模电第四章集成运算放大电路

1、4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述 4.2 集成运算中的电流源电路集成运算中的电流源电路 4.3 集成运放电路简介集成运放电路简介4.4 集成运放的性能指标集成运放的性能指标4.5 理想运算放大器理想运算放大器第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路 在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路称为集成电路作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路称为集成电路（Integrated Circuit）。由于它具有体积小、）。由于它具有体积小、 稳定性高等一稳定性高等一系列优点而得到广泛的

2、应用。集成运算放大电路也可称为集系列优点而得到广泛的应用。集成运算放大电路也可称为集成运算放大器（成运算放大器（Integrated Operational Amplifier），简称集），简称集成运放，成运放， 它主要用于模拟信号的各种运算、处理和发生电路，它主要用于模拟信号的各种运算、处理和发生电路，例如求和、求差、积分、微分、电压比较，波形的发生和信例如求和、求差、积分、微分、电压比较，波形的发生和信号的转换等号的转换等等。等。 4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述一、一、 集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点 v均采用直接耦合方式。均采用直接耦合方式。v采用差分放大

3、电路（作输入级）和采用差分放大电路（作输入级）和恒流源电路作偏置电路或有源负载）。恒流源电路作偏置电路或有源负载）。v常用有源元件（晶体管或场效应管）常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。取代电阻。图图4.1.1 集成运放电路方框图集成运放电路方框图二、集成运放的组成及其各部分的作用二、集成运放的组成及其各部分的作用 输入级输入级通常要求有尽可能低的零点漂移，较高的共模抑制通常要求有尽可能低的零点漂移，较高的共模抑制能力，输入阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分放大电路。能力，输入阻抗高及偏置电流小，因此一般采用差分放大电路。 中间级中间级主要承担电压放大的任务，多采用共射或共源放大主要承

4、担电压放大的任务，多采用共射或共源放大电路。电路。 为了提高电压放大倍数，为了提高电压放大倍数， 经常采用复合管做放大管，经常采用复合管做放大管， 用恒流源做有源负载。用恒流源做有源负载。 输出级输出级要求具有一定的带负载能力（即输出电阻小）和一要求具有一定的带负载能力（即输出电阻小）和一定的输出电压及电流动态范围。因此输出级多采用射极输出器、定的输出电压及电流动态范围。因此输出级多采用射极输出器、 互补对称电路。互补对称电路。 偏置电路偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 一般采用镜像电流源，以及由其一般采用镜像电流源，以及由其演变而成

5、的微电流源、多路输演变而成的微电流源、多路输出电流源等。出电流源等。 三、集成运放的符号和电压传输特性三、集成运放的符号和电压传输特性返回返回一、一、 基本电流源电路基本电流源电路1. 镜像电流源镜像电流源 RRcBECCRIIIRUVI214.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路v为各级提供合适的静态电流，或作为有源负载提高放大电路的电压放大倍数。图图4.2.2 比例电流源比例电流源2. 比例电流源比例电流源图图4.2.3 微电流源微电流源3. 微电流源微电流源ReeceBEccRIRRIRRUVI10100,eBEBEECRUUII1011111CReTCIInRUI二、二、

6、改进型的镜像电流源改进型的镜像电流源(获得稳定输出的电流）获得稳定输出的电流）1. 加射极输出器的电流源加射极输出器的电流源RRCIII)1 (2112. 威尔逊电流源威尔逊电流源RRCIII222122三、三、 多路电流源电路多路电流源电路图图4.2.6 基于比例电流源的多路电流源基于比例电流源的多路电流源ReeECReeECReeECERIRRIIIRRIIIRRIIII3033202210110图4.2.7 多集电极管构成的多路电流源图图4.2.9 F007中的中的电流源电路电流源电路【例【例4.2.1】【例【例4.2.2】下图所示电路为串级电流源，已知下图所示电路为串级电流源，已知UB

