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第四章差动放大器与集成运算放大器

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差动放大电路与集成运算放大器

差动放大电路与集成运算放大器

优缺点的比较
差动放大电路
差动放大电路具有结构简单、性能稳定 、噪声抑制能力强等优点，适用于对信 号质量要求较高的场合。但相对于集成 运算放大器，其增益较低，且对元件参 数对称性要求较高。
VS
集成运算放大器
集成运算放大器具有高精度、低噪声、低 失真等特点，适用于需要进行复杂运算和 处理的场合。但其电路结构较为复杂，且 对电源电压和温度稳定性要求较高。
差动放大电路的性能指标
• 差动放大电路的性能指标包括电压增益、输入电阻、输出电阻、 共模抑制比等。电压增益是指差动放大电路对差分信号的放大 倍数；输入电阻是指差动放大电路对输入信号的阻碍作用；输 出电阻是指差动放大电路的输出端的内阻；共模抑制比是指差 动放大电路对共模信号的抑制能力。
03 集成运算放大器
响应的重要参数。
04 差动放大电路与集成运算 放大器的两个输入信号进行差分输入，通过电路的对称性，将差分信号放大并转换为单端信号输出 的电路。其工作原理主要基于晶体管的共射输入输出特性，通过调整电路参数，实现差分信号的放大。
集成运算放大器
集成运算放大器是一种将多个晶体管、电阻、电容等元件集成在一块芯片上的模拟电路，具有高放大倍数、高输 入电阻、低输出电阻等特点。其工作原理基于负反馈和开环增益，通过反馈网络对输入信号进行比例放大，实现 信号的运算功能。
差动放大电路与集成运算放大器
目录
• 引言 • 差动放大电路 • 集成运算放大器 • 差动放大电路与集成运算放大器的比较 • 差动放大电路与集成运算放大器的应用实
例 • 结论
01 引言
主题简介
差动放大电路
差动放大电路是一种将差分信号转换 为单端信号的电路，具有抑制共模干 扰、提高信号动态范围等优点。

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)

差动放大电路与集成运算放大器基础知识讲解

差动放大电路与集成运算放大器基础知识讲解
（1）它由两个完全对称的共射电 路组合而成。
（2）电路采用正负双电源供电。
图3.1 典型基本差动放大电路
2.差动放大电路抑制零点漂移的原理
由于电路的对称性，温度的变化对VT1、 VT2两管组成的左右两个放大电路的影响 是一致的，相当于给两个放大电路同时加 入了大小和极性完全相同的输入信号。因 此，在电路完全对称的情况下，两管的集 电极电位始终相同，差动放大电路的输出 为零，不会出现普通直接耦合放大电路中 的漂移电压，可见，差动放大电路利用电 路对称性抑制了零点漂移现象。
1.单端输入
单端输入和双端输入并没有本质的区 别，可以直接利用双端输入时的公式进行 计算。
2.单端输出
单端输出的输出信号可以取自 VT1或 VT2的集电极。
（1）单端输出时的差模电压放大倍数Aud1 （2）单端输出时的共模电压放大倍数Auc1 （3）单端输出时的共模抑制比KCMR （4）单端输出时差动放大电路的输出电阻rod
输入失调电流温漂ΔIIO/ΔT 6.共模抑制比KCMR 7.差模输入电阻rid 8.输出电阻rod
3.2.3 集成运算放大器使用 中的几个具体问题
1.集成运放的选择 （1）信号源的性质 （2）负载的性质 （3）精度要求 （4）环境条件
2.集成运放参数的测试
以μA741为例，其管脚排列如图3.14(a) 所示。其中2脚为反相输入端，3脚为同相 输入端，7脚接正电源15V，4脚接负电源15V，6脚为输出端，1脚和5脚之间应接调 零电位器。μA741的开环电压增益Aud约为 94dB(5×104倍)。
3.1.2 差动放大电路的基本形式
差动放大电路是一种具有两个输入端且 电路结构对称的放大电路，其基本特点是只 有两个输入端的输入信号间有差值时才能进 行放大，即差动放大电路放大的是两个输入 信号的差，所以称为差动放大电路。

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。

电子电路基础习题册参考答案-第四章

电子电路基础习题册参考答案-第四章

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 KCMR ∞，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=Ω，U0=,则流过二极管的电流为 10 mA ，二极管正向压降为 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，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 ）。

