昆明理工大學模擬電路第四章 集成運算放大器

4.1概述第四章集成運算放大電路4.2差分放大電路4.3電流源電路4.4集成運算放大電路1集成電路的分類4.1概述集成運算放大器集成穩(wěn)壓器模擬集成電路數(shù)字集成電路集成電路集成功率放大器其他的集成器件24.1概述一、集成運算放大器在模擬集成電路中，集成運算放大器發(fā)展很早，應用也很廣泛，它是一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大電路。由于最初是用于數(shù)值運算，所以稱為運算放大器。34.1概述集成運算放大器的組成高性能的雙端輸入差分放大電路要求：1、輸入電阻高；

2、差模放大倍數(shù)大；

3、抑制共模信號的能力強；

4、靜態(tài)電流小。44.1概述集成運算放大器的組成多采用共射放大電路。經(jīng)常采用復合管做放大管，以恒流源做集電極負載。作用：使集成運放具有較強的放大能力54.1概述集成運算放大器的組成輸出級多采用互補對稱輸出電路特點：1、輸出電壓線性范圍寬；

2、輸出電阻小；

3、非線性失真小等。64.1概述集成運算放大器的組成用于設(shè)置集成運放各級放大電路的靜態(tài)工作點。采用恒流源為各級提供合適的靜態(tài)工作電流。74.1概述集成運算放大器的組成輔助環(huán)節(jié)主要是用來調(diào)整電路狀態(tài)和確保電路正常工作的。如電平偏移電路，調(diào)零電路，短路保護電路等。8一、零點漂移4.2差分放大電路二、差放基本形式三、具有射極公共電阻的差放電路四、具有恒流源差分放大電路五、共模抑制比和共模電壓輸入范圍六、失調(diào)和調(diào)零七、差分放大電路的4種接法9一、零點漂移4.2差分放大電路直接耦合使得各級Q點互相影響，如前級Q點發(fā)生變化，則會影響到后面各級的Q點。由于各級放大作用，第一級微弱變化將經(jīng)過多級放大器的放大，使輸出端產(chǎn)生很大的變化。

溫漂：由于環(huán)境溫度的變化而引起工作點漂移。

零漂：當輸入電壓為零時，輸出電壓偏離零值的變化。104.2差分放大電路二、差放基本形式+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2兩個電路的參數(shù)完全對稱，兩個管子的溫度特性也完全對稱。靜態(tài)時，Ui=0Uo=Uc1

－Uc2=0溫度上升Uc1，Uc2

均下降兩管電流均增加ΔIc1=ΔIc2;ΔUc1=ΔUc2Uo=(Uc1

－ΔUc1)－(Uc2－ΔUc2)=0114.2差分放大電路（一）共模信號和共模電壓放大倍數(shù)共模信號Uic1=Uic2

均為正兩管電流同時增加兩管集電極輸出電壓Uoc為零+VCCU0UiRb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2差動放大管T1和T2的基本接入幅度相等、極性相同的信號。即：Uic1=Uic2兩管集電極電壓同量減少在理想對稱情況下，差分放大電路的Auc=0。差分放大電路對共模信號抑制作用放映了對溫度的抑制的結(jié)果。124.2差分放大電路（二）差模信號和差模電壓放大倍數(shù)差模信號差動放大管T1和T2的基極分別接入幅度相等、極性相反的信號。即：Uid1=－Uid2+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1134.2差分放大電路（二）差模信號和差模電壓放大倍數(shù)差模信號RL=∞

