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[工学]集成运算放大电路

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集成运算放大电路

集成运算放大电路



uA741 （单运放）是高增益运算放大器，用于军 事，工业和商业应用 .这类单片硅集成电路器件提 供输出短路保护和闭锁自由运作。

这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和 低失调电压调零能力与使用适当的电位。 uA741 芯片引脚和工作说明： 1和5 为偏置 (调零端) ，2 为正向输入端， 3为反向输入端，4 接地， 6为输出， 7接电源 8空脚
集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端与反相输入端之 间的差值电压）之间的关系曲线称为电压传输特性。对于正、负两 路电源供电的集成运放，其电压传输特性如图3 -4(a)所示。 曲线分线性区（图中斜线部分）和非线性区（图中斜线以外的部 分）。在线性区，输出电压随输入电压（Up - UN）的变化而变化； 但在非线性区，只有两种可能：或是正饱和，或是负饱和。
低输入偏置电流：100nA最大值（LM324A）
每个封装有4个放大器 内部补偿 共模范围扩展至负电源 行业标准的引脚分配 输入端的ESD钳位提高了可靠性，且不影响器件工作 提供无铅封装
特性(Features):
· 内部频率补偿
· 直流电压增益高(约100dB) · 单位增益频带宽(约1MHz)
· 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；
· 双电源(±1.5 一±15V) · 低功耗电流，适合于电池供电 · 低输入偏流 · 低输入失调电压和失调电流 · 共模输入电压范围宽，包括接地 · 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 · 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
由于外电路没有引入负反馈，集成运放的开环增益非常高，只要加 很微小的输入电压，输出电压就会达到最大值所以集成运放电压传 输特性中的线性区非常窄，如图3 -4(a)所示。理想运放传输特性无 线性区，只有正、负饱和区，如图3 -4(b)所示。

集成运算放大电路教学课件PPT

集成运算放大电路教学课件PPT

Rc
Rb
VO1
VO2T1
Rb
+
+
Vi1
T1
Rw
1/2TR2 w
Vi2
2Re
－
Re
－ Ee
－
－ Ee
IB·Rb + VBE +（1+β）IB（1/2Rw+2·Re）= Ee
IBQ=
Ee－ VBE Rb +（1+β）（1/2Rw+2·Re）
VBQ=－IBQ·Rb
ICQ = β·IBQ
VCQ = EC－ ICQ·RC
读图就是对电路进行分析。读图可培养综合应用的能力；进一步 熟悉已知电路；认识和学习新电路。
1、读图的步骤与方法
① 化整为零
将整个电路分成若干个部分。零 越大越好，最小值为单级电路。
② 各个击破
弄清每部分电路的结构和性能，进一步 化整为零，弄清每个元件和电路的功能。
③ 统观整体
研究各部分之间的相互关系，理 解电路如何实现所具有的功能。
提高共模抑制比的主要 途径是增加Re的值。
三、差分放大电路的四种接法
1 、四种接法
双端输入——双端输出 双端输入——单端输出
单端输入——双端输出 单端输入——单端输出
注意
◆各种接法的实际应用
◆只要输出端形式相同，双端输入的结论全部适用 于单端输入。
◆电路的输入、输出电阻
Rid = 2
·Ri
= 2〔Rb+rbe+（1+β）
AC = －
β· （RC// RL）
Rb+rbe+（1+β）（
1 2
RW
+2 Re）

