输入端，输 出信号为各输入信号的代数和。
应用领域探讨及前景展望
01
02
03
04
05
模拟信号处理
数字化接口电路 传感器信号处理 自动控制系统
新能源与节能环 保领域
防止输出级过载或短路。
偏置电路与保护电路
偏置电路
为各级放大电路提供合适的静态工作 点。
保护电路
包括过流保护、过热保护等，确保集 成运放在异常情况下不被损坏。
Part
03
工作原理
差分放大原理
差分放大器的输入
集成运放通常包含两个输入端，分别为同相输入端和反相 输入端。当信号分别加在两个输入端时，会在输出端产生 差分放大效果。
Part
06
案例分析：典型集成运放电路 设计与应用
典型电路设计实例分析
反相比例运算电路
输入信号通过电阻分压后，经过集成运 放的反相输入端，输出信号与输入信号 成比例关系，实现放大或缩小功能。
减法运算电路
将两个输入信号分别加到集成运 放的反相和同相输入端，输出信 号为两输入信号的差。
同相比例运算电路
输入级
提供高输入阻抗，减小信 号源内阻对放大器性能的 影响。
中间级
输出级
提供低输出阻抗，增大带 负载能力。
主要进行电压放大，提高 放大器的电压放大倍数。
应用领域及重要性
应用领域
集成运放广泛应用于模拟信号运 算、信号处理、波形产生和变换 等电路中，是模拟电子线路中最 重要的单元电路之一。
重要性
集成运算放大器的外特性及参数
集成运算放大器的外特性及参数1. 理想集成运算放大器所谓理想运放就是将各项技术指标理想化的集成运放，即认为： 开环差模电压放大倍数 Od A ＝∞； 差模输入电阻 id R ＝∞； 输出电阻 O R ＝０； 共模抑制比 CMR K ＝∞； 输入偏置电流 id I ＝０； 上限频率 H f ＝∞ 。
2. 集成运算放大器的电压传输特性我们称集成运放输出电压O U 与其输入电压id U 之间的关系曲线为电压传输特性，集成运放的电压传输特性如图2-15（a ）所示。
(a) (b)图2-15 集成运放的电压传输特性(a) 集成运放的电压传输特性 (b) 理想集成运放的电压传输特性在id U 很小的范围内为线性区，id od O U A U =，输出电压的最大值为OM U ±，当odOM A ||U U ＞||id 时，输出信号O U 不再跟随id U 线性变化，进入饱和工作区（非线性区）。
由于集成运放的开环差模电压放大倍数Od A 非常高，一般为10４～10７，即80～140dB ，所以它的线性区非常窄,图2-15（b ）为理性运算放大器的电压传输特性。
如果输出电压最大值V U O M 13±=±。
Od A ＝５×10５，那么只有当输入信号｜id U ｜＜26μV 时，电路才会工作在线性区。
否则输出级就将工作在正向饱和或负向饱和状态，输出电压O U 不是OM U +就是OM U -。
其饱和值OM U ±接近正、负电源电压值。
3. 集成运算放大器的参数集成运算放大器的性能可以用各种参数来表示，了解这些参数有助于正确选择和使用各种不同类型的集成运放。
常用的典型集成运算放大器的参数详见表2－1。
表2－1典型集成运算放大器的参数表。
模电 第四章 集成运放PPT课件
使IC1 与IR 可以保持很好 的镜像关系。
+ V cc
IR
IC 0 T0
R IB 2
IB 0 R e2
T2 IE 2
IB 1 IR e2
IC 1 T1
图 4 .5 微 电 流 源
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6
5. 威尔逊电流源
VBE1=VBE0
T0
IB1 = IB0
IC 0
IC 2IE 2IC= 1IC 0IR IR
VBEVT
lnIIES
(1)
V BE =V 0BE I1 ER 1 e1（ 2 ）
IR
IC 0 T0
+ V cc R IB 0 + IB 1 IC 1
IB 0 IB 1 R e1
T1 IE 1
IE1Re1
VTln
IE0
IE
1
此式是关于IC1的超越
方程
图4
，但
.
