集成運(yùn)算放大電路(同名709)課件

本章目錄第5章集成運(yùn)算放大電路集成放大電路的特點(diǎn)5.1集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)5.2集成運(yùn)放的基本組成部分5.3集成運(yùn)放的典型電路5.4理想運(yùn)算放大器5.5各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)5.6集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問題5.7本章目錄第5章集成運(yùn)算放大電路集成放大電路的特點(diǎn)5.1集成1掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；理解：差分放大電路的組成和工作原理；差分放大電路四種輸入輸出方式時(shí)差分放大電路的性能特點(diǎn)；各種電流源的工作原理；集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)的含義；理想運(yùn)放的概念，正確理解“虛短”和“虛斷”的含義。了解：集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各個(gè)基本組成部分的作用；不同類型集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)；集成運(yùn)放使用過程中的具體問題。掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；2集成電路簡稱IC(IntegratedCircuit)集成電路按其功能分?jǐn)?shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路類型集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓器；集成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。5.1集成放大電路的特點(diǎn)集成電路簡稱IC(IntegratedCircuit3集成電路的外形圖4.1.1集成電路的外形(a)雙列直插式(b)圓殼式(c)扁平式集成電路的外形圖4.1.1集成電路的外形(a)雙列直插式4集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1.對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2.集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。3.在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代替電阻(特別是大電阻)。4.在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，電路通常采用直接耦合電路方式。5.集成電路中的NPN、PNP管的

值差別較大，通常PNP的≤10。集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1.對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路5+A反相輸入端同相輸入端輸出端圖5.2.1運(yùn)算放大器的符號(hào)5.2集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)uo++Au+u––+A反相輸入端同相輸入端輸出端圖5.2.1運(yùn)算放61、開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對(duì)數(shù)表示，定義為單位：分貝理想情況Aod為無窮大；實(shí)際情況Aod為100~140dB。2、輸入失調(diào)電壓UIO定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放：UIO為1~10mV；高質(zhì)量運(yùn)放：UIO為1mV以下。將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。1、開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對(duì)數(shù)表示，定義為單位：分貝73、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO

定義：一般運(yùn)放為每度10~20V；高質(zhì)量運(yùn)放低于每度0.5V以下；4、輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流之差，即定義：輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。一般運(yùn)放為幾十~一百nA；高質(zhì)量的低于1nA。3、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO定義：一般運(yùn)放為每度1085、輸入失調(diào)電流溫漂IIO定義：一般運(yùn)放為每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。6、輸入偏置電流IIB定義：輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。5、輸入失調(diào)電流溫漂IIO定義：一般運(yùn)放為每度幾納安；97、差模輸入電阻rid8、共模抑制比KCMR定義：一般集成運(yùn)放為幾兆歐。定義：多數(shù)集成運(yùn)放在80dB以上，高質(zhì)量的可達(dá)160dB。7、差模輸入電阻rid8、共模抑制比KCMR定義：一般集109、最大共模輸入電壓UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。10、最大差模輸入電壓UIdm反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。11、-3dB帶寬fH表示Aod下降3dB時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放fH只有幾赫至幾千赫。9、最大共模輸入電壓UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。1112、單位增益帶寬BWG

Aod降至0dB時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于1。13、轉(zhuǎn)換速率SR

額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號(hào)時(shí)，輸出電壓的最大變化率。單位為V/s。在實(shí)際工作中，輸入信號(hào)的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的SR值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。12、單位增益帶寬BWGAod降至0dB時(shí)的12實(shí)質(zhì)上是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路5.3集成運(yùn)放的基本組成部分輸入級(jí)對(duì)整個(gè)運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)影響較大，通常采用差動(dòng)放大器，以減小零點(diǎn)漂移；中間放大級(jí)主要完成電壓放大任務(wù)，要求有高的電壓增益，一般采用帶有源負(fù)載的共射極電壓放大器。偏置電路主要為各級(jí)放大器提供合適的靜態(tài)工作電流，它與分立元件的偏置電路有較大區(qū)別。輸出級(jí)的任務(wù)是進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱的功率放大器。實(shí)質(zhì)上是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接13ABAB145.3.1偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。各個(gè)放大級(jí)對(duì)偏置電流的要求各不相同。對(duì)于輸入級(jí)，通常要求提供一個(gè)比較小(一般為微安級(jí))的偏置電流，而且應(yīng)該非常穩(wěn)定，以便提高集成運(yùn)放的輸入電阻，降低輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等。在集成運(yùn)放中，常用的偏置電路有以下幾種：鏡像電流源、比例電流源和微電流源。5.3.1偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各151、鏡像電流源則基準(zhǔn)電流特點(diǎn)：T1T2參數(shù)完全相同，

UBE1=UBE2IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC整理得一般>>2時(shí)，則輸出電流IC2看作是IREF的鏡像，因而稱為鏡像電流源。T1集電極電流+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2圖5.3.1鏡像電流源1、鏡像電流源則基準(zhǔn)電流特點(diǎn)：T1T2參數(shù)完全相同，UBE16優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；有一定的溫度補(bǔ)償作用。+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2IC1IC1IREFIB1UBEURIC自動(dòng)穩(wěn)定過程如下：缺點(diǎn)：不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。優(yōu)點(diǎn)：+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB2217+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例電流源R1R2由圖可得基極電位UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于UBE1

