模拟电路第5章 集成运算放大电路

1、1第五章集成运算放大电路第五章集成运算放大电路5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分5.4集成运放的典型电路集成运放的典型电路5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标5.5各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.6集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题7.1理想运放的概念理想运放的概念25.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点集成电路简称集成电路简称 IC : : 在一块小硅片上同时制造许多在一块小硅片上同时制造许多晶体管、电阻等并适当连接，使其具有电子电路的功能，晶体管、电阻等并适当连接，使其具有电子

2、电路的功能，这样器件叫集成电路。这样器件叫集成电路。集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模和模模和模/数转换器等。数转换器等。3集成电路的外形集成电路的外形图图 5.1.1集成电路的外形集成电路的外形( (a) )双列直插式双列直插式( (b) )圆壳式圆壳式( (c) )扁平式扁平式4集成放大电路特点：集成

3、放大电路特点：1. 元件对称性好，适用于构成差分放大电路。元件对称性好，适用于构成差分放大电路。2. 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。3. 在集成电路中制作三极管比较方便，常常用三极在集成电路中制作三极管比较方便，常常用三极管代替管代替电阻电阻( (特别是大电阻特别是大电阻) )。4. 在芯片上制作几十皮法（大于在芯片上制作几十皮法（大于30PF)以上的电容以上的电容和电感非常困难，和电感非常困难， 放大级之间通常采用直接耦合方式。放大级之间通

4、常采用直接耦合方式。5. 集成电路中的集成电路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差别较大，值差别较大，通常通常 PNP 的的 10 ,而而 NPN管管 较大。较大。5集成运算放大器集成运算放大器：是一个高放大倍数是一个高放大倍数(105107)的直接耦合的直接耦合放大器。放大器。 运算放大器最早用于模拟电子计算机中，配合适当的运算放大器最早用于模拟电子计算机中，配合适当的反馈网络，其输出电压可以是输入电压的相加（减）、比反馈网络，其输出电压可以是输入电压的相加（减）、比例、积分微分等运算结果（见第例、积分微分等运算结果（见第7章），章），运算放大器由此运算放大器由此得名得名。然而，自从运算放

5、大器集成化以后，它的应用几乎。然而，自从运算放大器集成化以后，它的应用几乎扩展到电子技术的一切领域。扩展到电子技术的一切领域。65.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 （ 注：本节留给自己阅读）注：本节留给自己阅读）+A反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输输 出出 端端图图 5.2.1运算放大器的符号运算放大器的符号 U U0U U U U反相输入端：信号从反相输入端输入时，输出信号与输反相输入端：信号从反相输入端输入时，输出信号与输入信号反相。入信号反相。同相输入端：信号从同相输入端输入时，输出信号与输同相输入端：信号从同相输入端输入

6、时，输出信号与输入信号同相。入信号同相。7一、开环差模电压增益一、开环差模电压增益 Aod理想情况理想情况 Aod 为无穷大为无穷大,实际为实际为105107，对数表示为，对数表示为 U UU UU UA A20Oodl lg gAod 为为 100 140 dB。 U UU UU UA AOod+A U U0U U U U8二、输入失调电压二、输入失调电压 UIO三、输入失调电压温漂三、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。补偿电压。一般运放：一般运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放：高质量运放：

7、UIO 为为 1 mV 以下。以下。定义：定义：TUUddIOIO 一般运放为一般运放为 每度每度 10 20 V；高质量运放低于每度高质量运放低于每度 0.5 V 以下以下；9四、输入失调电流四、输入失调电流 IIO五、输入失调电流温漂五、输入失调电流温漂 IIO当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即之差，即定义：定义：B2B1IOIII 一般运放为一般运放为 几十几十 一百纳安；高质量的低于一百纳安；高质量的低于 1 nA。定义：定义：TIIddIOIO 一般运放为一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。每度几纳安；高质量的每度几十皮安。

8、10六、输入偏置电流六、输入偏置电流 IIB七、差模输入电阻七、差模输入电阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定义：定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 定义：定义：IdIdidIUr 一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：d dB BA AA AK K 20或ocodCMRl lg g 多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160 dB。 00dCMRc cA AA AK K 11九、最大共模输入电压九、最大共模输入电压 UIcm输入