5微
IE1
电
流源
VT Re1
ln
IE0 IE1
IE1Re1
IE0Re0
VT
ln
IE0 IE1
IE0Re0
I R E0 e0
VTln
IE0 IE1
IC1 与 IR 成 比 例 变 化 。
图 4.4 比 例 电 流 源
I E1
Re0 Re1
I
E0
IC1R Ree01IR
(2)
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4
3. 微电流源
VBE
IE ISe VT
4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路
内容简介
4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
+ V cc
IR
IC 0 T0
R IB 2
IB 0 R e2
T2 IE 2
IB 1 IR e2
IC 1 T1
图 4 .5 微 电 流 源
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6
5. 威尔逊电流源
VBE1=VBE0
T0
IB1 = IB0
IC 0
IC 2IE 2IC= 1IC 0IR IR
VBEVT
lnIIES
(1)
V BE =V 0BE I1 ER 1 e1（ 2 ）
IR
IC 0 T0
+ V cc R IB 0 + IB 1 IC 1
IB 0 IB 1 R e1
T1 IE 1
IE1Re1
VTln
IE0
IE
1
此式是关于IC1的超越
方程
图4
，但
.
5微
IE1
电
流源
VT Re1
ln
IE0 IE1
IE1Re1
IE0Re0
VT
ln
IE0 IE1
IE0Re0
I R E0 e0
VTln
IE0 IE1
IC1 与 IR 成 比 例 变 化 。
图 4.4 比 例 电 流 源
I E1
Re0 Re1
I
E0
IC1R Ree01IR
(2)
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4
3. 微电流源
VBE
IE ISe VT
4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路
内容简介
4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
模拟电子电路模电课件清华大学华成英4集成运算放大电路
注意集成运算放大器的散热问题，采取适当的散热措施，避免过热导致性能下降或损坏。
在电路设计时考虑噪声干扰的影响，采取措施减小噪声干扰，如使用屏蔽、远离噪声源等。
在使用过程中注意避免突然的电压或电流冲击，以免造成集成运算放大器的损坏。
谢谢
THANKS
详细描述
共模抑制比是集成运算放大器性能的重要指标之一，它影响着电路的稳定性和性能。
总结词
在实际应用中，电路中的干扰和噪声通常是共模的，因此共模抑制比的大小直接影响到电路的性能和稳定性。在选择集成运算放大器时，需要根据实际需求来选择具有较大共模抑制比的型号。
详细描述
集成运算放大器的使用注意事项
了解集成运算放大器的规格书，确保其满足电路的性能要求。
良好的线性度
集成运放的内部电路设计使得它在放大信号时产生的噪声较低。
低噪声
集成运放的输入阻抗一般都在兆欧姆级别，使得它对信号源的影响较小。
高输入阻抗
按功能
可以分为通用型和专用型两类。通用型集成运放适用于多种场合，而专用型集成运放则是针对特定应用设计的，如仪表放大器、音频放大器等。
按性能指标
可以分为低噪声、高精度、高速型等不同类型。低噪声型集成运放主要用于信号放大，高精度型用于高精度的测量和运算，高速型则用于高速信号处理和传输。
电压-频率转换
电压-电流转换
集成运算放大器的性能指标
详细描述
开环电压增益的数值越大，意味着对微弱信号的放大能力越强，因此开环电压增益是衡量集成运算放大器性能的重要参数之一。
总结词
开环电压增益是衡量集成运算放大器放大能力的重要指标。
详细描述
开环电压增益是指在无反馈情况下，输入信号经过集成运算放大器放大后的输出电压与输入电压的比值。这个比值越大，说明放大器的放大能力越强。
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。
§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。
模电课件第4章
V2
＋
Re
－
－Ee
＋
Rs －
3 sin t ＋
－ (b)
图 4-4 (a) 原电路； (b) 分解为差模和共模信号电路
第4章 模拟集成电路基础 由图4-4(b)不难求出输出电压uo。假设V1管单端输出(即V1 集电极至地)电压为uo1，它为
uo1 Ad1uid Ac1uic
uo2 Ad 2uid Ac2uic
上述利用了对称性，即有Rc1=Rc2=Rc。
综上可得，差模电压放大倍数为
Ad
uo uid
Rc
Rs hie