UBE2，則忽略基極電流，可得兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。圖5.3.2比例電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBI18優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；有較好的溫度補(bǔ)償作用。若輸入級(jí)要求提供μA級(jí)的偏置電流，則所用的電阻將達(dá)到兆歐級(jí)，在集成電路中無法實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2R1R2不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。優(yōu)點(diǎn)：若輸入級(jí)要求提供μA級(jí)的偏置電流，則所用的電阻將達(dá)到兆193、微電流源在模擬集成電路中，器件的工作電流很小，一般在μA級(jí)以下。如果用以上電流源，要求電阻達(dá)到幾百千歐以上，這在集成電路中是很難達(dá)到的?？梢栽阽R像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻Re2。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re2由于ΔUBE很小，所以IC2也很小，因此稱為微電流源。圖5.3.3微電流源引入Re2后，UBE2<UBE1，IC2<<IC1，3、微電流源在模擬集成電路中，器件的工作電流很20+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re基本關(guān)系因二極管方程若IC1和IC2已知，可求出Re。圖5.3.4微電流源+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re基本關(guān)系21與鏡像電流源相比，微電流源具有以下特點(diǎn)：①當(dāng)電源電壓VCC變化時(shí)，雖然IREF和IC1也要作同樣的變化，但由于Re的負(fù)反饋?zhàn)饔?，IC2的變化將要小得多，因此提高了恒流源對(duì)電源變化的穩(wěn)定性。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re2②當(dāng)溫度上升時(shí)，IC2將要增加，但UBEl將下降，此時(shí)UBE2=UBE1-IC2Re，將下降更多，所以對(duì)IC2的增加有抑制作用，從而提高了恒流源對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性。與鏡像電流源相比，微電流源具有以下特點(diǎn)：+VCCRI225.3.2差分放大輸入級(jí)電路形式基本形式長尾式恒流源式集成運(yùn)放是一種高增益的直接耦合放大器，輸入級(jí)的性能對(duì)整個(gè)運(yùn)放性能的影響至關(guān)重要。因此，集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般都采用高性能的差動(dòng)放大電路，以克服溫度帶來的零點(diǎn)漂移問題。5.3.2差分放大輸入級(jí)電路形式基本形式長尾式恒流源式23一、基本形式差分放大電路1.電路組成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2圖5.3.5差分放大電路的基本形式uo=VC1－VC2

=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0當(dāng)溫度升高時(shí)電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。一、基本形式差分放大電路1.電路組成+VCCRc2+VT124+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R2+++–––VT2+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R252、差模輸入電壓和共模輸入電壓②共模輸入電壓：①差模輸入電壓：差模分量+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R22、差模輸入電壓和共模輸入電壓②共模輸入電壓：①差模輸入電壓26③比較輸入電壓:既非差模，又非共模，大小極性任意差模分量共模分量+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R2+++–––VT2③比較輸入電壓:既非差模，又非共模，大小極性任意差模分量27例:

uI1=20mv,uI2=10mv分解差模電壓:uIduI1-

uI2=共模電壓:uIc2uI1

+

uI2=這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見的。則：uId=10mv,uIc=15mv+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2例:uI1=20mv,uI2=10mv分283、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比差模電壓放大倍數(shù)為共模電壓放大倍數(shù)：共模抑制比KCMR3、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比差模電壓29（1）差模電壓放大倍數(shù)+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2（2）共模電壓放大倍數(shù)+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR差模信號(hào)：共模信號(hào)：抑制放大（1）差模電壓放大倍數(shù)+VCCRc2+VT1VT2Rb2R30（3）共模抑制比KCMRKCMR描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。KCMR愈大，抑制零漂能力愈強(qiáng)；理想情況下，電路參數(shù)完全對(duì)稱，Ac=0，KCMR=∞；（3）共模抑制比KCMRKCMR描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂31二、長尾式差分放大電路1.電路組成Re稱為“長尾電阻”

共模負(fù)反饋。+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路Re對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于短路；對(duì)共模信號(hào)相當(dāng)于發(fā)射極接了2Re的電阻。對(duì)共模信號(hào)有負(fù)反饋，而對(duì)差模無反饋。二、長尾式差分放大電路1.電路組成Re稱為“長尾電阻”32Re使共模電壓放大倍數(shù)Ac減小，但對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad沒有影響。因此提高了電路的共模抑制比。其值越大，抑制零點(diǎn)漂移的效果越好。但Re越大，其壓降越大，為補(bǔ)償設(shè)置了負(fù)電源-VEE，以免輸出電壓變化范圍太小。+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路Re使共模電壓放大倍數(shù)Ac減小，但對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad沒有332.靜態(tài)分析當(dāng)uI=0時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故：IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，

1=

2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE則ICQ

IBQ(對(duì)地)圖5.3.7長尾式差分放大電路+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路2.靜態(tài)分析當(dāng)uI=0時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故：I343.動(dòng)態(tài)分析差模電壓放大倍數(shù)為+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe差模輸入電阻為差模輸出電阻為3.動(dòng)態(tài)分析差模電壓放大倍數(shù)為+VCCRc+VT1VT2R35圖5.3.9接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模電壓放大倍數(shù)為兩側(cè)參數(shù)不完全對(duì)稱時(shí)能使靜態(tài)的輸出電壓為零，常常接入調(diào)零電位器。圖5.3.9接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2R36例=80，rbb=200，UBEQ=0.6V，VCC=12V試求：(1)靜態(tài)值ICQ、UCQ；(2)若RL=20k，求差模電壓放大倍數(shù)Aud，差模輸入電阻RId，輸出電阻Rod。ui1V1+VCCV2-VCCRCRCREui210k10k20kuo例=80，rbb=200，UBEQ=037[解](1)

