第5章 集成电路运算放大器及单元电路

1、1/485.1 多级放大电路多级放大电路5.3 差分式放大电路差分式放大电路5.2 电流源电路电流源电路5.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2/481. 1. 直接耦合直接耦合5.1.1 多级放大电路级间耦合方式多级放大电路级间耦合方式 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路优点：优点： 频率响应好，既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢频率响应好，既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢的信号。的信号。 适宜于集成化。适宜于集成化。缺点：缺点： 电路中各级静态工作点相互牵制，彼此不独立，导致电路设计和调整电路中各级静态工作点相互牵制，彼此不独立，导致电路设计和调整

2、比较麻烦。比较麻烦。 存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。3/482. 2. 阻容耦合阻容耦合5.1.1 多级放大电路级间耦合方式多级放大电路级间耦合方式 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路优点：优点： 各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，这给放大电路的分各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。析、设计和调试带来了很大的方便。 阻容耦合方式在分立元件组成的放大电路中得到广泛的应用。阻容耦合方式在分立元件组成的放大电路中得到广泛的应用。缺点：缺点： 其低频特性比较差，不适用于传送缓慢变化的信号，更不能传送直流其低频特性比较差，不适

3、用于传送缓慢变化的信号，更不能传送直流信号。信号。 这种耦合方式不便于集成化。这种耦合方式不便于集成化。4/483. 3. 变压器耦合变压器耦合5.1.1 多级放大电路级间耦合方式多级放大电路级间耦合方式 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路优点：优点： 各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，电路的设计和调整各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，电路的设计和调整比较方便。比较方便。 变压器最大的优点是可以进行阻抗变换。变压器最大的优点是可以进行阻抗变换。缺点：缺点： 高频和低频特性都比较差，频带窄。高频和低频特性都比较差，频带窄。 变压器体积大，笨重，价格也比较贵。变压器体积大

4、，笨重，价格也比较贵。5/484. 4. 光电耦合光电耦合5.1.1 多级放大电路级间耦合方式多级放大电路级间耦合方式 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路 可以实现前后两部分电路之间的电气隔离，从而有效的抑制相互之可以实现前后两部分电路之间的电气隔离，从而有效的抑制相互之间的电干扰，主要应用于输入电路地线与输出电路地线需要相互隔离的场间的电干扰，主要应用于输入电路地线与输出电路地线需要相互隔离的场合。合。6/485.1.2 多级放大电路分析方法多级放大电路分析方法 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路（1）电压增益）电压增益Au（2）输入电阻）输入电阻Ri（3）输出电阻）输出电阻Ro

5、unu2u1inoi2o2io1uAAAUUUUUUAi2L1i1iRRRR1)-o(nsnonoRRRR7/485.1.2 多级放大电路分析方法多级放大电路分析方法 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路8/485.1.2 多级放大电路分析方法多级放大电路分析方法 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路9/485.1.2 多级放大电路分析方法多级放大电路分析方法 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路10/485.1.2 多级放大电路分析方法多级放大电路分析方法 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路11/48 如图所示的多级放大电路，求电路的增益、如图所示的多级放大电路，求电路的增

6、益、 输入电阻和输出电阻。输入电阻和输出电阻。12/48 如图所示的放大电路，若如图所示的放大电路，若FET的低频跨导为的低频跨导为gm，rds很大；很大；BJT的电流放大系数为的电流放大系数为，输入电阻为，输入电阻为rbe。试说明试说明T1、T2各属于何组态放大电路；画出微变等效电各属于何组态放大电路；画出微变等效电路；求增益、输入电阻、输出电阻的表达式。路；求增益、输入电阻、输出电阻的表达式。13/485.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 5.1 5.1 多级放大电路多级放大电路um1um2um1umlg40lg20lg20AAAA2lg40lg40lg20um1uAA

7、2Ln2L22L1L1 . 1ffff2Hn2H22H1H1111 .11ffff2um1ul2ul1AAAL1ff 当当 时时14/481. 1. 镜像电流源镜像电流源5.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路BE1BE2B1B212C1C2CUUIIIII，CCBCBECCREF22IIIIRUVI故集电极电流故集电极电流REFC2IICCBEC2 RVUIIR 若，VCC和和R一定时，一定时，IC电流随之确定。电流随之确定。特点：特点：电路简单，应用广泛；电路简单，应用广泛；要求要求I IC1C1电流较大情况下，电流较大情况下，R R 的的功耗较大，集成电路应避免；功耗

8、较大，集成电路应避免；要求要求I IC1C1电流较小时，要求电流较小时，要求R R 数数值较大，集成电路难以实现。值较大，集成电路难以实现。15/482. 2. 比例电流源比例电流源5.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路e2E2BE2e1E1BE1RIURIUe2E2e1E1RIRI忽略忽略T1和和T2管的基极电流，可得管的基极电流，可得REFC1E1IIIC2E2IIe2e1REFC2RRIIe1BE1CCREFRRUVI在温度变化情况下，比例电流源的输出电流在温度变化情况下，比例电流源的输出电流IC2具有更高的温度稳定性。具有更高的温度稳定性。 16/483. 3.