第4章 模拟集成电路基础
当集电极之间接入负载电阻RL时，在差模信号作用下，RL 两端的电位向相反的方向变化，一端增量为正，另一端增量为
负， 并且绝对值相等，因而RL的中点电位是交流地电位。这样， 差模电压放大倍数为
第4章 模拟集成电路基础
第4章 模拟集成电路基础
4.1 模拟集成电路概述 4.2 差动放大器 4.3 典型模拟集成电路
第4章 模拟集成电路基础
4.1 模拟集成电路概述
4.1.1 集成电路分类
(a)
(b)
(c)
(d)
图 4-1 单个晶体管与完整的集成电路的比较 (a) 单个晶体三极管； (b) 集成块； (c) 双列直插型； (d) 扁平型
I E1
IE2
Ee UBE
Rs
1
2Re
通常Rs/(1+β)<<2Re, UBE=0.7V (硅管)，所以
I E1
IE2
Ee 0.7 2Re
可见，静态工作电流取决于Ee和Re。同时，由于Uc1=Uc2，故 Uo=0，通常称作零输入零输出。信号电压由两管基极输入， 放 大后的输出电压可以从两个集电极之间取出(双端输出)，也可以
集成运算放大器的组成及典型结构
集成运算放大器的组成及典型结构
来源：作者：
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸
集成运放内部结构(举例)
集成运放的主要技术指标
1、开环差模电压增益 Auo
无反馈时的差模电压放大倍数。
一般Auo在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。
2、输入电阻 Rid
差模输入时，运算放大器在开环条件下两个输入端的动态电阻。
集成运放的Rid 低的可为几十千欧，高质量的可达几兆欧。
通常在10K~3M之间。
3.开环输出电阻Rod
运放无外加反馈回路时的输出电阻。
Rod愈小，带负载能力愈强，一般在20—200Ω之间。
4、共模抑制比
其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。
5、最大差模输入电压
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。
6、最大共模输入电压
运放共模输入电压的允许范围。
超过此值时，差分对管将出现饱和现象，失去共模抑制能力。
7、最大输出电压
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
集成运算放大器的结构特点及组成
集成运算放大器的结构特点及组成第一篇：集成运算放大器的结构特点及组成集成运算放大器的结构特点及组成一．结构特点：高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器。
二．组成输入级、中间放大级、输出级和偏置电路四部分组成。
三．理想运放特点理想的集成运放开环增益Aud=∞、Rid=∞、Rod=0。
第二篇：集成运算放大器的分类集成运算放大器的分类按照集成运算放大器的参数分类1）、通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。
例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356 都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
2）、高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>（109~1012）W,IIB 为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
第三篇：2018年技能高考电气类《集成运算放大器》试题含答案：级班：号考：名姓《集成运算放大器》试题时间：60分钟总分：分班级：班命题人：一、判断题1.按反馈的信号极性分类，反馈可分为正反馈和负反馈。
（正确）2.负反馈使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差增大，使系统振荡。
（错误）3.若反馈信号与输入信号极性相同或变化方向同相，则两种信号混合的结果将使放大器的净输入信号大于输出信号，这种反馈叫正反馈。
正反馈主要用于信号产生电路。
（正确）4.正反馈使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。
模电课件-第四章集成运放
与uo反相
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
T1
T2
IS
+UCC
T4
uo
T3
T5
与uo同相
输入级
UEE
中间级 输出级
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
T1
T2
IS 输入级
+UCC
T4
uo
T3
T5
UEE
中间级 输出级
