第四章 集成运算放大器(36)
第4章-掌握集成运算放大器ppt课件(全)全篇
2 B
B1 B2
☆ 输入偏置电流IB是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志
4.1.3 集成运放大器的主要参数
1. 输入误差特性
➢ 输入失调电流IOS
定义：零输入时，两输入偏置电流IB1、IB2之差称为输入失调电流， 即IOS =|IB1IB2|。
IOS反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望IOS越小越好。 普通运放的IOS约为1nA0.1A。
✓UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；
✓输入偏置电流 IIB = 0； ✓- 3 dB 带宽 fH = ∞ ，等等
4.1.4 集成运放的理想化模型
2. 理想运放的工作特性
理想运放的电压传输特性如图10-5所示。它分为线性区和非线
性区。
➢线性区
当理想运放工作于线性区时，VO=Ad(VPVN)， 而Ad，因此VP VN) =0、VP=VN，又由输入电阻 Rid可知，流进运放同相输入端和反相输入端的
uO
+UOP
P
理想特 性
电流IP、IN为IP = IN =0；可见，当理想运放工作于线 性区时，同相输入端与反相输入端的电位相等，流 进同相输入端和反相输入端的电流为0。 IP = IN =0就 是VP和VN两个电位点短路，但是由于没有电流， 所以称为虚短路，简称虚短；而IP = IN =0表示流过 电流IP 、 IN的电路断开了，但是实际上没有断开， 所以称为虚断路，简称虚断。
4.1.3 集成运放大器的主要参数
2. 开环差模特性参数
➢-3dB带宽
定义：输入正弦小信号时， Aod是频率的函数，随着频率的增 加而下降。当下降3dB时所对应的信号频率称为-3dB带宽。一般运 放的-3dB带宽为几Hz几kHz，宽带运放可达到几MHz。
第4章-集成运算放大器电路PPT课件
.
22
模拟电子技术基础
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
出所需的电阻R2。例如，已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时，
则R2为
R21 20 6 1 1 0 06 3ln11000 10k2
如果VCC=15V，要使Ir=1mA,则Rr≈15kΩ。
由此可见，要得到10μA的电流，在VCC=15V时，采 用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27kΩ。如 果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5MΩ。
模拟电子技术基础
第四章
集成运算放大器 电路
.
1
本章重点：
➢集成运放的组成原理 ➢镜像电流源电路 ➢比例电流源电路
本章难点：
➢电流源电路的分析
模拟电子技术基础
.
2
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述 4.2 电流源电路 4.3 集成运放电路举例
.
3
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述
Rb
βib
rbe1
rce1 rce2
RL
A .u1(rcR 1e b / r /crb 2 e1 /eR /L)R b1 R rL b1e
.
30
模拟电子技术基础
有源负载差分放大电路
T3
T4
+
T1
T2
ui -
-VEE
+VCC RL
iC 3 iC 4 iC1 iC 2 iC 3 iC1 iO iC 4 iC 2 2iC1
电压与输出电压之间的相位关系。
uP
uN
Aod
uO
反相输入端
电压传输特性 uOf(uPuN)
教学课件第四章集成运算放大器
▪ 波形:随时间变化的曲线.
▪ 曲线
函数
▪ 信号发生器电路原理:只要用电子电路实现一个 函数运算就可以达到信号发生的目的.
▪ 函数发生器:能够产生多种信号的仪器设备.
▪ 发生振荡时电路中的信号是周期性时间信号.
6-2-1 信号发生电路的基本原理
▪ 工作原理:以信号 的数学表达式为 主,通过电路实现 信号输出.
