《电子技术基础》课件-4集成运算放大电路

电子技术基础1.集成运算放大电路任务目标：1.熟悉偏置电路；2.熟悉差分放大输入级。向各放大级提供合适的偏置电流克服零点漂移提供负载所需功率及效率提供电压放大倍数集成运放的基本组成部分输入级中间级输出级偏置电路集成运放的基本组成IB2IB1VT1VT2UBE2UBE1+--+R+VCC一、偏置电路1.镜像电流源VCC-

UBE1RIC2≈IREF=VCC-

UBE1RIREF

IC12IBIc2

IREF-2IB当β

>>2时IB2IB12IBVT1VT2RR1R2+VCCUBE1≈

UBE22.比例电流源UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2IE1R1

≈IE2R2IC2

≈R1R2IC1R1R2IREFIREFIc2Ic1UBE2UBE1+--+IE1IE2IREFIB2IB1Ic12IBVT1VT2RRe+VCC3.微电流源UBE1

-

UBE2

=

IE2ReIc2UBE2UBE1+--+≈

IC2ReUBE1

–

UBE2≈UT(

lnIC1IS1IC2IS2–

ln)≈IC2ReIE2二、差分放大输入级+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT21.基本形式差分放大电路

电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。（1）电路组成uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时

IC

VC

（两管变化量相等）+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT2（2）差模输入电压和共模输入电压差模输入电压

uId两个输入电压大小相等、极性相反。差模输入电压+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCR2R1Rb1Rb2Rc1Rc2VT1VT2共模输入电压

uIc两个输入电压大小相等、极性也相同。+-uo+-uIc+VCCRRRbRbRcRcVT1VT2共模输入电压在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压uI1和uI2

，其中差模输入电压uId和共模输入电压uIc的值分别为:[例]

uI1=5mV，

uI2=1mV则:

uId=4mVuIc=3mV差模电压放大倍数AdΔuo

=

Δuc1

–

Δuc2=2

Δuc112=

2·Au1ΔuiΔuc1

=-

Δuc2

=12Au1Δui双入双出差放电路是以牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。（3）差模电压放大倍数ΔuoΔui=Au1Ad=共模电压放大倍数Ac

=ΔuoΔuic共模抑制比差模放大倍数共模放大倍数共模抑制比+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCRRRcRcVT1VT2-VEERe2.长尾式差分放大电路

引入共模负反馈降低单管零点漂移提高了共模抑制比补偿Re上的直流压降，提供静态基极电流(1)电路组成+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCRRRcRcVT1VT2-VEERe(2)静态分析IBQR

+UBEQ

+2IEQRe

=VEEVEE-UBEQR+2(1+β)

ReVCC-ICQRcββIBQ-IBQRIBIBICICUCUC+-UBEUBE+-2IEUB（3）动态分析Ad=∆uo∆uI=Au1Ad=-R+rbe（Rc//）12RLβRid=2（R+rbe）Ro=2

Rc+-∆uo∆uI1RRcRcVT1VT2∆uI2RRL12RL12+-∆ui∆uc2∆uc1+∆uI1RRcVT1RL12∆uc1-∆uo=2∆uc1∆ui=∆uI1-

∆uI2

=2∆uI1[例]在长尾式差分放大电路中常接入调零电阻Rw确保静态时输出为零，如右图所示。静态分析：IBQ=VEE-UBEQR+(1+

β)（

2Re+0.5

Rw)UCQ=VCC-ICQRcICQ

≈βIBQUBQ=-IBQRIBQR

+UBEQ

+IEQ（

2Re

+0.5

Rw)

=VEE+-uouI2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEERe接Rw的长尾式差分放大电路RwRLuI1动态分析：+∆uI1RRcVT1RL12∆uc1-0.5RwAd=∆uo∆uI=Au1Ad=-R+rbe+（Rc//）12RLβRo=2

Rc∆uI1=（R+rbe）ib+0.5Rwie∆uc1=（Rc//）12RLβib（1+β）Rw2Rid=2[R+rbe+（1+β

）Rw2]+-∆uo∆uI1RRcRcVT1VT2∆uI2R交流通路RL12RL120.5Rw0.5Rw2.集成运算放大电路任务目标：1.掌握差分放大输入级；2.掌握中间级；3.掌握输出级；4.掌握集成运算放大器。3.恒流源式差分放大电路（1）电路组成+-uouI2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEERLuI1I简化表示法恒流源式差分放大电路+-uouI2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRb1RLuI1Rb2VT3(2)静态分析恒流源式差分放大电路+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRb1RLui1Rb2VT3URb1

=Rb1Rb1

+Rb2(VCC+VEE

)ICQ3

≈

IEQ3=ReURb1

–UBEQ3ICQ1

=

IEQ2≈12ICQ3βIBQ1

=

IBQ2≈ICQ1UBQ1

=

UBQ2=-IBQ1R

UCQ1=

UCQ2=

VCC-

ICQ1RC+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwui1R1VT3VDz[例]

估算图示电路的静态工作点和差模电压放大倍数Ad

。UB1=

-IB1RIE3IC3IC1IC2UC1UC2IB1IB1解：静态工作点+-uouI2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwuI1R1VT3VDz12IC3IC1=UC1=VCC-ICQRCβICQ1IB1

=Uz-UBE3ReIE3

=

Ad=-R+

rbe+βRc

（1+

β

）Rw2解：差模电压放大倍数+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwui1R1VT3VDz恒流源式差放的交流通路与长尾式电路的交流通路相同二者的差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻均相同4.差分放大电路的输入、输出接法（1）双端输入、双端输出+-uo+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEuiI+-（2）输双端入、单端输出+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEuiI+-+-uo（3）单端输入、双端输出+-uo+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEuiI+-（4）单端输入、单端输出抑制零漂能力较强,可使输入、输出电压反相或同相。+-uo+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEuiI+-仿真结论：1.双端输出时Ad

≈Au1Ro=

2

Rc理想情况下KCMR=

∞2.单端输出时Ad

=

Au112Ro=

RcKCMR不如双端输出时高，可选择从不同的三极管输出，使ui与uo反相或同相。单端输入时两个三极管仍基本工作在差分状态。Rid

≈

2（R+

rbe）三、中间级1.有源负载要求有较高的电压增益和输入电阻，向输出级提供较大的推动电流，实现差分与单端信号间的转换。2.复合管3.有源负载差分放大电路四、输出级集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以满足负载的需要，同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。应设法尽可能减小输出波形的失真。互补对称电路集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称电路。为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的OCL或OTL互补对称电路。

ri高:几十k

几百k

运放的特点：理想运放：

ri

KCMRR很大KCMR

ro小：几十~几百

ro

0

Ao很大:104以上~107Ao

1.运放的特点和符号运放符号：－＋＋

u－

u+

uo

反向输入端同向输入端五、集成运算放大器2.集成运放的传输特性集成运放的传输特性3.理想运放在线性工作区

集成运放工作在线性区的必要条件是引入深度负反馈。

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+Aod3.理想运放在线性工作区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