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
IE
U BE
ISe UT
U BE
UT ln
IE IS
U BE0
U BE1
UT
ln
I E0 I E1
当β>>2 时， IC0≈IE0≈IR , IC1≈IE1，代入(a)式得：
I C1
Re0 Re1
IR
UT Re1
ln
IR I C1
IC在 对1一数定项范可RR围忽ee10内略I R
三、微电流源
在入端加直流偏置电压，以设置合适Q点。
4. 消除自激振荡 一般应在运放的电源端加去耦电容。有的
除此之外还需加频率补偿电容。
二、保护措施
防 uId 过大
防 uIc 过大
输入保护措施
输出保护电路
电源端保护
最大输入电压 (uP－uN) 的数值仅为几十～一百多μV，当其大
于此值时，集成运放的输出不是＋ UOM , 就是－UOM 。
总而言之：
从外部看，集成运放是一个双端输入、单端 输出、高差模放大倍数、高输入电阻、低输 出电阻、很好抑制温漂的差动放大电路；
模电集成运算放大器课件
增益，确保电路稳定性和滤波效果。
应用场景
03
音频信号处理、通信系统等。
CHAPTER 05
集成运算放大器非线性应用及信号 处理功能扩展
电压比较器原理及应用举例
电压比较器原理
利用集成运算放大器的开环放大特性，实现输入信号与参考电压的比较，输出 高低电平表示比较结果。
应用举例
过零比较器、滞回比较器等，用于检测输入信号是否超过阈值、实现信号整形 等。
现状
目前，集成运算放大器已经形成了多 种系列和规格，适应了不同领域的需 求。随着科技的进步，其性能和质量 也在不断提高。
应用领域与前景展望
应用领域
广泛应用于通信、仪器仪表、自动控制、医疗电子、消费电 子等领域。例如，在通信系统中用于放大信号、滤除噪声； 在仪器仪表中用于信号调理、数据采集；在自动控制系统中 用于信号比较、调节等。
设计要点
选择合适的电阻和电容值，确 定积分或微分时间常数，确保 电路稳定性和精度。
应用场景
信号处理、控制系统等。
有源滤波器设计
设计思路
01
利用运算放大器和电阻、电容等元件组成滤波器电路，对输入
信号进行滤波处理，输出特定频率范围的信号。
设计要点
02
选择合适的滤波器类型和元件参数，确定滤波器的截止频率和
模电集成运算放大器课 件
CONTENTS 目录
• 集成运算放大器概述 • 集成运算放大器基本原理 • 集成运算放大器电路分析方法 • 集成运算放大器典型应用电路设计实
例
CONTENTS 目录
• 集成运算放大器非线性应用及信号处 理功能扩展
• 集成运算放大器选型、使用注意事项 及故障排查方法
CHAPTER 01
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。
模电第4章 集成运算放大器的结构及特性
四、运算放大器外形图
4.1 集成运算放大电路概述
一、集成运放电路（IC）的结构特点
1. 集成运放内部电路均采用直接耦合方式的多级 放大电路。
2. 集成运放内部电路的输入级采用差分电路。 3. 集成运放内部电路用有源元件（晶体管或场效 应管）替代电阻。
4. 集成运放内部电路用恒流源电路作偏置电路。
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。集成运放采用电流源电路为各级提供集电极（或发射极、漏极） 静态工作电流。
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。 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。
VCC U BE IR R IC 2I B IC 2
IC
当
IC
2
C
I B0 I B1 I B
VCC U BE I C1 I R R
镜像电流源具有一定的温度补偿作用
0 1
4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
一、有源负载共射放大电路
二、 有源负载差分放大电路
4.3 集成运放电路简介
1. 2. 3. 4. 5. 6. 一、 F007电路原理图 F007电路中的放大电路部分 F324电路原理图 F324的简化电路原理图 C14573电路图 C14573的放大电路部分
一、运算放大器的静态技术指标
集成运算放大器的组成以及各组成部分的特点
集成运算放大器的组成以及各组成部分的特点集成运算放大器是电子电路的重要组成部分之一，它由基本单元，放
大器组成。
放大器是一个信号放大器，其工作原理是将输入信号的电平增
大到输出信号的电平。
集成运算放大器是在单个集成电路中集成了多个放
大器，因此它的优点是体积小、功耗低、成本低。
集成运算放大器的主要组成部分是放大器、静态电阻、运放、开关管、高频电容和低频电容。
放大器是集成运算放大器的核心部分，它将输入信
号的电平增大到输出信号的电平。
静态电阻是用于限制放大器输出电流的
电阻，运放是集成运算放大器中的晶体管，它将电压转换成电流，开关管