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。

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

差动放大器

差动放大器

输出级：与负载相接。 要求：其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大 的电压和电流，并有过载保护措施。 电路形式：一般由互补对称电路或射极输出器构成。 偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏 置电流，决定各级的静态工作点，也可以作为有源负 载提高电压增益，输入级设置一个电流值低而又十分 稳定的偏置电流。 电路形式：各种恒流源组成。
模拟IC：集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、 集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成 A/D和D/A转换器、集成锁相环。
2、按有源器件：双极型
单极型
集成电路的种类很多，分类方法有以下几种： 1．按集成度的高低，如上所述，集成电路可分为小规模、中规模、大规模
和超大规模四类。
K CMR Auc Aud
Aud与Auc比值的绝对值记为KCMR ，则 A ud u od u id ；
实验结果表明，│Aud│ │Auc│（>>，≈，<<）或KCMR （>>1，≈1，<<1）， 即差动放大电路对差模信号的放大能力 （远大于/基本接近于/远小于）对共模信 号的放大能力。
二、特点 1、在集成工艺下，元器件参数精度不高，但对称性 好，适宜做差动放大电路。 2、集成电路不适于制造大于几十皮法以上的电容和 电感，故电路间采用直接耦合。 3、在集成电路中，制造三极管（NPN）比制造大电阻 和二极管方便。所以常用三极管代替大电阻、二极管。 4 4、集成电路中的PNP三极管一般做成横向的。所以 β 很低 ≤10 ， 这时β ≠β +1。
e0
R
I C1
当Re1与Re0相差不太大时，可以 认为UBE1≈UBE0，则有 IE1Re1≈IE0Re0≈IREFRe0

模拟电子技术(西电第三版)第4章 差动放大电路与集成运算放大器

模拟电子技术(西电第三版)第4章 差动放大电路与集成运算放大器
集成运放是本教材中头一个集成电子器件，其内部结构 比较复杂。不过，我们暂时可以不去了解其内部电路，只要 掌握其外围电路的接法就可以了。
4
实图4.1 LM741的管脚排列及序号 (a) 外引脚排列顺序；(b) 符号
5
2. 负反馈的引入 由第3章可知，放大器引入负反馈后，可以改善很多性 能。集成运放若不接负反馈或接正反馈，只要有一定的输入 信号(即使是微小的输入信号)，输出端就会达到最大输出值 (即饱和值)，运放的这种工作状态称为非线性工作状态。非 线性工作状态常用在电压比较器和波形发生器等电路中，这 里暂不考虑。集成运放引入负反馈后，就可工作于线性状态。 线性状态时，输出电压Uo与输入电压Ui之间的运算关系仅取 决于外接反馈网络与输入端的外接阻抗，而与运算放大器本 身参数无关。这一点大家在实训中要充分体会。
6
3. 反相比例运算电路 依外接元件连接的不同，集成运放可以构成比例放大、 加减法、微分、积分等多种数学运算电路。本实训只进行其 中一种运算——反相比例运算的练习。 反相比例运算电路如实图4.2所示。输入信号Ui从反相 输入端输入，同相输入端经电阻接地。这个电路的输出与输 入之间有如下关系：
7
即输出电压与输入电压成比例，比例系数仅与外接电阻Rf、 R1有关，与运放本身的参数无关。同相端所接R2、R3称为平 衡电阻，其作用是避免由于电路的不平衡而产生误差。
43
图 4.1.9 加调零电位器的差动放大器 (a) 射极调零；(b) 集电极调零
44
例4.1.2 图4.1.10(a)为带恒流源及调零电位器的差动 放大器，二极管VD的作用是温度补偿，它使恒流源IC3基本 不受温度变化的影响。设UCC=UEE=12 V，Rc=100 kΩ， RP=200 Ω，R1=6.8 kΩ，R2=2.2 kΩ，R3=33 kΩ，Rb= 10 kΩ，UBE3=UVD=0.7 V，各管的β值均为72，求静态时的 UC1，差模电压放大倍数及输入、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4章集成运算放大器习题解答

第4章集成运算放大器习题解答

第4章集成运算放⼤器习题解答第四章习题参考答案4-1 什么叫“虚短”和“虚断”？答虚短：由于理想集成运放的开环电压放⼤倍数⽆穷⼤，使得两输⼊端之间的电压近似相等，即-+≈u u 。

