第3章集成运算放大器chd

第3章集成运算放大器3.1多级放大电路的耦合方式3.3直接耦合放大电路3.2多级放大电路的动态分析第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：1、掌握多级放大电路的耦合方式，为集成电路的学习打好基础2、掌握直接耦合放大电路中差分放大电路的组态及动态参数的计算3、了解多级放大电路中的互补输出级

本章教学时数：4学时

第三版童诗白第三版童诗白第三版童诗白本章讨论的问题：1.单管放大电路为什么不能满足多方面性能的要求？2.如何将多个单级放大电路连接成多级放大电路？各种连接方式有和特点？3.直接耦合放大电路的特殊问题是什么？如何解决？4.差分放大电路与其它基本放大电路有什么区别？为什么它能抑制零点漂移？5.直接耦合放大电路输出级的特点是什么？如何根据要求组成多级放大电路？3.1集成运算放大器电路

1.集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠

性高、价格低。2.集成电路分类按集成度按导电类型按功能分小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容数字和模拟集成电路简称IC

(IntegratedCircuit)

集成运算放大电路，是一种高放大倍数的直接耦合多级放大电路的集成器件，简称集成运放。3.集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式(b)圆壳式(c)扁平式输入级差分电路，大大减少温漂。中间级采用有源负载的共发射极电路，增益大。输出级互补对称电路，带负载能力强偏置电路电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。输入级偏置电路中间级输出级+uouid3.1.1集成运放电路的组成实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。1.基本组成2.集成运算放大器符号

LM324的引脚图:

3.1.2集成运放的电路结构特点1.对称性好，适用于构成差分放大电路。

2.用有源器件代替无源器件。

3.用晶体管代替二极管和电阻(特别是大电阻)。

4.电路通常采用直接耦合电路方式。

5.集成电路中的NPN、PNP管的

值差别较大，通常PNP的≤10。常采用复合管的形式。3.1.3集成运放的电压传输特性图集成运放的符号和电压传输特性uO=Au(u+-u-)+AodU+u-uOuOu+-u-两个输入端：同相输入端u+和反向输入端u-。输出电压：输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即集成运放的工作区域线性区域：Aod为差模开环放大倍数非线性区域：输出电压只有两种可能的情况：+UOM或-UOMuOuP-uN+UOM-UOM3.2

集成运放中的电流源电路集成运放电路中的晶体管和场效应管除了作为放大管外，还构成电流源电路，为各级提供合适的静态电流;或作为有源负载取代高阻值电阻，从而增大放大电路的电压放大倍数。3.2.1基本电流源电路一、镜像电流源(电流镜CurrentMirror)+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2基准电流由于UBE1=UBE2，T1与T2

参数基本相同，则IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2所以当满足>>2时，则电路特点：电路结构简单且具有一定的温度补偿作用+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2二、比例电流源R1R2由图可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于UBE1

UBE2，则忽略基极电流，可得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。图4.2.2比例电流源三、微电流源

在镜像电流源的基础上接入电阻Re。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re基本关系因二极管方程+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re图4.2.3微电流源当β>>1时，有

电路特点：利用较小电阻可获得微安级的电流源。

3.2.2改进型电流源电路问题：基本电流源电路在很小时，IR和IC2相差很大。为了减小基极电流的影响，提高传输精度，稳定输出电流，可对基本电流源电路进行改进。一、改进型镜像电流源缺点：1.受电源波动影响大； 2.电流最低至mA级。加射极输出器的电流源一、改进型镜像电流源二、威尔逊电流源T1、T2、T3管的特性完全相同，即

