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1、集成电路运算放大器全本讲稿第一页，共三十五页1.镜象电流源镜象电流源.(1).电路组成：电路组成：镜象电流源是由三级管电流源演变而来的，如图1所示。图1 6.1 集成运放中的电流源集成运放中的电流源 第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二页，共三十五页（2）电流估算）电流估算.由于两管的VBE相同，所以它们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即T2的集电极电流为 当b1时 当R和VCC确定后，基准电流IREF也就确定了，IC2也随之而定。由于Ic2IREF,我们把IREF看作是IC2的镜象，所以 这种电流源称为镜象电流源。第六章第六章 集成电路运算放大器集成
2、电路运算放大器本讲稿第三页，共三十五页（3）提高镜象精度）提高镜象精度.在图在图1中，当中，当b b不够大时，不够大时，IC2与与IREF就存在一定的差别。就存在一定的差别。为了减小镜象差别，在电路中接入为了减小镜象差别，在电路中接入BJT T3，称为带缓冲级的镜，称为带缓冲级的镜象电流源。如下图所示。象电流源。如下图所示。该电路利用该电路利用T3的电流的电流放大作用，减小了放大作用，减小了IB对对IREF的分流作用，从而的分流作用，从而提高了提高了IC2与与IREF镜象的镜象的精度。精度。原镜象电流源电路中，对IREF 的分流为2IB,带缓冲级的镜象电流源电路中，对IREF 的分流为2IB/
3、3,比原来小。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第四页，共三十五页2.微电流源微电流源 镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小需要减小IC2的值（例如微安级），可采用微电流源电路。的值（例如微安级），可采用微电流源电路。（(1)电路组成电路组成为了减小为了减小IC2的值，可在镜象电流源电路中的的值，可在镜象电流源电路中的T2发射极串入一电发射极串入一电阻阻Re2，如图所示，便构成微电流源。，如图所示，便构成微电流源。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第五页，共三十五页（
4、2）电流估算）电流估算.由电路可得由电路可得 所以所以 可见可见,用阻值不大的用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。就可获得微小的工作电流。（3）多路电流源）多路电流源 在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一个电在模拟集成电路中，经常用到多路电流源。目的是用一个电流源对多个负载进行偏置。典型的多路电流源如图所示。流源对多个负载进行偏置。典型的多路电流源如图所示。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第六页，共三十五页3电流源用作有源负载电流源用作有源负载.由于电流源具有交流电阻大的特点（理想电流源的内阻为无穷大），所以在模拟集成电路中被广泛用作放大电路的负载。这
5、种由有源器件及其电路构成的放大电路的负载称为有源负载有源负载。共发射极有源负载放大电路如图所示。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第七页，共三十五页 T1是共射极组态的放大管，信号由基极输入、集电极输出。T2、T3和电阻R组成镜象电流源代替Rc，作为T1的集电极有源负载。电流IC2等于基准电流IREF。根据共射放大电路的电压增益可知，该电路电压增益表达式为 其中ro是电流源的内阻，即从集电极看进去的交流等效电阻。而用电阻Rc作负载时，电压增益表达式为 由于ro Rc所以有源负载大大提高了放大电路的电压增益。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第八页，共
6、三十五页 6.2 差分式放大电路差分式放大电路 6.2.1 差模信号和共模信号的概念差模信号和共模信号的概念 1.概念概念 差分式放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，可以输差分式放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，可以输入两个信号，输出两个信号。其端口结构示意图如图入两个信号，输出两个信号。其端口结构示意图如图1所示。所示。普通放大电路也可以看成是一个双口网络，但每个端口都有一个端子接地。因此，只能输入一个信号，输出一个信号。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第九页，共三十五页当差分放大电路的两个输入端子接入的输入信号分别为当差分放大电路的两个输入端子接入
7、的输入信号分别为vi1和和vi2时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值时，两信号的差值称为差模信号，而两信号的算术平均值称为共模信号。称为共模信号。即差模信号即差模信号 共模信号共模信号 根据以上两式可以得到根据以上两式可以得到 可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模可以看出，两个输入端的信号均可分解为差模信号和共模信号两部分。信号两部分。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十页，共三十五页 2.两种信号的特点两种信号的特点.差模分量：大小相等，相位相反；差模分量：大小相等，相位相反；共模分量：大小相等，相位相同；共模分量：大小相等，相位相同；3.
