昆明理工大学模拟电路第四章集成运算放大器

1、14.1 概述概述4.2 差分放大电路差分放大电路4.3 电流源电路电流源电路4.4 集成运算放大电路集成运算放大电路2集成电路的分类集成电路的分类集成运算放大器集成运算放大器集成稳压器集成稳压器模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路 集集成成电电路路集成功率放大器集成功率放大器其他的集成器件其他的集成器件3一、集成运算放大器一、集成运算放大器 在模拟集成电路中，集成运算放大器发展很早，应在模拟集成电路中，集成运算放大器发展很早，应用也很广泛，它是一种用也很广泛，它是一种高放大倍数的直接耦合放大电路高放大倍数的直接耦合放大电路。由于最初是用于数值运算，所以称为由于最初是用于数值运算，

2、所以称为运算放大器运算放大器。4集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成高性能的双端输入差分放大电路高性能的双端输入差分放大电路 要求：要求：1、输入电阻高；、输入电阻高； 2、差模放大倍数大；、差模放大倍数大； 3、抑制共模信号的能力强；、抑制共模信号的能力强； 4、静态电流小。、静态电流小。5集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成 多采用共射放大电路。经常采用复合管做放大管，多采用共射放大电路。经常采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。以恒流源做集电极负载。 作用：使集成运放具有较强的放大能力作用：使集成运放具有较强的放大能力6集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成输出级多采用互补

3、对称输出电路输出级多采用互补对称输出电路 特点：特点：1、输出电压线性范围宽；、输出电压线性范围宽； 2、输出电阻小；、输出电阻小； 3、非线性失真小等。、非线性失真小等。7集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成 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。采用恒流源为各级提供合适的静态工作电流。采用恒流源为各级提供合适的静态工作电流。8集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成 辅助环节主要是用来调整电路状态和确保电路辅助环节主要是用来调整电路状态和确保电路正常工作的。如电平偏移电路，调零电路，短路保正常工作的。如电平偏移电路，调零电路，短路保护电路等

4、。护电路等。9一、零点漂移一、零点漂移二、差放基本形式二、差放基本形式三、具有射极公共电阻的差放电路三、具有射极公共电阻的差放电路四、具有恒流源差分放大电路四、具有恒流源差分放大电路五、共模抑制比和共模电压输入范围五、共模抑制比和共模电压输入范围六、失调和调零六、失调和调零七、差分放大电路的七、差分放大电路的4种接法种接法10一、零点漂移一、零点漂移 直接耦合使得各级直接耦合使得各级Q点互相影响，如前级点互相影响，如前级Q点发生变化，则会点发生变化，则会影响到后面各级的影响到后面各级的Q点。由于各级放大作用，第一级微弱变点。由于各级放大作用，第一级微弱变化将经过多级放大器的放大，使输出端产生很

5、大的变化。化将经过多级放大器的放大，使输出端产生很大的变化。 温漂温漂：由于环境温度的变化而引起工作点漂移。：由于环境温度的变化而引起工作点漂移。 零漂零漂：当输入电压为零时，输出电压偏离零值的变化。：当输入电压为零时，输出电压偏离零值的变化。11二、差放基本形式二、差放基本形式+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2两个电路的参数完两个电路的参数完全对称，全对称，两个管子的温度特两个管子的温度特性也完全对称。性也完全对称。静态时，静态时，Ui = 0Uo = Uc1 Uc2 = 0温度上升温度上升Uc1，Uc2 均下降均下降两管电流均增加两管电流均增加Ic1 = Ic

6、2; Uc1 = Uc2Uo = (Uc1 Uc1) (Uc2 Uc2) = 012（一）共模信号和共模电压放大倍数（一）共模信号和共模电压放大倍数共模信号共模信号Uic1 = Uic2 均为正均为正两管电流同时增加两管电流同时增加两管集电极输出电压两管集电极输出电压Uoc为零为零+VCCU0UiRb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2差动放大管差动放大管T1和和T2的基本接入幅度相的基本接入幅度相等、极性相同的信等、极性相同的信号。即：号。即： Uic1 = Uic2两管集电极电压同量减少两管集电极电压同量减少在理想对称情况下，差分放大电路的在理想对称情况下，差分放大电路的Auc = 0。差