ICQ1=ICQ2=(12–0.6)/220=0.285(mA)UCQ1=UCQ2==12–0.28510=9.15(V)(VCC

–

UBEQ)/2RE

VCC–ICQ1RCui1V1+VCCV2-VCCRCRCREui210k10k20kuo[解](1)ICQ1=ICQ2=(12–0.38ui1V1+12VV212VRCRCREuodui210k10k20k20kRid=2rbe=27.59=15.2(k)Rod=2RC=20(k)(2)差模電壓放大倍數(shù)Aud，Rid，Rod。ui1V1+12VV212VRCRCREuodui210k39uC2(2)若Aud=–50、Auc=–0.05求輸出電壓uo，及KCMR1.01V0.99V(1)求差模輸入電壓uId、共模輸入電壓uIc例ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuoui2uC1uC2(2)若Aud=–50、Auc=–401.01V0.99Vui1V1+VCCV2VEERCRCREEuoui2uC1uC2[解]可將任意輸入信號(hào)分解為共模信號(hào)和差模信號(hào)之和(1)uI1=1.01=1.00+0.01(V)uI2=0.99=1.00–0.01(V)uId=uI1

–uI2uIc=(uI1+uI2)/2=0.02(V)=1(V)(1)求差模輸入電壓uId、共模輸入電壓uIc1.01V0.99Vui1V1+VCCV2VEERCRC41uod=AuduId=–500.02=–

1(V)uoc=AucuIc=–0.051=–0.05(V)uo=AuduId+AucuIc=–1.05(V)=60(dB)ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuoui2uC1uC2(2)若Aud=–50、Auc=–0.05求輸出電壓uo，及KCMRuod=AuduId=–500.02=–42三、恒流源式差分放大電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31.電路組成VT3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不隨溫度的變化而變化，從而抑制共模信號(hào)的變化。圖5.3.10恒流源式差分放大電路ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0恒流源式差分放大電路的簡化表示用三極管代替“長尾式”電路的長尾電阻，即構(gòu)成恒流源式差分放大電路三、恒流源式差分放大電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1432.靜態(tài)分析當(dāng)忽略VT3的基極電流時(shí)，Rb1上的電壓為uI1RcVT1VT2Rc+uoRRuI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3于是得到圖5.3.11恒流源式差分放大電路2.靜態(tài)分析當(dāng)忽略VT3的基極電流時(shí)，Rb1上的443.動(dòng)態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長尾電阻，它的作用也是引入一個(gè)共模負(fù)反饋，對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒有影響，所以與長尾式交流通路相同。差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+3.動(dòng)態(tài)分析由于恒流三極管相當(dāng)于一個(gè)阻值很大的長尾電45例

=100(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)；(2)求電路的差模Aud，Rid，Ro。[解](1)求“Q”ICQ1=ICQ2=0.5IC3UCQ1=UCQ2=VCC-IC1RC=6–0.427.5=2.85(V)ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V6V1001007.5k7.5k6.2kRP=100R1例=100(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)；(2)求電路的差模Au46

=100(2)求電路的差模Aud，Rid，Ro。ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V6V1001007.5k7.5k6.2kRP=100R1Rod=2RC=15(k)=100(2)求電路的差模Aud，Rid，Ro。ui47四、差分放大電路的輸入、輸出接法差分輸入、雙端輸出；差分輸入、單端輸出；單端輸入、雙端輸出；單端輸入、單端輸出。當(dāng)輸入、輸出端的接法不同時(shí)，放大電路的某些性能指標(biāo)和特點(diǎn)也有所不同。四、差分放大電路的輸入、輸出接法差分輸入、雙端輸出；差分輸入481.差分輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+圖5.3.12(a)差分輸入、雙端輸出1.差分輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIu492.差分輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uouo若由VT2集電極輸出，uO為“正”。圖5.3.12(b)差分輸入、單端輸出2.差分輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuIu503.單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+圖5.2.16(c)單端輸入、雙端輸出差模分量3.單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+514.單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+若改從VT2集電極輸出，則圖4.2.16(d)單端輸入、單端輸出4.單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+52結(jié)論

(1)雙端輸出時(shí)，Ad與單管Au基本相同；單端輸出時(shí)，Ad約為雙端輸出時(shí)的一半。雙端輸出時(shí)，Ro=2Rc；單端輸出時(shí)，Ro=Rc。

(2)雙端輸出時(shí)，理想情況下，KCMR

→

；單端輸出時(shí)，共模抑制比不如雙端輸出高。

(3)單端輸出時(shí)，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。

(4)單端輸入時(shí)，由于引入很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個(gè)管子仍基本工作在差分狀態(tài)。

(5)單端輸出時(shí)，Rid

2(R+rbe)。結(jié)論(1)雙端輸出時(shí)，Ad與單管Au基本相同；53差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差分輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出AdKCMR很高很高較高較高RidRo差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差54差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差分輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出特性1.Ad與單管放大電路基本相同。2.在理想情況下，KCMR∞。3.適用于差分輸入、雙端輸出，輸入信號(hào)及負(fù)載的兩端均不接地的情況。1.Ad約為雙端輸出時(shí)的一半。2.由于引入共模負(fù)反饋，仍有較高的KCMR。3.適用于將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。1.Ad與單管放大電路基本相同。2.在理想情況下，KCMR∞。3.適用于將單端輸入轉(zhuǎn)換為雙端輸出。1.Ad約為雙端輸出時(shí)的一半。2.比單管放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力。3.適用于輸入、輸出均要求接地的情況。4.選擇不同管子輸出，可使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。差分放大電路四種接法的性能比較接法性能差分輸入雙端輸出差555.3.3中間級(jí)任務(wù)：提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。要求：本身具有較高的電壓增益；具有較高的輸入電阻，減小對(duì)前級(jí)的影響；能向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流。為提高電壓放大倍數(shù)，集成運(yùn)放的中間級(jí)經(jīng)常利用三極管作為有源負(fù)載，放大管采用復(fù)合管的形式。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路5.3.3中間級(jí)任務(wù)：提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。561、有源負(fù)載（1）定義：利用BJT或FET（有源器件）充當(dāng)負(fù)載電阻。電流源在集成電路中除了作為偏置電路外，還可作為放大器的有源負(fù)載，以提高電壓放大倍數(shù)。共射極RC越大，放大倍數(shù)越大。但RC增大，會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)，使動(dòng)態(tài)工作范圍減??；集成電路不便于制造大電阻。用電流源(rce值很大)代替RC，可有效地提高電壓放大倍數(shù)。由于電流源動(dòng)態(tài)電阻大，可以使輸出電流幾乎全部流向負(fù)載，故電壓放大倍數(shù)得到有效提高+VCCVT1VT2VT3RI++uIuO1、有源負(fù)載（1）定義：利用BJT或FET（有源器件）充當(dāng)負(fù)57（2）有源負(fù)載的差分放大電路VT1、VT2為放大三極管；VT3、VT4為鏡像電流源，分別作為VT1、VT2的有源負(fù)載。+VCCVT1VT4VT3+uIioVT2IVEEic3ic1ic4ic2該電路有相當(dāng)于雙端輸出時(shí)的io,在集成運(yùn)放中的應(yīng)用十分廣泛。圖5.2.17有源負(fù)載的差分放大電路雙入單出結(jié)構(gòu)：靜態(tài)時(shí)工作電流由恒流源I決定；輸出電流io==2ic4