8、增益增益.差模电压增益差模电压增益 共模电压增益共模电压增益 总输出电压总输出电压 其中，其中，表示由差模信表示由差模信 号产生的输出。号产生的输出。4.共模抑制比共模抑制比 共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指 标。标。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十一页，共三十五页6.2.2基本差分式放大电路基本差分式放大电路 1.电路组成及特点电路组成及特点.由两个共射级电路组成由两个共射级电路组成,如图所示：如图所示：特点：特点：电路对称，射级电阻共用，电路对称，射级电阻共用，或射级直接接电流源（大的或射级直接接电
9、流源（大的电阻和电流源的作用是一样电阻和电流源的作用是一样的）有两个输入端，有两个的）有两个输入端，有两个输出端输出端 第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十二页，共三十五页2.工作方式工作方式.双端输入双端输入 双端输出双端输出 双端输入双端输入 单端输出单端输出单端输入单端输入 双端输出双端输出 单端输入单端输入 单端输出单端输出3.工作原理工作原理.(1)静态分析静态分析 这是因为在静态时，Vi=0即V短路 静态时Vc1=Vc2,所以Vo=Vc1-Vc2=0。即输入为0时，输出也为0。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十三页，共三十五页 (2
10、)动态分析动态分析 当电路的两个输入端各加入一个大小相等极性相反的差模信号时，当电路的两个输入端各加入一个大小相等极性相反的差模信号时，Vi1=Vi2=Vid/2一管电流将增加，另一管电流减小，输出电压为一管电流将增加，另一管电流减小，输出电压为:Vo=Vc1-Vc20即差模信号输入时，两管之间有差模信号输出。即差模信号输入时，两管之间有差模信号输出。2.抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理.（1）零点漂移）零点漂移.如果将直接耦合放大电路的输入端短路，其输出端应有一固定的直流电压，如果将直接耦合放大电路的输入端短路，其输出端应有一固定的直流电压，即静态输出电压。但实际上输出电压将随着时间的推
11、移，偏离初始值而缓慢地随即静态输出电压。但实际上输出电压将随着时间的推移，偏离初始值而缓慢地随机波动，这种现象称为机波动，这种现象称为零点漂移零点漂移，简称零漂。零漂实际上就是静态工作点的，简称零漂。零漂实际上就是静态工作点的漂移。漂移。（2）零漂产生的主要原因）零漂产生的主要原因.a)温度的变化。温度的变化最终都将导致温度的变化。温度的变化最终都将导致BJT的集电极电流的集电极电流IC的变化，的变化，从而使静态工作点发生变化，使输出产生漂移。因此，零漂有时也称从而使静态工作点发生变化，使输出产生漂移。因此，零漂有时也称为温漂。为温漂。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第
12、十四页，共三十五页 b)电源电压波动。电源电压的波动，也将引起静态工作点的波动，而产电源电压波动。电源电压的波动，也将引起静态工作点的波动，而产生零点漂移。无论是温度变化还是电源波动，都会对两管产生相同的作用，生零点漂移。无论是温度变化还是电源波动，都会对两管产生相同的作用，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。因此，当共模信号作用于电其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。因此，当共模信号作用于电路时，必须分析电路的零漂情况。路时，必须分析电路的零漂情况。（3）差动放大电路对零漂的抑制）差动放大电路对零漂的抑制.a)双端输出时双端输出时-靠电路的对称性和恒流源偏置抑制零漂。靠电路的对称性和
13、恒流源偏置抑制零漂。温度变化温度变化 两管集电极电流以及相应的集电极电压发生相同的变化两管集电极电流以及相应的集电极电压发生相同的变化 在电路完全对称的情况下，双端输出（两集电极间）的电压可在电路完全对称的情况下，双端输出（两集电极间）的电压可以始终保持为零（或静态值）以始终保持为零（或静态值）抑制了零点漂移抑制了零点漂移 b)单端输出时由于电路中单端输出时由于电路中Re的存在，将对电路产生如下影响：的存在，将对电路产生如下影响：第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十五页，共三十五页以上过程类似于以上过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程分压式射极偏置电路的温度稳定过