由上式可见，IC3更接近IR的值。

当β＝10IC2=0.984IR可见，在β很小时，也可认为IC2=IR。IC2受基极电流影响很小。3.2.3多路电流源1.多路镜像电流源

多路电流源：利用一个基准电流去获得多个不同的输出电流，以适应不同的需要，2.多路微电流源

当IR确定后，只要选择合适的各级发射极电阻，即可得到所需要的输出电流。2.多集电极管形成的多路电流源

当基极电流一定时，集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。【例】电路是F007的电流源部分。其中T10与T11为纵向NPN管；T12与T13是横向PNP管，它们的β=5，UBE=0.7V，试求各管的集电极电流。【解】≈0.73mAIC10≈28uAT10和T11构成微电流源T12和T13构成镜像电流源3.2.4以电流源为有源负载的放大电路在集成运放中，常用电流源电路取代RC或Rd，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可获得很大的等效RC或Rd的。晶体管和场效应管是有源元件，又可作为负载，故称为有源负载。一、有源负载共射放大电路用电流源替代集负载电极电阻RC二、有源负载差分放大电路3.3差动放大电路电路形式基本形式长尾式恒流源式3.3.1基本差分放大电路1.电路对称+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2Rb1=Rb2Rc1=Rc2下T1和T2的特性和参数均完全相同。电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。共模信号：uI1和uI2大小相等，极性相同。差模信号：uI1和uI2大小相等，极性相反。差分放大电路也称为差动放大电路2.输入信号当uId=0，时（静态）UCQ1=UCQ2UO=03.电压放大倍数

VT1

和VT2

基极输入电压大小相等，极性相反，——称为差模输入电压(uId)。在差模信号作用下：差模电压放大倍数为共模输入电压uIc

：大小相等，极性相同+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR共模电压放大倍数：Ac愈小愈好，而Ad愈大愈好电路参数完全对称，Ac=0理想情况下，电路参数完全对称，Ac=0，KCMR=∞。(CommonModeRejectionRatio)共模抑制比

KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。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。3.差分放大电路的改进图将发射极电阻合二为一、对差模信号Re相当于短路。ReRb1Rb2+uI1-VBB-uI2+图3.3.2差分放大电路的组成(d)典型差分放大电路图3.3.2差分放大电路的组成(e)ReRb1Rb2+uI1--VEE-uI2+长尾式差分放大电路便于调节静态工作点，电源和信号源能共地第三章多级放大电路3.3.2长尾式差分放大电路可减小每个管子输出端的温漂。1.电路组成

Re

称为“长尾电阻”。且引入共模负反馈。

Re愈大，共模负反馈愈强。Ac愈小。每个管子的零漂愈小。图4.2.8长尾式差分放大电路ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1（1）对共模信号的抑制作用ReRb1Rb2-VEE+uI1-+uI1-第三章多级放大电路uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时ICVC（两管变化量相等）

对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。即对共模信号没有放大能力。2.工作原理（2）对差模信号的放大作用图3.3.5差分放大电路加差模信号（a)分析时注意二个“虚地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId--++-+uod-EE点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。第三章多级放大电路图长尾式差分放大电路ReRb1Rb2-UEEuI1uI2RC2RC13.静态分析IE≈UEE∕2Re

；UCE1=UCE2≈UCC―RCICUo=0IB1=IB2=IE/(1+β)由于IB较小，IBRB1可忽略不计。第三章多级放大电路IBRB1

+UBE1+2IERe=UEEIC1=IC2≈IE2IE2IERe

≈

UEE4.动态分析RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2则同理RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe输出电压为差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输出电阻为【例】在图差分放大电路中,已知UCC=12V，EE=12V,=50,RC=10k,RE=10k,RB=20k，

输出端接负载RL=20k,试求：电路的静态值和差模电压放大倍数、Ri、R0。【解】=2(20+2.41)=44.82kΩ=20kΩ5.在任意输入情况下合成输出信号

ui1、ui2大小和极性是任意的。其中：uo仅与差模输入电压成正比，而与共模输入电压大小无关。比较输入：

ui1、ui2大小和极性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信号差模信号放大器只放大两个输入信号的差值信号—差动放大电路。这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。3.3.3恒流源式差分放大电路用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31.电路组成VT3：恒流管作用：能使iC1、iC2不随温度变化，从而抑制共模信号的变化。图4.2.13恒流源式差分放大电路具有电流源的差分放大电路简化画法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEIui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1第三章多级放大电路2.静态分析当忽略VT3

的基极电流时，Rb1上的电压为RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3于是得到图恒流源式差分放大电路3.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，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。差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输出电阻为3.3.4典型差分放大电路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。电位器RP:

