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第四章集成运算放大电路 模拟电子技术基础 4 1 第四章集成运算放大器 4 1概述 4 2集成运放中的电流源电路 4 3集成运放电路简介 4 4集成运放的性能指标及低频等效电路 4 5集成运放的种类及选择 4 6集成运放的使用 4 2 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 4 1概述 4 3 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 5 集成制造工艺器件性能差异较大 常采用复合形式 4 4 输入级 中间级 输出级 UEE UCC u uo u 反相输入端 同相输入端 原理框图 4 5 UCC 对输入级的要求 尽量减小零点漂移 尽量提高KCMR 输入阻抗ri尽可能大 与uo反相 与uo同相 4 6 对中间级的要求 足够大的电压放大倍数 4 7 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 4 8 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 集成运放的结构 4 9 ri大 几十k 几百k 运放的特点 KCMR很大 ro小 几十 几百 Ao很大 104 107 运放符号 4 10 Ao越大 运放的线性范围越小 必须在输出与输入之间加负反馈才能使其工作于线性区 集成运放的电压传输特性 4 11 4 2电流源电路 集成运放的各级都应具有合适的静态工作点 即要有一定的偏置电流 这些电流是通过晶体管和场效应管构成的电流源电路提供的 一 镜像电流源 4 2 1基本电流源电路 T0和T1特性完全相同 4 12 则 IC0和IC1成镜像关系 基准电流IR 2时 这是一个相对稳定的值 4 13 镜像电流源具有一定的温度补偿作用 优点 电路简单 应用广泛 缺点 IC1较大使得IR增大 R上的功耗也会增大 IC1较小使得IR减小 则需要大的电阻R 4 14 二 比例电流源 当 2时 IC0 IE0 IR IC1 IE1 则 基准电流IR 4 15 三 微电流源 特点 可以采用阻值较小的R 而获得较小的输出电流IC1 例 P177 可用图解法或累试法求解 4 16 4 2 2改进型电流源电路 一 加射极输出器的电流源 特点 利用T2管的电流放大作用 减小了基极电流IB0和IB1对基准电流IR的分流 整理得 4 17 二 威尔逊电流源 特点 IC2高度稳定 则即使在 很小时 也可认为IC2近似等于IR 4 18 4 2 3多路电流源电路 特点 利用一个基准电源可以获得多个不同的输出电流 即 P179例4 2 1 4 19 4 2 4以电流源为有源负载的放大电路 一 有源负载共射放大电路 以有源器件替代集电极电阻RC 在交流通路中可以得到很大的等效阻值 进而提高电压放大倍数 4 20 二 有源负载差分放大电路 静态时 IC1 IC2 I 2若 3 2 则IC3 IC1 IC4 IC3 所以io IC4 IC2 0 输入差模信号时 iC1 iC2 而 iC3 iC1 由镜像关系 iC3 iC4 所以 io iC4 iC2 iC1 iC1 2 iC1 此时 单端输出的放大倍数接近于双端输出 4 21 4 3集成运放电路简介 4 22 4 4集成运放的性能指标及低频等效电路 1 开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数 一般在105 107之间 理想运放的Aod为 2 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位 一般100dB以上 3 差模输入电阻rid ri 1M 有的可达100M 以上 4 4 1主要性能指标 4 23 4 输出电阻ro ro 几 几十 5 最大共模输入电压UIcmax 6 最大差模输入电压UIdmax 7 3dB带宽fH 运放是直流放大器 也可放大低频信号 不适用于高频信号 还有其他一些反映运放对称性 零漂等的参数 参见书P190 191 4 24