9、端所能承受的最大共模电压。输入端所能承受的最大共模电压。十、最大差模输入电压十、最大差模输入电压 UIdm 反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。十一、十一、 3 dB带宽带宽 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 时的频率。一般集成运放时的频率。一般集成运放 fH 只只有几赫至几千赫。有几赫至几千赫。12十二、十二、 单位增益带宽单位增益带宽 BWGAod 降至降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于数等于 1 。十三、十三、 转换速率转换速率 SR 额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信

10、号时，额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为输出电压的最大变化率。单位为 V / s 。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的成运放的 SR 值。值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。出电阻等。135.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。电路。图图 5.3.1集成运算的基本组成集成运算的基本组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路

11、偏置电路5.3.1偏置电路偏置电路向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工作点。作点。14一、镜像电流源一、镜像电流源 ( (电流镜电流镜 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基准电流：基准电流：由于由于 UBE1 = UBE2，VT1与与 VT2 参数基本相同，则参数基本相同，则IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C II当满足当满足 2 时，则时，则R

12、UVII1BECCREF2C 图图 5.3.2电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：15+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2二、比例电流源二、比例电流源R1R2由图可得：由图可得：UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，可得：忽略基极电流，可得：REF211C212CIRRIRRI 两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 5.3.3比例电流源比例电流源

13、 电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：16三、微电流源三、微电流源 在镜像电流源的基础上在镜像电流源的基础上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 22，由式，由式5.3.15.3.1mAII365.0211REFC13 (4) 图图 5.3.5 kIIIURCCCT3ln1011104195.3.2差分放大输入级差分放大输入级集成电路输入级大都采用差分放大电路的形式。集成电路输入级大都采用差分放大电路的形式。电路形式电路形式基本形式基本形式长尾式长尾式恒流源式恒流源式一、基本形式差分放大电路一、

14、基本形式差分放大电路1. 电路组成电路组成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2要求电路完全对称，即：要求电路完全对称，即：Rb1=Rb2,Rc1=Rc2,R1=R2.当当 uId = 0时时 UCQ1 = UCQ2，UO = 0图图 5.3.6差分放大电路的基本形式差分放大电路的基本形式 VT1=VT2.202. 差模输入电压和共模输入电压差模输入电压和共模输入电压 如果两个输入电压大小相等、极性相反，这样的如果两个输入电压大小相等、极性相反，这样的输入电压称为输入电压称为差模输入电压差模输入电压 （用（用uId表示表示,见图）见图）图图 5

15、.3.6差模输入电压差模输入电压+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R2如：如：uId=4mV ,则则 VT1输入输入信号为信号为2mV，VT2输入信输入信号为号为-2mV。 差模输入电压差模输入电压21共模输入电压共模输入电压+VCCRcVT1VT2RbRcRb+uIc+uoRR图图 5.3.7共模输入电压共模输入电压 如果两个输入电压大小相等、极性相同，这样的如果两个输入电压大小相等、极性相同，这样的输入电压称为输入电压称为共模输入电压共模输入电压 （用（用uIc表示，见图）表示，见图） 通常情况下，通常情况下，差差模输入电压模输入电压反映了

16、反映了有效的信号，有效的信号，共模共模输入电压输入电压反映了某反映了某种干扰信号（如温种干扰信号（如温度变化而产生的漂度变化而产生的漂移信号）。移信号）。如：如：uIc=3mV ,则则 VT1、VT2输入信号都是输入信号都是3mV。22实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的电压任意极性的电压uI1和和uI2，我们可以将其分解为差模输，我们可以将其分解为差模输入电压与共模输入电压的组合。入电压与共模输入电压的组合。+VCCRc2VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uI1+uoR1R2 uId = uI1 uI2图图 5.3.6差分放