ic4

-

ic2輸入差模信號(hào)時(shí)，ic1≈

-

ic2VT3、VT4鏡像，ic1≈ic4（2）有源負(fù)載的差分放大電路VT1、VT2為放大三極管；+582、復(fù)合管集成運(yùn)放的中間級(jí)采用復(fù)合管時(shí)，不僅可以得到很高的電流放大系數(shù)β，以便提高本級(jí)的電壓放大倍數(shù)，而且能夠大大提高本級(jí)的輸入電阻，以免對(duì)前級(jí)放大倍數(shù)產(chǎn)生不良影響，特別是在前級(jí)采用有源負(fù)載時(shí)，其效果是提高了集成運(yùn)放總的電壓放大倍數(shù)。VT1VT2

1

2

rbe=rbe1+(1+1)rbe22、復(fù)合管集成運(yùn)放的中間級(jí)采用復(fù)合管時(shí)，不59圖5.2.18有源負(fù)載單管共射放大電路VT1、VT2：放大三極管；VT3：有源負(fù)載；VT3、VT4鏡像電流源?；鶞?zhǔn)電流3、采用復(fù)合管和有源負(fù)載的共射極放大電路≈Ic3Ic2

+VCCVT1VT3VT4RIREF++uIuOVT2Ic3

圖5.2.18有源負(fù)載單管共射放大電路VT1、VT2605.3.4輸出級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路任務(wù)：提供足夠的輸出功率。要求：較高的輸出功率以滿足負(fù)載；較低的輸出電阻以增強(qiáng)帶負(fù)載的能力；較高的輸入電阻以免影響前級(jí)電壓放大倍數(shù)；較小的輸出波形失真；較好的過載保護(hù)措施。5.3.4輸出級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路任務(wù)：提供足夠的611、互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)為避免交越失真，實(shí)際常采用甲乙類的OTL、OCL電路。R1VT1R2+uoRuI+VCCic2VT2ic1iB2iB1iLRL-VCCNPNPNPVD1VD2圖5.2.21互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)集成運(yùn)放的功率比較大時(shí)，常采用復(fù)合管所構(gòu)成的互補(bǔ)對(duì)稱電路或準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路，以免要求前級(jí)放大級(jí)提供的推動(dòng)電流太大。說明（1）工作在射極輸出器狀態(tài)，輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。（2）R1、R、R2、VD1、VD2支路能夠減小失真，改善波形。1、互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)為避免交越失真，實(shí)際常采用甲乙類的OTL、62由復(fù)合管組成的功率輸出級(jí)圖5.2.23由互補(bǔ)對(duì)稱電路Rb1Rb2uoRuI+VCCVT2RL-VCCNPNVD1VD2VT1NPNVT3PNPPNPVT4圖5.2.24準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路Rb1Rb2uoRuI+VCCVT2RL-VCCVD1VD2VT1VT3VT4Rc1Rc2改進(jìn)：由復(fù)合管組成的功率輸出級(jí)圖5.2.23由互補(bǔ)對(duì)稱電路Rb632、過載保護(hù)電路（1）二極管保護(hù)電路Rb1Rb2uo+VCCVT2RL-VCCVD1VD2VT1uIVD3VD4Re1Re2保護(hù)元件：VD3、VD4、Re1、Re2。輸出電流正常，VD3、VD4截止，保護(hù)不起作用；若VT1正向IC1，URe1

，VD3導(dǎo)通，IB1，IC1。輸出電流無法增大，保護(hù)功率管VT1。若VT2反向電流IC2，URe2

，VD4導(dǎo)通，IB2，IC2。避免VT2電流過大。圖5.2.25過載保護(hù)電路→保護(hù)功率管2、過載保護(hù)電路（1）二極管保護(hù)電路Rb1Rb2uo+VCC64（2）三極管保護(hù)電路Rb1Rb2uo+VCCVT2RL-VCCVD1VD2VT1uIVT3VT4Re1Re2保護(hù)元件：工作原理與二極管保護(hù)原理類似。VT3、VT4、Re1、Re2。Re愈大，則IEm愈??；溫度升高，UD、UBE降低，IEm減小。更有利于保護(hù)在高溫下的集成運(yùn)放。圖4.2.25過載保護(hù)電路允許功率管輸出的最大電流（2）三極管保護(hù)電路Rb1Rb2uo+VCCVT2RL-VC65典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放LM741CMOS集成運(yùn)放C145735.4集成運(yùn)放的典型電路LM741是美國國家半導(dǎo)體公司的集成運(yùn)放產(chǎn)品，國內(nèi)同類產(chǎn)品的型號(hào)：F007、5G24等，國外同類產(chǎn)品有μA741、F741、AD741以及μPC741等。