9、微电流源微电流源5.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路BE1BE2C2E2e2UUIIRCCBE1E1 C1 RVUIIIR由于两发射结电压差较小，故电流可以做得很小。由于两发射结电压差较小，故电流可以做得很小。 要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。17/484. 4. 改进型电流源改进型电流源5.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路)(12121C1REFB1REFE3REFB3REFC1C2IIIIIIIIIIREFREFC2)(121III 和基本镜像电流源比较，在电路参数相同的情况下，和基本镜像电流源比较，在电路参数相同的情况下，改进型电流

10、源可以使输出电流改进型电流源可以使输出电流IC2与基准电流与基准电流IREF更接近镜更接近镜像关系。像关系。 18/485. 5. 威尔逊电流源威尔逊电流源5.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路 威尔逊电流源输出电流与基准电流之间的偏差仍然与晶体管的电流放大威尔逊电流源输出电流与基准电流之间的偏差仍然与晶体管的电流放大系数有关，但相比基本镜像电流源，偏差大大减小，电流精度得到进一步提系数有关，但相比基本镜像电流源，偏差大大减小，电流精度得到进一步提高。高。 RUUVIBE1BE3CCREFREFREF2C32221III19/486. 6. 多路电流源多路电流源5.2.1

11、 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路e1REF31E3e2E2e1E1RIRIRIRIe2e1REFE2C2RRIIIe3e1REFE3C3RRIIIe4e1REFE4C4RRIII当基准电流当基准电流IREF确定后，改变各电流源射极电阻，可以获得不同比例的输出电流。确定后，改变各电流源射极电阻，可以获得不同比例的输出电流。 20/485.2.1 电流源电流源5.2 5.2 电流源电路电流源电路 MOSFET多路电流源多路电流源21/485.2.2 电流源电路的作用电流源电路的作用5.2 5.2 电流源电路电流源电路1. 运放各级放大电路提供合适的静态工作点。运放各级放大电路提供

12、合适的静态工作点。2. 作为放大电路的有源负载。作为放大电路的有源负载。基本共射放大电路基本共射放大电路 镜像电流源有源负载电路镜像电流源有源负载电路 微变等效电路微变等效电路22/485.3.1 直接耦合放大电路中的零点漂移直接耦合放大电路中的零点漂移 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路抑制零点漂移的方法：抑制零点漂移的方法：1.引入直流负反馈以稳定静态工作点。引入直流负反馈以稳定静态工作点。2. 温度补偿。利用热敏元件补偿放大管的零漂。温度补偿。利用热敏元件补偿放大管的零漂。3.使用差分放大电路，利用电路的对称性结构，抵消器件参数使用差分放大电路，利用电路的对称性结构，抵消器件参

13、数变化的影响来抑制零漂。变化的影响来抑制零漂。23/485.3.2 差分式放大电路组成及工作原理差分式放大电路组成及工作原理1. 1. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路差模信号差模信号IcI1I21=()2uuu共模信号共模信号差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益IdI1I2=uuuI2I1OdIdOduduuuuuA2I2I1OdIcOcucuuuuuA电路总的输出电路总的输出IcucIdudOcOdOuAuAuuu线性放大电路方框图线性放大电路方框图24/485.3.2 差分式放大电路组成及工作原理差分式放大电路组成及工作原理2

14、. 2. 差分式放大电路的组成及工作原理差分式放大电路的组成及工作原理 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路基本差分放大电路基本差分放大电路典型差分式放大电路典型差分式放大电路25/483. 3. 差分式放大电路的输入和输出方式差分式放大电路的输入和输出方式5.3.2 差分式放大电路组成及工作原理差分式放大电路组成及工作原理 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路单端输入单端输出单端输入单端输出单端输入双端输出单端输入双端输出 双端输入单端输出双端输入单端输出 26/481. 1. 双端输出双端输出5.3.3 差分式放大电路的静态分析差分式放大电路的静态分析 5.3 5.3 差分

15、式放大电路差分式放大电路EEeEQBEQbBQ2VRIURI 基极电阻上的电压降可忽略不计，从而基极电阻上的电压降可忽略不计，从而有发射极电位有发射极电位 ：BEQEQEQ2EQ1UUUUeBEQEEEQEQ2EQ12 RUVIIIEQCQCQ2CQ1IIII1EQBQBQ2BQ1IIIIBEQCCQCCEQCQCEQCEQ2CEQ1URIVUUUUU0CQ2CQ1OUUU静态工作点与负载电阻静态工作点与负载电阻RL无关无关 27/482. 2. 单端输出单端输出5.3.3 差分式放大电路的静态分析差分式放大电路的静态分析 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路cCQ1CCCQLCQ1R