虚断：由于理想集成运放的开环输⼊电阻⽆穷⼤，流⼊理想集成运放的两个输⼊端的电流近似等于零，即0≈=-+i i 。

4-2 理想运放⼯作在线性区和⾮线性区时各有什么特点？分析⽅法有何不同？答理想运放⼯作在线性区，通常输出与输⼊之间引⼊深度负反馈，输⼊电压与输出电压成线性关系，且这种线性关系只取决于外部电路的连接，⽽与运放本⾝的参数没有直接关系。

此时，利⽤运放“虚短”和“虚断”的特点分析电路。

理想运放⼯作在⾮线性去（饱和区），放⼤器通常处于开环状态，两个输⼊端之间只要有很⼩的差值电压，输出电压就接近正、负电压饱和值，此时，运放仍具有“虚断”的特点。

4-3 要使运算放⼤器⼯作在线性区，为什么通常要引⼊负反馈？答由于理想运放开环电压放⼤倍数∞=uo A ，只有引⼊深度负反馈，才能使闭环电压放⼤倍数FA 1u =，保证输出电压与输⼊电压成线性关系，即运放⼯作在线性区。

4-4 已知F007运算放⼤器的开环放⼤倍数dB A uo 100=，差模输⼊电阻Ω=M r id 2，最⼤输出电压V U sat o 12)(±=。

为了保证⼯作在线性区，试求：（1）+u 和-u 的最⼤允许值；（2）输⼊端电流的最⼤允许值。

解（1）由运放的传输特性5o uo 1012===++u u u A 则V 102.1101245--+?===u u（2）输⼊端电流的最⼤允许值为A 106102102.11164id --+?=??==r u I 4-5 图4-29所⽰电路，设集成运放为理想元件。

试计算电路的输出电压o u 和平衡电阻R 的值。

解由图根据“虚地”特点可得0==+-u u图中各电流为601.01--=u i 305.02---=u i 180o f u u i -=- 由“虚断”得f 21i i i =+以上⼏式联⽴，可得V 7.2o =u平衡电阻为Ω==k R 18180//60//30图4-29 题4-5图4-6 图4-30所⽰是⼀个电压放⼤倍数连续可调的电路，试问电压放⼤倍数uf A 的可调范围是多少？图4-30 题4-6图解设滑线变阻器P R 被分为x R 和x P R R -上下两部分。

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。

第4章集成运算放大电路-差动

第4章集成运算放大电路-差动

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cd 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：100BE1BE2CC =−−=R U U V I R μAβCC B1C0B2C0E1E2CC1C0I I I I I I I I I I I I R +=+=+====1001C =≈⋅+=R R I I I ββμA四、电路如图T4.4所示。

图T4.4（1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放……）；（2）分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍数、输入电阻……）。