u-= u+= ui 虚开路
虚开路
uo ui ui
R2
R1
uo
(1
R2 R1
)ui
Au
uo u1
1 R2 R1
反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。
1、电路的行为特性分析
▪ 同相放大器具有信号电压的放大能力
▪ 电压放大倍数大于或等于1
uo
(1
R2 R1
)ui
Au
uo u1
1 R2 R1
▪ 根据运算放大器的实际参数确定电阻的阻 值范围
V1=VI，Z1=R1，Z2=RF，V2=0， Z3=R2，Z4=∞
▪ 代入上式：VO=（R1+RF）/R1*∞/（∞+R2） *0-RF/R1*VI
▪ VO=-（RF/R1）*VI ▪ 输入与输出信号相位相反，叫反相器。
▪ 反相器放大倍数可以大于1，也可以小于1。
消除偏置电流产生的误差：R= R1R2/(R1+R2)若A 大于10则可近似认为R= R1R2/(R1+R2)=R1
R的作用是对输入端偏置电流所引起的电压起平衡 作用，以保证输入失调电压在器件允许的范围内。
▪ 2）对运算放大器的要求 ▪ 确定在什么情况下可以为理想运算放大器： ▪ 放大倍数远小于1时，则Vi<Vo,器件工作在
集成运算放大器
量精度的影响
在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可
4 非常方便的完成信号放大、信号运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、信号的处理
(滤波、调制)以及波形的产生和变换
集成运算放大器
01.
集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合.运算放大器在电路中发挥重要的 作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面 扮演重要角色
02.
在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电 电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题
-TLeabharlann ANKS载的电源为可变电压电源，R1负载的电流也是保持固定不变，达到恒流的效果
2 1.9 热电阻测量电路
电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路，其测量思路为：将 1-10mA 的恒流源加于负载，将会在负载
3
上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整(信号放大或衰减)，最后 将信号送入 ADC 接口。该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并 TVS，但要注意节电容对测
1.6 滤波器
集成运算放大器
由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器，其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特 性，而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频 特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端 串入了输入电容Cin，为了不影响电路的幅频特性，要求这个电容是 C1的100倍以上，如果滤波器还 具有放大作用，则这个电容应是C1的1000倍以上，同时，滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏 置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容
1.3 数字信号处理
模电课件第四章集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
集成运算放大器的组成及各组分功能叙述
集成运算放大器的组成及各组分功能叙述集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种高增益、差分输入、单端输出的电子放大器。
它由多个晶体管、电阻、电容等元件组成，通过集成电路技术将这些元件集成在一块芯片上。
集成运算放大器广泛应用于模拟电路中，具有放大、滤波、积分、微分等功能。
集成运算放大器的组成主要包括差分输入级、差动放大级、输出级和电源级等组分。
差分输入级是集成运算放大器的第一级，它由两个晶体管组成。
其中一个晶体管的基极接收输入信号，另一个晶体管的基极接收反向输入信号。
差分输入级的主要功能是将输入信号转换为差分信号，以便后续的差动放大。
差动放大级是集成运算放大器的核心部分，它由多个晶体管组成。
差动放大级的输入端接收差分信号，经过放大后输出到输出级。
差动放大级的主要功能是放大差分信号，同时具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
输出级是集成运算放大器的最后一级，它由一个晶体管和一个负反馈电阻组成。
