1、集成運算放大電路第第4 4章章要要 點點 4.1 集成運算放大電路概述集成運算放大電路概述 4.2 集成運放中的電流源電路集成運放中的電流源電路 4.3 集成運放電路分析集成運放電路分析41 集成運算放大電路概述集成運算放大電路概述高性能的高性能的直接耦合多級直接耦合多級放大電路，簡稱放大電路，簡稱集成運放集成運放。4 41 11 1 集成運放的電路特點集成運放的電路特點(1) 級間采用級間采用直接耦合直接耦合方式；方式； 用用有源器件有源器件取代電阻；取代電阻；(2) 相鄰元件具有良好的對稱性，相鄰元件具有良好的對稱性， 受環境溫度和干擾受環境溫度和干擾等影響后的變化也相同，等影響后的變化也

2、相同，所以大量采用各種所以大量采用各種差分放大電路差分放大電路(作輸入級作輸入級)和和恒流源恒流源電路（作偏置電路或有源負載電路（作偏置電路或有源負載)；(3) 不同形式的集成電路，不同形式的集成電路， 只增加元件不增加工序，只增加元件不增加工序，通常用通常用復雜的電路復雜的電路形式來實現提高各方面性能的目的；形式來實現提高各方面性能的目的；(4) 常采用常采用復合管復合管輸入級輸入級一般為差分放大電路一般為差分放大電路中間級中間級主放大級，多為主放大級，多為有源負載的共射有源負載的共射(源源)電路電路輸出級輸出級互補輸出電路，帶載能力強互補輸出電路，帶載能力強偏置電路偏置電路電流源電路，為各

3、級提供合適靜態工作點電流源電路，為各級提供合適靜態工作點輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+ uo uid4.1.2 4.1.2 集成運放電路的組成及其各部分的作用集成運放電路的組成及其各部分的作用uP uNuo 減少溫漂減少溫漂4.1.34.1.3集成運放的電壓傳輸特性集成運放的電壓傳輸特性+AoduPuNuO輸出電壓與兩個輸入端的電壓輸出電壓與兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關系，即之間存在線性放大關系，即)u(uAuNPodO 線性區域：線性區域：Aod為差模開環放大倍數為差模開環放大倍數非線性區域：非線性區域：輸出電壓只有兩種可能：輸出電壓只有兩種可能：+UOM或或-

4、UOMUOM為輸出電壓的飽和電壓。為輸出電壓的飽和電壓。uOuP-uNUOM-UOM幾十萬幾十萬倍倍 集成運放電路中的晶體管和場效應管除了作為放大集成運放電路中的晶體管和場效應管除了作為放大管，還構成管，還構成電流源電路電流源電路，為各級提供合適的靜態電流為各級提供合適的靜態電流; ;或作為或作為有源負載有源負載取代高阻值電阻取代高阻值電阻，從而增大放大電路的，從而增大放大電路的電壓放大倍數。電壓放大倍數。4.2集成運放中的電流源電路集成運放中的電流源電路+ uo T1 Rc Rb ui1 +VCC T2 Rc Rb R3-VEE ui2 T3 R2R1+VCC IR RL R Rb T3 T

5、2 T1 IC2 IC1 uo ui +4 42 21 1 基本電流源電路基本電流源電路一、鏡像電流源IC2+VCCT1T2RIC12IBIR電路特點：電路特點：由一對特性完全相同的管子組成；由一對特性完全相同的管子組成；BE2BE1BEUUU B2B1BIII 21 2C1CII 工作原理：工作原理： CCVRIR 1BEU RUVI1BECCR B1CRI2II 1C1CI2I當當足夠大時足夠大時 R1CII 1C2CII RI 問題：問題：若要求若要求IC2更大更大, R的功耗增大的功耗增大, 應當避免應當避免; 若要求若要求IC2更小更小, 則則R增大增大, 在集成電路中不易實現在集成

6、電路中不易實現; BI 輸輸出出電電流流基基準準電電流流二、比例電流源IC2+VCCT1T2RIC1IB1+IB2IRIE1IE2Re1Re2基準電流基準電流 1e1BECCRRRUVI 輸出電流輸出電流 R2e1e2CIRRI 使使IC2可以可以大于或小于大于或小于IR。 Re1、Re2是是電流負反饋電流負反饋電阻電阻, 使使IC1、IC2具有更高的溫度穩定性。具有更高的溫度穩定性。而而 2e2E2BE1e1E1BERIURIU 忽略基極電流，可得忽略基極電流，可得且且 UBE1UBE2， IRIC1IE1改變改變Re1 與與 Re2 就可以獲得和就可以獲得和 IR 成不同比例的電流輸出成不

