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1、 第四章 集成运算放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4-1)第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器4.1 概述概述4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路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及低频等集成运放的性能指标及低频等效电路效电路4.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择4.6 集成运放的使用集成运放的使用(4-2)集成电路集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小
2、。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；4.1 概述概述(4-3)集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3.几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的
3、结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4.二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。5.集成制造工艺器件性能差异较大，常采用复合集成制造工艺器件性能差异较大，常采用复合形式。形式。(4-4)输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：(4-5)输入级输入级中间级中间级输出级输出级+UCCUEE u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高
4、KCMR ,输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。与与uo反相反相与与uo同相同相(4-6)输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。(4-7)输入级输入级中间级中间级输出级输出级UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够主要提高带负载能力，给出足够的输出电流的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。(4-8
5、)（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。集成运放的结构：集成运放的结构：(4-9)ri 大大:几十几十k k 几百几百 k k 运放的特点：运放的特点：KCMR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大:10:10
6、4 4 10 107 7理想运放：理想运放：ri KCMR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoA0(4-10)uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间输出与输入之间加负反馈才能使其工作加负反馈才能使其工作于线性区。于线性区。uiuo_+A0集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性(4-11)4.2 电流源电路电流源电路集成运放的各级都应具有合适的静态工作点，集成运放的各级都应具有合适的静态工作点，即要有一定的偏置电流。这些电流是通过晶即要有一定的偏置电流。这些电流是通过晶体管和场效应管构成的电流源
7、电路提供的。体管和场效应管构成的电流源电路提供的。一、镜像电流源一、镜像电流源4.2.1 基本电流源电路基本电流源电路T0T1+VCCRT0和和T1特性完全相同特性完全相同(4-12)T0T1+VCCRIRIC1IC02IBIB1IB0则：则：IC0和和IC1成镜像关系成镜像关系基准电流基准电流IR：2时：时：这是一个相对稳定的值。这是一个相对稳定的值。(4-13)镜像电流源具有一定的温度补偿作用：镜像电流源具有一定的温度补偿作用：TIC1IRUBIBIC1IC0UR优点：电路简单，应用广泛优点：电路简单，应用广泛缺点：缺点：IC1较大使得较大使得IR增大，增大，R上的功耗也会增大；上的功耗也
8、会增大；IC1较小使得较小使得IR减小，则需要大的电阻减小，则需要大的电阻R。(4-14)T0T1+VCCRRe0Re1二、比例电流源二、比例电流源IRIC1IC0IB0+IB1IB1IB0IE0IE1当当2时，时，IC0=IE0=IR,IC1=IE1。则：则：基准电流基准电流IR：(4-15)T0T1+VCCRRe三、微电流源三、微电流源IRIC1IC0IB1IB0IB0+IB1IE1特点：可以采用阻值较小的特点：可以采用阻值较小的R，而获得较小的输出电流，而获得较小的输出电流IC1。例：例：P177可用图解法或累试法求解可用图解法或累试法求解(4-16)T0T1+VCCRRe2T24.2.
9、2 改进型电流源电路改进型电流源电路一、加射极输出器的电流源一、加射极输出器的电流源IRIC1IC0IB2IB1IB0IE2特点：利用特点：利用T2管的电流放大管的电流放大作用，减小了基极电流作用，减小了基极电流IB0和和IB1对基准电流对基准电流IR的分流。的分流。整理得：整理得：(4-17)二、威尔逊电流源二、威尔逊电流源T0T1T2+VCCRBIR2IBIC0IB2IC2IE2IC特点：特点：IC2高度稳定高度稳定则即使在则即使在很小时，也可认为很小时，也可认为IC2近似等于近似等于IR。(4-18)4.2.3 多路电流源电路多路电流源电路T0T1+VCCRRe0Re1T2Re2T3Re
10、3IE3IRIC1IC0IE0IE2IE1IC2IC3特点：利用一个特点：利用一个基准电源可以获基准电源可以获得多个不同的输得多个不同的输出电流。出电流。即：即：P179 例例4.2.1(4-19)4.2.4 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T2T3+VCCIRIC1IC2T1RbRLR+-uiuo+-uo+-uiRbrbe1rce1rce2RLibib一、有源负载共射放大电路一、有源负载共射放大电路以有源器件替代集电极电以有源器件替代集电极电阻阻RC,在交流通路中可以得在交流通路中可以得到很大的等效阻值，进而到很大的等效阻值，进而提高电压放大倍数。提高电压放大倍数。(
11、4-20)二、有源负载差分放大电路二、有源负载差分放大电路T3T4+VCCT1T2+-ui+-uoIiC3RL-VEEiC1iC2iC4iO静态时：静态时：IC1=IC2=I/2若若32,则则IC3=IC1，IC4=IC3;所以所以io=IC4-IC2=0输入差模信号时：输入差模信号时：iC1=-iC2,而而 iC3=iC1；由镜像关系：由镜像关系：iC3=iC4；所以：所以：io=iC4-iC2=iC1(-iC1)=2 iC1 此时，单端输出的放大此时，单端输出的放大倍数接近于双端输出：倍数接近于双端输出：(4-21)4.3 集成运放电路简介集成运放电路简介(4-22)4.4 4.4 集成运
12、放的性能指标及低频等效电路集成运放的性能指标及低频等效电路1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在10105 5 10 107 7之间。理想运放的之间。理想运放的A Aodod为为。2.共模抑制比共模抑制比KCMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB100dB以上以上。3.差模输入电阻差模输入电阻ridr ri i1M1M,有的可达有的可达100100M M 以上。以上。4.4.1 主要性能指标主要性能指标(4-23)4.输出电阻输出电阻ror ro o =几几-几十几十。5.最大共模输入电压最大共模输入电压UIcmax6.最大差模输入电压最大差模输入电压UIdmax7.-3dB带宽带宽fH运放是直流放大器，运放是直流放大器，也可放大低频信号，也可放大低频信号，不适用于高频信号。不适用于高频信号。还有其他一些反映运放对称性、零漂等的参数。还有其他一些反映运放对称性、零漂等的参数。参见书参见书P190-191。(4-24)4.4.1 低频等效电路低频等效电路+-uiuoridAodui+-ro简化等效电路简化等效电路(4-25)4.6 集成运放的使用集成运放的使用参见书参见书P197(4-26)第四章 结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础(4-27)