16、UVIRUCQcLcLCCcLLCQ1IRRRRVRRRUBEQCQcLcLCCcLLEQCQ1CEQ1UIRRRRVRRRUUU28/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路（1）差模信号工作情况）差模信号工作情况2IdI2I1uuu29/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路（1）差模信号工作情况）差模信号工作情况双入双出差模电压放大倍数双

17、入双出差模电压放大倍数LLOdBccOdudIdIdBbbebbe/2222RRuiRRuAuuiRrRr 30/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路（1）差模信号工作情况）差模信号工作情况双入单出差模电压放大倍数双入单出差模电压放大倍数bebLcBLcBIdOdIdOdud2/2/22rRRRiRRiuuuuA单31/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大

18、电路差分式放大电路（2）共模信号工作情况）共模信号工作情况IcI2I1uuu32/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路双入双出共模电压放大倍数双入双出共模电压放大倍数（2）共模信号工作情况）共模信号工作情况0IcOcucuuA33/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路双入单出共模电压放大倍数双入单出共模电压放大倍数（2）共模信号工作情况）

19、共模信号工作情况ebebLcIcOcuc)1 (2)/(RrRRRuuA单34/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析1. 1. 双端输入差分式放大电路双端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路共模输入电阻共模输入电阻双入双出的共模输出电阻双入双出的共模输出电阻双入单出的共模输出电阻双入单出的共模输出电阻（2）共模信号工作情况）共模信号工作情况ebebic)1 (221RrRRcoc2RRcocRR单共模抑制比共模抑制比ucudCMRAAKbebebebebebLcbebLcucudCMR2)1 (2)1 (2)/(2/rRRrRRrRRRr

20、RRRAAK单单单35/485.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析2. 2. 单端输入差分式放大电路单端输入差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路动态分析、参数指标同双端输入动态分析、参数指标同双端输入 36/48差模输入电阻和共模输入电阻与输入方式和输出方式都无关。差模输入电阻和共模输入电阻与输入方式和输出方式都无关。 3. 3. 差分式放大电路动态工作特点差分式放大电路动态工作特点5.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路差模输入电阻：差模输入电阻：共模输入电阻共模输入电阻：)(2b

21、ebidrRRebebic)1 (221RrRR37/48 4. 4. 差分式放大电路的电压传输特性差分式放大电路的电压传输特性5.3.4 差分式放大电路的动态分析差分式放大电路的动态分析 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路)(IOufu差分式放大电路的电压传输特性差分式放大电路的电压传输特性38/48 5.3.5 改进型差分式放大电路改进型差分式放大电路1. 1. 利用恒流源替代电阻利用恒流源替代电阻R Re e的差分式放大电路的差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路RW在交流通路中存在，因此对电路的动态参数均产生影响在交流通路中存在，因此对电路的动态参数均产

22、生影响39/48 5.3.5 改进型差分式放大电路改进型差分式放大电路2. 2. 利用恒流源作有源负载差分式放大电路利用恒流源作有源负载差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路OdC1Lce2ce31Lce2ce31LudIdB1b1be1b1be1b1be12(/)(/)2()uiRrrRrrRAuiRrRrRr40/48 5.3.5 改进型差分式放大电路改进型差分式放大电路3. 3. 场效应管差分式放大电路场效应管差分式放大电路 5.3 5.3 差分式放大电路差分式放大电路41/481. 1. 模拟集成电路运算放大器的结构特点模拟集成电路运算放大器的结构特点 5.4.1

23、 集成电路运算放大器概述集成电路运算放大器概述5.4 5.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器（1）电路结构与元件参数具有对称性）电路结构与元件参数具有对称性.（2）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件.（3）采用复合结构的电路）采用复合结构的电路.（4）级间采用直接耦合方式）级间采用直接耦合方式.（5）外接少量分立元件）外接少量分立元件.42/48 2. 2. 集成电路运算放大器组成集成电路运算放大器组成5.4.1 集成电路运算放大器概述集成电路运算放大器概述5.4 5.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器43/483. 3. 集成运放的符号及电压传输特性集成运放的符号及电

24、压传输特性 5.4.1 集成电路运算放大器概述集成电路运算放大器概述5.4 5.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器)(NPOuufu电压传输特性电压传输特性国标符号国标符号常用符号常用符号电压传输特性电压传输特性当集成运放工作在线性区时当集成运放工作在线性区时)(NPodOuuAu44/481. 1. 基于晶体管的双极型集成运放基于晶体管的双极型集成运放F007F007 5.4.2 通用型集成电路运算放大器简介通用型集成电路运算放大器简介5.4 5.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器45/48 5.4.2 通用型集成电路运算放大器简介通用型集成电路运算放大器简介5.4 5.4 集成电路运算放大器