14、程。由于。由于Re的存的存在，使在，使Ic得到了稳定，所以在双端输出的情况下，两管的输出会稳得到了稳定，所以在双端输出的情况下，两管的输出会稳定在定在0（静态）值。抑制了零点漂移。（静态）值。抑制了零点漂移。Re越大，抑制零漂的作用越强。越大，抑制零漂的作用越强。即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂能力。但由于但由于Re上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能力比射极偏置电路更强。上流过两倍的集电极变化电流，其稳定能力比射极偏置电路更强。3差模输入时主要技术指标的计算差模输入时主要技术指标的计算（1）双端输入双端输出）双端输入双端输出
15、交流通路和差模等效电路交流通路和差模等效电路 c第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十六页，共三十五页注意：注意：(a)差模输入时，差模输入时，vi1=-vi2=vid/2,当一管电流当一管电流ic1增加时，增加时，另一管的电流另一管的电流ic2必然减小。由于电路对必然减小。由于电路对称，称，ic1 的增加量必然等于的增加量必然等于ic2的减少量。所以流过恒流源（或的减少量。所以流过恒流源（或Re）的电流不变，）的电流不变，ve=0.故如图故如图所示的交流通路中所示的交流通路中Re为为0（短路）。（短路）。(b)差模输入时，差模输入时，vi1=-vi2=vid/2,每一管
16、上的电压仅为总的输入电压每一管上的电压仅为总的输入电压vid 的的1/2。故虽然电路由两。故虽然电路由两管组成，但总的电压放大倍数仅与单管的相同。即管组成，但总的电压放大倍数仅与单管的相同。即Av=-BRc/rbe (c)如果在输出端接有负载电阻如果在输出端接有负载电阻RL,由于负载两端的电位变化量相等，变化方向相反，故负载由于负载两端的电位变化量相等，变化方向相反，故负载的中点处于交流地电位。因此，如图所示的交流通路中每一管的负载为的中点处于交流地电位。因此，如图所示的交流通路中每一管的负载为RL/2。此时，总的电。此时，总的电压放大倍数与单管的相同。即压放大倍数与单管的相同。即Av=-BR
17、L/rbe.(d)由于双端输入，故输入电阻为两管输入电阻的串联，即由于双端输入，故输入电阻为两管输入电阻的串联，即Rid=2rbe (e)由于双端输出，故输出电阻为两管输出电阻的串联，即由于双端输出，故输出电阻为两管输出电阻的串联，即Ro=2Rc 动态指标计算结果如下：动态指标计算结果如下：第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十七页，共三十五页（2）双端输入单端输出）双端输入单端输出.电路和差模等效电路电路和差模等效电路 c（a）由于单端输出时负载上输出的只是一个管子的变化量，而输入情况与双端输出时完全一样。故放大倍数是双端输出的一半。(b)单端输出时，输出电阻是一个管子
18、的输出电阻。故输出电阻为双端输出的一半。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十八页，共三十五页动态指标计算结果：动态指标计算结果：(3)单端输入单端输入.应用：有时要求放大电路的输入端有一端接地，就要使用这种放大器应用：有时要求放大电路的输入端有一端接地，就要使用这种放大器单端输入时的交流通路如图所示。单端输入时的交流通路如图所示。（1）图中的ro很大（Re或者电流源的等效电阻），满足rore(发射结电阻)，故ro可视为开路。（2）Ro开路后，可认为Vi均分在两管的输入回路上。即每管的输入电压为Vi/2.（3）于是，单端输入时电路的工作状态与双端输入时近似一致。各指标也近
19、似相同。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第十九页，共三十五页 双入双出时的差模指标：双入双出时的差模指标：(1)电压放大倍数电压放大倍数Av和输出电阻和输出电阻Ro只与输出端的方式有关；单端输出时为只与输出端的方式有关；单端输出时为双端输出的一半；双端输出的一半；(2)输入电阻输入电阻Ri只与输入端的方式有关；单端输入时为双端输入的一半；只与输入端的方式有关；单端输入时为双端输入的一半；4共模输入时技术指标及共模抑制比共模输入时技术指标及共模抑制比 （1）双端输出）双端输出.交流通路如图交流通路如图 第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十页，共三
20、十五页共模电压增益：共模电压增益：双端输出时的共模电压增益是指电路的双端输出电压与共模输入电压之比。双端输出时的共模电压增益是指电路的双端输出电压与共模输入电压之比。在电路完全对称的情况下，在电路完全对称的情况下，vo1=vo2,vo=vo1-vo2=0共模增益为共模增益为输入电阻输入电阻,共模情况下，两输入端是并联的，因此共模情况下，两输入端是并联的，因此(2)单端输出单端输出 单端输出时的共模等效电路如图所示。它等效于一个射级电阻为单端输出时的共模等效电路如图所示。它等效于一个射级电阻为2ro的的共射放大电路。共射放大电路。共模增益为：共模增益为：一般情况下，一般情况下，2rorbe,1,