7、分放大电路对共模。差分放大电路对共模信号抑制作用放映了对温度的抑制的结果。信号抑制作用放映了对温度的抑制的结果。13（二）差模信号和差模电压放大倍数（二）差模信号和差模电压放大倍数差模信号差模信号差动放大管差动放大管T1和和T2的基极分别接入幅的基极分别接入幅度相等、极性相反度相等、极性相反的信号。即：的信号。即： Uid1 = Uid2Rb2Rb114（二）差模信号和差模电压放大倍数（二）差模信号和差模电压放大倍数差模信号差模信号RL = 时，时，差动放大管差动放大管T1和和T2的基极分别接入幅的基极分别接入幅度相等、极性相反度相等、极性相反的信号。即：的信号。即： Uid1 = Uid2当

8、当c1和和c2间接入间接入RL，电路对称，中间，电路对称，中间某一点电位不变，该点在某一点电位不变，该点在RL/2处。处。CLRR )2/(|LCLRRR 输入信号之差为零时，输出也为零；输入信号之差为零时，输出也为零；输入信号之差不为零时，产生输出；输入信号之差不为零时，产生输出；放大倍数为半边电路的放大倍数；放大倍数为半边电路的放大倍数；多用一个三极管，达到抑制温漂。多用一个三极管，达到抑制温漂。结论结论Rb2Rb115存在的问题存在的问题（1）不易实现电路完全对称，仍存在温漂。）不易实现电路完全对称，仍存在温漂。（2）温度变化大时，可能使差动放大管进入截止区或饱和区而不能正）温度变化大时

9、，可能使差动放大管进入截止区或饱和区而不能正 常工作。常工作。（3）当信号输出有一端接地时，由于另一个差放管的补偿作用未被利）当信号输出有一端接地时，由于另一个差放管的补偿作用未被利用，零漂不能被很好的抑制。用，零漂不能被很好的抑制。Rb2Rb116三、具有射极公共电阻的差放电路三、具有射极公共电阻的差放电路射极公共电阻射极公共电阻Re对共模信号对共模信号的抑制作用：的抑制作用：两个输入端输入正极性的共模信号时两个输入端输入正极性的共模信号时IEQ 增加相同的增加相同的IE（一）射极公共电阻的作用（一）射极公共电阻的作用+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1 =RC2Rs1

10、 =Rs2Re17等效电路等效电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1 =RC2Rs1 =Rs2Re交流通路交流通路18交流通路交流通路19+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1 =RC2Rs1 =Rs2Re1、负载电阻、负载电阻RL两端跨接在两管的集电极上，若两边电路完全对称，则两端跨接在两管的集电极上，若两边电路完全对称，则两管集电极电位相等，两管集电极电位相等，RL中没有电流流过，视为开路。中没有电流流过，视为开路。2、Re使每边共模放大倍数显著下降，即使每边共模放大倍数显著下降，即Re对共模信号有很强的抑制作用，对共模信号有很强的抑制作用，Re

11、越大，抑制共模信号的作用越强。在差模信号作用下，两管得到大越大，抑制共模信号的作用越强。在差模信号作用下，两管得到大小相等，极性相反的信号，两管电路的和不变，小相等，极性相反的信号，两管电路的和不变，Re如同短路，不会影如同短路，不会影响差模放大倍数。响差模放大倍数。20+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1 =RC2Rs1 =Rs2Re3、利用电路的对称性，以双端输出的方式，使两边的温漂在输出端互相、利用电路的对称性，以双端输出的方式，使两边的温漂在输出端互相抵消。抵消。4、利用、利用Re对共模信号的抑制作用，来抑制每管本身的漂移。对共模信号的抑制作用，来抑制每管本身的漂

12、移。温漂比基本差放电路小得多，而且每边漂移小了，信号可以单端输出。温漂比基本差放电路小得多，而且每边漂移小了，信号可以单端输出。21共模信号共模信号电路对称，电路对称，T1和和T2特性一致特性一致 在在 UI1 = UI2时，时，IE1 =IE2 =IE（二）电路的分析计算（二）电路的分析计算+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1 =RC2Rs1 =Rs2Re1、计算静态工作点、计算静态工作点Rc1 = Rc2 =RcRs1 = Rs2 =RsVEE = IBRS + 2IERe + UBE通常有通常有IBRS 2，且，且VCCUBE，则，则RUVIIBECCREFC125

