了解集成运放的基本组成及主要参数的意义

1、2021/3/10授课：XXX1 2021/3/10授课：XXX2 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级 直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种 模拟集成电路。模拟集成电路。 集成电路分类集成电路分类 模拟集成电路模拟集成电路 数字集成电路数字集成电路 集成运算放大器、集成集成运算放大器、集成 功率放大器、集成稳压电源、集成功率放大器、集成稳压电源、集成A/D D/A等。等。 在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量 大于大于200pF的电容也比较困

2、难，因而放大器各级之间都的电容也比较困难，因而放大器各级之间都 采采 （1）级间采用直接耦合方式）级间采用直接耦合方式 2021/3/10授课：XXX3 用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接 的方法。的方法。 （2）电路结构和参数具有对称性）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成， 阻值大约为阻值大约为100 30K，且阻值精度不高，因此常常，且阻值精度不高，因此常常 用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直必须使用直 流高阻值

3、的场合，也大多采用外接的方法。流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程 制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同 向的偏差，温度均一性好向的偏差，温度均一性好 （3）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件 2021/3/10授课：XXX4 中间级中间级输入级输入级输出级输出级 偏置电路偏置电路 输入级：输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放零点漂移和共模干扰信号的能

4、力强。都采用差分放 大电路。大电路。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。共发射极放大电路构成。 2021/3/10授课：XXX5 偏置电路：偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路 构成。构成。 +UCC + - + - 一、镜像电流源一、镜像电流源 R UV I BE1CC REF C2C1B2B1 II,II 由电路对称由电路对称 I 2I2IIII C2 REFBREFC1C2 2 1

5、 I II C2 REFC2 当满足当满足2 2时，时， REFC2 II I IC2 C2作为提供给某个放大器的 作为提供给某个放大器的偏置电流。偏置电流。 2021/3/10授课：XXX6 中间级：中间级： 提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的 输入电阻，以减小对前级的影响。输入电阻，以减小对前级的影响。 +UCC+UCC -UEE 2021/3/10授课：XXX7 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，要求输出电阻低，带负载能 力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 +UCC

6、UEE u u+ 输入级输入级中间级中间级 输出级输出级 同相同相 输入端输入端 输出端输出端 反相反相 输入端输入端 2021/3/10授课：XXX8 二二 主要参数主要参数 1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能

7、承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 3. 输入失调电压输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB 2021/3/10授课：XXX9 1. 理想运算放大器理想运算放大器 Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui) 线性区：线性区： uo = Auo( (u+ u) 非线性区：非线性区： u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时，

8、 uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ Uo (sat) ui UR，uo= Uo (sat) UR uoui R2 + + R1 + + + ui uoUR R2 + + R1 + + + ui uo O UR 电压传输特性电压传输特性 ui uo O UR 2021/3/10授课：XXX32 UR uoui R2 + + R1 + + + ui uoUR R2 + + R1 + + + Ot +Uo(sat) Uo(sat) uo ui tO UR O uo t +Uo (sat) Uo (sat) t1t2 2021/3/10授课：XXX33 UZ UZ

9、 uo R DZ UR uo ui R2 + + R1 + + + 电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR 2021/3/10授课：XXX34 UR uoui R2 + + R1 + + + t ui t uo +Uo(sat) Uo(sat) 2021/3/10授课：XXX35 RF UU 当当 uo = + Uo(sat)， 则则 当当 uo = Uo(sat)， 则则 i uu 门限电压受输门限电压受输 出电压的控制出电压的控制 R2 uo ui + + R1 + + o F 2 2 u RR R u )( o(sat) F 2 2 U RR R

10、 Uu )( o(sat) F 2 2 U RR R Uu 2021/3/10授课：XXX36 ui uo O Uo(sat) +Uo(sat) U 电压传输特性电压传输特性 U ui t O uo O t +Uo(sat) Uo(sat) U U 两次跳变之间具有迟两次跳变之间具有迟 滞特性滞特性滞回比较器滞回比较器 RF R2 uo ui + + R1 + + 2021/3/10授课：XXX37 )( o(sat) F 2 2 R F 2 F R U RR R U RR R u 可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴， UU + UR RF R2 uo ui+ + R1

11、 + + U U 2021/3/10授课：XXX38 o(sat) F 2 2 2 U RR R UUU 2021/3/10授课：XXX39 V2V6 2010 10 U V 2V6 2010 10 U 2021/3/10授课：XXX40 V33. 1V6 2010 10 5 2010 20 V33. 5V6 2010 10 5 2010 20 U U 2021/3/10授课：XXX41 2021/3/10授课：XXX42 2021/3/10授课：XXX43 2021/3/10授课：XXX44 o(sat) 2 1 2 R U RR R U o(sat) F 2 2 R U RR R U 动画

12、动画 2021/3/10授课：XXX45 RC t CCCC euuutu 0 R U R U 2021/3/10授课：XXX46 电电源源供供给给的的直直流流功功率率 率率负负载载得得到到的的交交流流信信号号功功 2021/3/10授课：XXX47 IC UCE O Q iC t O IC UCE O Q iC t O IC UCE O Q iC t O 晶体管在输入信号晶体管在输入信号 的整个周期都导通的整个周期都导通 静态静态IC较大，波形较大，波形 好好, 管耗大效率低。管耗大效率低。 晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号 的半个周期内导通，的半个周期内导通， 静态静态IC=0，波形严

13、重，波形严重 失真失真, 管耗小效率高。管耗小效率高。 晶体管导通的时间大于晶体管导通的时间大于 半个周期，静态半个周期，静态IC 0， 一般功放常采用。一般功放常采用。 2021/3/10授课：XXX48 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本 形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由 于省去了变压器而被称为无输出变压器于省去了变压器而被称为无输出变压器( )电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路。若互补对称 电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无 输出电容输出电容(电路，简称电路，简称OCL电电 路。路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源电路采用双电源 供电。供电。 2021/3/10授课：XXX49 T1、T2的特性一致；的特性一致； 一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型 两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器； 输出端有大电容；输出端有大电容； 单电源供电。单电源供电。 ui= 0 2 CC C U u 2 CC A U V , IC1 0， IC2 0 OTL原理电路原理电路 RL uI T1 T2 +UCC C A uo + + + - - + + - - 2021