21、则则有有：第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十一页，共三十五页（3）共模抑制比共模抑制比.共摸抑制比定义为差模增益与共模增益之比，即共摸抑制比定义为差模增益与共模增益之比，即 或或（dB）电路的共摸抑制比电路的共摸抑制比KCMR显示电路对零漂的抑制能力的大小。显示电路对零漂的抑制能力的大小。因此希望因此希望KCMR越越大越好。双端输出时，电路完全对称的理想情况下，由于共模增益大越好。双端输出时，电路完全对称的理想情况下，由于共模增益Aoc=0，所以，所以KCMR=。单端输出时，。单端输出时，若用电流源替换若用电流源替换Re，则共模抑制比为，则共模抑制比为 第六章第六章
22、 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十二页，共三十五页6.2.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性 传输特性就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入信号变化传输特性就是放大电路输出信号（电流或电压）随输入信号变化的函数关系。的函数关系。它可以用它可以用BJT的的be结值电压结值电压vBE与发射极电流与发射极电流IE的基本关系求出。由的基本关系求出。由PN结的伏安特性可知结的伏安特性可知又因为又因为 由以上各式可解得由以上各式可解得 第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十三页，共三十五页由上式做出由上式做出iC1、iC2与与vid的传输特性曲线
23、如图下中实线所示。的传输特性曲线如图下中实线所示。从传输特性曲线可以看出：从传输特性曲线可以看出：1当当vid=vi1-vi2=0时，时，ic1+ic2=Io,ic1=ic2=Io/2,即即c1/Io=ic2/Io=0.5电路工作在曲线电路工作在曲线的的Q点，处于静态点，处于静态.2.当当vid 在在0-VT的范围内，的范围内，vid增加时，增加时，ic1增增加，加，ic2减小。且减小。且ic1、ic2与与vid呈线性关系。呈线性关系。电路工作在放大区。如图中用竖虚线所示的区电路工作在放大区。如图中用竖虚线所示的区域。域。3 当当vid 4VT 即超过即超过100mV时，曲趋于平坦。时，曲趋于
24、平坦。当当vid增大时，增大时，T1管趋于饱和，管趋于饱和，T2管趋于截止。管趋于截止。Ic1-ic2几乎不变。这时电路工作在特性曲线的非几乎不变。这时电路工作在特性曲线的非线性区。差动放大电路呈现良好的限幅特性。线性区。差动放大电路呈现良好的限幅特性。4在两管的发射极上分别串接电阻在两管的发射极上分别串接电阻R1=R2=Re，可以扩大传输特性的线性范围。，可以扩大传输特性的线性范围。如图中虚线所示。如图中虚线所示。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十四页，共三十五页 6.3 简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器 1集成电路运算放大器的组成集成电路运算放大
25、器的组成 集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。有共同之处，一般由四部分组成。（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补
26、电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十五页，共三十五页2简单的运算放大器简单的运算放大器 简单运算放大器的原理电路如图所示。简单运算放大器的原理电路如图所示。（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。输出。（2）复合管）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。提高整个电路的电压增益
27、。（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压vid=vi1-vi2为零时，输出电压为零时，输出电压vO=0的目的。的目的。（4）R7和和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能的电压跟随能力。力。（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端）电路符号：由此可见，运算放大器有
28、两个输入端（即反相输入端1和同相输入端和同相输入端2）,与一与一个输出端个输出端3。在运算放大器的代表符号中，反相输入端用。在运算放大器的代表符号中，反相输入端用-号表示，同相输入端用号表示，同相输入端用+表示。器件外表示。器件外端输入、输出相应地用端输入、输出相应地用N,P和和O表示。表示。（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压vi1从反相输入端输入时从反相输入端输入时（vi2=0），如），如vi1的瞬时变化极性为的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：时，各级输出端的瞬时电位极性为：vC2 （+