起调零作用。1.静态分析集电极电流发射极电位

VE

0基极电流集射极电压RC+UCCRB1T1RE

-EEIB2IEICIE+UCE+－UBE+－单管直流通路2.动态分析单管差模信号通路

由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过RE的电流近于不变，RE上没有差模信号压降，故RE对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数同理可得T1RCibic+uo1RB+ui1双端输入—双端输出差分电路的差模电压放大倍数为当在两管的集电极之间接入负载电阻时式中两输入端之间的差模输入电阻为两集电极之间的差模输出电阻为单端输出时差分电路的差模电压放大倍数为即：单端输出差分电路的电压放大倍数只有双端输出差分电路的一半。单端输入:

即将T1输入端或T2输入端接“地”,而另一端接输入信号ui

。四种差分放大电路的比较见表15.7.1。3.3.5差分放大电路四种接法有四种不同的接法差分输入、双端输出；差分输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。1.差分输入、双端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+图差分输入、双端输出2.差分输入、单端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uouo

uO约为双端输出的一半，即若由VT2

集电极输出，uO

为“正”。图4.2.16(b)

差分输入、单端输出3.单端输入、双端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+单端输入则当共模负反馈足够强时，三极管仍然基本工作在差分状态，所以图4.2.16(c)单端输入、双端输出4.单端输入、单端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+若改从VT2

集电极输出，则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。图4.2.16(d)单端输入、单端输出【差分放大电路】归纳如下：差分放大电路四种接法的性能比较接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出AdKCMR很高很高较高较高RidRo差分放大电路四种接法的性能比较接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出特性

1.Ad与单管放大电路基本相同。

2.在理想情况下，KCMR∞。

3.适用于差分输入、双端输出，输入信号及负载的两端均不接地的情况。

1.Ad

约为双端输出时的一半。

2.由于引入共模负反馈，仍有较高的KCMR。

3.适用于将双端输入转换为单端输出。

1.Ad与单管放大电路基本相同。

2.在理想情况下，KCMR∞。

3.适用于将单端输入转换为双端输出。

1.Ad

约为双端输出时的一半。

2.比单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。

3.适用于输入、输出均要求接地的情况。

4.选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。结论

(1)

双端输出时，Ad

与单管Au基本相同；单端输出时，Ad

约为双端输出时的一半。双端输出时，Ro=2Rc；单端输出时，Ro=Rc

。

(2)

双端输出时，理想情况下，KCMR

→

；单端输出时，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，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，两个管子仍基本工作在差分状态。

(5)

单端输出时，Rid

2(R+rbe)。例3.1

电路如图，已知：UCC=UEE=12V，

RC=RB=10kΩ，R1=4.6kΩ，R2=4.4kΩ，R3=3.2kΩ，β1=β2=β3=β=50，T1与T2的特性完全相同，UBE=0.7V。试分析：1)电路的静态工作电流ICQ1、ICQ2及电压UCEQ1、UCEQ2；2)差模电压放大倍数、差模输入电阻、输出电阻、共模电压放大倍数、共模抑制比；3)由分析结果归纳电路的特点。【解】1）作直流通道，分析静态工作点。

?【解】1）作直流通道，分析静态工作点。2）动态参数分析图3.25电路的差模等效电路2）动态参数分析差模电压放大倍数为：

可见单端输出时的差模放大倍数是双端输出时的二分之一

差模输入电阻:

共模放大倍数为：共模抑制比为：通常情况下，近似认为恒流源的等效电阻为无穷大，此时，共模抑制比趋于无穷大。共模输出电压为：输出电阻为：综上所述，①双入单出时，其差模放大倍数是双端输入双端输出的一半；②单端输出时，其共模输出电压不能相互抵消，电路依靠恒流源提高对共模信号的抑制能力；③单端输出时的输出电阻是双端输出的一半。3）电路特点例3.2:

电路如图，已知：UCC=UEE=15V，

RC=RL=10kΩ，RB=3kΩ，RE=3.2kΩ，β1=β2=β=80，rbe1=rbe2=rbe，UBE=0.7V。试分析：1）电路的静态工作电流IC1、IC2及电压UCE2；2）求输出电压的表达式。【解】电路是单端输入单端输出差动放大电路

