第四章 集成运算放大器课件

1、模拟电子技术模拟电子技术前前 进进第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器 集成电路、差动放大器、集成运算放大器。集成电路、差动放大器、集成运算放大器。 本章主要内容：本章主要内容：返返 回回前前 进进4.1 4.1 集成电路概念集成电路概念 1 1集成电路集成电路分类分类 （1）按元器件集成度分为：）按元器件集成度分为：小规模集成电路（小规模集成电路（100100个元件以内）个元件以内）SSISSI中规模集成电路（中规模集成电路（100-1000100-1000个元件）个元件）MSIMSI大规模集成电路（大规模集成电路（1000-1000001000-100000个元件）个元件）LSILS

2、I超大规模集成电路（超大规模集成电路（100000100000个以上元件）个以上元件）VLSIVLSI。现在集成度已达到数千亿。现在集成度已达到数千亿。在一小块硅片上做出许多个元件并将其联结成电路。在一小块硅片上做出许多个元件并将其联结成电路。 1 1集成电路集成电路分类分类 （2）按制造工艺分为：）按制造工艺分为： 膜集成电路、半导体集成电路和混合集成电路三种。膜集成电路、半导体集成电路和混合集成电路三种。（3 3）按有源器件类型分为：按有源器件类型分为： 双极性集成电路、单极性集成电路和混合型集成电双极性集成电路、单极性集成电路和混合型集成电路三种。路三种。（4 4）按电路功能分为：）按电

3、路功能分为： 模拟集成电路、数字集成电路模拟集成电路、数字集成电路、接口集成电路和特、接口集成电路和特殊集成电路四种殊集成电路四种。2 2常见芯片封装形式常见芯片封装形式 3 3集成电路集成电路特点特点 （1 1）集成电路为多级直接耦合放大器）集成电路为多级直接耦合放大器（2 2）由于体积所限，只能集成电阻、晶体管等器件，）由于体积所限，只能集成电阻、晶体管等器件，不能集成电容、电感等较大体积器件不能集成电容、电感等较大体积器件（3 3）元器件参数对称稳定）元器件参数对称稳定（4 4）所制阻值不能太大（几十千欧以内）所制阻值不能太大（几十千欧以内）（5 5）往往用三极管或场效应管代替大电阻）往

4、往用三极管或场效应管代替大电阻集成运算放大器是常用的模拟集成电路。集成运算放大器是常用的模拟集成电路。4.2 4.2 集成运放基本组成部分集成运放基本组成部分 电路由输入级、中间级、输出级构成。电路由输入级、中间级、输出级构成。 输入级采用差动放大器，中间级由一般输入级采用差动放大器，中间级由一般放大器构成，输出级多为功率输出器，偏置放大器构成，输出级多为功率输出器，偏置电路则由电流源组成。电路则由电流源组成。 1 1偏置电路偏置电路 （1）镜像电流源）镜像电流源 IR=(VCCUBE1)/R IB1=IB2=IB 则则IC2=IC1=IR2IB=IR2IC/IC2=IR/(1+2/)IR=(

5、VCCUBE1)/R I IC2C2、I IR R之间的关系如同镜像一样。之间的关系如同镜像一样。 1 1偏置电路偏置电路 （2）比例电流源）比例电流源 IE1R1=IE2R2IC1R1IC2R2 IC2=IC1R1/R21R R1/R2 I IC2C2、I IR R之间有比例关系。之间有比例关系。 1 1偏置电路偏置电路 （3）微电流源）微电流源 UBE1UBE2=IE2REIC2RE 由二极管方程由二极管方程IEIC=IS（e在在RE不大的情况下，得不大的情况下，得到很小的电流到很小的电流IC2UBE1UBE2=IE2REIC2REIEIC=IS（eUBE /UT1）ISeUBE /UTI

6、S1=IS2 则则UTlgIC1/IC2IC2RE 当当IC1和和RE已知时，可求出已知时，可求出IC2IC2可以很小。可以很小。 2 2差分输入级差分输入级 （1）基本差动放大器）基本差动放大器由双管构成最简单差分放大器由双管构成最简单差分放大器 当双端输出信号时，零点漂移为零。当双端输出信号时，零点漂移为零。R RB B较大，常忽略。较大，常忽略。 （2）两种输入信号）两种输入信号 差摸信号差摸信号U Ud d：一对大小相等、极性相反的信号。：一对大小相等、极性相反的信号。共摸信号共摸信号U UC C : :一对大小相等、极性相同的信号。一对大小相等、极性相同的信号。差摸工作方式差摸工作方