13、2一、镜像电流源电路一、镜像电流源电路RUVIIBECCREFC12参考电流参考电流IREF固定，输出电流固定，输出电流IC2固定固定 IREF改变，输出电流改变，输出电流IC2改变改变优点：结构简单，两管参数对称，符合集成电路优点：结构简单，两管参数对称，符合集成电路的特点。的特点。缺点：缺点：1. 受电源影响大；受电源影响大； 2. 如电阻如电阻R很大，集成难以实现；很大，集成难以实现； 3. 电流源的输出电阻不够大；电流源的输出电阻不够大； 4. 输出电流与基准电路有一定的误差。输出电流与基准电路有一定的误差。53改进的镜像电流源电路改进的镜像电流源电路54TBETBEUUSUUSEeI

14、eII1二、微电流源电路二、微电流源电路UBE UT时时 代入上式得代入上式得2lneooRTRIIIU55三、多路电流源电路三、多路电流源电路UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2 = UBE3 + IE3R3 = UBE4 + IE4R4用一个参考电流去获用一个参考电流去获得多个电流，而且各得多个电流，而且各个电流的数值可以不个电流的数值可以不相同。如图所示，其相同。如图所示，其中，中，T1构成参考电流构成参考电流源。源。由于这几个管子的由于这几个管子的UBE相同，因此有相同，因此有IE1R1 = IE2R2 = IE3R3 = IE4R4当当IE1R1确定后，各支路可以通

15、过选择合适的电阻来获得不同数值的电流。确定后，各支路可以通过选择合适的电阻来获得不同数值的电流。56四、有源负载电路四、有源负载电路电路中并不需要很高的电源电压，只要电路中并不需要很高的电源电压，只要VCC与与R相配合，就可以设置合相配合，就可以设置合适的集电极电流适的集电极电流ICQ1。基准电流基准电流不接负载时，不接负载时，T1管的静态集电极电流管的静态集电极电流（一）有源负载共射放大电路（一）有源负载共射放大电路57若负载很大时：若负载很大时：若负载若负载RL(rce1/rec2)时：时：（一）有源负载共射放大电路（一）有源负载共射放大电路58T1管集电极动态电流管集电极动态电流1Ib几

16、乎全部流向负载，有源负载使几乎全部流向负载，有源负载使|Au|大大提高。大大提高。（一）有源负载共射放大电路（一）有源负载共射放大电路59（二）有源负载差分放大电路（二）有源负载差分放大电路Re60一、集成运放电路简介一、集成运放电路简介二、集成运算放大器的技术指标二、集成运算放大器的技术指标三、集成运放的使用注意事项三、集成运放的使用注意事项61一、集成运放电路简介一、集成运放电路简介集成运放电路特点集成运放电路特点：高放大倍数、高输入电阻、低输出电：高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、直接耦合放大电路。阻、直接耦合放大电路。输入级输入级：通常采用差动放大形式抑制零点漂移。：通常采用差动放大

17、形式抑制零点漂移。输出级输出级：为功率放大电路，为了提高带负载能力，多采用：为功率放大电路，为了提高带负载能力，多采用互补跟随式。互补跟随式。中间级中间级：多采用有源负载的共射（共源）放大电路。以获：多采用有源负载的共射（共源）放大电路。以获得更高的放大倍数。运放电路一般多由二至三级放大环节得更高的放大倍数。运放电路一般多由二至三级放大环节组成。组成。62双极型集成运放l F007 ,又叫 A741l 一. 外形和引脚:l 外形：圆壳式和双列直插式l 引脚：12个引脚6364初步电路分析初步电路分析l1)各个引脚对应电路的哪些部分各个引脚对应电路的哪些部分?l2)哪部分是偏置电路哪部分是偏置电

