集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析

第4章 集成运算放大器电路
4―3―2差动放大器的工作原理及性能分析 基本差动放大器如图4―12所示。它由两个性能参
数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接 并经公共电阻RE将它们耦合在一起，所以也称为射极 耦合差动放大器。
I UE (UEE ) UEE 0.7
RE
RE
第4章 集成运算放大器电路
IC2
R1 R2
Ir
(4―7) (4―8)
第4章 集成运算放大器电路
可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。 参考电流Ir现在应按下式计算：
UCC
Ir
UCC U BE1 Rr R1
UCC Rr R1
(4―9)
Ir
Rr
IC2
IB1
V1
＋
UBE1 －
IE1
R1
IB2 ＋
UBE2 － R2
(4―11)
Ir
IC1
IB3
IC1
IC3
IC1 IC2,
IC3
3 1 3
IE3
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
若三管特性相同，则β1=β2=β3=β,求解以上各
式可得
IC3
(1 2ຫໍສະໝຸດ 222)Ir
(4―12)
第4章 集成运算放大器电路
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―2 电流源电路
电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作 用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流， 另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。 下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运 放中常用的电流源电路。

解：I R EF
=
VCC
+ VCC－U EB1 2－U B E1 1 R5
≈0.73mA
UT
ln
IR IC10
≈
IC10R4
IC10≈28µA
IC13 = IC12 = + 2 IR ≈0.52mA
图4.2.9 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
在集成运放中，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，既可获得合适的 静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效Rc 或Rd的。
集成运放的工作区域 线性区域：
uO
+UOM
输出电压与其两个输入端的电压
之间存在线性放大关系，即
uP-uN
uO Aod(uP uN )
-UOM
Aod为差模开环放大倍数
非线性区域：
输出电压只有两种可能的情况： +UOM或－UOM UOM为输出电压的饱和电压。
4.2 集成运放中的电流源电路
集成运放电路中的晶体管和场效应管除了 作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提 供合适的静态电流；
=
I REF－
2 I C1
( + 1)
Re2
∴ IC1 =
I REF 2
≈ IREF
1 + ( + 1)
图4.2.4 加射极输出器的电流源
如β＝10 IC1=0.982 IREF
增加电阻Re2目的是使IE2增大，从而提高T2的β。
二、威尔逊电流源
＋VCC
T1管的c－e串联在T2管的发射 极，其作用与典型的静态工作点稳
四.在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电 路通常采用直接耦合方式。

§8.1 比例运算电路8.1.1 反相比例电路1. 基本电路电压并联负反馈输入端虚短、虚断特点：反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。

如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2. T型反馈网络（T型反馈网络的优点是什么？）虚短、虚断8.1.2 同相比例电路1. 基本电路：电压串联负反馈输入端虚短、虚断特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高2. 电压跟随器输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2 加减运算电路8.2.1 求和电路1.反相求和电路2.虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系3.同相求和电路4.虚短、虚断8.2.2 单运放和差电路8.2.3 双运放和差电路例1:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使 V o=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K例2:如图电路，求Avf，Ri解：§8.3 积分电路和微分电路8.3.1 积分电路电容两端电压与电流的关系：积分实验电路积分电路的用途将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）将三角波变为正弦波（Vi：三角波，频率500Hz，幅度1V）（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率200Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？积分电路的其它用途：去除高频干扰将方波变为三角波移相在模数转换中将电压量变为时间量§8.3 积分电路和微分电路8.3.2 微分电路微分实验电路把三角波变为方波（Vi：三角波，频率1KHz，幅度0.2V）输入正弦波（Vi：正弦波，频率1KHz，幅度0.2V）思考：输入信号与输出信号间的相位关系？（Vi：正弦波，频率500Hz，幅度1V）思考：输入信号频率对输出信号幅度的影响？§8.4 对数和指数运算电路8.4.1 对数电路对数电路改进基本对数电路缺点：运算精度受温度影响大；小信号时exp(VD/VT)与1差不多大，所以误差很大；二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。

IC2
IB T2
I C2
IR
RE1 IR RE2
U C C U B E(on) R RE1
RE1
RE2
比例电流源电路
• 微电流源电路
1、电路结构形式 在集成运放电路中，往往 要求提供微小电流的电流 源，当电源电压一定时， 为了实现利用阻值较小的 电阻而获得极小的输出电 流IC2，可将比例电流源中 的RE1短路。
1、电路结构形式 R 为了实现输出电流与基准电流 IR 之间的比例调节，在两个晶体 IC1 管的发射极加上电阻。 T1 2、工作原理分析 由右图可得 UBE1+IE1RE1= UBE2+IE2RE2 RE1 根据PN结的电流方程，可得发射 结电压与电流的关系
I E I Se
U BE UT
+UCC IC2
+UCC IR R T4 IC1 T1 T2 T3 IC2 IC3
RE1
IE1
RE2
IE2 RE3
IE3
多路微电流源电路
• 多路电流源电路
• 多集电极管的多路电流源电路 T通常为横向PNP型管，当IB一定时， 各集电极电流之比等于它们的集电区 面积之比。设各集电区的面积分别为 S1、S2、S3。则有：
uP 输入级 uN 中间级 输出级 uo
偏置电路
集成运算放大器的电路框图
• 集成运算放大器的电路结构特点
一、因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常 用有源元件(晶体管或场效应管)取代电阻。 二、因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干 扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差 分放大电路(输入级)和恒流源电路(作偏置电路或有源负载)。 三、因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同。增 加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的 电路形式，以达到提高各方面性能的目的。 四、因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接 耦合方式。 五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大 差异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性 能俱佳的效果。第源自章 集成运算放大器电路内容概述