17、大电路的基本形式差分放大电路的基本形式uI2 uIc = (uI1 + uI2)/2如：如：uI1=5mV , uI2=1mV,则则 uId =4mV, uIc =3mVVT1输入信号为：输入信号为：(2+3)mVVT2输入信号为：输入信号为：(-2+3)mV。233. 差模电压放大倍数、共模差模电压放大倍数、共模电压放大倍数、共模抑制比电压放大倍数、共模抑制比在差模信号作用下：在差模信号作用下：Id1u1C21uAu IdCuAuu1221 Id12CC1ouAuuuu 差模电压放大倍数为：差模电压放大倍数为：1IdoduAuuA 上式表明：上式表明：差分放大电路的差模电压放大倍数和单管放差

18、分放大电路的差模电压放大倍数和单管放大电路的电压放大倍数相同。大电路的电压放大倍数相同。+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1+uIdId21uId21u+uoR1R224共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：IcocuuA Ac 愈小愈好，而愈小愈好，而Ad 愈大愈好愈大愈好+VCCRcVT1VT2RbRcRb+uIc+uoRR图图 5.3.7共模输入电压共模输入电压图中，如为理想情况，即图中，如为理想情况，即左右两部分电路参数完全左右两部分电路参数完全对称，对称，则：则：0Icoc uuA25共模抑制比共模抑制比 KCMRd dB BA AA AK K单位 20或cdCMRl lg

19、g ( (1) ) KCMR 描述差分放大电路对零点漂移的抑制能力。描述差分放大电路对零点漂移的抑制能力。 KCMR愈大，抑制零漂能力愈强；愈大，抑制零漂能力愈强；( (2) ) 理想情况下，电路参数完全对称，理想情况下，电路参数完全对称，Ac = 0， KCMR = 。 ( (3) ) 基本形式差放电路每个三极管的集电极对地电压，其基本形式差放电路每个三极管的集电极对地电压，其零漂与单管放大电路相同，丝毫没有改善。零漂与单管放大电路相同，丝毫没有改善。 cdCMRA AA AK K 26二、长尾式差分放大电路二、长尾式差分放大电路可减小每个管子输出端的温漂。可减小每个管子输出端的温漂。1.

20、电路组成电路组成:+VCCRc+VT1VT2Rc+uIdId21uId21u+uoRR VEERe Re 称为称为“长尾电阻长尾电阻”。且引。且引入入共模负反馈共模负反馈。三极管基极偏置由。三极管基极偏置由负电源供给。负电源供给。 Re 愈大，共模负愈大，共模负反馈愈强，反馈愈强，Ac 愈小。愈小。每个管子的零漂愈小。每个管子的零漂愈小。图图 5.3.8长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路增加增加Re 和和 VEE，去掉，去掉RbRe 对差模信号无负反馈。对差模信号无负反馈。如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 272. 静态分析静态分析+VCCRc+VT1VT2R

21、c+uIdId21uId21u+uoRR VEERe当当 uId = 0 时，由于电路结构对称，故：时，由于电路结构对称，故： IBQ1 = IBQ2 = IBQ，ICQ1 = ICQ2 = ICQ ，UBEQ1 = UBEQ2 = UBEQ，UCQ1 =UCQ2 = UCQ 1= 2= IBQR + UBEQ + 2IEQRe = VEE则则eBEQEEBQ)1(2RRUVI ICQ IBQcCQCCCQRIVU ( (对地对地) )图图 5.3.8长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路283. 动态分析动态分析RcVT1VT2Rc+ uoRR uI1 uI22LR2LRbe1I1BrRui

22、1B1Cii 11122IbeCLcCCurRR/RR/RiuL 则则22222IbeCLcCCurRR/RR/RiuL 同理同理图图 5.3.9长尾式差分放大电路的交流通路长尾式差分放大电路的交流通路rbe ebcRcR1Bi1Ci uI1 uc12LR+29输出电压为：输出电压为：) )/ / /2I1IbeCC21CO(2u uu ur rR RR RR Ru uu uu uL L 差模电压放大倍数为：差模电压放大倍数为：beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 30差模输入电阻为差模输入电阻为:差模输出电阻为差模输出电阻为:)rR(iuRIdbeid 2co2RR RcVT1VT2

