昆明理工大学模拟电路第四章 集成运算放大器

4.1概述第四章集成运算放大电路4.2差分放大电路4.3电流源电路4.4集成运算放大电路1集成电路的分类4.1概述集成运算放大器集成稳压器模拟集成电路数字集成电路集成电路集成功率放大器其他的集成器件24.1概述一、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，应用也很广泛，它是一种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，所以称为运算放大器。34.1概述集成运算放大器的组成高性能的双端输入差分放大电路要求：1、输入电阻高；

2、差模放大倍数大；

3、抑制共模信号的能力强；

4、静态电流小。44.1概述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，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54.1概述集成运算放大器的组成输出级多采用互补对称输出电路特点：1、输出电压线性范围宽；

2、输出电阻小；

3、非线性失真小等。64.1概述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。采用恒流源为各级提供合适的静态工作电流。74.1概述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正常工作的。如电平偏移电路，调零电路，短路保护电路等。8一、零点漂移4.2差分放大电路二、差放基本形式三、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五、共模抑制比和共模电压输入范围六、失调和调零七、差分放大电路的4种接法9一、零点漂移4.2差分放大电路直接耦合使得各级Q点互相影响，如前级Q点发生变化，则会影响到后面各级的Q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，使输出端产生很大的变化。

温漂：由于环境温度的变化而引起工作点漂移。

零漂：当输入电压为零时，输出电压偏离零值的变化。104.2差分放大电路二、差放基本形式+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2两个电路的参数完全对称，两个管子的温度特性也完全对称。静态时，Ui=0Uo=Uc1

－Uc2=0温度上升Uc1，Uc2

均下降两管电流均增加ΔIc1=ΔIc2;ΔUc1=ΔUc2Uo=(Uc1

－ΔUc1)－(Uc2－ΔUc2)=0114.2差分放大电路（一）共模信号和共模电压放大倍数共模信号Uic1=Uic2

均为正两管电流同时增加两管集电极输出电压Uoc为零+VCCU0UiRb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2差动放大管T1和T2的基本接入幅度相等、极性相同的信号。即：Uic1=Uic2两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Auc=0。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。124.2差分放大电路（二）差模信号和差模电压放大倍数差模信号差动放大管T1和T2的基极分别接入幅度相等、极性相反的信号。即：Uid1=－Uid2+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1134.2差分放大电路（二）差模信号和差模电压放大倍数差模信号RL=∞

时，差动放大管T1和T2的基极分别接入幅度相等、极性相反的信号。即：Uid1=－Uid2当c1和c2间接入RL，电路对称，中间某一点电位不变，该点在RL/2处。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；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。结论+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1144.2差分放大电路存在的问题（1）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用，零漂不能被很好的抑制。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1154.2差分放大电路三、具有射极公共电阻的差放电路射极公共电阻Re对共模信号的抑制作用：两个输入端输入正极性的共模信号时IEQ增加相同的ΔIE（一）射极公共电阻的作用+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL164.2差分放大电路等效电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL交流通路174.2差分放大电路交流通路184.2差分放大电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、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，则两管集电极电位相等，RL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Re对共模信号有很强的抑制作用，Re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，Re如同短路，不会影响差模放大倍数。194.2差分放大电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL3、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。4、利用Re对共模信号的抑制作用，来抑制每管本身的漂移。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。204.2差分放大电路共模信号电路对称，T1和T2特性一致

在Δ

UI1

=Δ

UI2时，IE1=IE2=IE（二）电路的分析计算+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、计算静态工作点Rc1=Rc2=RcRs1=Rs2=RsVEE

=IBRS+2IERe+UBE通常有IBRS<<2IERe，所以VEE≈2IERe+UBE214.2差分放大电路每管发射极电流+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL224.2差分放大电路（1）计算差模放大倍数+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL2、动态分析对差模信号来讲，Re上没有信号压降，视为交流短路，即Re对差模电压放大倍数没有影响。加入差模信号时由于Ui1=－Ui2则ΔIE1=－ΔIE2流过Re的电流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0。234.2差分放大电路UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid+VCC-VEERb2Rb1Rc2Rc1REUidUodRL交流地交流通路差模输入244.2差分放大电路Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid交流微变等效电路差模信号作用下T1集电极电位UC1升高，T2集电极电位UC2降低UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid交流通路RL中的电位不变该点对地交流短路，相当每边接负载RL/2254.2差分放大电路

