第四章 集成运算放大器

模拟电子技术前进第四章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：返回前进4.1集成电路概念1．集成电路分类（1）按元器件集成度分为：小规模集成电路（100个元件以内）SSI中规模集成电路（100----1000个元件）MSI大规模集成电路（1000---100000个元件）LSI超大规模集成电路（100000个以上元件）VLSI。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。1．集成电路分类（2）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。（3）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路三种。（4）按电路功能分为：模拟集成电路、数字集成电路、接口集成电路和特殊集成电路四种。2．常见芯片封装形式3．集成电路特点（1）集成电路为多级直接耦合放大器（2）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（3）元器件参数对称稳定（4）所制阻值不能太大（几十千欧以内）（5）往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。4.2集成运放基本组成部分电路由输入级、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。1．偏置电路

（1）镜像电流源IR=(VCC－UBE1)/RIB1=IB2=IB

则IC2=IC1=IR－2IB=IR－2IC/βIC2=IR/(1+2/β)≈IR=(VCC－UBE1)/RIC2、IR之间的关系如同镜像一样。1．偏置电路

（2）比例电流源IE1R1=IE2R2IC1R1≈IC2R2IC2=IC1R1/R2≈1RR1/R2

IC2、IR之间有比例关系。1．偏置电路

（3）微电流源UBE1－UBE2=IE2RE≈IC2RE由二极管方程IE≈IC=IS（e在RE不大的情况下，得到很小的电流IC2UBE1－UBE2=IE2RE≈IC2REIE≈IC=IS（eUBE/UT－1）≈ISeUBE/UTIS1=IS2则UTlgIC1/IC2≈IC2RE

当IC1和RE已知时，可求出IC2——IC2可以很小。2．差分输入级（1）基本差动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。RB较大，常忽略。（2）两种输入信号差摸信号Ud：一对大小相等、极性相反的信号。共摸信号UC:一对大小相等、极性相同的信号。差摸工作方式共摸工作方式（3）电压放大倍数差模放大倍数UO1=Au1Uid1=Au1Ui/2

UO2=Au2Ui2=Au1Uid2=-Au1Ui/2Ad=(UO1-

UO2)/(Uid1-

Uid2)=

UO/Ui=Au1

共模放大倍数AC=(UO1-

UO2)/UiC

共模抑制比

KCMR=Ad/AC（4）长尾式差动放大电路静态分析：短路交流，可得到IBRS+UBE+(1+β)IB(2RE+RW/2=VEE)可计算出IB而IC=βIB则UC=VCC-ICRC差模动态分析：将双管拆分为单管问题。Uo1=-βRL’Uid/[RS+rie+(1+β)RW/2]=-Uo2Aud=-βRL’/[RS+rie+（1+β）RW/2]

Aud1=Aud/2Rid=

RS+rie+(1+β)RW/2

RO=

2RCRO1=

RC

共模动态分析：将双管拆分为单管问题。Uo1=Uo2=-βRL’Uic/[RS+rie+(1+β)(RW/2+2RE)]Auc=（Uo1–

Uo2）/Uic=0Auc1=Uo1–/Uic≈-

RC/

2RE

共模抑制比CMRR

=

Ad/Ac双端输出CMRR

=

Ad/Ac=

Ad/0=

∞单端输出CMRR1=

Ad1/Ac1

≈

βRE/(RS+rie)

（5）带恒流源差动放大电路静态分析：UB≈﹣R1VCC/(R1+

R2)

则

UE3=UB–UBE3≈UBIC3≈IE3=VE3/R3IC1≈IC2≈IC3/2IB1=IB2IC1/βUC1=UC2=VCC–IC1RC差模动态分析：恒流源不起作用，可认为不存在（短路），分析结果同常尾差放。（6）单端输入方式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。（7）四种输入-输出方式双端输入—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3．功率输出级（1）功率放大器ui正半周T1导通、T2截止，ui负半周T1截止、T2导通。为互补对称电路。详见第九章。（2）复合三极管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。三极管复合的原则是各极电流方向一致。

有四种复合方式（2）复合三极管复合三极管类型同第一只管子。同类型复合：β≈β1β2、

rbe≈

rbe1+

(1+β1)rbe2异类型复合：β≈β1β2、

rbe≈

rbe1（3）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，会烧坏管子。为此，增加过载保护电路——将增大的电流分流，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。1.理想运放特性（1）开环电压放大倍数Auo＝∞（2）差摸输入电阻Rid＝∞（3）输出电阻Ro＝0（4）共摸抑制比CMRR＝∞（5）工作性能稳定