23、Rc+uId+uoRRi31图图5.3.10接有调零电位器接有调零电位器的长尾差分电路的长尾差分电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2LRRWVEE+VCCRe6 .122)1()2/(beLCd WRrRRRA 【例例5.3.2】解解：(1)估算静态工作点估算静态工作点0.004mA )5 .02)(1(BQ WeBEQEERRRUVI mAIIBQCQ2 .0004.050 VRIVUcCQCCCQ6302 .012 (2)估算差模电压放大倍数估算差模电压放大倍数VRIUBQBQ04.010004.0 静态时，若静态时，若u00,调调电位器，使电位器，使u0=032图图5.3.10

24、接有调零电位器接有调零电位器的长尾差分电路的长尾差分电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe(3)估算差模输入电阻和输出电阻估算差模输入电阻和输出电阻co2RR k kR Rr rR RR RW W459 212beid. .) )( ( 33三、恒流源式差分放大电路三、恒流源式差分放大电路 用三极管代替用三极管代替“长尾式长尾式”电路的长尾电阻，即构成电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31. 电路组成电路组成VT3：恒流管：恒流管作用：作用： 能使能使 iC1

25、、iC2基本上不随温度的基本上不随温度的变化而变化，从而变化而变化，从而抑制共模信号的变抑制共模信号的变化。化。图图 5.3.13恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路342. 静态分析静态分析当忽略当忽略 VT3 的基极电流时，的基极电流时， Rb1 上的电压为上的电压为RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3)(EECC2b1b1b1bVVRRRUR 于是得到于是得到CQ3CQ2CQ121III C1CQCCCQ2CQ1RIVUU 11CQBQ2BQ1 III e3BEQEQ3CQ31bRUUIIR 图图 5.3.13恒流源式差分放大电路恒流源式差分

26、放大电路353. 动态分析动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大倍数为差模电压放大倍数为beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模输入电阻为差模输入电阻为差模输出电阻为差模输出电阻为)(2beidrRR co2RR 36RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReR3VDZVEEVT3RWRcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+V

27、CCRe3R-VEEVT3RWRe4VT4集成电路中常用镜像电流源、比例集成电路中常用镜像电流源、比例电流源、微电流源提供恒流电流源、微电流源提供恒流37【例例5.3.3】RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReR3VDZVEEVT3RW解解：(1)估算静态工作点估算静态工作点mARUUIIeBEQZEQ16.0337 .0633CQ3 AIIICQCQCQ 8021321 VRIVUUcCQCCCQCQ410008.012 1121 mVRIUUBQBQBQ161121 AIIICQBQBQ 6 . 11121 38RcVT1VT2Rc+ uoRRuI1uI2+VCCReR3

28、VDZVEEVT3RW(2)估算差模电压放大倍数估算差模电压放大倍数1562 . 05 . 0519 .161010050 2)1(bed WLRrRRA 16.9k 0.082651300 26)1(EQbbbe Irr kRRRRCLCL1002/39作 业P217： 题5-1 题5-2 题5-7 题5-940四、差分放大电路的输入、输出接法四、差分放大电路的输入、输出接法有四种不同的接法有四种不同的接法双端输入、双端输出；双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。单端输入、单端输出。411. 双端输入、双端输出

29、双端输入、双端输出beLCd)2/(rRRRA )(2beidrRR co2RR RcVT1VT2Rc+ uoRRuIuI2+VCCVEEI+图图 5.3.16( (a) )双端输入、双端输出双端输入、双端输出422. 双端输入、单端输出双端输入、单端输出 uO 约为双端输出的一半，即约为双端输出的一半，即beLCd)/(21rRRRA )(2beidrRR coRR 若由若由 VT2 集电极输集电极输出，出， uO 为为“正正”。RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEI+uouo图图 5.3.16( (b) )双端输入、单端输出双端输入、单端输出 433. 单端输入、双端输出

30、单端输入、双端输出RcVT1VT2Rc+ uoRRuI+VCCVEEI+IIuuuI2121 三极管仍然基本工作三极管仍然基本工作在差分状态，所以在差分状态，所以；beLCd)2/(rRRRA ；)(2beidrRR co2RR 图图 5.3.16( (c) )单端输入、双端输出单端输入、双端输出左管输入电压：左管输入电压：右管输入电压：右管输入电压：+Iu21Iu21+Iu21Iu21 IIuu21210 设电路参数理想对设电路参数理想对称，称，AC=0444. 单端输入、单端输出单端输入、单端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+；beLCd)/(21rRRRA ；)(2