（1）作直流通道，分析静态工作点。取UBE=0.7V，代入数值计算有：（2）作交流等效电路，动态分析求解上述方程式可得：

复习1.差分放大电路的类别基本差分放大电路长尾差分放大电路恒流源式差分放大电路2.差分放大电路的接法+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEEReRcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。FET差分放大电路T2Rg1vidT1RdRdVDD-VEERg2Vo2iD2iD2I0第三章多级放大电路3.4集成运算放大电路双极型集成运放F007CMOS集成运放C14573一、外形与符号3.4.1双极型集成运放F00712348765典型的集成运放二、电路原理图图4.3.1F007电路原理图1.偏置电路+VCCT8-VCCT9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至输入级至中间级基准电流：基准电流产生各放大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：IREFI11IC10I3,4IC9IC8IC12IC13微电流源镜像电流源输入级镜像电流源中间级输出级图4.3.1-1F007的偏置电路2.输入级

T1、T2、T3、T4组成共集-共基差分放大电路；T1、T2

基极接收差分输入信号。T5、T6

有源负载；

T4

集电极送出单端输出信号至中间级。uO

RW

调零电阻，R外接电阻。

T7

与R2组成射极输出器。+VCC-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9图4.3.1-2uI2uI1若暂不考虑T7

和调零电路则电路可简化为：+VCC-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO(1).T1、T2共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入电压。(2).共基组态的T3、T4，与有源负载T5、T6组合，可以得到很高的电压放大倍数。(3).T3、T4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，提高共模抑制比。图简化示意图3.中间级图4.3.1-3中间级示意图+VCC-VEET15T16IC13R7T17R830pF输入来自T4

和T6集电极；输出接在输出级的两个互补对称放大管的基极。中间级T16、T17

组成复合管，T13作为其有源负载。8、9两端外接30pF校正电容防止产生自激振荡。4.输出级IC13R8uo+VCC-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2图4.3.1-4F007输出级原理电路

T14、T18、T19

准互补对称电路；

D1、D2、R9、R10

过载保护电路；

T15、R7、R8

为功率管提供静态基流。调节R7、R8阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为UBE

倍增电路。3.4.2主要性能指标及低频等效电路一、开环差模电压增益Aod一般用对数表示，定义为单位：分贝理想情况Aod为无穷大；实际情况Aod

为100~140dB。二、输入失调电压UIO三、输入失调电压温漂UIO

定义：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。一般运放：UIO

为1~10mV；高质量运放：UIO

为1mV以下。定义：一般运放为每度10~20V；高质量运放低于每度0.5V以下；四、输入失调电流IIO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之差，即定义：一般运放为几十~一百纳安；高质量的低于1nA。定义：一般运放为每度几纳安；高质量的每度几十皮安。六、输入偏置电流IIB七、差模输入电阻rid八、共模抑制比KCMR定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。定义：一般集成运放为几兆欧。定义：多数集成运放在80dB以上，高质量的可达160dB。九、最大共模输入电压UIcm输入端所能承受的最大共模电压。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。十一、-3dB带宽fH表示Aod

下降3dB时的频率。一般集成运放fH只有几赫至几千赫。十二、单位增益带宽

fc

Aod

降至0dB时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于1。十三、转换速率SR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V/s。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SR

值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。3.5理想运算放大器3.5.1理想运放的技术指标开环差模电压增益Aod=∞；输出电阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模输入电阻

rid=∞；UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；输入偏置电流IIB=0；-3dB带宽fH=∞，等等。3.5.2理想运放工作在线性区时的特点输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即+Aod理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零即——“虚短”图4.5.1集成运放的电压和电流2.理想运放的输入电流等于零由于rid=∞，两个输入端均没有电流，即——“虚断”3.5.3理想运放工作在非线性区时的特点传输特性+UOPPuOu+-u-O-UOPP理想特性图4.5.2集成运放的传输特性理想运放工作在非线性区特点：当u+>u-

