模拟电子技术基础 集成运算放大电路

图4.2.10
有源负载共射放大电路（P194）
，则
注意：此电路静态设置有问题，无发射结正向电压。
这种电路只有在集成电路中能够实现，既要给三极 管T1发射结提供正向静态电压产生IB1Q，又要使集电极恒 流源电流大小刚刚好应等于β1IB1Q，否则三极管不能工 作在放大区。所以静态设置较难。 恒流源基准电流为
3、中间级
由T16，T17构成的复合管 组成，具有较大的输入 电阻，由T12，T13恒流源 电路作为复合管共射放 大电路的集电极负载， 提高了电压放大倍数， 两级放大倍数之积可达 105数量级。
4、输出级
T14与T18,T19复合PNP管构成准互 补输出级。T15电路组成UBE倍 增电路，消除交越失真。D1， D2管对输出级电路起保护作用， 静态时，uO=0,UBQ15=0，所以 UD1=UD2=0，则D1，D2截止。动 态时，如果T14导通，当输出电 流过大，则D1可导通，使中间 级输出的电流部分流过D1，从 而减小了流入T14的基极电流， 使输出电流减小。
2、输入级
输入级由共集—共基差分放大电路组成。共集电路 使输入电阻较大，共基电路使电路的频率响应较宽，上 限频率较高。输入信号由共集电路的两个基极输入，输 出信号由共基电路的T4管的集电极输出到中间级，为双 端输入单端输入差分电路，由恒流源电路作为共基电路 的集电极有源负载，使差分电路具有较大的电压放大倍 数。差分电路的静态有UBQ1=UBQ2=0，UEQ1=UEQ2<0，且 UEQ1=UEQ2=-0.7V。所以该运放一定要双电源供电，输入 级三极管才能工作在放大区。
二、 电流源在集成运放电路中的作用
1、给放大电路提供静态电流。 2、取代差分放大电路的射极电阻，提高差分放大电路 的共模抑制比。
图3.3.14 恒流源电路的简化画法及电路调零措施（P166）
3、取代共射放大电路或共基放大电路的集电极负载电 阻 ，以提高电压放大倍数，恒流源电路则称为有源负 载。 如，有源负载共射放大电路
4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
静态技术指标 1、输入失调电压UIo ：使输出端输出电压等于零时，在 输入端加的补偿电压称为输入失调电压。
2、输入偏置电流IB：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。 3、输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对 管电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。 4、输入失调电压温漂 5、输入失调电流温漂
一、集成运放中常用的电流源电路
1. 镜像电流源
1）基本镜象电流源
电路的特点a)T0，T1两管 对称；b)两管通过基极耦 合；c)基准管T0其 UCE0=UBE0保证基准管T0工 作在临界放大状态即保证 IC0=βIB0；d)基准电流IR可 由回路方程计算，输出电 流近似等于基准电流。
图4.2.1 镜像电流源(P188)
6、最大差模输入电压：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：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。
动态技术指标 1、开环差模电压增益Aud ：运放在无外加反馈条件下， 工作在线性范围内的差模电压增益。 2、差模输入电阻Rid：输入差模信号时，运放的输入电 阻。
4.1 集成运算放大电路概述
集成电路是采用一定的制造工艺，将晶体管、场 效应管、二极管、电阻、电容等许多元件组成的具有 完整功能的电路制作在同一块半导体单晶硅上的器件。 集成放大电路简称集成运放，它是由直接耦合多 级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成 电路最重要的品种，不仅用作放大电路，还广泛应用 于其它各种电子电路之中。集成运算放大电路由于它 的元件密度高、体积小、功能强、功耗低、外部连线 及焊点少，从而大大提高了电子设备的可靠性和灵活 性、实现了元件、电路与系统的紧密结合。
一、 集成运算放大电路的特点
1、制作方面:含有大量的三极管，有NPN-BJT、PNP- BJT、 NJEFT、PJEFT、NMOSFET及PMOSFET。这些三级管除了 组成直接耦合的放大电路外还组成大量的恒流源电路。 另外，含有少量的小电阻为恒流源电路或输出级提供偏 置电阻，含有少量电容起相位补偿作用。集成运放电路 集各种实际经验技术制作比较复杂的电路，使其性能优 越，但制作工艺成熟，具有较好的性价比，所以得到广 泛应用。
I c1
2
IR IR
V cc U BE 0 IR R
如
100
I c1 100 100 2 10 10 2 I R 0 . 9803 I R
10
I c1 I R 0 . 8333 I R
基准电流 不受动态的 影响，为恒定电流，所以 三极管T1集电极可提供恒 定电流。另外，如果温度 升高使三极管集电极电流 增加，则电阻R上的电压也 将增加将使三极管基极电 位降低，从而使集电极电 流减小，所以这种电路具 有温度补偿作用，使输出 电流不受温度的影响
10
I C1 I R 0 . 9821 I R
图4.2.4 加射极输出器的电流源（P191）
3)威尔逊精密镜像电流源
I c 2 (1 IR
2
2 2
2
)IR
V cc 2U BE 0 R
图4.2.5 威尔逊电流源（P191）
4）场效应管组成的精密镜象电流源
2、应用方面：因其性能高、性能稳定、体积小、功耗 小及通用型价格低廉等优点在信号的处理（包括放大、 运算、滤波、转换等）及信号的产生（正弦波、方波及 三角波等）方面得到广泛应用。
二、集成运放的组成
集成运放内部由四个模块组成
图4.1.1 集成运放电路方框图(P186)
同相输入端：输入信号接同相输入端（反相输入端接 地），输出信号与输入信号同相。
IR
开路输出情况下
IC1 IC 2
V cc U EB 3 R
， IC2
2
2 2
IR
I B1
I C1
1