是用于开关放大器的晶体管，它将电流开关为电压。
高频电容和低频电容
是用于连接放大器和信号源、信号负载的电容。
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示。
由于有 T3存在， IB3和将比镜象电
流源的 2IB小β3倍。
因此IC2和IREF更加 接近。
精密电流源
二、 威尔逊电流源
4.2.3 多路电流源电路
一、 基于比例电流源的多路电流源
五、 多电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点 电流，即可构成多路电流源，电路见图 04.07。图中 一个基准电流 IREF 可获得多个恒定电流 IC2、IC3? 。
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、运算放大器外形图
4.1 集成运算放大电路概述
一、集成运放电路（ IC）的结构特点
1. 集成运放内部电路均采用直接耦合方式的多级 放大电路。
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。
4.2 集成运放中的电流源电路
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。
4.2.1 基本电流源电路
4.2.2 改进型电流源电路
4.2.3 多路电流源电路
4.2.4 以电流源为有源负载的放大多路
4.2.1 基本电流源电路
一、 镜像电流源
基准电流
IR
第4章 集成运算放大器
4.1 集成运算放大电路概述 4.2集成运放中的电流源电路 4.3集成运放电路简介 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 4.6 集成运放的使用
模拟集成电路简介
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。
2、运算放大器的符号和型号
(1)集成放大器的符号
按照国家标准符号如图下图所示。
(a)
(b)
模拟集成放大器的符号
(a) 国家标准符号 (b)原符号
3、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－－－－
图04.07 多电流源
二、 多集电极管构成的多路电流源
三、 MOS管多路电流源
F007中的电流源电路
4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
一、有源负载共射放大电路
二、 有源负载差分放大电路
4.3 集成运放电路简介
1. 一、 F007电路原理图 2. F007电路中的放大电路部分 3. F324电路原理图 4. F324的简化电路原理图 5. C14573电路图 6. C14573的放大电路部分
?
VCC
? U BE R
? IC ? 2IB
?
IC
?
2
IC
?
IC
?
?
?
?
2 ?IR
当 ? ?? 2 时
IC 0 ? IC1 ? IC I B0 ? I B1 ? I B
IC1
?
IR
?
VCCLeabharlann ? U BE R?0 ? ?1 ? ?
镜像电流源具有一定的温度补偿作用
镜像电流源存在的问题： 在VCC一定的前提下， 1、若要求 IC1大，则IR必须大； 2、若要求 IC1小，则R必须大。
2. 集成运放内部电路的输入级采用差分电路。
3. 集成运放内部电路用有源元件（晶体管或场效 应管）替代电阻。
4. 集成运放内部电路用恒流源电路作偏置电路。
5.集成运放内部电路经常用复合管。
二、集成运放电路的组成及各部分的作用
集成运放电路方框图 1. 输入级：要求其输入电阻高，抑制共模能力强，差模放大倍数大。 2. 中间级：要求放大倍数大。多采用共射（或共源）电路，并采用 复合管做放大管，用恒流源做集电极负载。 3. 输出级：要求输出电压线性范围宽，输出电阻小（带负载能力强） 和非线性失真小。 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。集成运放采用电流源电路为各级提供集电极（或发射极、漏极） 静态工作电流。
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。
1、运算放大器的引线
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。
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。
三、 集成运放的符号和电压传输特性
集成运放的符号
双电源供电下的电压传输特性
Aod 为运放的差模开环放大倍数。 线性放大区 在线性放大区，有 uO ? Aod (uP ? uN ) 在非线性放大区，有 uO ? ? uOM 或 uO ? ? uOM
二、 比例电流源
三、 微电流源
IC1
?