時，差動放大管T1和T2的基極分別接入幅度相等、極性相反的信號。即：Uid1=－Uid2當c1和c2間接入RL，電路對稱，中間某一點電位不變，該點在RL/2處。輸入信號之差為零時，輸出也為零；輸入信號之差不為零時，產(chǎn)生輸出；放大倍數(shù)為半邊電路的放大倍數(shù)；多用一個三極管，達到抑制溫漂。結(jié)論+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1144.2差分放大電路存在的問題（1）不易實現(xiàn)電路完全對稱，仍存在溫漂。（2）溫度變化大時，可能使差動放大管進入截止區(qū)或飽和區(qū)而不能正常工作。（3）當信號輸出有一端接地時，由于另一個差放管的補償作用未被利用，零漂不能被很好的抑制。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1154.2差分放大電路三、具有射極公共電阻的差放電路射極公共電阻Re對共模信號的抑制作用：兩個輸入端輸入正極性的共模信號時IEQ增加相同的ΔIE（一）射極公共電阻的作用+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL164.2差分放大電路等效電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL交流通路174.2差分放大電路交流通路184.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、負載電阻RL兩端跨接在兩管的集電極上，若兩邊電路完全對稱，則兩管集電極電位相等，RL中沒有電流流過，視為開路。2、Re使每邊共模放大倍數(shù)顯著下降，即Re對共模信號有很強的抑制作用，Re越大，抑制共模信號的作用越強。在差模信號作用下，兩管得到大小相等，極性相反的信號，兩管電路的和不變，Re如同短路，不會影響差模放大倍數(shù)。194.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL3、利用電路的對稱性，以雙端輸出的方式，使兩邊的溫漂在輸出端互相抵消。4、利用Re對共模信號的抑制作用，來抑制每管本身的漂移。溫漂比基本差放電路小得多，而且每邊漂移小了，信號可以單端輸出。204.2差分放大電路共模信號電路對稱，T1和T2特性一致

在Δ

UI1

=Δ

UI2時，IE1=IE2=IE（二）電路的分析計算+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、計算靜態(tài)工作點Rc1=Rc2=RcRs1=Rs2=RsVEE

=IBRS+2IERe+UBE通常有IBRS<<2IERe，所以VEE≈2IERe+UBE214.2差分放大電路每管發(fā)射極電流+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL224.2差分放大電路（1）計算差模放大倍數(shù)+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL2、動態(tài)分析對差模信號來講，Re上沒有信號壓降，視為交流短路，即Re對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響。加入差模信號時由于Ui1=－Ui2則ΔIE1=－ΔIE2流過Re的電流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0。234.2差分放大電路UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid+VCC-VEERb2Rb1Rc2Rc1REUidUodRL交流地交流通路差模輸入244.2差分放大電路Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid交流微變等效電路差模信號作用下T1集電極電位UC1升高，T2集電極電位UC2降低UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid交流通路RL中的電位不變該點對地交流短路，相當每邊接負載RL/2254.2差分放大電路

(1)差模電壓放大倍數(shù)

(2)差模輸入電阻(3)差模輸出電阻Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid264.2差分放大電路（2）計算共模模放大倍數(shù)+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL加入共模模信號時，使流過Re上電流為IE1+IE2=2IE，相當于射極接入電阻為2Re。雙端輸出時由于電路對稱，其共模輸出電壓仍為零。單端輸出時由于2Re的作用，將引入很強的負反饋，對零漂起到抑制作用。共模放大倍數(shù)計算如下：Re的接入使共模放大倍數(shù)下降很多，即對零漂有很強的抑制作用。274.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL例4.2.1差動電路如圖，其中RS1=RS2=1KΩ，RC1=RC2=5.1KΩ

，RL=10KΩ

，Re=7.1KΩ

。VCC=15V，晶體管的rbe=1.4KΩ

，β=50。求：（1）電路的靜態(tài)工作點，（2）Aud、Rid和Rod。284.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL解：先計算靜態(tài)工作點：294.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL差模放大倍數(shù)：輸入電阻輸出電阻304.2差分放大電路四、具有恒流源的差放電路射極公共電阻Re越大，抑制共模信號的能力就越強。但是Re的增大會帶來兩個缺點：+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、電源VEE選定后，Re太大會使ICQ下降太多，影響放大倍數(shù)。2、集成電路中不易制作大阻值的電阻。314.2差分放大電路差分電路的演化過程+VCC-VEEU0Us2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1-VEEUs2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1IE+VCCUs1-VEEUs2Rb2Rb1Rc2Rc1Re+VCC324.2差分放大電路利用穩(wěn)定工作點電路代替Re，得到電路其中-VEEUs2Us1R2R1RcRcT3+VCCRRT1T2Re3UB3RLuoIc3334.2差分放大電路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3例4.2.2在圖示電路中，已知VCC=VEE=9V,RC=47k,Re=13k,Rb1=3.6k,Rb2=16k,R=10k,負載電阻RL=20k,三極管的=30，UBEQ=0.7V。（1）試估算靜態(tài)工作點；（2）估算差模電壓放大倍數(shù)；（3）求差模輸入電阻和輸出電阻。344.2差分放大電路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3解：354.2差分放大電路輸入電阻輸出電阻364.2差分放大電路五、共模抑制比和共模輸入電壓范圍差動放大電路的輸入信號即有差模成分又有共模成分差模輸入電壓：ΔUId=Δ