C14573由CMOS工藝制成，每個(gè)芯片內(nèi)集成了四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)算放大器。典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放LM741CMOS集成運(yùn)放665.4.1雙極型集成運(yùn)放LM741圖5.4.1LM741的引腳及連接示意圖5.4.1雙極型集成運(yùn)放LM741圖5.4.1LM767一、電路原理圖LM741電路原理圖AB一、電路原理圖LM741電路原理圖AB68圖5.4.2F007電路原理圖圖5.4.2F007電路原理圖69微電流源鏡像電流源1.偏置電路+VCCVT8-VEEVT9VT12VT13VT10VT11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至輸入級(jí)基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級(jí)所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系：IREFIC11IC10I3,4IC9IC8IC13鏡像電流源輸入級(jí)輸出級(jí)圖5.4.3F007的偏置電路至輸出級(jí)微電流源鏡像電流源1.偏置電路+VCCVT8-VEEVT9702.輸入級(jí)VT1、VT2、VT3、VT4組成共集-共基差分放大電路電路；VT1、VT2基極接收差分輸入信號(hào)。VT5、VT6有源負(fù)載；VT4集電極送出單端輸出信號(hào)至中間級(jí)。+VCC-VEEVT6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWVT4VT2VT7VT5VT3VT1VT8VT9uI1uI2uO

RW調(diào)零電阻，R外接電阻。VT7與R2組成射極輸出器。圖5.4.4I82.輸入級(jí)VT1、VT2、VT3、VT4組成共集-71若暫不考慮VT7和調(diào)零電路則電路可簡化為：+VCC-VEEI3,4VT4VT2VT3VT1I8RCRCuI1uI2uO1.VT1、VT2共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。2.共基組態(tài)的VT3、VT4，與有源負(fù)載VT5、VT6組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。3.VT3、VT4共基接法能改善頻率響應(yīng)。4.該電路具有共模負(fù)反饋，能減小溫漂，提高共模抑制比。圖5.4.5簡化示意圖若暫不考慮VT7和調(diào)零電路則電路可簡化為：+VCC-VE723.中間級(jí)圖4.3.6中間級(jí)示意圖+VCC-VEEVT15VT16IC13R7VT17R830pF輸入來自VT4和VT6集電極；輸出接在輸出級(jí)的兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱放大管的基極。中間級(jí)VT16、VT17組成復(fù)合管，VT13作為其有源負(fù)載。8、9兩端外接30pF校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。至輸出3.中間級(jí)圖4.3.6中間級(jí)示意圖+VCC-VEEVT734.輸出級(jí)IC13R8uo+VCC-VEEVT14uIVD1R9R10VT19VT18R7VT15VD2圖5.4.7F007輸出級(jí)原理電路

VT14、VT18、VT19準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路；

VD1、VD2、R9、R10

過載保護(hù)電路；VT15、R7、R8

為功率管提供靜態(tài)基流。調(diào)節(jié)R7、R8阻值可調(diào)節(jié)兩個(gè)功率管之間的電壓差。這種電路稱為UBE擴(kuò)大電路。4.輸出級(jí)IC13R8uo+VCC-VEEVT14uIVD745.4.2CMOS集成四運(yùn)放C14573第二級(jí)由NMOS管N3組成共源極放大電路，PMOS管P2為有源負(fù)載。電容C是已經(jīng)做在電路內(nèi)部的校正電容，跨接在N3的漏、柵之間，用以防止產(chǎn)生自激振蕩。每一個(gè)運(yùn)放單元內(nèi)部由兩級(jí)放大電路構(gòu)成。第一級(jí)為PMOS管P3、P4組成的共源極差分放大輸入級(jí)。NMOS管N1、N2為其有源負(fù)載。Pl為恒流管，它和P0構(gòu)成一對(duì)鏡像電流源。外接偏置電阻Rset用以設(shè)置工作電流。差放輸入級(jí)采用雙端輸入、單端輸出的形式。5.4.2CMOS集成四運(yùn)放C14573第二級(jí)由NMOS75一、高精度型性能特點(diǎn)：漂移和噪聲很低，開環(huán)增益和共模抑制比很高，誤差小。二、低功耗型性能特點(diǎn)：靜態(tài)功耗一般比通用型低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)(不超過毫瓦級(jí))，要求電壓很低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。5.5各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)一、高精度型性能特點(diǎn)：漂移和噪聲很低，開環(huán)增益和共模抑制比很76三、高阻型性能特點(diǎn)：通常利用場效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻高達(dá)1012