I E1
?
U BE0 ? U BE1 Re
IC1
?
UT Re
ln
IR IC1
式中：基准电流
IR
?
VCC
? U BE0 R
4.2.2 改进型电流源电路
一、加射极输出器的电流源
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，其精度提高了 ? 倍。电路如图下图所
由于有 T3存在， IB3和将比镜象电
流源的 2IB小β3倍。
因此IC2和IREF更加 接近。
精密电流源
二、 威尔逊电流源
4.2.3 多路电流源电路
一、 基于比例电流源的多路电流源
五、 多电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点 电流，即可构成多路电流源，电路见图 04.07。图中 一个基准电流 IREF 可获得多个恒定电流 IC2、IC3? 。
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、运算放大器外形图
4.1 集成运算放大电路概述
一、集成运放电路（ IC）的结构特点
1. 集成运放内部电路均采用直接耦合方式的多级 放大电路。
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。
4.2 集成运放中的电流源电路
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。
4.2.1 基本电流源电路
4.2.2 改进型电流源电路
4.2.3 多路电流源电路
4.2.4 以电流源为有源负载的放大多路
4.2.1 基本电流源电路
一、 镜像电流源
基准电流
IR
第4章 集成运算放大器
4.1 集成运算放大电路概述 4.2集成运放中的电流源电路 4.3集成运放电路简介 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 4.6 集成运放的使用
模拟集成电路简介
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。
2、运算放大器的符号和型号
(1)集成放大器的符号
按照国家标准符号如图下图所示。
(a)
(b)
模拟集成放大器的符号
(a) 国家标准符号 (b)原符号
3、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－－－－
图04.07 多电流源
二、 多集电极管构成的多路电流源
三、 MOS管多路电流源
F007中的电流源电路
4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路
一、有源负载共射放大电路
二、 有源负载差分放大电路
4.3 集成运放电路简介
1. 一、 F007电路原理图 2. F007电路中的放大电路部分 3. F324电路原理图 4. F324的简化电路原理图 5. C14573电路图 6. C14573的放大电路部分
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VCC
? U BE R
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IC1
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VCCLeabharlann ? U BE R?0 ? ?1 ? ?
镜像电流源具有一定的温度补偿作用
镜像电流源存在的问题： 在VCC一定的前提下， 1、若要求 IC1大，则IR必须大； 2、若要求 IC1小，则R必须大。
2. 集成运放内部电路的输入级采用差分电路。
3. 集成运放内部电路用有源元件（晶体管或场效 应管）替代电阻。
4. 集成运放内部电路用恒流源电路作偏置电路。
5.集成运放内部电路经常用复合管。
二、集成运放电路的组成及各部分的作用
集成运放电路方框图 1. 输入级：要求其输入电阻高，抑制共模能力强，差模放大倍数大。 2. 中间级：要求放大倍数大。多采用共射（或共源）电路，并采用 复合管做放大管，用恒流源做集电极负载。 3. 输出级：要求输出电压线性范围宽，输出电阻小（带负载能力强） 和非线性失真小。 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。集成运放采用电流源电路为各级提供集电极（或发射极、漏极） 静态工作电流。
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。
1、运算放大器的引线
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。
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。
三、 集成运放的符号和电压传输特性
集成运放的符号
双电源供电下的电压传输特性
Aod 为运放的差模开环放大倍数。 线性放大区 在线性放大区，有 uO ? Aod (uP ? uN ) 在非线性放大区，有 uO ? ? uOM 或 uO ? ? uOM
二、 比例电流源
三、 微电流源
IC1
?
I E1
?
U BE0 ? U BE1 Re
IC1
?
UT Re
ln
IR IC1
式中：基准电流
IR
?
VCC
? U BE0 R
4.2.2 改进型电流源电路
一、加射极输出器的电流源
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，其精度提高了 ? 倍。电路如图下图所