第三章集成运算放大器

第三章集成运算放大器5.4集成运算放大器的类型和型号命名方法集成运算放大器的类型集成运算放大器的型号命名方法5.5集成运算放大器的主要性能参数理想运算放大器的主要技术指标理想运算放大器在线性时的特性理想运算放大器在非线性时的特性5.6理想运算放大器本章重点:1.

集成运算放大器的组成5.理想运算放大器的特性

2.

差动放大器的工作原理

3.

恒流源电路的工作原理

4.

集成运算放大器的类型及参数本章难点:差动放大器的各种电路形式和工作参数的分析

本章主要介绍集成运算放大器的基本知识，首先介绍集成运算放大器的基本电路，集成运算放大器的基本组成，在此基础上介绍简单的集成运算放大器电路，以及集成运算放大器的分类，运算放大器的主要参数，最后提出理想运算放大器的概念和特点。3.1恒流源电路

恒流源电路为放大电路提供稳定的偏置电流，同时能作为放大电路的负载。本节主要介绍常用的恒流源电路。

晶体管恒流源图3-1恒流源电路

该电路为具有分压式电压负反馈偏置的共射极电路，三极管处于放大状态，通过三极管输出曲线可知，三极管工作在放大区，其输出曲线近似平行于横轴，即Ib恒定时，Ic近似不变，其集射间的动态电阻rce很大。因此该电路可以作为输出恒定电流的电流源来使用，用如图(b)中的符号所示。如图(c)所示为二极管温度补偿恒流源电路。二极管D与三极管的发射结有相同的温度系数，当温度发生变化时，VD等比同步补偿VBE的变化，使Io更加稳定。基准电流：

无论T2的负载如何变化，IC2的电流值将保持不变。因为：所以：镜像电流源微电流源（1）电流小（因为△UBE小）。微电流源的特点：（2）电流稳定（电流负反馈）多路电流源有源负载放大器

有源负载放大器是指在集成运算反照中用恒流源代替负载电阻组成有源负载从而形成的放大器。图示为有源负载单管共射放大电路。图中T3是放大管，T2是有源负载，T2与T1组成镜像电流源，作为T3的偏置电路。由于Ic2=I保持恒定，T2的集电极电阻rce2很大，因此该放大器可取得较高的电压增益。

有源负载共射放大器集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。什么是集成运算放大器？3.2差动放大电路直耦放大电路的特殊问题——零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。例如

若输出有1V的漂移电压。

则等效输入有100uV的漂移电压假设第一级是关键3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路等效100uV漂移1V3.2差动放大电路1.结构:对称性结构即：1=2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb

差动放大电路又称差分放大电路，它的输出电压与两个输入电压之差成正比。它能较好地克服直接耦合放大器的零点漂移问题，是集成运算放大器的基本组成单元。差模信号：共模信号：差模电压增益：共模电压增益：总输出电压：3.共模抑制比2.差模信号和共模信号及电压放大倍数３.恒流源差动放大电路

加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re

。等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。恒流源的作用根据共模抑制比公式：恒流源差动放大电路的计算：

静态工作点：

动态：

恒流源等效电阻：

ui1=ui2=uic，

uid=0。设ui1，ui2

uo1

，uo2

。因ui1=ui2，

uo1=uo2

uo=0(理想化)。共模电压放大倍数4.差动放大器输入、输出方式的接法（1）双端输入双端输出差模电压放大倍数

共模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻（2）双端输入单端输出

这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。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

ui1=ui2=uic，

设ui1，ui2

ie1

，ie1

。

iRe（=2ie1）

画出共模等效电路求共模电压放大倍数：（3）单端输入双端输出ui1=－ui2=ui/2

计算同双端输入双端输出：单端输入等效双端输入:

因为Re＞＞从T2发射极看进去的等效电阻，故Re可视为开路，于是有（4）单端输入单端输出

计算同双入单出：

注意放大倍数的正负号：设从T1的基极输入信号，如果从uo1

输出为负号；从uo2

输出为正号。

差动放大器动态参数计算总结

双端输出时：

单端输出时：

(2)共模电压放大倍数

与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

双端输出时：

单端输出时：(1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：

(3)差模输入电阻

不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。

单端输出时，双端输出时，

(4)输出电阻(5)共模抑制比

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。，或

双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：3.3集成运算放大器简介运算放大器的组成

静态时，T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。电路中增加D1、D2工作原理：互补对称功放电路增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。