7、E=0.6 V， 试求输出电流试求输出电流Io。mARUUUIUUURIBEBECCREFCCBEBEREF38. 1106 . 02154141mAIIREFo38.1T4IREFUCC(15V)T3RT2Io IC2T110 k解解 由图可得由图可得 1. 1. 有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路四、四、 以电流源为有源负载的放大电路以电流源为有源负载的放大电路2. 有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路v利用镜像电流源作为差分利用镜像电流源作为差分放大电路的有源负载可将双放大电路的有源负载可将双端输出信号端输出信号“无损失无损失”地转地转换成单端输出换成单端输出信号。即信号。即可

8、以可以使单端输出的差分放大电路使单端输出的差分放大电路的差模电压放大倍数提高到的差模电压放大倍数提高到接近于双端输出的情况。接近于双端输出的情况。bececeLbeBceceLCiourrrRrirrRiuuA)/(2)/(24242beLurRA若RLuN时，时，uo=UOM；当当uPuN时，时，uo=UOM 。（2） 理想运放的输入电流等于零。理想运放的输入电流等于零。 在非线性区，虽然在非线性区，虽然uPuN，但由于，但由于理想运放的理想运放的rid=， 故净输入电流故净输入电流等于零，即等于零，即iP=iN=0。（虚断）（虚断）v以上两个特点是分析集成运以上两个特点是分析集成运放工作放

9、工作在非线性区的应用电路的重要依据。在非线性区的应用电路的重要依据。返回返回习题课：习题课： P166/自测题自测题四、电路如图电路如图PT3.4所示，所有晶体管均为硅管，所示，所有晶体管均为硅管，均为均为60，rbb=100，静态时，静态时UBEQ0.7V。试求：。试求： （1）静态时）静态时T1管和管和T2管的发射极电流。管的发射极电流。 （2）若静态时）若静态时uO0，则应如何调节，则应如何调节Rc2的值才能使的值才能使uO0V？若静态？若静态uO0V，则，则Rc2？电压放大倍数为多少？电压放大倍数为多少？ 3.2 设图设图P3.2所示各电路的静态工作点均合适，分别画出它们的交所示各电路

10、的静态工作点均合适，分别画出它们的交流等效电路，并写出流等效电路，并写出 、Ri和和Ro的表达式。的表达式。uA4obe2321be11ibe242be2321be1be2321)(1 ()()(1 ()(1 (RRrRRrRRrRrRRrrRRAu 3.6 图图P3.6所示电路参数理想对称，所示电路参数理想对称，12，rbe1rbe2rbe。 （1）写出）写出RW的滑动端在中点时的滑动端在中点时Ad的表达式；的表达式； （2）写出）写出RW的滑动端在最右端时的滑动端在最右端时Ad的表达式，比较两个结果的表达式，比较两个结果 有什么不同。有什么不同。 3.7 图图P3.7所示电路参数理想对称，

11、晶体管的所示电路参数理想对称，晶体管的均为均为50，rbb=100，UBEQ0.7。试计算。试计算RW滑动端在中点时滑动端在中点时T1管和管和T2管的发射极静态电流管的发射极静态电流IEQ，以及动态参数，以及动态参数Ad和和Ri。 解解：RW滑动端在中点时滑动端在中点时T1管和管和T2管的管的发射极静态电流分析如下：发射极静态电流分析如下：mA517. 02222eWBEQEEEQEEeEQWEQBEQRRUVIVRIRIU Ad和和Ri分析如下：分析如下： k5 .20)1 (2972)1 ( k18. 5mV26)1 (WbeiWbecdEQbbbeRrRRrRAIrr 3.8 电路如图电路如图P3.8所示，所示，T1管和管和T2管的管的均为均为40，rbe均为均为3k。试。试问：若输入直流信号问：若输入直流信号uI1=20mv，uI2=10mv，则电路的共模输入电，则电路的共模输入电压压uIC=？差模输入电压？差模输入电压uId=？输出动态电压？输出动态电压uO=? 解：解：电路的共模输入电压电路的共模输入电压uIC、差、差模输入电压模输入电压uId、差模放大倍数、差模放大倍数Ad和动态电压和动态电压uO分别为分别为 : V67.0672 mV10mV152IddObecdI2I1IdI2I1