UI1

－Δ

UI2共模輸入電壓：Δ

UIC=(Δ

UI1+

Δ

UI2)/2每個輸入端的信號電壓為：Δ

UI1=Δ

UIC+

Δ

UId/2Δ

UI2=Δ

UIC

－Δ

UId/2根據(jù)疊加原理：

式中，Δ

Uod為差模輸出電壓，Δ

Uoc為共模輸出電壓。Δ

Uo=Δ

Uod+

Δ

Uoc=Aud

Δ

UId+Auc

Δ

UIc理想對稱，雙端輸出非理想對稱，或單端輸出Auc=0，Δ

Uo

=Δ

UodAuc≠0，Δ

Uo中包含

Δ

Uoc+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2374.2差分放大電路共模抑制比差動放大電路抑制共模信號的能力常用共模抑制比衡量。用分貝來表示：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2384.2差分放大電路差動放大電路的優(yōu)缺點優(yōu)點：缺點：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2輸入共模電壓超過一定值時，影響差分對管的工作狀態(tài)，共模抑制比下降。需限制它的大小。差動放大電路因具有抑制共模信號的能力而能夠在很強的干擾中把微小的有用信號揀出來。394.2差分放大電路共模電壓輸入范圍+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2在共模抑制比不低于規(guī)定值的條件下，允許輸入的最大共模電壓，稱為共模輸入電壓范圍。404.2差分放大電路六、失調(diào)和調(diào)零放大電路的失調(diào)：實際的差放，兩邊管子特性和電阻參數(shù)不可能理想對稱，輸入為零時輸出一般不為零。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RL失調(diào)電壓：表示輸入電壓為零時，輸出電壓不為零。也可以說，輸出電壓調(diào)整為零時，得到的輸入電壓不為零的值。失調(diào)電流：表示輸出電壓調(diào)整為零時，得到的兩個管子基極輸入電流不為零的值。414.2差分放大電路調(diào)零電路實際差放都存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流。實用的電路中就有調(diào)零裝置424.2差分放大電路七、差放的四種接法（一）雙端輸入雙端輸出（二）雙端輸入單端輸出（三）單端輸入雙端輸出（四）單端輸入單端輸出434.2差分放大電路（二）雙端輸入單端輸出1.靜態(tài)輸出直流電壓不為零2.差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出電路的一半。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe444.2差分放大電路（二）雙端輸入單端輸出單端輸出差放電路，增加Re可減小共模放大倍數(shù)；用恒流源電路來代替Re，可以大大降低Auc，提高共模抑制比。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe3.電路溫漂的抑制和KCMR指標低于雙端輸出電路454.2差分放大電路（三）單端輸入雙端輸出所謂單端輸入，是指將輸入端中一端接地。原來信號分為一個共模信號和一對差模信號。+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL464.2差分放大電路（三）單端輸入雙端輸出輸入信號：+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RLΔUId=Δ

UI－0=Δ

UIΔ

UIc=(Δ

UI+

0)/2=Δ

UI/2輸出信號：Δ

Uo=Δ

UIdAud+Δ

UIcAuc=Δ

UIAud+0.5Δ

UIAuc474.2差分放大電路（四）單端輸入單端輸出這種接法特點是它比單管基本放大電路具有較強的抑制零漂能力，而且可根據(jù)不同的輸出端得到同相和反相關(guān)系。RL+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0484.2差分放大電路總結(jié)1、差動放大電路電壓放大倍數(shù)與輸出形式有關(guān)，只要是雙端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)與單管放大電路相同；如為單端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)是單管基本電壓放大倍數(shù)的一半。2、輸入電阻都是相同的，均為2(Rs+rbe)。雙端輸出Ro=2RC；單端輸出Ro=RC494.3電流源電路一、鏡像電流源電路二、微電流源電路三、多路電流源電路四、有源負載電路504.3電流源電路一、鏡像電流源電路IB1=IB2=IBIC1=IC2=IOT1和T2兩管特性相同UB1=UB2，故有IR=IC1+2IB=IC1(1+2/β)如果β>>2，且VCC>>UBE，則514.3電流源電路一、鏡像電流源電路參考電流IREF固定，輸出電流IC2固定