集成运算放大电路

集成运算放大电路

VCCUBE0 R
(1)
当 1 时，T1管的集电极电流
IC1IE1UBE0ReUBE1
(2)
(2)式中 (UBE0 – UBE1) 大概几十毫伏，因此只要 几千欧的 Re 就可以得到几十微安的IC1，所以称 为微电流源。
由式
IC1
Re0 Re1
IRU ReT1lnIICR1
可得
IC1
UT Re
ln
+VCC
IC0=IC1=IC ，IR为基准电流。
T0
C
T1
A点的电流方程I为E2：IC2IBIC2IC
IC0
2IB
IC
A
1
IC
2
IE2
2
IC2
IB2
IE2
1
B
T2
2
IC2
(1)
IR R
IC2 B点的电流方程为：
IR IB 2 IC IC 2 1 2 IC 22 2 2 2 2 IC 2
பைடு நூலகம்
UBE
UT
ln
IE IS
(2)
B
IC0
T0
A T1
IB0
IB1
Re0 IE0
IE1 Re1
因 将T(30)与式T代1 特入性 (1)完式全得U相：B同E0，U 故B：E1UTlnIIE E10 IE1Re1IE0Re0UTlnIIE E1 0
(3) (4)
当 2时，IC0IE0IR，IC1 IE1，所以
IC2(122 22)IRIR
(2)
2.4 多路电流源电路
基于比例电流源的多路电流源：
+VCC
IR R
C B
IC0

集成运算放大电路精品PPT课件

集成运算放大电路精品PPT课件

例2.3.1
VP
直流电压表电路如图所 示，磁电式电
+
流表指针偏移满刻度时 ，流过动圈电
+
Vs
流I M 100uA.当R1 2M时，可测的 -
-
I1 Ii
IM
最大输入电压 VS(max) ?
R1 VN Rm
解：VP VS VN , I i 0, 则有
IM
I1
VN R1
VS R1
VS(max) I M R1 100 106 A 2 106 200V
vO
R2 R1
(1
R4 R2
R4 R3
)vI
(1
R4 R3
)vI
R4 = 99k
R3 = 1k
作业：2.3.2 2.3.5
2.4 同相输入和反相输入放大电 路的其他应用
2.4.1 求差电路
R2
vP vN
vi1 R1
vi2
R1
_
vo
+
i2 R2 M R3 i4
Av
vo vi
R2 R1
(1
R3 R2
R3 ) R4
i3 R4
Av
390 51
1
390 390
390 R4
100
i1
vi R1
_ +
+
vo
R4 35.2k
(3) Av
Rபைடு நூலகம் R1
RP
R2 Av R1 100 51k 5100k
设计例题
设计要求：
Ri = 1M ，AV = -100
运放线性应用的条件
结论：运放工作在线性区的条 件是在电路中加入负反馈。

集成运算放大电路

集成运算放大电路

功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。

经典：集成运算放大电路

经典：集成运算放大电路

了解
通用集成运
内容
放F007的内
部原理电路
偏置电路
35
【分析】 由主偏置电路可求基准电流IREF
了解 内容
IRE F V C C V EE R 1 U E1B 2U B1E 1
IREF
36
【分析】
了解
内容
T10和T11构成微电流源
IC10
UT R2
lnIREF IC10
利用累试法或图解法可求出IC10
+ T1
IB1 UBE-1
IE1
Re
因为Re0=0 其中
IC1
UT Re
ln
IR IC1
IR
VCCUBE0 R
26
二.改进型电流源电路
以前电路限制β>>2时才成立，若β值很小
时，IC2与IREF就存在一定的差别，不能达到很
好的镜像。
如： β=10时，则根据镜像电流源公式，
IC1 2IR 0.833IR
保持不变。
21
（2）镜像电流源的特点
优点： ①结构简单； ②T1管对T2管具有一定的温度补偿作用，使得
VCC
IC2的温度稳定性较好。
IREF
IC1
T1 + -UBEI1B1
RC IC2
VB + T2 IB2 UBE2-
补 温度 IC2↑
偿 作 用
T↑
T↓则相 反
IC1↑ IREF↑
适用范围：
IC2↓ IB↓ VB↓
用于差分放大电路
①电路的输入、输出方式？
②如何设置静态电流？
③静态时iO约为多少？ ④动态时ΔiO约为多少？
静态：
I C I 1 C ， I 2 C I 3 C ， I 1 C I 4 C ， I 3 C I 4 C