。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣-保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。四、高速型大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至高達(dá)1000V/s，單位增益帶寬可達(dá)10MHz，甚至幾百兆歐。性能特點(diǎn)：三、高阻型性能特點(diǎn)：通常利用場效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻77常用在A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣-保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。五、高壓型性能特點(diǎn)：輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。六、大功率型性能特點(diǎn)：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。常用在A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高785.6.1集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試5.6集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問題當(dāng)選定集成運(yùn)放的產(chǎn)品型號(hào)后，通常只要查閱有關(guān)器件手冊(cè)即可得到各項(xiàng)參數(shù)值，而不必逐個(gè)測(cè)試。但是手冊(cè)中給出的往往只是典型值，由于材料和制造工藝的分散性，每個(gè)運(yùn)放的實(shí)際參數(shù)與手冊(cè)上給定的典型值之間可能存在差異，因此有時(shí)仍需對(duì)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。參數(shù)的測(cè)試可以采用一些簡易的電路和方法手工進(jìn)行。在成批生產(chǎn)或其他需要大量使用集成運(yùn)放的場合，也可以考慮利用專門的參數(shù)測(cè)試儀器進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。集成運(yùn)放各項(xiàng)參數(shù)的具體測(cè)試方法請(qǐng)參閱有關(guān)文獻(xiàn)，此處不再贅述。5.6.1集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試5.6集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具795.6.2使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象1.不能調(diào)零調(diào)零電位器故障；電路接線有誤或有虛焊；反饋極性接錯(cuò)或負(fù)反饋開環(huán)；集成運(yùn)放內(nèi)部損壞；重新接通即可恢復(fù)為輸入信號(hào)過大而造成“堵塞”現(xiàn)象原因?qū)⒓蛇\(yùn)放與外電路接好并加上電源后，有時(shí)可能出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，找出原因，采取適當(dāng)措施，使電路正常工作。常見的有：5.6.2使用中可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象1.不能調(diào)零調(diào)零電位器802.漂移現(xiàn)象嚴(yán)重存在虛焊點(diǎn)運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場干擾集成運(yùn)放靠近發(fā)熱元件輸入回路二極管受光照射調(diào)零電位器滑動(dòng)端接觸不良集成運(yùn)放本身損壞或質(zhì)量不合格原因3.產(chǎn)生自激振蕩消振措施按規(guī)定部位和參數(shù)接入校正網(wǎng)絡(luò)防止反饋極性接錯(cuò)避免負(fù)反饋過強(qiáng)合理安排接線，防止雜散電容過大2.漂移現(xiàn)象嚴(yán)重存在虛焊點(diǎn)運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場干擾815.6.3集成運(yùn)放的保護(hù)1.輸入保護(hù)(a)反相輸入保護(hù)(b)同相輸入保護(hù)+V+AR1VD1VD2RFR-VuOuIuO+AR1RFVD1VD2uI圖5.6.1輸入保護(hù)限制集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的差模輸入電壓不超過二極管的正向?qū)妷骸Ｏ拗萍蛇\(yùn)放的共模輸入電壓不超過-V到+V的范圍。5.6.3集成運(yùn)放的保護(hù)1.輸入保護(hù)(a)反相輸入保護(hù)822.電源極性錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：VD1、VD23.輸出端錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：穩(wěn)壓管VDZ1、VDZ2+AVD1VD2+AR1VDZ1VDZ2RFuOuI圖5.6.3利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放圖5.6.2電源接錯(cuò)保護(hù)為了防止正、負(fù)兩路電源的極性接反輸出電壓過高，穩(wěn)壓管擊穿，輸出電壓限制在穩(wěn)壓值，避免損壞。2.電源極性錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：VD1、VD23.輸出端83+Aodu+u-uO5.7.1集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性5.7集成運(yùn)放的電壓傳輸特性和理想模型電壓傳輸特性:是指開環(huán)時(shí)，輸出電壓與差模輸入電壓之間的關(guān)系。即：

uo=Aod(u+-u-)=Aod

·uId

+UOPP-UOPP+Aodu+u-uO5.7.1集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性84線性區(qū)：uo

=Aod(u+–u–)非線性區(qū)：uId>Uim，即u+>u–

時(shí)，uo=+UOPP

uId<-Uim，即u+<u–

時(shí)，uo=–UOPP由上述分析可見，運(yùn)放的線性范圍是非常小的，若開環(huán)使用，很難實(shí)現(xiàn)輸出與輸入電壓之間的線性關(guān)系，輸入信號(hào)稍微大一點(diǎn)，輸出便進(jìn)入飽和狀態(tài)。因此，作為放大器，運(yùn)放不能開環(huán)使用，必須加負(fù)反饋才能使其工作在線性區(qū)域。+UOPP-UOPP線性區(qū)：非線性區(qū)：由上述分析可見，運(yùn)放的線性范圍是非常小的851、理想運(yùn)放的參數(shù)開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；輸出電阻Ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模輸入電阻Rid=∞；UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；輸入偏置電流IIB=0；開環(huán)帶寬=∞。5.7.2集成運(yùn)算放大器的理想模型理想運(yùn)放的符號(hào)1、理想運(yùn)放的參數(shù)開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；輸出電862、理想運(yùn)放的特性即——“虛短”Rid=∞，兩個(gè)輸入端均沒有電流，即——“虛斷”線性區(qū)分析出發(fā)點(diǎn)+Aod2、理想運(yùn)放的特性即——“虛短”Rid=∞，兩個(gè)輸入端均87（1）運(yùn)放工作在線性區(qū)?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔欠治龈鞣N運(yùn)放構(gòu)成的線性電路的基本出發(fā)點(diǎn)或基本依據(jù)，希望牢牢記??！3．分析運(yùn)放電路的基本依據(jù)（2）運(yùn)放工作在非線性區(qū)u+>u–