IREF改變，輸出電流IC2改變優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，兩管參數(shù)對稱，符合集成電路的特點。缺點：1.受電源影響大；

2.如電阻R很大，集成難以實現(xiàn)；

3.電流源的輸出電阻不夠大；

4.輸出電流與基準電路有一定的誤差。524.3電流源電路改進的鏡像電流源電路534.3電流源電路二、微電流源電路UBE>>UT時代入上式得544.3電流源電路三、多路電流源電路UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2=UBE3+IE3R3=UBE4+IE4R4用一個參考電流去獲得多個電流，而且各個電流的數(shù)值可以不相同。如圖所示，其中，T1構(gòu)成參考電流源。由于這幾個管子的UBE相同，因此有IE1R1=IE2R2=IE3R3=IE4R4當IE1R1確定后，各支路可以通過選擇合適的電阻來獲得不同數(shù)值的電流。554.3電流源電路四、有源負載電路電路中并不需要很高的電源電壓，只要VCC與R相配合，就可以設(shè)置合適的集電極電流ICQ1?；鶞孰娏鞑唤迂撦d時，T1管的靜態(tài)集電極電流（一）有源負載共射放大電路564.3電流源電路若負載很大時：若負載RL<<(rce1//rec2)時：（一）有源負載共射放大電路574.3電流源電路T1管集電極動態(tài)電流β1Ib幾乎全部流向負載，有源負載使|Au|大大提高。（一）有源負載共射放大電路584.3電流源電路（二）有源負載差分放大電路+VCCU0UidRb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2T1T2c2c1RLRe594.4集成運算放大器一、集成運放電路簡介二、集成運算放大器的技術(shù)指標三、集成運放的使用注意事項604.4集成運算放大器一、集成運放電路簡介集成運放電路特點：高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、直接耦合放大電路。輸入級：通常采用差動放大形式抑制零點漂移。輸出級：為功率放大電路，為了提高帶負載能力，多采用互補跟隨式。中間級：多采用有源負載的共射（共源）放大電路。以獲得更高的放大倍數(shù)。運放電路一般多由二至三級放大環(huán)節(jié)組成。614.4集成運算放大器雙極型集成運放

F007,又叫

A741

一.外形和引腳:

外形：圓殼式和雙列直插式引腳：12個引腳624.4集成運算放大器634.4集成運算放大器初步電路分析1)各個引腳對應電路的哪些部分?2)哪部分是偏置電路?有哪些電流源,起什么作用?3)哪部分是輸入極?是何種電路形式?4)哪些是復合管?5)中間極是哪一部分?6)輸出級是什么電路形式?如何消除交越失真?7)有無過流保護電路?644.4集成運算放大器引腳2和引腳3是輸入端;引腳6是輸出端;引腳7,4接正負電源端;引腳1,5接調(diào)零電位器;引腳8,9接校正(補償)電容電流源：1）VT5、VT6、VT7、R1、R2、R3;2）VT8、VT9;3）VT12、VT13構(gòu)成鏡像電流源；

4）VT10VT11R4構(gòu)成微電流源；復合管有：VT16、VT17和VT18、VT19輸出級為：甲乙類準互補對稱電路，R7、R8和VT15為UBE擴大電路，消除交越失真；過流保護：VD1VD2R9R10分流保護。輸入級電路：VT1、VT2、VT3、VT4共射——共基組態(tài)的差分電路，單端輸出（VT4集電極輸出）654.4集成運算放大器1.偏置電路:1)VT10VT11R4構(gòu)成微電流源；2）VT8

、VT9;VT12

、VT13

構(gòu)成鏡像電流源；664.4集成運算放大器2.輸入級

VT1

、VT2

、VT3

、VT4共集——帶恒流源的共基組態(tài)的差分電路，單端輸出（VT4集電極輸出）1）對共模信號,Ic8↑→IC9↑→IB3,4↓(IC10

恒定）有很強的共模負反饋作用,共模抑制比很高；2）VT6,恒流源作為有源負載，單端輸出的電壓放大倍數(shù)與雙端輸出相同674.4