集成运算放大电路全篇


Y0 Y1 Y2 Y3 B
注：式中Aod为差模开环放大倍数。
二、 集成运放中的电流源电 路
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
+VCC
IR
B IC0
T0
R 2IB
A
IB0
IB1
IC1 T1
UBE0= UBE1， β0=β1=β， IC0=IC1=IC= βIB ， IC1为输出电流， IR为基准电流。
基准电流表达式：
IR
用
uP
集成运放组成方框图：
输入级
uN
中间级
输出级 uO
偏置电路
1) 输入级 又称前置级，常为双输入高性能差分放大电路（高Ri 、大Ad、 大KCMR、静态电流小）。输入级的好坏直接影响着集成运放的大多数性能 参数。
2) 中间级 主放大器，使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射 （或共源）放大电路。放大管经常采用复合管，以恒流源做集电极负载。
R`3
C`1 R`3
2.1k
2.1k
R`5 240k
C`1
R`4 25k
R`5 240k
－ ＋
R7 100k
－∞ A3
(以下电路同上，仅C1、C2 值不同，电路从略）
图5.6 十五段优质均衡器
(2) 当R4的滑动触头移到最左边时，其电路如图8.7（a）所示。
C1
R3
R3
C2 R5
R4 R5
－∞
R6
B点的电流方程为：
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2
2
2 2
2
I
C
2
IC2
(1

集成运算放大电路简介.pptx

接入30pF的校正电容起 相位补偿的作用，防止电路 产生自激振荡。
30pF
IC13 +VCC
R7
T15
R8
T16
T17
-VEE
图 4.3.1-3 中间级示意图
第4页/共23页
4. 输出级
T14、 T18 、T19准互补 对称电路；
D1、 D2 、R9、R10为 过流保护电路；
T15 、R7、R8为输出级 设置合适的静态工作点。
置电路的三级直接耦合放大电路。
• 第二代产品：采用了有源负载，简化了电路设计，使开
环增益明显提高，各方面性能指标比较均衡。
• 第三代产品：输入级采用超β管，β值高达1000~5000
倍，版图设计考虑了热效应的影响，减小了失调电压、失 调电流及它们的温漂，增大了共模抑制比和输入电阻。
• 第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性
4.3.2 单极型集成运 放
1.偏置电路
T1、T2 、T7构成多路电流源。
2.第一级
增强型PMOSFET对管T3、 T4
双端输入、单端输出的MOS差分
放大电路。
图4.3.5 C14573电路
图
由于第二级电路从T8的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第 一级具有很强的电压放大能力。
3.第二级 增强型NMOS管T8构成漏极带有源负载的共源放大电路。
其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输 出电阻等。
第12页/共23页
4.4.2 集成运放的低频等效电路
考虑各种失调因素 的等效电路图
不考虑各种失调因素的电路图
若将集成运放理想化，
则rid ，ro 0
第13页/共23页
4.5 集成运放的种类及选择

集成运算放大电路


式中
1 R RC RL 2
' L
双端输出时的差模电压放大倍数等 于单边共射放大电路的电压放大倍数。 单端输出时：
Aud (单) U od 1 U od 1 1 Aud 或 U id 2U id1 2
Aud (单)
U od 2 U od 1 1 Aud U id 2U id1 2
3
第5章 集成运算放大电路
5.2 电流源电路
电流源的作用： 1. 为各级电路提供稳定的直流偏置电流； 2. 可作为有源负载，提高单级放大电路的增益。
4
第5章 集成运算放大电路
一、镜像电流源
镜像电流源电路如图5.2.1(a)所示。由图可知，参考电流
Ir为
Ir
UCC U BE UCC Rr Rr
在集成电路中，多路电流源是由多集电极晶体管实 现的如图5.2.3(a)所示，其等价电路如图5.2.3(b)所示。
UCC V1 V2 UCC V3 IC2 IC1 Rr IC2 IC3 Ir IC3
Rr
Ir
(a)
(b) 图5.2.3多集电极晶体管镜像电流源
7
(a)三集电极横向PNP管电路；(b)等价电路
第5章 集成运算放大电路
20
第5章 集成运算放大电路
5.4.2 差动放大电路的工作原理及性能分析
一、差动放大电路结构
UCC RC UC1 ＋ V1 RL Uo － V2 RC UC2
基本差动放大电路如图
5.4.3所示。它由两个性能参 数完全相同的共射放大电路
组成，并通过RE耦合在一起，Ui1
所以也称为射极耦合差动放 大电路。 两个输入端和两个输出 端。信号可双端输出，也可

