第4章 集成运放电路

1、第4章，模拟电子技术基础，集成运算放大器，4.1集成运算放大器和分类，4.1.1集成电路，使用半导体制造技术将管道、电阻和电路封装在半导体衬底上，形成能够完成特定功能的电子电路，称为集成电路。集成电路始于20世纪50年代末。集成运算放大器，一种集成电路，最初用于模拟信号操作，因此被称为集成运算放大器。4.1.2集成电路的特性，(1)元件在同一方向上具有一致性和偏差，(2)很难制造大电阻器(低于几千欧)，(3)不可能制造大电容器(低于100千欧)，以及(4)不可能制造尺寸更小、重量更轻、功耗更低、连接更简单、可靠性更高和成本更低的电感器。电压放大器(Uo=AoduI)，工作原理，可控性，电流放大

2、器(io=AiiI)，跨导型(io=AiuuI)，互阻型(uo=AuiiI)，可变增益运算放大器，门控运算放大器，性能指标，高阻型(输入电阻大于109)，高速型，2。基本运算放大器的内部电路结构，4.2.1集成运算放大器的电路结构和特性、u-、u、uo、运算放大器符号、A、输出级：要求输出电阻低、负载能力强，并能提供足够的输出电压和电流。输入级：接收输入信号(使用差分放大电路)。当非反相端子输入信号时，输出信号与输入信号同相；当信号在反向端输入时，输出信号与输入信号反相。中间阶段：主要用于电压放大。它具有高开环电压放大系数(Aod103107)，电压放大系数主要由中间级提供，中间级通常是由共发

3、射极连接组成的放大电路。偏置电路：它决定放大电路每一级的静态工作点，并提供偏置电流。3。各级任务、输入级、输出级、中间级、偏置电路、输入端、反相、同相、负载、4.2.2集成运算放大器的电压传输特性，1。线性区：UoAod(UpN)Aod是开环差模Aod的几十万倍(103107)，线性区极窄，集成运算放大器的输出为2。非线性区域：UOM、UOM，集成运算放大器的应用分为两个区域，集成运算放大器的电压传输特性、线性区域、非线性区域、UAOD(UpN)、其他线性和非线性4.2.3集成运算放大器的主要应用是对模拟信号进行各种数学运算和电路处理。(数学运算，如加法、减法、比例、对数、积分、微分等。)，比

4、较两个输入电压的大小，输出相应的结果信号，形成各种振荡器，产生各种形状的信号波形，如方波、三角波、锯齿波等。4.2.4主要技术指标(自学：页2032054.4.1)，4。UiO 5号。Ii0-输入失调电流Ii0越小越好，一般为几十nA，6。IiB-输入偏置电流IiB越小越好，一般几百nA，无外部反馈电路的运算放大器的差模放大系数。该值越高，运算放大器电路越稳定，运算精度越高。1.Aod-开环差模电压放大系数，2。Kcmr-共模抑制比，运算放大器的开环差模电压放大系数与开环共模放大系数之比。综合研究反映了运算放大器电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。3.rid-差模输入电阻，反映运算放大器从信

5、号源请求电流的能力，集成运算放大器电路的4.3输入单元(第156-167页)，1。4.3.1差分放大器电路的结构特点，差分放大器电路的工作原理，(1)对称结构，(2)相应的参数，(3)相同的Q点，(5)UO=U01-UO2，1=2B1=RB2R1=R2RC1=RC2，UI1=UI2=0，IC1=IC2，UC1=UC2，if :差分放大器电路的输入信号类型、R2、Rb1、RC2差分放大器电路对共模输入电压的放大系数为“0”。变换图形！、R2、Rb1、RC2、RC1、R1、Rb2、T1、T2、UO、如果：ui10，ui20，那么：uc10，|uc1|=|uc2|，和：|ui1|=|ui2|，有：所

6、以：UO=(UC1UC1) (UC2UC2)，=(UC1UC2) |uo|=2|uc1|，对于一侧：ui2=-(1/2)uid，如果设置了：那么3360Au1=uo/uid=Ad，放大系数Au1，Ad=uo/uid，差分电路的差模电压放大系数与单管放大电路相同，差模电压放大系数ui1=(1/2)uid，当两个输入电压既不是共模电压也不是差模电压时，称为任意输入电压，或比较输入电压。任何输入电压都可以分解成一对共模电压和一对差模电压的组合。(3)任何输入电压，例如：2，1，I，I，U，U，=，=，9 mV，-3 mV，然后：2，2，c，d，U，U，=，=，=，9，3，=，6 mV差分电路仅放大差

7、模信号。与单管放大电路相比，差分电路的特殊性在于：(1)有效放大差模信号(放大倍数与单管放大电路相同)；并且共模信号被有效抑制。4.4典型差分放大器电路，4.4.1电路结构，长尾差分放大器电路，1。Rp:零电位计，2。Re:共模反馈电阻，3。VEE:负电源(通常与Vcc相同)，一般值为几十或几百。对于共模：电流是单管的两倍，具有强负反馈。差分模式：等效于短路，Re=0。功能：补偿稀土DC电压降，扩大输出电压范围；使两个管的静态基极电位接近零电位；它可以提供静态基极电流并消除基极电阻Rb。4.4.2。长尾电路静态分析，1。DC路径(如图)，2。静态工作点，BQ，BQ2，BQ1，I2，I1，I，I