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ui1 B1
T1
uo
T2 E
RC +UCC C2 RB ib2
B2 ui2
输入与单端输入
效果是一样的。
ud
=
ui1 − ui2 IC3
双端输入： ui1 = -ui2 =0.5ui
-UEE
ud = 0.5ui , uc = 0 单端输入：ui1 =-ui ，ui2 = 0
(4-30)
4.1.5 差放电路的几种接法
RC
uo
RC +UCC
RB C1
C2
R
B
ui1 B1
T1
T2
E
B2 ui2
IC3
输入端 双端 接法 单端
输出端 双端 接法 单端
-UEE
双端输入双端输出：Ad = Ad1
双端输入单端输出：Ad
=
1 2
Ad1
(4-31)
对Ad而言，双端
RC
ib1 RB C1
运放符号：
理想运放：
ri → ∞ KCMMRR → ∞ ro → 0 Ao → ∞
集成运放内部结构（举例）
极
性
判 断
RC
–
RC T1 T2
第2级
RC3
T5 T6
+
E
RE2
+UCC
RE3
T7
T10
RE4 T8
RL
RE5
T9 T11
RC4
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
-UEE
第4级：互补对称射极跟随器 (4-38)
运放的特点：
ri 大: 几十kΩ ∼ 几百 kΩ KCMRR 很大 ro 小：几十 ∼ 几百Ω A o 很大: 104 ∼ 107
……
(4-33)
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
RC RB
R ib1 T1
T2
ib2
ui R
iRE
RE –UEE
(4-18)
差模信号通路
ui1
RC ic1 uoic2 RC
RB R ib1
T1
uod1 uod2
T2
RB ib2 R
ui2
E
T1单边微变 等效电路
ui1
RB
B1 C1
ib1 rbe1
βib1RC
E
uod1
(4-19)
1. 放大倍数
T2
ui1 R ib1
E
+UCC RB ib2 R ui2
IC3
R1
T3
R3
R2
-UEE
(4-27)
RC
ic1 ic2 uo
RC
+UCC
T3 :放大区
RB
RB
T1
T2
ui1 R ib1
E
ib2 R ui2
iC
IC3
恒流源
Q
IC3
R1
T3
UCE3 ∆UCE3
R3
R2
-UEE
静态分析：主要分析T3管。 VB3→VE3 →IE3 →IC3
(4-34)
原理框图：
与uo反相
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
与uo同相
T1 T2
输
IS
入
级
+UCC
T4
T3
T5
uo
中
输
间
出
级
级 UEE
(4-35)
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
CMRR — Common Mode Rejection Ratio
K=
CMRR
Ad Ac
K (dB) = 20 log Ad (分贝)
CMRR
Ac
例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg | (-200)/0.1| =66 dB
(4-10)
4.1.3 双电源长尾式差放
一、结构
+UCC
rce3
=
∆U ce3 ∆I c 3
rce3 ≥ 1MΩ
IB3 uCE
(4-28)
RC
RB T1
ui1 R ib1
ic1 ic2 uo
RC
T2
E
+UCC RB
ib2 R ui2
IC3 T3
R3 -UEE
R1
T4
R2
IE4
温度 ↑
IE3 ↑
Q变化
电路改进：加入温度
补偿三极管T4（BC短 接，相当于二极管）
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二 级一般采用差动放大器。
（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减 小输入电流，增加输入电阻。
（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行 功率放大，提高带负载的能力。
(4-36)
为减小IB， 提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管
RC
uo
ud = 0.5ui , uc = 0.5ui
双端输出：Ad = Ad1
单端输出：Ad
=
1 2
Ad1
(4-32)
§4.2 集成运放的内部结构及特点
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导
体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
理想情况：ui1 = ui2 → uC1 = uC2 → uo= 0
但因两侧不完全对称， uo≠ 0
共模电压放大倍数： AC = uo uC （很小，<1)
(4-8)
四、差模电压放 大倍数Ad
ui1
R1 RB
RC T1
uo
RC
T2
R1 +UCC
RB
ui2
差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反）
(4-25)
U& oc1 = Ac1 ×U& c1 U& oc2 = Ac2 ×U& c2
U& oc = U& oc1 − U& oc2 ≈ 0
AC ≈ 0
KCMRR
∞
问题：负载影响共模放大倍数吗？
不影响！
(4-26)
4.1.4 恒流源式差放电路
电路结构:
RC ic1 uoic2 RC
RB T1
IE4
≈
U EE − U BE 4 R1 + R2
温度↑
IE3 ↑ UBE4 ↓
UBE4 ↓
UB3 ↓
IE3 ↓
结论：T4稳定IE3 。
(4-29)
恒流源的作用
1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。 2. 恒流源不影响差模放大倍数。 3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模
放大倍数减小，从而增加共模抑制 比，理想的恒流源相当于阻值为无 穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。
RC RB
uo
RC
RB
T1
T2
ui1
ui2
RE
–UEE
特点：加入射极电阻RE ；加入负电源 -UEE ， 采用正负双电源供电。
为了使左右平衡，可 设置调零电位器:
(4-11)
+UCC
RC RB
uo
RC
RB
T1
T2
ui1
ui2
RE
–UEE
双电源的作用： （1）使信号变化幅度加大。 （2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。
思考题：电路去掉RB能正常工作吗？ RB的 作用是什么？
(4-22)
(二) 共模输入
RC ic2uocic1 RC
+UCC
RB
uoc1 uoc2 RB
T1
T2
uC
uRE
iRE
RE –UEE
uC ↑
ic1 、 ic2 ↑
iRE 、 uRE ↑
RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于
RE的负反馈作用，使IE基本不变） 。
R
+UCC
uo
RC RB
T2
RE –UEE
ui1
=
1 2
ui
=
ud
ui2
=
−
1 2
ui
=
−ud
(4-17)
RE 对差模信号作用
ui1
ib1 , ic1
ui2
ib2 , ic2
ic1 = - ic2 iRE = ie1+ ie2 = 0 uRE = 0 RE对差模信号不起作用
+UCC
RC RB
ic1 uoic2
单边差模放大倍数:
Ad1
=
uod1 ui1
Ad1
=
−
ib1
βib1RC
× (RB + rbe1)
=
−
βRC
RB + rbe1
Ad1 = Ad 2