【电工学】集成运算放大器全篇


当 u+> u– 时， uo = + Uopp u+< u– 时， uo = – Uopp
(2) 由于rid→∞，仍然有： i+=i-≈0
3.3 基本运算电路
运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件 等构成闭环电路后，可以实现对模拟信号进行比 例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、 乘法和除法等数学运算。
i1 R1 +
– +
uo +
+
ui –
i2 R2 i3
R3
–
因 i+=0, 所以 i2=i3 ，
u
R1 R1 RF
uo
而 u+=u- ，所以
uo
(1
RF R1
)u
u
ui R2 R3
R3
所以，u0
(1
RF R1
)(
R3 R2 R3
)ui
3 差动输入电路
iF RF
+ i1 R1
–
+
+
ui1
理想运算放大器的图形符号
∆
i–
∞
u–
–
i+
+
uo
u+
+
这里省略了其 它引线，而只画 出了两个输入端 和一个输出端，
其中：
“- ”为反相输入端；
“+”为同相输入端； “∞”表示开环电压放大倍数满足理想化条件；
“ ” 表示运放输入。
运放的三种工作方式
1）当信号从同相输入端对公共地端输入时，输出 电压与输入电压同相，——同相输入方式；
3.1.2 主要技术指标
1.开环差模电压增益 Aod 指无反馈电路时的差模电压放大倍数。
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1.什么是集成运算放大电路？集成运放电路 结构有什么特点？ 2.集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 3.集成运放的电压传输特性有什么特点？ 4.如何评价集成运放的性能？有哪些主要指标？
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第四章 集成运算放大电路
1 2 3 4
集成运算放大电路概述 集成运放中的电流源电路 直接集成运放电路简介 集成运放的性能指标
河南农业大学理学院
第四章
集成运算放大电路
模拟电子技术基础
回目录
＋ ＋
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河南农业大学理学院
河南农业大学理学院
第四章 集成运算放大电路
1. 集成电路的特点
2.偏置电路（电流源）的 作用、分类及计算计算 3.理想集成运算放大电 路（IC）的性能指标
河南农业大学理学院
第四章 集成运算放大电路
河南农业大学理学院
4.2.3
多路电流源
多集电极管多路电流源：
差分电路，大大减少温漂。 采用有源负载的共发射极电路， 增益大 互补对称 电路，带负载能力强 电流源电路，为各级提供合适 的静态工作点
输入级
中间级
输出级
uo
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4.1.3 集成运放的电压传输特性
电压传输特性： uO= f ( uP- uN )
uN uP
uO
+
Aod
uO
uP-uN
集成运放的符号和电压传输特性
IC1 T1
IB1 = IB2 = IB
IC1 = IC2 = IC
I C 2 I C1 I REF 2 I B I REF 2 I C2
I C 2 I REF
1 1 2