31、beidrRR coRR 若改从若改从 VT2 集电集电极输出，则极输出，则；beLCd)/(21rRRRA 这种接法比一般的单管放大电这种接法比一般的单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。路具有较强的抑制零漂的能力。图图 5.3.16( (d) )单端输入、单端输出单端输入、单端输出45结论结论( (1) ) 双端输出时，双端输出时，Ad 与单管与单管 Au 基本相同；单端输出基本相同；单端输出时，时，Ad 约为双端输出时的一半。约为双端输出时的一半。双端输出时，双端输出时，Ro = 2Rc；单端输出时，；单端输出时， Ro = Rc 。( (2) ) 双端输出时，理想情况下，双端输出时，理

32、想情况下，KCMR ；单端；单端输出时，共模抑制比不如双端输出高。输出时，共模抑制比不如双端输出高。( (3) ) 单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，而使输出电压与输入电压反相或同相。而使输出电压与输入电压反相或同相。( (4) ) 单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两个管子仍基本工作在差分状态。个管子仍基本工作在差分状态。规律：单端输出规律：单端输出Ad和和Ro是双端输出的是双端输出的1/2倍。倍。46差分放大电路四种接法的性能比较差分放大电路四种接法的性能比较 接法接法性能性能双端输入双端输入双端输出

33、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AdbeLC)2/(rRRR beLcrRRR )2/( beLcrRRR )/(21 beLcrRRR )/(21 KCMR很高很高很高很高较高较高较高较高Rid)(2berR )(2berR )(2berR )(2berR Roc2Rc2RcRcR47差分放大电路四种接法的性能比较差分放大电路四种接法的性能比较 接法接法性能性能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特特性性 1. Ad 与单与单管放

34、大电路管放大电路基本相同。基本相同。 2.在理想情在理想情况下，况下，KCMR。 3.适用于双适用于双端输入、双端输入、双端输出，输端输出，输入信号及负入信号及负载的两端均载的两端均不接地的情不接地的情况。况。 1. Ad 约为约为双端输出时双端输出时的一半。的一半。 2. 由于引由于引入共模负反入共模负反馈，仍有较馈，仍有较高的高的KCMR。 3.适用于将适用于将双端输入转双端输入转换为单端输换为单端输出。出。 1. Ad 与单与单管放大电路管放大电路基本相同。基本相同。 2.在理想情在理想情况下，况下，KCMR。 3.适用于将适用于将单端输入转单端输入转换为双端输换为双端输出。出。 1.

35、Ad 约为双端约为双端输出时的一半。输出时的一半。 2.比单管放大比单管放大电路具有较强的电路具有较强的抑制零漂的能力。抑制零漂的能力。 3.适用于输入、适用于输入、输出均要求接地输出均要求接地的情况。的情况。 4.选择不同管选择不同管子输出，可使输子输出，可使输出电压与输入电出电压与输入电压反相或同相。压反相或同相。485.3.3中间级中间级任务：任务：提供足够大的电压放大倍数。提供足够大的电压放大倍数。要求：要求：本身具有较高的电压增益；具有较高的本身具有较高的电压增益；具有较高的输入电阻输入电阻;一、有源负载一、有源负载图图 5.3.17有源负载复合管共射放大电路有源负载复合管共射放大电

36、路VT1 、VT2 ：放大三极管；：放大三极管； VT3：有源负载；有源负载； VT3、VT4 镜像电流源。镜像电流源。能向输出级提供较大的推动电流。能向输出级提供较大的推动电流。基准电流基准电流RUVIREF4BECC +VCCVT1VT3VT4RIREF+uIuOVT22be11bebe)1(rrr 输入电阻输入电阻beL rRAu 49有源负载的差分放大电路有源负载的差分放大电路放大电路采用双端输入、放大电路采用双端输入、单端输出；单端输出；工作电流由恒流源工作电流由恒流源 I 决定；决定；输出电流输出电流 io = ic4 ic2 = 2 ic4 （ ic2= ic1 = ic3= i

