第4章集成运算放大器-杨拴科改版

第4章集成运算放大器_杨拴科改版第一页，共45页。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)扁平式第二页，共45页。

集成电路的分类(1)模拟集成电路(2)数字集成电路a.线性集成电路集成运算放大器、集成音频功率放大器、集成高频、中频放大器等。b.非线性集成电路集成振荡器、乘法器、比较器、开关稳压电源、混频器、检波器等。第三页，共45页。(1)偏置电路具有较高的输入电阻和抑制干扰及零漂的能力。为各级电路提供稳定合适的偏置电流，并使整个运放的静态工作点稳定且功耗较小。(2)输入级输入级输出级中间级偏置电路4.1.1集成运放的典型结构4.1 集成运放概述第四页，共45页。为负载提供足够的电压和电流，具有很小的输出电阻和较大的动态范围。主要进行电压放大，具有很高的电压增益。(3)中间级(4)输出级输入级输出级中间级偏置电路第五页，共45页。

集成运算放大器的电路符号同相输入端反相输入端输出端–+第六页，共45页。(5)相邻元器件的特性一致性好。(3)用有源器件代替无源器件。(4)二极管大多由三极管构成。(1)只能制作小容量的电容。(2)电路采用直接耦合的方式。4.1.2 集成运放中元器件的特点第七页，共45页。1.什么是零点漂移现象

ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。2.产生原因

温度变化引起晶体管的特性变化，也称零漂为温漂。克服温漂的方法：差分放大电路放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。第八页，共45页。4.2.1 典型差分放大电路1.电路组成+-+-+-+--+a.电路两边对称。b.两管共用发射极电阻RE。具有两个信号输入端,两个输出端。4.2 双极型集成运放第九页，共45页。因为电路对称，所以–+–+–+–+2．静态分析（uI1=uI2=0）直流通路第十页，共45页。列输入回路方程由此可得因–+–+–+–+第十一页，共45页。–+–+–+–+第十二页，共45页。输入信号uI1和uI2大小相等极性相同：共模信号（需要抑制的干扰信号）。输入信号uI1和uI2大小相等极性相反：差模信号(待放大的有用信号）。输入信号uI1和uI2大小不等：比较信号在理想对称的情况下：

1.抑制共模信号；2.放大差模信号。

输入信号3.动态分析（双端输入双端输出）第十三页，共45页。(1)对共模信号的抑制作用记为共模输入信号1)共模电压放大倍数共模电压放大倍数第十四页，共45页。2)抑制零漂的原理

当温度增加时在双端输出的情况下，漂移为零。温度变化所引起的变化等效为共模信号第十五页，共45页。

Re对共模信号的抑制作用Re的共模负反馈作用：如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管各自的集电极电流变化。第十六页，共45页。(2)共模抑制比定义或者理想情况第十七页，共45页。（3）对差模信号的放大作用差模放大倍数与单管放大电路放大倍数相同(分析时注意“虚地”)第十八页，共45页。4.差分放大电路的四种接法所谓“单端”指一端接地。在实际应用时，有的信号源一端“接地”；或有的负载一端“接地”。根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：①双端输入双端输出②双端输入单端输出③单端输入双端输出④单端输入单端输出第十九页，共45页。

双端输入单端输出电路分析时注意“虚地”①

对差模信号的放大如输出信号取自T2管的集电极，输出输入同相第二十页，共45页。

对共模信号的等效电路②对共模信号的抑制增大Re是改善共模抑制比的基本措施第二十一页，共45页。5.任意输入信号的分解既不是差模信号又不是共模信号的输入信号比较信号++12差分放大电路uI2_uI1_第二十二页，共45页。令那么++12差分放大电路uI2_uI1_差分放大电路12+uId_+uIc_+_+_2uId2uId任意输入信号分解示意图第二十三页，共45页。双端输出单端输出对于图示电路4.2.2 带恒流源的差分放大电路RE越大，KCMR越大，电路抑制共模信号的能力越强。+-+-+-+--+第二十四页，共45页。c.当VEE一定，IE减小，rbe增大，Aud减小。a.在集成电路中不易制作较大阻值的电阻。RE太大对电路的影响b.为了维持IE不变，必须提高电源电压VEE。第二十五页，共45页。恒流源的主要特点b.直流电阻较小a.具有很大的交流等效电阻恒流源通常采用恒流源来代替RE+-+-+-+--+第二十六页，共45页。当β>>2时–+–+1.镜像电流源第二十七页，共45页。代替RE，为T1、T2提供合适、稳定的静态工作点代替RC，称有源负载电流镜电流源+-+-2．电流源作有源负载的差分放大电路第二十八页，共45页。利用多个晶体管组成复合管，可以得到较大的电流放大系数值。4.2.3 复合管电路四种常见的复合管结构第二十九页，共45页。等效管TT1T2a.NPN管+NPN管第三十页，共45页。等效管T1T2Tb.PNP管+PNP管第三十一页，共45页。等效管TT1T2c.NPN管+PNP管两只管子相复合，类型取决于第一只管子。第三十二页，共45页。等效管TT1T2d.PNP管+NPN管第三十三页，共45页。RLT1uI+VCC_T2VCCuO+_4.2.4 互补推挽放大电路1.电路组成2.电路主要特点(1)输出电阻小(3)动态范围大(2)带载能力强T1、T2参数相同第三十四页，共45页。3.工作原理(1)uI=0时T1、T2截止uO=0(2)uI>0时T1导通、T2截止uO

uIRLT1uI+VCC_T2VCCuO+_(3)uI<0时T1截止、T2导通uO

uI4.输出动态范围5.电路存在的缺陷——交越失真当输入电压小于发射结死区电压时，输出电压为零。第三十五页，共45页。交越失真

在电路中，当输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管将不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一种非线性失真，这个失真称为交越失真。交越失真第三十六页，共45页。D1RLT1uI+VCC_T2D2uO+_R1R2VCC克服交越失真的方法给T1、T2的发射结加一定的直流偏置，使其工作在微导通状态。克服交失真的互补电路第三十七页，共45页。4.2.5 双极型通用运放简化电路+-输入级+-中间级输出级+第三十八页，共45页。1.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Aod

为100~140dB。4.3.1 交流参数4.3 运放的主要参数第三十九页，共45页。2．开环带宽（–3dB带宽）fH3．单位增益带宽fBWG4．上升速率SR

额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压随时间的最大变化率。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于SR

值。第四十页，共45页。5．建立时间Tset

6．最大差模输入电压UIDM

7．最大共模输入电压UICM

8．最大输出电流IOM

9．输出电压峰——

峰值Uopp0.1UomUomTset第四十一页，共45页。1.输入失调电压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；2.输入失调电压温漂UIO

定义：一般运放为每度10~20