29、）vO2（）vB6（）vO（）则输出信号电压）则输出信号电压vo与与vi1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入反相；同时，当输入信号电压从同相端输入vi2(vi1=0)时，可以检验，输出电压时，可以检验，输出电压vo与与vi2同相。同相。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十六页，共三十五页6.4 集成电路运算放大器的主要参数集成电路运算放大器的主要参数（选讲内容）（选讲内容）1输入失调电压输入失调电压VIO 一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差分输入级很难做到完全
30、对称，（不加调零装置）。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。在室温（通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。在室温（25）及）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。实际上指输入电压。实际上指输入电压VI=0时，输出电压时，输出电压VO折合到输入端的电压的负值，即折合到输入端的电压的负值，即VIO的大小反应了运放制造中电路的对称程度和电位配合情况。的大小反应了运放制造中电路的对称程度和电位配
31、合情况。VIO值愈大，说明电路的对称程度愈差，一般约为值愈大，说明电路的对称程度愈差，一般约为（110）mV。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十七页，共三十五页2输入偏置电流输入偏置电流IIBBJT的集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总的集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流需要一定的输入电流IBN和和IBP。输入偏置电流是指集成运放输出。输入偏置电流是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值。当电压为零时，两个输入端静态电流的平均值。当 时，偏置电时，偏置电流为流为 输入偏置电流的大小，在电路外接电阻
32、确定之后，主要取决输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级于运放差分输入级BJT的性能，当它的的性能，当它的 值太小时，将引起偏置值太小时，将引起偏置电流增加。从使用角度来看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引电流增加。从使用角度来看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小，故它是重要的技术指标。一般为起的输出电压变化也愈小，故它是重要的技术指标。一般为10nA1 A。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十八页，共三十五页3输入失调电流输入失调电流IIO 由于信号源内阻的存在，由于信号源内阻的存在，IIO会引起一输入电压，破坏放
33、大器的平衡，会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。所以，希望使放大器输出电压不为零。所以，希望IIO愈小愈好，它反映了输入级愈小愈好，它反映了输入级有效差分对管的不对称程度，一般约为有效差分对管的不对称程度，一般约为1 nA0.1 在在BJT集成电路运放中，输入失调电流集成电路运放中，输入失调电流IIO是指当输出电压为零时是指当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即4温度漂移温度漂移 放大器的温度漂移是漂移的主要来源，而它又是由输入失调电放大器的温度漂移是漂移的主要来源，而它又是由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂
34、移所引起的，故常用两种方式表示：压和输入失调电流随温度的漂移所引起的，故常用两种方式表示：输入失调电压温漂输入失调电压温漂 VIO/T这是指在规定温度范围内VIO的温度系数，也是衡量电路温漂的重要指标。VIO/T不能用外接调零装置的办法来补偿。高质量的放大器常选用低漂移的器件来组成，一般约为（1020）V/。输入失调电流温漂输入失调电流温漂 IIO/T这是指在规定温度范围内IIO的温度系数，也是对放大器电路漂移的量度。同样不能用外接调零装置来补偿。高质量的运放每度几个pA。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第二十九页，共三十五页5最大差模输入电压最大差模输入电压Vidma