時(shí)，uo=+Uopp

u+<u–

時(shí)，uo=–Uopp

u+–u–

uo+Uopp–Uopp理想特性實(shí)際特性O(shè)（1）運(yùn)放工作在線性區(qū)。3．分析運(yùn)放電路的基本依據(jù)（2）運(yùn)放88掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；理解：差分放大電路的組成和工作原理；差分放大電路四種輸入輸出方式時(shí)差分放大電路的性能特點(diǎn)；各種電流源的工作原理；集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)的含義；理想運(yùn)放的概念，正確理解“虛短”和“虛斷”的含義。了解：集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各個(gè)基本組成部分的作用；不同類型集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)；集成運(yùn)放使用過程中的具體問題。掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；89本章目錄第5章集成運(yùn)算放大電路集成放大電路的特點(diǎn)5.1集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)5.2集成運(yùn)放的基本組成部分5.3集成運(yùn)放的典型電路5.4理想運(yùn)算放大器5.5各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)5.6集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問題5.7本章目錄第5章集成運(yùn)算放大電路集成放大電路的特點(diǎn)5.1集成90掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；理解：差分放大電路的組成和工作原理；差分放大電路四種輸入輸出方式時(shí)差分放大電路的性能特點(diǎn)；各種電流源的工作原理；集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)的含義；理想運(yùn)放的概念，正確理解“虛短”和“虛斷”的含義。了解：集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，各個(gè)基本組成部分的作用；不同類型集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)；集成運(yùn)放使用過程中的具體問題。掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；91集成電路簡稱IC(IntegratedCircuit)集成電路按其功能分?jǐn)?shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路類型集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓器；集成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。5.1集成放大電路的特點(diǎn)集成電路簡稱IC(IntegratedCircuit92集成電路的外形圖4.1.1集成電路的外形(a)雙列直插式(b)圓殼式(c)扁平式集成電路的外形圖4.1.1集成電路的外形(a)雙列直插式93集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1.對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2.集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。3.在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代替電阻(特別是大電阻)。4.在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，電路通常采用直接耦合電路方式。5.集成電路中的NPN、PNP管的

值差別較大，通常PNP的≤10。集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1.對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路94+A反相輸入端同相輸入端輸出端圖5.2.1運(yùn)算放大器的符號(hào)5.2集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)uo++Au+u––+A反相輸入端同相輸入端輸出端圖5.2.1運(yùn)算放951、開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對(duì)數(shù)表示，定義為單位：分貝理想情況Aod為無窮大；實(shí)際情況Aod為100~140dB。2、輸入失調(diào)電壓UIO定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放：UIO為1~10mV；高質(zhì)量運(yùn)放：UIO為1mV以下。將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。1、開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對(duì)數(shù)表示，定義為單位：分貝963、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO

定義：一般運(yùn)放為每度10~20V；高質(zhì)量運(yùn)放低于每度0.5V以下；4、輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流之差，即定義：輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。一般運(yùn)放為幾十~一百nA；高質(zhì)量的低于1nA。3、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO定義：一般運(yùn)放為每度10975、輸入失調(diào)電流溫漂IIO定義：一般運(yùn)放為每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。6、輸入偏置電流IIB定義：輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。5、輸入失調(diào)電流溫漂IIO定義：一般運(yùn)放為每度幾納安；987、差模輸入電阻rid8、共模抑制比KCMR定義：一般集成運(yùn)放為幾兆歐。定義：多數(shù)集成運(yùn)放在80dB以上，高質(zhì)量的可達(dá)160dB。7、差模輸入電阻rid8、共模抑制比KCMR定義：一般集999、最大共模輸入電壓UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。10、最大差模輸入電壓UIdm反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。11、-3dB帶寬fH表示Aod下降3dB時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放fH只有幾赫至幾千赫。9、最大共模輸入電壓UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。10012、單位增益帶寬BWG

Aod降至0dB時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于1。13、轉(zhuǎn)換速率SR

額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號(hào)時(shí)，輸出電壓的最大變化率。單位為V/s。在實(shí)際工作中，輸入信號(hào)的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的SR值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。12、單位增益帶寬BWGAod降至0dB時(shí)的101實(shí)質(zhì)上是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路5.3集成運(yùn)放的基本組成部分輸入級(jí)對(duì)整個(gè)運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)影響較大，通常采用差動(dòng)放大器，以減小零點(diǎn)漂移；中間放大級(jí)主要完成電壓放大任務(wù)，要求有高的電壓增益，一般采用帶有源負(fù)載的共射極電壓放大器。偏置電路主要為各級(jí)放大器提供合適的靜態(tài)工作電流，它與分立元件的偏置電路有較大區(qū)別。輸出級(jí)的任務(wù)是進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱的功率放大器。實(shí)質(zhì)上是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接102ABAB1035.3.1偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。各個(gè)放大級(jí)對(duì)偏置電流的要求各不相同。對(duì)于輸入級(jí)，通常要求提供一個(gè)比較小(一般為微安級(jí))的偏置電流，而且應(yīng)該非常穩(wěn)定，以便提高集成運(yùn)放的輸入電阻，降低輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等。在集成運(yùn)放中，常用的偏置電路有以下幾種：鏡像電流源、比例電流源和微電流源。5.3.1偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各1041、鏡像電流源則基準(zhǔn)電流特點(diǎn)：T1T2參數(shù)完全相同，

UBE1=UBE2IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC整理得一般>>2時(shí)，則輸出電流IC2看作是IREF的鏡像，因而稱為鏡像電流源。T1集電極電流+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2圖5.3.1鏡像電流源1、鏡像電流源則基準(zhǔn)電流特點(diǎn)：T1T2參數(shù)完全相同，UBE105優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；有一定的溫度補(bǔ)償作用。+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2IC1IC1IREFIB1UBEURIC自動(dòng)穩(wěn)定過程如下：缺點(diǎn)：不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。優(yōu)點(diǎn)：+VCCRIREF++VT1VT2IC2IB1IB22106+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例電流源R1R2由圖可得基極電位UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于UBE1