7、式共摸工作方式共摸工作方式（3）电压放大倍数）电压放大倍数 差模放大倍数差模放大倍数U UO1O1=A=Au1u1U Uid1id1= A= Au1u1U Ui i/2/2 U UO2O2=A=Au2u2U Ui2i2=A=Au1u1U Uid2id2= -A= -Au1u1U Ui i/2/2A Ad d=( U=( UO1O1- - U UO2O2)/( U)/( Uid1id1- - U Uid2id2) =) = U UO O/U/Ui i= A= Au1 u1 共模放大倍数共模放大倍数A AC C=( U=( UO1O1- - U UO2O2)/U)/UiCiC 共模抑制比共模抑制比

8、 K KCMRCMR= A= Ad d / A / AC C （4）长尾式差动放大电路）长尾式差动放大电路 静态分析：静态分析：短路交流，可得到短路交流，可得到IBRS+UBE+(1+)IB(2RE+RW/2=VEE)可计算出可计算出I IB B 而而I IC C= I= IB B则则U UC C=V=VCCCC-I-IC CR RC C差模动态分析：差模动态分析：将双管拆分为单管问题。将双管拆分为单管问题。U Uo1 o1 = -R= -RL LU Uidid/R/RS S+r+rieie+(1+)R+(1+)RW W /2 = -U/2 = -Uo2o2A Audud=-=-R RL L/

9、 /R RS S+rie+rie+（1+1+）R RW W/2/2 A Aud1ud1= A= Audud/2/2R Ridid= = R RS S+rie+rie+(1+1+)R RW W/2/2 R RO O = = 2R2RC C R RO1O1 = = R RC C 共模动态分析：共模动态分析：将双管拆分为单管问题。将双管拆分为单管问题。U Uo1o1=U=Uo2o2=-R=-RL LU Uicic/R/RS S+r+rieie+(1+)(R+(1+)(RW W /2+2R/2+2RE E) ) A Aucuc= =（U Uo1o1 U Uo2o2）/U/Uicic=0 =0 A Au

10、c1uc1=U=Uo1o1/U/Uicic- R RC C / / 2R2RE E 共模抑制比共模抑制比 CMRR CMRR = = A Ad d/A/Ac c 双端输出双端输出CMRRCMRR = = A Ad d/A/Ac c = = A Ad d/0 =/0 = 单端输出单端输出CMRRCMRR1 1 = = A Ad1d1/A/Ac1c1 R RE E / /(R RS S+rie+rie) （5）带恒流源差动放大电路）带恒流源差动放大电路 静态分析：静态分析： U UB BR R1 1V VCCCC/ /(R R1 1 + + R R2 2) 则则 U UE3E3=U=UB BU U

11、BE3BE3U UB B I IC3C3I IE3E3=V=VE3E3/R/R3 3 I IC1C1I IC2C2I IC3C3/2 /2 I IB1B1=I=IB2B2I IC1C1/ / U UC1C1=U=UC2C2=V=VCCCCI IC1C1R RC C差模动态分析：差模动态分析： 恒流源不起作用，可认为不存在（短恒流源不起作用，可认为不存在（短路），分析结果同常尾差放。路），分析结果同常尾差放。 （6）单端输入方式）单端输入方式 等效为双端差摸输入工作方式。其结果等效为双端差摸输入工作方式。其结果与差模双端输入结果相同。与差模双端输入结果相同。 （7）四种输入）四种输入-输出方式输

12、出方式 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 3功率输出级功率输出级 （1）功率放大器）功率放大器 ui正半周正半周T1导通、导通、T2截止，截止，ui负半周负半周T1截止、截止、T2导通。导通。为互补对称电路。详见第九章。为互补对称电路。详见第九章。 （2）复合三极管）复合三极管 为提高三极管的放大倍数，将两只三极管连为提高三极管的放大倍数，将两只三极管连结起来，组成复合三极管。结起来，组成复合三极管。 三极管复合的原则是各极电流方向一致。三极管复合的原则是各极电流方向一致。 有四种复合方式

13、有四种复合方式（2）复合三极管）复合三极管 复合三极管类型同第一只管子。复合三极管类型同第一只管子。同类型复合：同类型复合：1 12 2 、 r r be be r r be1 be1+ + (1+(1+1 1)r)rbe2be2异类型复合：异类型复合：1 12 2 、 r r be be r rbe1be1（3）过载保护电路）过载保护电路 当负载电流过大时，流经三极管的电流也增大，会当负载电流过大时，流经三极管的电流也增大，会烧坏管子。为此，增加过载保护电路烧坏管子。为此，增加过载保护电路将增大的电将增大的电流分流，以保护管子。流分流，以保护管子。 常用的电路有二极管保护和三极管保护两种电路。常用的电路有二极管保护和三极管保护两种电路。1 . .理想运放特性理想运放特性 （1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Auo（2）差摸输入电阻）差摸输入电阻Rid（