(1)差模电压放大倍数

(2)差模输入电阻(3)差模输出电阻Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid264.2差分放大电路（2）计算共模模放大倍数+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL加入共模模信号时，使流过Re上电流为IE1+IE2=2IE，相当于射极接入电阻为2Re。双端输出时由于电路对称，其共模输出电压仍为零。单端输出时由于2Re的作用，将引入很强的负反馈，对零漂起到抑制作用。共模放大倍数计算如下：Re的接入使共模放大倍数下降很多，即对零漂有很强的抑制作用。274.2差分放大电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL例4.2.1差动电路如图，其中RS1=RS2=1KΩ，RC1=RC2=5.1KΩ

，RL=10KΩ

，Re=7.1KΩ

。VCC=15V，晶体管的rbe=1.4KΩ

，β=50。求：（1）电路的静态工作点，（2）Aud、Rid和Rod。284.2差分放大电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL解：先计算静态工作点：294.2差分放大电路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL差模放大倍数：输入电阻输出电阻304.2差分放大电路四、具有恒流源的差放电路射极公共电阻Re越大，抑制共模信号的能力就越强。但是Re的增大会带来两个缺点：+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、电源VEE选定后，Re太大会使ICQ下降太多，影响放大倍数。2、集成电路中不易制作大阻值的电阻。314.2差分放大电路差分电路的演化过程+VCC-VEEU0Us2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1-VEEUs2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1IE+VCCUs1-VEEUs2Rb2Rb1Rc2Rc1Re+VCC324.2差分放大电路利用稳定工作点电路代替Re，得到电路其中-VEEUs2Us1R2R1RcRcT3+VCCRRT1T2Re3UB3RLuoIc3334.2差分放大电路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3例4.2.2在图示电路中，已知VCC=VEE=9V,RC=47k,Re=13k,Rb1=3.6k,Rb2=16k,R=10k,负载电阻RL=20k,三极管的=30，UBEQ=0.7V。（1）试估算静态工作点；（2）估算差模电压放大倍数；（3）求差模输入电阻和输出电阻。344.2差分放大电路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3解：354.2差分放大电路输入电阻输出电阻364.2差分放大电路五、共模抑制比和共模输入电压范围差动放大电路的输入信号即有差模成分又有共模成分差模输入电压：ΔUId=Δ

UI1

－Δ

UI2共模输入电压：Δ

UIC=(Δ

UI1+

Δ

UI2)/2每个输入端的信号电压为：Δ

UI1=Δ

UIC+

Δ

UId/2Δ

UI2=Δ

UIC

－Δ

UId/2根据叠加原理：

式中，Δ

Uod为差模输出电压，Δ

Uoc为共模输出电压。Δ

Uo=Δ

Uod+

Δ

Uoc=Aud

Δ

UId+Auc

Δ

UIc理想对称，双端输出非理想对称，或单端输出Auc=0，Δ

Uo

=Δ

UodAuc≠0，Δ

Uo中包含

Δ

Uoc+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2374.2差分放大电路共模抑制比差动放大电路抑制共模信号的能力常用共模抑制比衡量。用分贝来表示：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2384.2差分放大电路差动放大电路的优缺点优点：缺点：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2输入共模电压超过一定值时，影响差分对管的工作状态，共模抑制比下降。需限制它的大小。差动放大电路因具有抑制共模信号的能力而能够在很强的干扰中把微小的有用信号拣出来。394.2差分放大电路共模电压输入范围+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2在共模抑制比不低于规定值的条件下，允许输入的最大共模电压，称为共模输入电压范围。404.2差分放大电路六、失调和调零放大电路的失调：实际的差放，两边管子特性和电阻参数不可能理想对称，输入为零时输出一般不为零。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RL失调电压：表示输入电压为零时，输出电压不为零。也可以说，输出电压调整为零时，得到的输入电压不为零的值。失调电流：表示输出电压调整为零时，得到的两个管子基极输入电流不为零的值。414.2差分放大电路调零电路实际差放都存在失调电压和失调电流。实用的电路中就有调零装置424.2差分放大电路七、差放的四种接法（一）双端输入双端输出（二）双端输入单端输出（三）单端输入双端输出（四）单端输入单端输出434.2差分放大电路（二）双端输入单端输出1.静态输出直流电压不为零2.差模电压放大倍数为双端输出电路的一半。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe444.2差分放大电路（二）双端输入单端输出单端输出差放电路，增加Re可减小共模放大倍数；用恒流源电路来代替Re，可以大大降低Auc，提高共模抑制比。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe3.电路温漂的抑制和KCMR指标低于双端输出电路454.2差分放大电路（三）单端输入双端输出所谓单端输入，是指将输入端中一端接地。原来信号分为一个共模信号和一对差模信号。+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL464.2差分放大电路（三）单端输入双端输出输入信号：+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RLΔUId=Δ