35、x 所指的是集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个所指的是集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个电压值，运放输入级某一侧的电压值，运放输入级某一侧的BJT将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。利用平面工艺制成的化，甚至可能造成永久性损坏。利用平面工艺制成的NPN管约为管约为 5V左右，而横向左右，而横向BJT可达可达 30V以上。以上。6最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 这是指运放所能承受的最大共模输入电压。超过这是指运放所能承受的最大共模输入电压。超过Vicmax值，
36、它的共模抑制比将显著值，它的共模抑制比将显著下降。一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生下降。一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达幅值，高质量的运放可达 13V。7。最大输出电流。最大输出电流Iomax 是指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。通常给出输出端短路的电流。是指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。通常给出输出端短路的电流。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十页，共三十五页 8开环差模电压增益开环差模电压增益AVO 是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差
37、模电压增益。是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。AVO与输出电压与输出电压VO的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度（如的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度（如VO=10V）测得的）测得的值。值。AVO又是频率的函数，频率高于某一数值后，又是频率的函数，频率高于某一数值后，AVO的数值开始下降。图的数值开始下降。图XX_02表表示示741型运放型运放AVO的频率响应。的频率响应。9开环带宽开环带宽BW（fH）开环带宽开环带宽BW又称为又称为3dB带宽，是指开环差模电压增益下降带宽，是指开环差模电压增益下降3dB时对应的频率时对应的频率fH。741型集成
38、运放的频率响应型集成运放的频率响应AVO（f）如图）如图XX_02所示。由于电路中补偿电容所示。由于电路中补偿电容C的的作用，它的作用，它的fH约为约为7Hz。10单位增益带宽单位增益带宽BWG（fT）对应于开环电压增益对应于开环电压增益AVO频率响应曲线上其增益下降到频率响应曲线上其增益下降到AVO=1时的频率，即时的频率，即AVO为为0dB时的信号频率时的信号频率fT。它是集成运放的重要参数。它是集成运放的重要参数。741型运放的型运放的AVO=2 105时，时，它的它的。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十一页，共三十五页 6.5 专用型集成电路运算专用型集成电
39、路运算放大器简介放大器简介 1高输入阻抗型高输入阻抗型 该类型集成运放的差模输入电阻该类型集成运放的差模输入电阻rid(109 1012)W，输入偏置电流，输入偏置电流IIB为几皮为几皮安安 几十皮安，故又称为低输入偏置电流型。几十皮安，故又称为低输入偏置电流型。实现这些指标的主要措施，一般是利用实现这些指标的主要措施，一般是利用FET输入阻抗高、输入阻抗高、BJT电压增益高的电压增益高的优点，由优点，由BJT与与FET相结合而构成差分输入级电路，常称为相结合而构成差分输入级电路，常称为BiFET型。型。2高精度、低漂移型高精度、低漂移型 这种类型的运放，一般用于毫伏量级或更低的微弱信号的精密
40、检测、精密模拟计这种类型的运放，一般用于毫伏量级或更低的微弱信号的精密检测、精密模拟计算、高精度稳压电源及自动控制仪表中。算、高精度稳压电源及自动控制仪表中。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十二页，共三十五页 3高速型高速型 对这种类型的运放，要求转换速率对这种类型的运放，要求转换速率SR30V/ms，最高可达几百伏，最高可达几百伏/微秒，单微秒，单位增益带宽位增益带宽BWG10MHz。一般用于快速。一般用于快速A/D和和D/A转换器、有源滤波器、高速取样转换器、有源滤波器、高速取样-保持电路、锁相环、精密比较器和视频放大器中。实现高速的主要措施是，在信号通道中保持