37、c4 ）+VCCVT1VT4VT3+uIioVT2IVEEic3ic1ic4ic2该电路有相当于双端输出时的该电路有相当于双端输出时的 io ，在集成运放中的，在集成运放中的应用十分广泛。应用十分广泛。图图 5.3.18有源负载的差分放大电路有源负载的差分放大电路505.3.4输出级输出级对输出级的要求：对输出级的要求： 1.要求输出足够大的功率，供负载使用。要求输出足够大的功率，供负载使用。 2.要求具有较高的输入电阻和较低的输出电阻。要求具有较高的输入电阻和较低的输出电阻。 3.不要求有大的电压放大倍数，主要要求放大电流。不要求有大的电压放大倍数，主要要求放大电流。 4.输出级工作在大信号

38、状态，要尽量减少失真。输出级工作在大信号状态，要尽量减少失真。 5 .输出级应有过载保护电路。输出级应有过载保护电路。一、互补对称输出级（一、互补对称输出级（OTL、OCL见第四章）见第四章）51二、过载保护电路二、过载保护电路二极管保护电路二极管保护电路Rb1Rb2uo+VCCVT2RL VCCVD1VD2VT1uIVD3VD4 Re1Re2保护元件：保护元件：VD3、VD4、Re1、Re2。输出电流正常，输出电流正常， VD3、VD4 截止，保护不起作用；截止，保护不起作用；若若 VT1 正向正向 IC1 ， URe1 ，VD3 导通，导通， IB1 ，IC1 。输。输出电流无法增大，保护

39、功率出电流无法增大，保护功率管管 VT1 。若若 VT2 电流电流IC2 ， URe2 ，VD4 导通，导通， IB2 ， IC2 。避免避免 VT2 电流过大。电流过大。图图 5. 3. 19过载保护电路过载保护电路52三极管保护电路三极管保护电路Rb1Rb2uo+VCCVT2RL VCCVD1VD2VT1uIVT3VT4 Re1Re2保护元件：保护元件： 工作原理与二极管保工作原理与二极管保护原理类似。护原理类似。VT3、VT4、Re1、Re2。eEmV7 . 0RI Re 愈大，则愈大，则 IEm 愈小；愈小； 温度升高，温度升高， UD、 UBE 降低，降低，Iem 减小。更有利于保减

40、小。更有利于保护在高温下的集成运放。护在高温下的集成运放。图图 5. 3. 19过载保护电路过载保护电路535.4集成运放的典型电路集成运放的典型电路典型的集成运放典型的集成运放双极型集成运放双极型集成运放 LM741（国产（国产F007）CMOS 集成运放集成运放 C14573一、引脚一、引脚5.4.1双极型集成运放双极型集成运放 F007F007 的引脚及连接示意图的引脚及连接示意图( (a) )( (b) )连连接接示示意意图图54二、电路原理图二、电路原理图图图 5.4.1F007 电路原理图电路原理图551. 偏置电路偏置电路+VCCVT8 VEEVT9VT12VT13VT10VT1

41、1R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC12至输入级至输入级至中间级至中间级511BE12BEEECCREFRUUVVI 基准电流：基准电流：基准电流产生各放基准电流产生各放大级所需的偏置电流。大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：各路偏置电流的关系：IREFI11IC10I3, 4IC9IC8IC12IC13微电流源微电流源镜像电流源镜像电流源输入级输入级镜像电流源镜像电流源中间级中间级输出级输出级图图 5.4.2F007 的偏置电路的偏置电路562. 输入级输入级VT1、VT2、VT3、VT4 组成共集组成共集 - 共基差分放大电路电共基差分放大电路电路；路；VT1、VT2 基极

42、接收差分输入信号。基极接收差分输入信号。VT5、VT6 有源负载；有源负载； VT4 集电极送出单集电极送出单端输出信号至中间级。端输出信号至中间级。 uI2uORW 调零电阻，调零电阻，R 外接电阻。外接电阻。 +VCC VEEVT6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWVT4VT2VT7VT5VT3VT1VT8VT9uI1图图 5. 4. 357若暂不考虑若暂不考虑 VT7 和调零电路则电路可简化为：和调零电路则电路可简化为：+VCC VEEI3,4VT4VT2VT3VT1I8RCRCuI1uI2uO1. VT1、VT2 共集组态，具有共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入较高的差模