I C 2 I REF
VCC U BE1 R ( 2)
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4.2.1
河南农业大学理学院4.2源自2改进型电流源电路问题：基本电流源在 很小时，IR 和IC2 相 差很大。 为减小基极电流的影响，提高输出电流传输精 度，稳定输出电流，可对基本电流源电路进行 改进
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4.2.2
改进型电流源电路
1. 加射极输出器的电流源
IC2=IC1=IREF-IB3
=IREF-IE3 /(β +1)
1 2 3 4
集成运算放大电路概述
集成运放中的电流源电路 直接集成运放电路简介 集成运放的性能指标
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4.2
集成运放中的电流源电路
晶体管和场效应管作用：
1. 作为放大管
2. 构成电流源电路，为各级提供合适的 静态电流 3. 作为有源负载取代高阻值电阻，增大电 压放大倍数
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β很小时，IC2= IR ， IC2 受基极电流影响小
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4.2
集成运放中的电流源电路
1 2 3 4
基本电流源电路 运改进型电流源电路 多路电流源 电流源为有源负载的放大电路
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4.2.3
多路电流源
IC= IE ＝IREF - ∑ IB/(β+1)
β较大时IC=IREF IERE≈IREFRE=IE1RE1 =IE2RE2=IE3RE3 IC1≈IE1=IREFRE/RE1 IC2≈IE2=IREFRE/RE2 IC3≈IE3=IREFRE/RE3
集成电路外形
双列直插式
圆壳式
扁平式
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4.1 集成运算放大电路概述
1 2 3
集成运放的电路结构特点 集成运放的组成及各部分作用 集成运放的电压传输特性
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4.1.2 集成运放电路的组成及其作用
+ uid

偏置电路 集成运算的基本组成
输入级： 中间级： 输出级： 偏置电路：
两个集电极电流之比近似与发射极电阻阻值成反比
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4.2
集成运放中的电流源电路
1 2 3 4
基本电流源电路 运改进型电流源电路 多路电流源 电流源为有源负载的放大电路
河南农业大学理学院
4.2.1
基本电流源电路
3. 微电流源
+VCC
接入Re，UBE2 < UBE1，IC2 << IC1 ，Re 值不大时，得 到较小的IC2
R IC1 T1
IREF 2IB
IC2 T2 Re
U BE1 U BE2 I E2 Re IC2 Re
U BE 1 U BE 2 U T (ln I C 2 Re
I C1 I ln C 2 ) I S1 I S2
U T ln
I C1 I C2 Re I C2
若知 IC1和 IC2 ，可 求出 Re
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4.1 集成运算放大电路概述
1 2 3
集成运放的电路结构特点 集成运放的组成及各部分作用 集成运放的电压传输特性
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4.1 集成运算放大电路概述
集 成 电 路
1. 数字集成电路
3. 模拟集成电路
集成运算 放大器
集成比较器
集成功率 放大器
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4.1 集成运算放大电路概述
I REF IC 2 2IC 2 2I B 2 I REF 1 ( 1) I REF I REF 1 1 ( 1)
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4.2.2
改进型电流源电路
二、威尔逊电流源
2 ）I R I R 2 2 2
I C 2＝（1
基本电流源电路
2. 比例电流源
UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2 UBE1 UBE2
R +VCC IREF 2IB IB1 + UBE1 IC2 IB2 T2 + UBE2 R2
IC1 T1 R1
I E1 R1 I E 2 R2
I C2 R R 1 I C1 1 I R EF R2 R2
4.2
集成运放中的电流源电路
1 2 3 4
基本电流源电路 运改进型电流源电路 多路电流源 电流源为有源负载的放大电路
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4.2.1
基本电流源电路
+VCC R IREF 2IB IB1 UBE1 + IC2 IB2 T2 + UBE2
1. 镜像电流源
I REF VCC U B E1 R
uP ：同相输入端
uN：反向输入端
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4.1.3 集成运放的电压传输特性
线性区域：
u Aod (uP u N )
O
uO
+UOM
Aod：为差模开环放大倍数
非线性区域：
输出电压： +UOM 或 -UOM UOM：为输出电压饱和电压
-UOM
uP-uN
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第四章 集成运算放大电路