时，uO=+UOPP当u+<u-时,uO=-

UOPP

1.uO

的值只有两种可能在非线性区内，(u+

-

u-)可能很大，即u+≠u-。“虚地”不存在2.理想运放的输入电流等于零实际运放Aod≠∞，当u+与u-

差值比较小时，仍有Aod(u+

-

u-

)UOPP，运放工作在线性区。例如：F007的Uopp=±14V，Aod

2×105

，线性区内输入电压范围uOu+-u-O实际特性非线性区非线性区线性区但线性区范围很小。图4.5.2集成运放的传输特性3.5集成运放的种类及选择3.5.1集成运放的发展概况3.5集成运放的种类及选择3.5.2集成运放的种类一、按工作原理分类1.电压放大型:F007、F3242.电流放大型:LM3900、F19003.跨导型:LM3080、F30804.互阻型:AD8009、AD8011二、按可控性分类1.可变增益运放2.选通运放1.高精度型性能特点：漂移和噪声很低，开环增益和共模抑制比很高，误差小。（F5037）2.低功耗型性能特点：静态功耗比通用型低1~2个数量级，要求电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。（TLC2552）三、按性能指标分类3.大功率型性能特点：可提供较高的输出电压和较大的输出电流，负载上可得到较大的输出功率。4.高阻型性能特点：通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达1012

。高阻型运放可用在测量放大器、采样-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。（F3130）5.高速型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，甚至高达1000V/s，单位增益带宽可达10MHz，甚至几百兆欧。性能特点：常用在A/D和D/A转换器、有源滤波器、高速采样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。（F3554）6.高压型性能特点：输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。3.5.3运放的选择根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。

①通用型②高阻型③高速型④低功耗型

⑤高压型⑥大功率型⑦高精度型

（1）作低频放大器，应选用

。

（2）作宽频带放大器，应选用

。

（3）作幅值为1μV以下微弱信号的测量放大器，应选用

。

（4）作内阻为100kΩ信号源的放大器，应选用

。

（5）负载需5A电流驱动的放大器，应选用

。

（6）要求输出电压幅值为±80V的放大器，应选用

。

（7）宇航仪器中所用的放大器，应选用

。【解】（1）①（2）③（3）⑦（4）②（5）⑥（6）⑤（7）④【课堂讨论】3.6集成运放的使用一、集成运放的外引线（管脚）二、使用中可能出现的异常现象1.不能调零调零电位器故障；电路接线有误或有虚焊；反馈极性接错或负反馈开环；集成运放内部损坏；重新接通即可恢复为输入信号过大而造成“堵塞”现象原因3.6.1使用时必做的工作2.漂移现象严重存在虚焊点运放产生自激振荡或受强电磁场干扰集成运放靠近发热元件输入回路二极管受光照射调零电位器滑动端接触不良集成运放本身损坏或质量不合格原因3.产生自激振荡消振措施按规定部位和参数接入校正网络防止反馈极性接错避免负反馈过强合理安排接线，防止杂散电容过大3.6.2保护措施一、输入保护(a)防止输入差模信号幅值过大(b)防止输入共模信号幅值过大+V+AR1D1D2RFR-VuOuI保护元件保护元件uO+AR1RFD1D2uI保护元件图4.6.1输入保护措施二、电源极性错接保护保护元件：D1、D2三、输出端错接保护保护元件：稳压管DZ1、DZ2+AD1D2+AR1DZ1DZ2RFuOuI图4.6.2利用稳压管保护运放图4.6.3电源接错保护+UCC-UCC四、输出限流保护+AT1T2-VEER2R3R4R1T4R5T3+VCCC1C1C2保护元件：T1、T2(b)保护管工作特性正常工作时工作点在

A；工作电流过大，工作点经B

移到C

或D

点。(a)电路图BCDAICUCEO图输出限流保护3.6.3输出电压与输出电流的扩展一、提高输出电压采用在运放输出端再接一级由较高电压电源供电的电路，来输出电压幅值。+uNuPA图4.6.4提高输出电压的电路uO+VCC(+30V)-VCC(-30V)T1T2R1R2R3R4b1b2e1e2二、增大输出电流在运放的输出端加一级射极输出器或互补输出级。3.直接耦合互补输出级RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiT4RL+VCC+uoT1T2T3VEER*1R2R3R4uiIC13R8uo+VCC-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2复习1.集成电路的组成输入级中间级输出级偏置电路2.集成电路中的电流源镜像电流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2比例电流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2微电流源+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re加射极输出器的电流源RIC2VCCT3T2T1Re3IC1IREFIB威尔逊电流源RIRIC2+VCCIC0IC多路电流源ICT∑IBRIREFVCCT0ReIET1IC1IC2IC3Re1Re2Re3T2T3MOS管多路电流源