7、同比例的電流輸出 。 4 42 23 3 多路電流源電路多路電流源電路 利用一個基準電路去獲得利用一個基準電路去獲得多個不同多個不同的輸出電流。的輸出電流。 IC1+VCCTT1RICIRReRe1IBIC2T2Re2IC3T3Re3IE1IEIE2IE3輸出電流：輸出電流： 1E1CII R1eeIRR 2E2CII R2eeIRR 3E3CII R3eeIRR 當當IR確定后，確定后， 改變各電流源射極電阻，改變各電流源射極電阻， 可獲得不同比例的輸出電流。可獲得不同比例的輸出電流。 4 42 24 4 以電流源為有源負載的放大電路以電流源為有源負載的放大電路 在共射在共射(共源共源)放大

8、電路中放大電路中, becurRA 增大增大Rc (或或Rd), 可以提高電壓可以提高電壓但是會影響但是會影響用電流源電路取代用電流源電路取代Rc，在集成運放中在集成運放中, 用電流源取代用電流源取代Rc(或或Rd), 稱為有源負載。稱為有源負載。 既可獲得合適的靜態電流，既可獲得合適的靜態電流，對于交流信號，對于交流信號， 又可得到很大的等效又可得到很大的等效RC 。放大倍數放大倍數; 放大電路的靜態工作點。放大電路的靜態工作點。一、有源負載共射放大電路 +VCC IR RL R Rb T3 T2 T1 IC2 IC1 uo ui +T1為為放大管放大管， T2與與T3構成鏡像電流源，構成鏡

9、像電流源， T2是是T1的的有源負載有源負載。 基準電流基準電流 RUVIEB3CCR 靜態空載，靜態空載，T1集電極靜態電流集電極靜態電流 2C1CII RI be1bLce2ce11urR)Rr(r A 動態時動態時rce1,rce2是動態時管子是動態時管子T1,T2集電極集電極,發射極兩端的電阻發射極兩端的電阻 二、有源負載差分放大電路 +VCC RL T4 T3 T1 IC3 IC1 ui +uo +IC4 IC2 I-VEE T2 T1 、T2為為放大管放大管， T3與與T4構成構成鏡像電流源鏡像電流源， 作作T1和和T2的有源負載。的有源負載。 使單端輸出電使單端輸出電路的差模放大

10、倍路的差模放大倍數近似等于雙端數近似等于雙端輸出時的差模放輸出時的差模放大倍數。大倍數。 iO動態分析：動態分析：C2C1ii C2C4O iii C1C3C4iii C12 i 輸入差模信號輸入差模信號uIT3與與T4構成構成鏡像電流源鏡像電流源， 4.3 集成運放電路分析集成運放電路分析了解電路的應用場合、用途和技術指標。了解電路的應用場合、用途和技術指標。將整個電路分為各自具有一定功能的基將整個電路分為各自具有一定功能的基 本電路。本電路。定性分析每部分電路的基本功能和性能。定性分析每部分電路的基本功能和性能。相互連接關系以及連接后實現的功能和相互連接關系以及連接后實現的功能和 性能。性

11、能。必要時可估算或利用計算機計算電路主必要時可估算或利用計算機計算電路主 要參數。要參數。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。一. 讀圖方法二、 F007（ A741 ）電路分析 對于集成運放電路，應首先找出對于集成運放電路，應首先找出偏置電路偏置電路，然后根據，然后根據信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。 若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個電流往往是偏置電路中的基準電流。這個電流往往是偏置電路中的基準電流。找出偏置電路找出偏置電路雙

12、端輸入、單端雙端輸入、單端輸出差分放大電輸出差分放大電路路以復合管為放大管、以復合管為放大管、恒流源作負載的共恒流源作負載的共射放大電路射放大電路用用UBE倍增倍增電路消除電路消除交越失真交越失真的的準互補準互補輸出級輸出級三級放大電路三級放大電路簡化電路分解電路44 集成運放的性能指標集成運放的性能指標1、開環差模電壓增益、開環差模電壓增益Aod運放工作在線性區，運放工作在線性區，接入規定的負載，接入規定的負載，無負反饋情況無負反饋情況下的下的直流差模電壓增益；直流差模電壓增益；)uu(uANPood )dB( |A|lg20od或或 通用型集成運放的通用型集成運放的Aod通常在通常在105