UI－0=Δ

UIΔ

UIc=(Δ

UI+

0)/2=Δ

UI/2输出信号：Δ

Uo=Δ

UIdAud+Δ

UIcAuc=Δ

UIAud+0.5Δ

UIAuc474.2差分放大电路（四）单端输入单端输出这种接法特点是它比单管基本放大电路具有较强的抑制零漂能力，而且可根据不同的输出端得到同相和反相关系。RL+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0484.2差分放大电路总结1、差动放大电路电压放大倍数与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管放大电路相同；如为单端输出，它的差模电压放大倍数是单管基本电压放大倍数的一半。2、输入电阻都是相同的，均为2(Rs+rbe)。双端输出Ro=2RC；单端输出Ro=RC494.3电流源电路一、镜像电流源电路二、微电流源电路三、多路电流源电路四、有源负载电路504.3电流源电路一、镜像电流源电路IB1=IB2=IBIC1=IC2=IOT1和T2两管特性相同UB1=UB2，故有IR=IC1+2IB=IC1(1+2/β)如果β>>2，且VCC>>UBE，则514.3电流源电路一、镜像电流源电路参考电流IREF固定，输出电流IC2固定

IREF改变，输出电流IC2改变优点：结构简单，两管参数对称，符合集成电路的特点。缺点：1.受电源影响大；

2.如电阻R很大，集成难以实现；

3.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。524.3电流源电路改进的镜像电流源电路534.3电流源电路二、微电流源电路UBE>>UT时代入上式得544.3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得多个电流，而且各个电流的数值可以不相同。如图所示，其中，T1构成参考电流源。由于这几个管子的UBE相同，因此有IE1R1=IE2R2=IE3R3=IE4R4当IE1R1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。554.3电流源电路四、有源负载电路电路中并不需要很高的电源电压，只要VCC与R相配合，就可以设置合适的集电极电流ICQ1。基准电流不接负载时，T1管的静态集电极电流（一）有源负载共射放大电路564.3电流源电路若负载很大时：若负载RL<<(rce1//rec2)时：（一）有源负载共射放大电路574.3电流源电路T1管集电极动态电流β1Ib几乎全部流向负载，有源负载使|Au|大大提高。（一）有源负载共射放大电路584.3电流源电路（二）有源负载差分放大电路+VCCU0UidRb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2T1T2c2c1RLRe594.4集成运算放大器一、集成运放电路简介二、集成运算放大器的技术指标三、集成运放的使用注意事项604.4集成运算放大器一、集成运放电路简介集成运放电路特点：高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、直接耦合放大电路。输入级：通常采用差动放大形式抑制零点漂移。输出级：为功率放大电路，为了提高带负载能力，多采用互补跟随式。中间级：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组成。614.4集成运算放大器双极型集成运放

F007,又叫

A741

一.外形和引脚:

外形：圆壳式和双列直插式引脚：12个引脚624.4集成运算放大器634.4集成运算放大器初步电路分析1)各个引脚对应电路的哪些部分?2)哪部分是偏置电路?有哪些电流源,起什么作用?3)哪部分是输入极?是何种电路形式?4)哪些是复合管?5)中间极是哪一部分?6)输出级是什么电路形式?如何消除交越失真?7)有无过流保护电路?644.4集成运算放大器引脚2和引脚3是输入端;引脚6是输出端;引脚7,4接正负电源端;引脚1,5接调零电位器;引脚8,9接校正(补偿)电容电流源：1）VT5、VT6、VT7、R1、R2、R3;2）VT8、VT9;3）VT12、VT13构成镜像电流源；

4）VT10VT11R4构成微电流源；复合管有：VT16、VT17和VT18、VT19输出级为：甲乙类准互补对称电路，R7、R8和VT15为UBE扩大电路，消除交越失真；过流保护：VD1VD2R9R10分流保护。输入级电路：VT1、VT2、VT3、VT4共射——共基组态的差分电路，单端输出（VT4集电极输出）654.4集成运算放大器1.偏置电路:1)VT10VT11R4构成微电流源；2）VT8

、VT9;VT12

、VT13

构成镜像电流源；664.4集成运算放大器2.输入级

VT1

、VT2

、VT3

、VT4共集——带恒流源的共基组态的差分电路，单端输出（VT4集电极输出）1）对共模信号,Ic8↑→IC9↑→IB3,4↓(IC10

恒定）有很强的共模负反馈作用,共模抑制比很高；2）VT6,恒流源作为有源负载，单端输出的电压放大倍数与双端输出相同674.4