41、电路、锁相环、精密比较器和视频放大器中。实现高速的主要措施是，在信号通道中尽量采用尽量采用NPN型管，以提高转换速率；同时加大工作电流，以使电路中各种电容型管，以提高转换速率；同时加大工作电流，以使电路中各种电容的电压变化加快；或在的电压变化加快；或在 电路结构上采用电路结构上采用FET和和BJT相兼容的相兼容的BiFET，或用全，或用全MOSFET结构，使电路的输入动态范围加大，因而电路转换速率也增加。目前产品结构，使电路的输入动态范围加大，因而电路转换速率也增加。目前产品有有mA715、LH0032和和AD9618等，其中等，其中mA715的的SR100 V/ms，BWG=65MHz，而，
42、而AD9618的的SR高达高达1800V/ms，BWG=8 GHz。4低功耗型低功耗型 对于这种类型的运放，要求在电源电压对于这种类型的运放，要求在电源电压15V时，最大功耗不大于时，最大功耗不大于6mW；或要求；或要求工作在低电源电压（如工作在低电源电压（如1.54V）时，具有低的静态功耗和保持良好的电气性能（如）时，具有低的静态功耗和保持良好的电气性能（如AVO=80100dB）。为此，在电路结构上，一般采用外接偏置电阻和用有源负载）。为此，在电路结构上，一般采用外接偏置电阻和用有源负载代替高阻值的电阻，以保证降低静态偏置电流和总功耗，使电路处于最佳工作状代替高阻值的电阻，以保证降低静态偏
43、置电流和总功耗，使电路处于最佳工作状态，以获得良好的电气性能。态，以获得良好的电气性能。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十三页，共三十五页 目前产品有目前产品有mPC253、ICL7641及及CA3078等，其中等，其中mPC253的的PC0.6mW，VCC=（318）V，AVO=110dB。目前产品功耗已达微瓦级，如。目前产品功耗已达微瓦级，如ICL7600的的VCC（VEE）为）为1.5V，PC=10mW。低功耗型运放一般用于对能源有严格限制遥测、遥感、生物医学和空间技术研低功耗型运放一般用于对能源有严格限制遥测、遥感、生物医学和空间技术研究的设备中。究的设备中
44、。5高压型高压型 为得到高的输出电压或大的输出功率，在电路设计和制作上需要解决为得到高的输出电压或大的输出功率，在电路设计和制作上需要解决BJT的耐压、动的耐压、动态工作范围等问题。为此在电路结构上利用态工作范围等问题。为此在电路结构上利用BJT的的cb结和横向结和横向BJT（PNP型）的耐型）的耐高压性能，或用单管的串接方式来提高耐压，或用高压性能，或用单管的串接方式来提高耐压，或用FET作为输入级，耐压指标可提作为输入级，耐压指标可提高到高到300V左右。此外，为使运放工作在高电压和大电流（或大功率）的情况下，电路中左右。此外，为使运放工作在高电压和大电流（或大功率）的情况下，电路中加入一
45、些特殊保护电路。加入一些特殊保护电路。除了以上几种专用型集成运放外，还有互导型除了以上几种专用型集成运放外，还有互导型LM308，程控型，程控型LM4250、mA776，电流型，电流型LM1900及仪用放大器及仪用放大器LH0036、AD522等。表等。表0640001 XX_01列举了典型集成运放的主要参数列举了典型集成运放的主要参数。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十四页，共三十五页本本 章章 小小 结结 集成电路运算放大器是用集成工艺制成的、具有高增益的直集成电路运算放大器是用集成工艺制成的、具有高增益的直 接耦合多级放大电路。接耦合多级放大电路。它一般由输入
46、级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。为了抑制温漂和提高共模它一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。为了抑制温漂和提高共模抑制比，常采用差分式放大电路作输入级；中间为电压增益级；互补对称电压跟随电抑制比，常采用差分式放大电路作输入级；中间为电压增益级；互补对称电压跟随电路常用作输出级；电流源电路构成偏置电路。路常用作输出级；电流源电路构成偏置电路。电流源电路是模拟集成电路的基本单元电路，其特点是直流电阻小，交流电流源电路是模拟集成电路的基本单元电路，其特点是直流电阻小，交流电阻很大，并具有温度补偿作用。它常用来作为放大电路的有源负载和决定电阻很大，并具有温度补偿作用。它常用来作为
47、放大电路的有源负载和决定放大电路各级放大电路各级Q点的偏置电路。点的偏置电路。差分式放大电路是集成电路运算放大器的重要组成单元，它既能放大直流信号，差分式放大电路是集成电路运算放大器的重要组成单元，它既能放大直流信号，又能放大交流信号；它对差模信号具有很强的放大能力，而对共模信号却具有很强的又能放大交流信号；它对差模信号具有很强的放大能力，而对共模信号却具有很强的抑制能力。由于电路输入、输出方式的不同组合，共有四种典型电路。分析这些电路抑制能力。由于电路输入、输出方式的不同组合，共有四种典型电路。分析这些电路时，要着重分析两边电路输入信号分量的不同，至于具体指标的计算与共射时，要着重分析两边电路输入信号分量的不同，至于具体指标的计算与共射(或共源或共源)的单级电路基本一致。的单级电路基本一致。第六章第六章 集成电路运算放大器集成电路运算放大器本讲稿第三十五页，共三十五页