8、，I，0，U，U，and:，差分放大2re，VCC，RP/2，-vee，2re，RP/2，icq1，ieq1，ibq1，have:差分放大器电路的DC路径，来自DC路径，get:e，eq，p，eq，beq，零电阻RP，每根管子转换为RP/2；对于差模信号(IE1=-IE2)，R2，RC2，RC1，R1，T1，T2，UO，UI1，ui2，Re为零，其中：因此，差模信号在两端输出，而对于一侧，则有：get:ib1，ic1，ib1，rbe1，R1，RP/2，rc1，RL/2，uo2，UI2，uo，ib2，ic2，差模信号输入电阻：差模信号输出电阻共模信号，双输入和双输出，(寻求Ac)，注意共模信号为

9、：re0、反映差分放大器零漂移抑制能力的综合指标。在理想情况下，当单端输入的差模和共模之和为零时，单端输入是双端输入的特殊情况。4.4.4差分放大器输出和输入的连接，1。单端输入和双端输入，差分放大器电路的动态参数取决于输出模式。2。单端输出和双端输出，单端输出，双端输出。请注意，单端输出的正信号或负信号取决于负载连接到哪一侧。差分电路的四种连接方式和动态参数公式，(2)单输入双输出；其中：(4)单输入单输出；(3)双输入和单输出，注意，RP不包括在表：的电压放大公式中。，4.4.5恒流源差分放大器电路，1。之所以使用恒流源差分放大电路，是因为集成电路中稀土的电阻有限。长尾差分放大器电路的缺点

10、，(1)要提高共模抑制效果，必须增加稀土元素；AnD IngIng re Reduce uce uce，这会导致动态放大性能下降。(3)要解决(2)的问题，我们只能增加VEE；但实际VEE不能太大。(2)、(2)、2。恒流源差分放大电路，用偏压电路代替Re，在满足I2IB3的条件下，UR2，即UB3，是恒定的，不受温度影响；IEQ3为常数=(UE3 VEE)/R3，而差模信号不作用于T3。(1)电路图，(2)结构描述，(3)基本原理，IC3常数，UE3常数(=UB3UBE3)，不受温度影响；IEQ1=IEQ2为常数(=IC3/2)，即共模信号受常数IC3的限制。因此，它被称为恒流源差分放大器电

11、路。恒流源差分放大器电路简图(4)恒流源差分放大器电路简图，基本运算放大器内部电路结构，集成运算放大器中的4.5电流源，4.5.1电流源概述，1。电流源电路的特点：恒流和高输出电阻。电流源电路组成：BJT和场效应管工作在放大状态。4.电流源电路类型：镜像电流源、精密电流源、微电流源、多通道电流源等。5.电流源电路：的负反馈，以减少温度对电流的影响。2.电流源电路的应用：提供DC偏置电流，作为放大器的有源负载。4.5.2镜像电流源，其T0和T1特性相同，1。镜像电流源的电路组成和特性，2。当前镜像关系，其T0和T1特性相同，3。温度补偿，假设温度t增加，则ic1ic1、ic0irubbib、t、

12、4.5。根据所需的静态电流，确定集电极结区。根据所需的静态电流，确定通道尺寸。4.5.5发射极输出装置的电流源，威尔逊电流源第177-178页(自学)，4.5.6有源负载，1。有源负载共发射放大电路，2。有源负载差动放大电路，T1和T2构成差动放大电路；T3和T4构成镜像电流源，它是差分放大器电路的有源负载。(1)静态分析，由T1和T2发射极恒流源I确定；IE1=IE2=(1/2)1；和：IE1IC1；IE2IC2，IC1IC2和IC3IC4；(由镜像电流源决定)和：IC3IC1；(由镜像电流源决定)，输入输出=IC4IC2=IC1IC20，即：的静态输出为零。(2)动态分析，设：uI为差模输

13、入电压；然后：iC1iC2；iC3iC1。iC3iC4，iO=iC4iC2=iC4 iC1=iC1 iC1=2iC1，au=(uo)/(ui)=(2i C1 rl)/(2i B1 rbe)=(2i B1 rbe)/(2i B1 rbe)=(1rl)/rbe。结论：镜像电流源作为差动放大电路的有源负载，可以使单端输出电路获得与双端输出电路相似的差模放大系数。作为差动放大电路的有源负载，镜像电流源可以使所有功放管的动态电流流向负载RL。4.6，4.6.1复合管介绍，2。为什么要使用复合管复合管的放大倍数比单管大得多，复合管的输入阻力也比单管大得多。1.什么是复合管以某种方式将两个或多个晶体管组合在

14、一起的结构称为复合管。4.6.2复合管的结构和特性，=ic/ib，其中：ib=ib1，IC=ic1ic 2=1ib 12 IB 2=1ib 12(11)IB1=(1212)IB1=(1212)IB，1。复合管的价值(以NPN型为例)。Rbe=ube/ib，其中：IB=IB 1UBE=IB1RBE 1IB2RBE 2=IB1RBE 1(11)IB1RBE 2=IB1RBE 1(11)RBE 2，2。复合管的RBE值，rbe=rbe1 (1 1)rbe2，so:3。复合管的连接条件(1)有适当的电流通路，前一个晶体管的输出电流和后一个晶体管的输入电流必须形成适当的通路。(2)晶体管都工作在放大区域，(4)复合管道的常见形式(图2.7.1)，