43、输入电阻和共模输入电压。电压。2. 共基组态的共基组态的 VT3、VT4，与，与有源负载有源负载 VT5、VT6 组合，可以组合，可以得到很高的电压放大倍数。得到很高的电压放大倍数。3. VT3、VT4 共基接法能改善频率响应。共基接法能改善频率响应。4. 该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑制比。制比。图图 5.4.3 简化示意图简化示意图 583. 中间级中间级中间级示意图中间级示意图+VCC VEEVT15VT16IC13R7VT17R830pF输入来自输入来自 VT4 和和 VT6集电极；集电极；输出接在输出级的两个输出接在输出级的两

44、个互补对称放大管的基极。互补对称放大管的基极。中间级中间级 VT16、 VT17 组成复合管，组成复合管， VT13 作为其作为其有源负载。有源负载。8、9两端外接两端外接30pF 校正电容防止产生自激振荡。校正电容防止产生自激振荡。594. 输出级输出级IC13R8uo+VCC VEEVT14uIVD1R9R10VT19VT18R7VT15VD2F007 输出级原理电输出级原理电路路VT14、 VT18 、VT19 准互补对称电路；准互补对称电路；VD1、 VD2 、R9、R10 过载保护电路；过载保护电路；VT15 、R7、R8 为功为功率管提供静态基流。率管提供静态基流。V7 . 0)1

45、(87BE15887CE15 RRURRRU调节调节 R7、R8 阻值可调节两个功率管之间的电压差。阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为这种电路称为 UBE 扩大电路。扩大电路。 5.4.2 CMOS集成运放（略）集成运放（略）605.5各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点一、高精度型一、高精度型性能特点：性能特点： 漂移和噪声很低，开环增益和共模抑漂移和噪声很低，开环增益和共模抑制比很高，误差小。制比很高，误差小。二、低功耗型二、低功耗型性能特点：性能特点：静态功耗一般比通用型低静态功耗一般比通用型低 1 2 个数量个数量级级( (不超过毫瓦级不超过毫瓦级) )，要求电压很

46、低，要求电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。有较高的开环差模增益和共模抑制比。（ 注：本节留给自己阅读）注：本节留给自己阅读）61三、高阻型三、高阻型性能特点：性能特点： 通常利用场效应管组成差分输入级，输通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达入电阻高达 1012 。高阻型运放可用在测量放大器、采样高阻型运放可用在测量放大器、采样-保持电路、带保持电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。四、高速型四、高速型大信号工作状态下具有优良的频率特性，大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速率可达每微秒几十至几百伏，

47、甚至转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至高达高达 1 000 V/ s，单位增益带宽可达，单位增益带宽可达 10 MHz，甚至几百兆欧。，甚至几百兆欧。性能特点：性能特点：62常用在常用在A / D 和和 D / A 转换器、有源滤波器、高速采转换器、有源滤波器、高速采样样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。五、高压型五、高压型性能特点：性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高，输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。功耗大。六、大功率型六、大功率型性能特点：性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电可提供较高的输出电压较大的输出电流，负载上

48、可得到较大的输出功率。流，负载上可得到较大的输出功率。637.1理想运放的概念理想运放的概念7.1.1理想运放的技术指标理想运放的技术指标开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod = ；输出电阻输出电阻 ro = 0；共模抑制比共模抑制比 KCMR = ；差模输入电阻差模输入电阻 rid = ；UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；输入偏置电流输入偏置电流 IIB = 0； 3 dB 带宽带宽 fH = ，等等。，等等。 u uOu i i+Aod)(odO uuAu64实际运放实际运放 Aod ，当，当 u+ 与与 u 差值比较小时，有差值比较小时，有 Aod (u+ u ) u 时，时，uO = + UOPP当当 u+ u 时时, uO = UOPP1. uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (u+ u ) )可能很可能很大，即大，即 u+u 。 “虚短虚短”不存在不存在2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零0 ii7.1.3理想运放工作在非线性区时的特点理想运放工作在非线性区时的特点+UOPPuOu+ u O UOPP理想特