MOS管多路电流源3.7

集成运放的电路分析一、读图方法二、原理电路的分析三、集成运放的性能指标一、读图方法（1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。（2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。（3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。（4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。（5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。已知电路图，分析其原理和功能、性能。二、原理电路的分析

若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。IR微电流源镜像电流源按信号流通顺序分析放大电路部分双端输入、单端输出差分放大电路以复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路用UBE倍增电路消除交越失真的准互补输出级三、集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值开环差模增益Aod106dB∞差模输入电阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞输入失调电压UIO1mV

0UIO的温漂dUIO/dT(℃)几μV/℃0输入失调电流IIO(│IB1-IB2│)20nA

0IIO的温漂dIIO/dT(℃)几nA/℃

0最大共模输入电压UIcmax±13V最大差模输入电压UIdmax±30V-3dB带宽fH10Hz∞转换速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS

∞20lg│Aod│使uO为0在输入端所加的补偿电压超过此值不能正常放大差模信号超过此值输入级放大管击穿清华大学华成英hchya@【课堂讨论】1.输入级采用什么措施增大放大倍数？2.中间级采用什么措施增大电压放大倍数？3.如何消除交越失真？4.uI1、uI2哪个是同相输入端？哪个是反相输入端？有源负载有源负载复合管共射放大电路增大输入级的负载电阻__+___++反相输入端同相输入端积累电流放大系数超β管1）开环电压放大倍数

2）开环输入电阻3）开环输出电阻4）共模抑制比6.1理想运算放大器1.理想化的主要条件：6.1.1理想运算放大器＋－u－u+uo2.理想运算放大器符号国际符号：国内符号：uo++u+u––3.电压传输特性

uo=f(ui)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区

O理想运放工作区：线性区和饱和区（非线性区)线性区：uo

=Auo(u+–u–)非线性区：u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

3.电压传输特性

uo=f(ui)uOu+-u-+Aod理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零即——“虚短”—“虚地”如2.理想运放的输入电流等于零由于rid=∞，两个输入端均没有电流，即——“虚断”工作在饱和区的特点：(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)(2)i+=i–0,仍存在“虚断”现象当u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

不存在“虚短”现象

u+–u–

uo–Uo(sat)+Uo(sat)

O饱和区【例】F007运放的正、负电源电压为±15V，开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电压及其极性：－＋＋

u－

u+

uouOu+-u-【解】输出电压输出电压输出电压输出电压很好uOu+-u-3.6基本运算电路在运算电路中，集成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络能够实现各种数学运算。基本运算电路包括：比例、加减、积分、微分、对数、指数3.6.1比例运算电路1.反相比例运算因“虚地”，所以u–=u+=0因虚断，i+=i–=0

，

ifi1i–i+所以i1if

要求静态时u+、u–

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFuoRFuiR2R1++––++–

(5)电压并联负反馈，输入、输出电阻低，

ri=R1。共模输入电压低。结论：

(1)Auf为负值，即uo与ui

极性相反。因为ui加在反相输入端。

(2)Auf

只与外部电阻R1、RF

有关，与运放本身参数无关。

(3)|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。

(4)因u–=u+=0，所以反相输入端“虚地”。【例】

R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo

，R2应为多大？【课堂练习】电路如图，已知R1=10k

，RF=50k。求:1.Auf

、R2；

2.若R1不变,要求Auf为–10,则RF

、R2应为多少？uORFuiR2R1++––++–例：电路如下图所示，已知R1=10k

，RF=50k。求:1.Auf

、R2；

2.若R1不变,要求Auf为–10,则RF

、R2应为多少？【解】1.Auf=–RF

R1=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1k2.同相比例运算因虚断，所以u+=ui

平衡电阻R2=R1//RF

(5)电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。结论：

(1)Auf为正值，即

uo与ui

极性相同。因为ui加在同相输入端。

(2)Auf