IR （ 2 2） （ 2 2） 1 1
2
2
V cc U EB 3 R
由动态等效电路可得电压放大倍数为
Auu 1
rce 1 // rce 2 // R L R b rbe 1
RL当rce1//rce来自>>RL时，有Auu 1
R b rbe 1
可见放大倍数比集电极负载用电阻Rc时的大，因 为集电极为恒流源，当有动态信号ui输入时，将产生 △iB1, △iC1,但△iC2=0，所以动态电流全部流入负载， 使输出电压较大。
如，有源负载差分共射放大电路
图4.2.11 有源负载差分放大电路（P195）
U DS 0 U GS 0 U DS 0 U GS 0 U GS 0 ( th )
保证了场效应管T0处于 恒流区
I D1 I D 0 I R
V DD U GS R
5)多路镜像电流源
IC 3 IC 2 IC1 IC 0 IR 4

2、比例电流源
I C1 IR
在线性范围外
u o U OM
U OM uo U OM
uP uN uP uN
4.2 集成运放中的电流源电路
重点：了解恒流源的种类及其在集成电路中的应用
电流源是一个使输出电流恒定的电源电路，集成运 放电路将外部直流电压源通过各类三极管转换成各种恒 流源为放大电路提供静态电流。这些电流源电路一般都 引入直流电流负反馈并利用PN结的温度特性，对电流源 电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影响。 每个电流源有一个基准电流，对外提供的恒定电流 与基准电流相关，根据与基准电流的关系分类有镜像电 流源、比例电流源及微电流源等。
实验用LF353宽带型结型场效应管输入双运放内部电路图
三级放大，输入级为P沟道 JFET共源差分放大电路，输 入电阻很高，恒流源作源极 电阻抑制共模信号，单管共 射电路（也相当于恒流源电 路）作为有源负载取代漏极 电阻增强差分放大电路放大 倍数。中间级为单管共射放 大电路，输出级为互补输出 电路，具有消除交越失真电 路。
反相输入端；输入信号接反相输入端（同相输入端接 地），输出信号与输入信号反相。 输入级使用高性能的差分放大电路，对共模信号有 很强的抑制力。中间级要提供高的电压增益，多为复合 管共射放大电路。输出级为互补输出或准互补输出。偏 置电路为恒流源电路，提供稳定的几乎不随温度而变化 的偏置电流，供各级放大电路的静态电流。
IC10向输入级差分电路提供电流，IC10=2IB4+IC9 3）T8，T9构成镜像电流源，向输入级差分电路提供电流， IC9=2IC1=2IC2
4）T5,T6,T7构成精密镜像电流源，其基准电流即为IC3, 即有IC3=IC5=IC6,该精密镜像电流源作为共基电路的集电 极负载，使输入动态电流在T4，T6的集电极输出电流都 流向T16的基极，使差分放大电路的放大倍数大大提高。 且该恒流源对共模信号在T4，T6的集电极输出方向相同， 使流向T16的基极的共模信号为零，所以抑制了共模信 号，使共模放大倍数为零。
1、偏置电路
基准电流
IR
5
2V cc 1 . 4 R5
1）T12，T13构成镜像电流源，由T13的集电极IC13向中间 有放大电路及输出级电路提供电流，IC13的大小等于基 准电流。
2)T10，T11构成微电流源，IC10可由微电流源的计算式求 得。 UT IR 26 580
Vcc 12 V I C 10 ln ln 26 . 7 A 27 A Re I C 10 3 26 . 7
三、 集成运算放大器的电压传输特性
集成运放在电路中的符号 或