13、 (100dB)左右，左右，且具有極好的低頻響應；且具有極好的低頻響應；)dB(Alg20od)H( fZ40801201001210310410510610710106dB(M741)2、-3dB帶寬帶寬fH 開環差模電壓增益下開環差模電壓增益下降降3dB時對應的頻率時對應的頻率 ；ZHH7f 3、單位增益帶寬、單位增益帶寬fc 開環差模電壓增益下開環差模電壓增益下降到降到0dB時對應的頻率時對應的頻率 ；ZcMH4 . 1f 4、共模抑制比、共模抑制比KCMR: 差模放大倍數與共模放大倍數之比的絕對值差模放大倍數與共模放大倍數之比的絕對值; ocodCMRAAK )dB(Klg20CMR或

14、或5、差模輸入電阻、差模輸入電阻rid: 輸入差模信號時的輸入電阻輸入差模信號時的輸入電阻; 6、輸入失調電壓、輸入失調電壓UIO :在室溫及標準電源電壓下，在室溫及標準電源電壓下，為了使集成運放的輸出電為了使集成運放的輸出電壓為零，壓為零，在輸入端加的補償電壓；在輸入端加的補償電壓； 7、輸入失調電流、輸入失調電流IIO :當輸出電壓為零時，當輸出電壓為零時， 流入放大器兩輸入端的流入放大器兩輸入端的 靜態基極靜態基極電流之差：電流之差：BNBPIOIII 8、溫度漂移、溫度漂移:溫度漂移是零點漂移的主要來源溫度漂移是零點漂移的主要來源;(1) 輸入失調電壓溫漂輸入失調電壓溫漂 UIO/ T

15、在規定溫度范圍內，在規定溫度范圍內，UIO的溫度系數；的溫度系數；(2) 輸入失調電流溫漂輸入失調電流溫漂 UIIO/ T在規定溫度范圍內，在規定溫度范圍內，IIO的溫度系數；的溫度系數；UIO/ T和和 IIO/ T不能用外接調零裝置的辦法來補償；不能用外接調零裝置的辦法來補償；9、輸入偏置電流、輸入偏置電流IIB :集成運放輸出電壓為零時，集成運放輸出電壓為零時， 兩個輸入端靜態電流的平兩個輸入端靜態電流的平均值：均值：2/ )II (IBPBNIB 10、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓Uidmax : 兩個輸入端所能承受的最大電壓值，兩個輸入端所能承受的最大電壓值， 超過這個電壓值，

16、超過這個電壓值，運放輸入級某一側的晶體管將出現發射結反向擊穿；運放輸入級某一側的晶體管將出現發射結反向擊穿；11、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓Uicmax :運放所能承受的最大共模輸入電壓，運放所能承受的最大共模輸入電壓， 超過這個電壓值，超過這個電壓值，運放的共模抑制比將顯著下降；運放的共模抑制比將顯著下降；12、最大輸出電流、最大輸出電流 Iomax :運放所能輸出的正向或負向的峰值電流；運放所能輸出的正向或負向的峰值電流；13、轉換速率、轉換速率SR: 表示集成運放對信號變化速度的適應能力表示集成運放對信號變化速度的適應能力,是衡量運放在大幅值信號作用時工作速度的參數是衡量運放在大

17、幅值信號作用時工作速度的參數,即：即：dtduSRo max45 集成運放的種類及選擇集成運放的種類及選擇1、按工作原理分類、按工作原理分類 電壓放大型電壓放大型 電流放大型電流放大型 跨導型跨導型 互阻型互阻型 2、按可控性分類、按可控性分類 可變增益運放可變增益運放 選通控制運放選通控制運放 3、按性能指標分類、按性能指標分類 高阻型高阻型 高速型高速型 高精度型高精度型 低功耗型低功耗型 高壓型高壓型4、運放的選擇、運放的選擇 信號源的性質信號源的性質 負載的性質負載的性質 精度要求精度要求 環境條件環境條件 根據根據:46 集成運放的使用集成運放的使用一、使用時必做的工作 1、集成運放的外引線、集成運放的外引線 金屬殼封裝金屬殼封裝 (F007)12345678雙列直插式封裝雙列直插式封裝 (LM741)1 2 3 48 7 6 5 LM741 2反相輸入端反相輸入端3同相輸入端同相輸入端6輸出端輸出端4負電源端負電源端7正電源端