1

2复合NPN型复合管晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合NPN型复合PNP型复合NPN型复合PNP型

１.原理电路：简单的运算放大器＋－u-－u+uo2.集成运算放大器符号国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端3.通用型集成运放F007ABAB4.分析：(1)偏置电路：T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：

其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。T12和T13管构成多支路电流源。T13管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源负载。A路为输出级提供偏置。(2)输入级：T1、T2和T3、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。其中T1和T2管作为射极输出器，输入电阻高。

T3

和T4管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高，可使输入差模信号达到30V以上。T5、T6、T7

和R1

、R2

、R3组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。(3)中间级：T16和T17是复合管组成的共射放大电路，T13B作这一级的集电级有源负载。T14和T20管组成互补对称输出级，T18、T19和R8为其提供静态偏置以克服交越失真。T15和R9保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。T21、T23、T22管和R10保护T20管在负向电流过大时不致烧坏。(4)输出级：(5)相位分析：用“瞬时极性法”判定，3号腿为同相端；2号腿为反相端。3.4集成运算放大器的类型和型号命名方法集成运算放大器的类型

集成运算放大器的种类很多，大致可以分为两类，一类为通用型运算放大器，如F741等；另一类为专用型运算放大器。现简要介绍如下。

集成运算放大器的种类专用型低功耗型高速型大功率型高压型高阻型高精度型通用型集成运算放大器型号命名方法1.集成电路器件型号命名方式

根据国家标准GB3430—82，我国集成电路器件型号由五部分组成。其符号和意义见课本表5-2。2.集成运算放大器型号举例

这四种型号集成运算放大器的工作温度和封装可通过查课本表5-2得到。CF0741MT：通用型运算放大器CF1437CD：通用型双运算放大器CF0124MJ：通用型单电源四运算放大器CF7600CP：CMOS高精度运算放大器3.4集成运算放大器的主要参数1.输入失调电UIO

输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。2.输入失调电压温漂dUIO/dT

在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。4.输入失调电流IIO

：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

3.输入偏置电流IIB

：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。5.输入失调电流温漂dIIO/DT:

在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。6.最大差模输入电压Uidmax

运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。7.最大共模输入电压Vicmax

在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。

8.开环差模电压放大倍数Aod

：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。9.差模输入电阻rid

：双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。

10.共模抑制比KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。11.－3dB带宽fH

：运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽fH

。

12.转换速率SR(压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为3.6理想运算放大器理想运算放大器的主要技术指标

所谓理想运算放大器就是指集成运算放大器的各项技术指标理想化，这些指标主要有：Aud=∞Rid=∞Ro=0KCMR=∞带宽BW→∞

这些指标实际运算放大器是不可能达到的，但在实际分析运算放大器电路时，根据实际情况，采用理想化指标来分析，既可简化分析的过程，得到的结果与实际测量的结果之间误差不大，所以，在实际分析运算放大器电路，很多时候都把运算放大器当成理想运算放大器来分析。理想运算放大器在线性时的特性

理想运算放大器在线性时的特性是指理想运算放大器工作在线性区时显现的一些特点，运算放大器工作在线性区是指其输出电压与两个输入端电压之间存在线性放大关系即Uo=Aud(U+-U-)

式中：Uo表示输出端电压；

U+表示同相端输入电压，即从该端输入信号，输出信号与输入信号相位相同；U－反相输入电压，即从该端输入信号，输出信号与输入信号相位相反。

＋－u-－u+uo

根据理想运算放大器的Aud→∞，Uo/(U+

－U-)=Aud，相对一定值的Uo，U+

－U-≈0。

即：U+=U－。这表明理想运算放大器两个输入端之间的电压近似为零，两端电位近似相等，这与电路中短路的情形类似，但由于在电路结构中，运算放大器两输入端并未真正短路，因此把这种情形