输出级的输入端接收差动放大级的输出信号，经过放大后输出到外部负载。
输出级的主要功能是将差动放大级的输出信号放大到足够的幅度，以驱动外部负载。
电源级是集成运算放大器的电源部分，它由多个晶体管和电阻组成。
电源级的主要功能是为差动放大级和输出级提供稳定的工作电压，以保证集成运算放大器的正常工作。
除了以上主要组分外，集成运算放大器还包括偏置电流源、偏置电压源、补偿电容等辅助组分。
偏置电流源用于提供差动放大级的偏置电流，以保证差动放大级的工作点稳定。
偏置电压源用于提供差动放大级的偏置电压，以保证差动放大级的工作在线性区。
补偿电容用于提供频率补偿，以保证集成运算放大器在高频时具有稳定的增益。
集成运算放大器的各组分功能可以总结如下：1. 差分输入级：将输入信号转换为差分信号。
2. 差动放大级：放大差分信号，并具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点。
3. 输出级：将差动放大级的输出信号放大到足够的幅度，以驱动外部负载。
集成运算放大器的主要知识点
-
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大学生活即将结束，在此，我要感谢所有老师和一起成长的同学，是你们 大学生涯给予了极大的帮助。本论文能够顺利完成，要特别感谢我的导师
感谢您的耐心指导，您辛苦了！
建立时间：这是指运放达到稳定输出所需的时间。建立时间对于需要快
集成运算放大器的主要知识点
压摆率：这是指运放在大信号输入时的最大 输出电压变化率。压摆率决定了运放在大信 号应用中的性能
输入阻抗：这是指运放在输入端的电阻抗。 输入阻抗通常很高，可以与传感器等低阻抗 电路直接连接
电源抑制比：这是指运放在电源电压变化时 保持稳定性能的能力。电源抑制比越高，电 源电压变化对运放性能的影响越小
放大级：这一级通常包含一个或多个放大器，用于将差分输入级的微小 。放大级的输出是整个运放的输出信号
集成运算放器的主要知识点
以上就是集成运算放大器的主要知识点。理解和掌握这些知识点有助于深 电子元件的性能和应用 除了上述提到的知识点，集成运算放大器还有一些重要的特性需要理解
频率响应：这是指运放在不同频率下的增益和相位响应。运放的频率响 部电路的RC时间常数决定
集成运算放大器的主要知识点
目录
集成运算放大器的主要知识点
集成运算放大器(通常简称为运放)是一种集成电路，它包含三个基本组成 级、放大级和输出级。以下是对这些组成部分的详细解释
差分输入级：这是运放的两个输入端，通常称为"非反向输入端"(同 反向输入端"(反相输入端)。这两个输入端之间的电压差异是运放的
失调电压漂移：这是指运放在温度变化时失
最大功耗：这是指运放 功耗。超过这个功耗可 降
共模抑制比：这是指运 的共模干扰抑制能力。 放在存在共模干扰时性
集成运算放大器的应用基础知识讲解
Auf
uo ui
RF R1
if RF
当 RF R1 时，uo ui ， 即 Auf 1 ，该电路就成了反
ui R1 i1 Rp
Δ
∞
－ +
uo
相器。
+
图中电阻 Rp 称为平衡 电 阻， 通 常取 Rp R1 // RF ， 以
保证其输入端的电阻平衡，从
而提高差动电路的对称性。
图示电路既能提高输入电阻，也能满足一定放大倍数的要求。 根据运放工作在线性区的虚短和虚断两条分析依据，可以推出 图4-2所示电路的闭环电压放大倍数为：
R2
R1
R1
∞
－
R3
A1 +
Δ Δ
R2
∞
－
ui1
+
uo1
R4
A2 +
uo
ui1
+
解：电路由第一级的同相比例运算电路和第二级的减法运
算电路级联而成。
uo1
1
R2 R1
ui1
uo
R1 R2
uo1
1
R1 R2
ui2
R1 R2
1
R2 R1
ui1
1
R1 R2
ui2
1
R1 R2
ui2
ui1
图6.1 集成运放的传输特性
• 理想运放工作在非线性区时，由于 rid=ric=∞，而输入电压总是有限值，所以不 论输入电压是差模信号还是共模信号，两个 输入端的电流均为无穷小，即仍满足“虚断” 条件：
• i+=i-≈0
• 为使运放工作在非线性区，一般使运放 工作在开环状态，也可外加正反馈。
第四章集成运算放大器
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
2. 集成运放非线性工作（饱和状态）的特点
• （1） 当 u+ ＞u－时：uo = + UO(sat)
• （等2，）即集“成虚当运短u放+”＜两的u个－结时输论：入不端u一o电=定－压成Uu立O+与(s。atu)－不一定相 • （3）集成运放输入电流仍等于零。尽管两个输入
dui dt
▲平衡电阻:
Rf
ui
+ uC－ if
i1 C u－
－
△
∞ +
uo
R2 u+ +
(a) 电路
ui
Ui
0
uo
0
t
t
(b) 波形
R2 = Rf
第四章 集成运算放大电路
第二节 模拟信号的运算电路
上述的基本微分电路存在如下的缺点： ①输出端可能出现输出噪声淹没微分信号的现象；
②由于电路中的反馈网络构成的 RFC 滞后环节，它与集成运算放大
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 集成运算放大器基本内部组成可分为输入 级、中间级、输出级和偏置电路四个基本 组成部分。