18、路?有哪些电流源有哪些电流源,起什么作用起什么作用?l3) 哪部分是输入极哪部分是输入极?是何种电路形式是何种电路形式?l4)哪些是复合管哪些是复合管?l5)中间极是哪一部分中间极是哪一部分?l 6)输出级是什么电路形式输出级是什么电路形式?如何消除交越失真如何消除交越失真?l7)有无过流保护电路有无过流保护电路?65l引脚引脚2和引脚和引脚3是输入端是输入端;引脚引脚6 是输出端是输出端;引脚引脚7,4 接正负接正负电源端电源端;引脚引脚1,5 接调零电位器接调零电位器;引脚引脚8,9 接校正接校正(补偿补偿)电电容容l电流源：电流源：1）VT5 、VT6 、VT7 、R1 、R2 、R3

19、; 2）VT8 、VT9 ; 3） VT12 、VT13 构成镜像电流源；构成镜像电流源；l 4）VT10 VT11R4构成微电流源；构成微电流源；l复合管有：复合管有：VT16 、VT17 和和 VT18 、VT19 l输出级为：甲乙类准互补对称电路，输出级为：甲乙类准互补对称电路，R7 、R8 和和VT15 为为UBE扩大电路，消除交越失真；扩大电路，消除交越失真；l过流保护：过流保护：VD1 VD2 R9 R10 分流保护。分流保护。l输入级电路：输入级电路：VT1 、VT2 、VT3 、VT4共射共射共基共基组态的差分电路，单端输出（组态的差分电路，单端输出（ VT4集电极输出）集电极

20、输出）661.偏置电路偏置电路:l 1)VT10 VT11R4构成微电流源；构成微电流源；2）VT8 、VT9 ; VT12 、VT13 构成镜像电流源；构成镜像电流源；672.输入级输入级 VT1 、VT2 、VT3 、VT4共共集集带恒流源的共基组态带恒流源的共基组态的差分电路，单端输出的差分电路，单端输出（ VT4集电极输出）集电极输出）1）对共模信）对共模信号号,Ic8IC9IB3,4(IC10 恒定）恒定）有很强的共模负反馈作用有很强的共模负反馈作用,共共模抑制比很高；模抑制比很高；2）VT6, 恒流源作为有源负载，恒流源作为有源负载，单端输出的电压放大倍数与单端输出的电压放大倍数与

21、双端输出相同双端输出相同683. 中间级和输出级中间级和输出级l中间级：中间级：1）VT16 、VT17复合复合管共射级电路；管共射级电路；l 2）镜像电流源）镜像电流源VT12 、 VT13作为有源负载作为有源负载l输出级：甲乙类准互补对称输出级：甲乙类准互补对称电路，电路，R7 、R8 和和VT15 为为UBE扩大电路，消除交越失真；扩大电路，消除交越失真；l过流保护：过流保护：VD1 VD2 R9 R10 分流保护。分流保护。6970A51329476+VCC-VEE反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端调零电位器消除自激振荡消除自激振荡连线示意图连线示意图71二、集成运放的技术指标二

22、、集成运放的技术指标1. 开环差模电压增益开环差模电压增益Aod2. 输入失调电压输入失调电压UIO在运放的两端输入端外加一补偿电压，使运放输出电压为零。在运放的两端输入端外加一补偿电压，使运放输出电压为零。3. 输入失调电压的温漂输入失调电压的温漂dUIO/dTUIO的温度系数，衡量集成运放的温漂特性，通过调零的办法很难补偿。的温度系数，衡量集成运放的温漂特性，通过调零的办法很难补偿。72二、集成运放的技术指标二、集成运放的技术指标4. 输入偏置电流输入偏置电流IIB5. 输入失调电流输入失调电流IIO集成运放输出电压为零时，两个输入端的偏置电流之差。集成运放输出电压为零时，两个输入端的偏置电流之差。6. 输入失调电流的温漂输入失调电流的温漂dIIO/dTIIO的温度系数，衡量集成运放的温漂特性，通过调零的办法很难补偿。的温度系数，衡量集成运放的温漂特性，通过调零的办法很难补偿。输出为零时，两个输入端所需电流的平输出为零时，两个输入端所需电流的平均值。均值。73二、集成