UBE2，則忽略基極電流，可得兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。圖5.3.2比例電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBI107優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；有較好的溫度補(bǔ)償作用。若輸入級(jí)要求提供μA級(jí)的偏置電流，則所用的電阻將達(dá)到兆歐級(jí)，在集成電路中無法實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2R1R2不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。優(yōu)點(diǎn)：若輸入級(jí)要求提供μA級(jí)的偏置電流，則所用的電阻將達(dá)到兆1083、微電流源在模擬集成電路中，器件的工作電流很小，一般在μA級(jí)以下。如果用以上電流源，要求電阻達(dá)到幾百千歐以上，這在集成電路中是很難達(dá)到的?？梢栽阽R像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻Re2。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re2由于ΔUBE很小，所以IC2也很小，因此稱為微電流源。圖5.3.3微電流源引入Re2后，UBE2<UBE1，IC2<<IC1，3、微電流源在模擬集成電路中，器件的工作電流很109+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re基本關(guān)系因二極管方程若IC1和IC2已知，可求出Re。圖5.3.4微電流源+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re基本關(guān)系110與鏡像電流源相比，微電流源具有以下特點(diǎn)：①當(dāng)電源電壓VCC變化時(shí)，雖然IREF和IC1也要作同樣的變化，但由于Re的負(fù)反饋?zhàn)饔茫琁C2的變化將要小得多，因此提高了恒流源對(duì)電源變化的穩(wěn)定性。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re2②當(dāng)溫度上升時(shí)，IC2將要增加，但UBEl將下降，此時(shí)UBE2=UBE1-IC2Re，將下降更多，所以對(duì)IC2的增加有抑制作用，從而提高了恒流源對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性。與鏡像電流源相比，微電流源具有以下特點(diǎn)：+VCCRI1115.3.2差分放大輸入級(jí)電路形式基本形式長尾式恒流源式集成運(yùn)放是一種高增益的直接耦合放大器，輸入級(jí)的性能對(duì)整個(gè)運(yùn)放性能的影響至關(guān)重要。因此，集成運(yùn)放的輸入級(jí)一般都采用高性能的差動(dòng)放大電路，以克服溫度帶來的零點(diǎn)漂移問題。5.3.2差分放大輸入級(jí)電路形式基本形式長尾式恒流源式112一、基本形式差分放大電路1.電路組成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2圖5.3.5差分放大電路的基本形式uo=VC1－VC2

=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0當(dāng)溫度升高時(shí)電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。一、基本形式差分放大電路1.電路組成+VCCRc2+VT1113+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R2+++–––VT2+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R1142、差模輸入電壓和共模輸入電壓②共模輸入電壓：①差模輸入電壓：差模分量+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R22、差模輸入電壓和共模輸入電壓②共模輸入電壓：①差模輸入電壓115③比較輸入電壓:既非差模，又非共模，大小極性任意差模分量共模分量+VCCuouI1Rc1Rb1VT1R1Rc2uI2Rb2R2+++–––VT2③比較輸入電壓:既非差模，又非共模，大小極性任意差模分量116例:

uI1=20mv,uI2=10mv分解差模電壓:uIduI1-

uI2=共模電壓:uIc2uI1

+

uI2=這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見的。則：uId=10mv,uIc=15mv+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2例:uI1=20mv,uI2=10mv分1173、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比差模電壓放大倍數(shù)為共模電壓放大倍數(shù)：共模抑制比KCMR3、差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比差模電壓118（1）差模電壓放大倍數(shù)+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2（2）共模電壓放大倍數(shù)+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR差模信號(hào)：共模信號(hào)：抑制放大（1）差模電壓放大倍數(shù)+VCCRc2+VT1VT2Rb2R119（3）共模抑制比KCMRKCMR描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。KCMR愈大，抑制零漂能力愈強(qiáng)；理想情況下，電路參數(shù)完全對(duì)稱，Ac=0，KCMR=∞；（3）共模抑制比KCMRKCMR描述差分放大電路對(duì)零點(diǎn)漂120二、長尾式差分放大電路1.電路組成Re稱為“長尾電阻”

共模負(fù)反饋。+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路Re對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于短路；對(duì)共模信號(hào)相當(dāng)于發(fā)射極接了2Re的電阻。對(duì)共模信號(hào)有負(fù)反饋，而對(duì)差模無反饋。二、長尾式差分放大電路1.電路組成Re稱為“長尾電阻”121Re使共模電壓放大倍數(shù)Ac減小，但對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad沒有影響。因此提高了電路的共模抑制比。其值越大，抑制零點(diǎn)漂移的效果越好。但Re越大，其壓降越大，為補(bǔ)償設(shè)置了負(fù)電源-VEE，以免輸出電壓變化范圍太小。+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路Re使共模電壓放大倍數(shù)Ac減小，但對(duì)差模電壓放大倍數(shù)Ad沒有1222.靜態(tài)分析當(dāng)uI=0時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故：IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，

1=

2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE則ICQ

IBQ(對(duì)地)圖5.3.7長尾式差分放大電路+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uI+uoRR-VEERe圖5.3.6長尾式差分放大電路2.靜態(tài)分析當(dāng)uI=0時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故：I1233.動(dòng)態(tài)分析差模電壓放大倍數(shù)為+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe差模輸入電阻為差模輸出電阻為3.動(dòng)態(tài)分析差模電壓放大倍數(shù)為+VCCRc+VT1VT2R124圖5.3.9接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe差模輸入電阻為差模輸出電阻為差模電壓放大倍數(shù)為兩側(cè)參數(shù)不完全對(duì)稱時(shí)能使靜態(tài)的輸出電壓為零，常常接入調(diào)零電位器。圖5.3.9接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2R125例=80，rbb=200，UBEQ=0.6V，VCC=12V試求：(1)靜態(tài)值ICQ、UCQ；(2)若RL=20k，求差模電壓放大倍數(shù)Aud，差模輸入電阻RId，輸出電阻Rod。ui1V1+VCCV2-VCCRCRCREui210k10k20kuo例=80，rbb=200，UBEQ=0126[解](1)

ICQ1=ICQ2=(12–0.6)/220=0.285(mA)UCQ1=UCQ2==12–0.28510=9.15(V)(VCC

–

UBEQ)/2RE

VCC–ICQ1RCui1V1+VCCV2-VCCRCRCREui210k10k20kuo[解](1)ICQ1=ICQ2=(12–0.127ui1V1+12VV212VRCRCREuodui210k10k20k20kRid=2rbe=27.59=15.2(k)Rod=2RC=20(k)(2)