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 1．输入级 • 采用差分放大电路构成。具有对称性好、输入电阻高、可以有效
减小零点漂移、抑制干扰信号等优点，因此可以有效放大有用信 号。 • 2．中间级 • 为整个电路提供足够大的电压放大倍数。一般采用共射级放大电 路，集电极电阻用晶体管恒流源代替，恒流源的动态电阻很大， 可以获得较高的电压放大倍数。 • 3．输出级 • 输出级与负载连接，主要作用是提供足够的输出功率（即足够大 的电流和电压）以满足负载的需要。要求其输出电阻低，带负载 能力强。一般由射级输出器或互补对称电路构成。 • 4．偏置电路 • 为整个电路提供稳定的和合适的偏置电流。偏置电路是由各种恒 流源电路组成。还有过载保护电路，可以防止输出电流过大时将 运放烧坏。
集成运算放大器及其应用.ppt
T
RF是反馈电阻
通过RF实现了直流负反馈。
RF
Ii U + i U S
RS +
+T I b U be RL
+
If Ic
U o
RF C1 + RS uS + -
+UCC
RC
T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
ui
RL
uo
RF
Ii U + i U S
X i
A
X o
X X i + × d - Xf
A
F
X o
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
：输入信号 X i ：输出信号 X
o
带负反馈的放大电路， 不仅包含基本放大电路A， 还包含反馈电路F， F多数由电阻元件组成。 注意：
：反馈信号 X f ：差值信号或净输入信号 X
+T I b U be RL
+
If Ic
从放大电路的输入端 看：反馈电流与输入电流 并联，所以为并联反馈。
U o
从放大电路的输出端看：
U U U o o be I f RF RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
d
这里的各信号 可以是电压 也可以是电流 X X X d i f
若X d X i X f
（三者同相位）
则X d X i
反馈信号削弱了净输入信号，所以为负反馈。
第四章 集成运算放大电路
2. 最大输出电压 op-p 最大输出电压U
Uo / V － 10 Uid ＋ ∞ ＋
－0.4
－0.2 －0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 Uid / mV
－0.3
－10 线性区
集成运放的传输特性
3. 差模输入电阻 id 差模输入电阻r rid的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号 源索取电流的大小。要求rid愈大愈好, 一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧, 故输入级常采用场效应管来 提高输入电阻rid。 F007的rid=2 M 。认为理想集成运 放的rid为无穷大。
动态时，加入差模信号uid，根据差分放大电路的特点， T1 管的集电极电流在静态电流IC1的基础上增加了∆iC1，T2管的集 电极电流在静态电流IC2的基础上减小了∆iC2，∆iC1=-∆iC2。 由于 iC4 和 iC1 是 镜 像 关 系 ， ∆iC4=∆iC1 ， 因 此 ∆io=∆iC4-∆iC2=∆iC1-(∆iC1)=2∆iC1。 可见这个电流值是单端输出电流的两倍， 即等于 差分放大电路双端输出时的电流值。因此，用电流源作为差分 放大电路的有源负载，可将双端输出信号“无损失”地转换成 单端输出信号。
若电路中有共模信号输入，T3 管和T4 管的集电极电流相等 (忽略T7管的基极电流)，T3管和T5管的集电极电流相等，又由于 R1=R3，因此T6管的集电极电流和T5管的集电极电流相等， 如此 推来，T6管和T4管的集电极电流相等，而T16管的基极电流为T4 管和T6管的集电极电流之差，所以T16管的基极电流近似为零， 可见共模信号输出为零，电路具有较高的抑制共模信号的能力。
2. 偏置电路 偏置电路由T8~T13、电阻R4和R5组成。其中T10、T11、 T12 和R4、R5构成主偏置电路，该电路中R5上的电流是F007偏置电 路的基准电流，由图可知
第四章集成运算放大器
集成运放的基本组成
右图是运算放大器 的电路符号。它有两个 输入端和一个输出端。 反相输入端标“-”号， 同相输入端标“+”号。 输出电压与反相输入电 压相位相反，与同相输 入电压相位相同。此外 还有两个端分别接正、 负电源，有些集成运放 还有调零端和相位补偿 端。在电路中不画出。
二. 集成运算放大器的使用
⑵两个输入端的输入电流近似为零， 即Ii≈0 因为ri→∞，所以Ii=（u+-u-)/ri=0。 上面两个结论，虽然是从理想运放 的特性得到的，但比较符合实际情况， 因此，对于各种实际的集成运放电路， 可以用理想模型进行分析、计算，这样 可使电路的分析大大地简化，同时也不 影响结果。
第二节 运算放大器的基本电路
三. 对数和反对数运算电路
1. 对数运算电路 以二极管代替反相放大器中的反馈电 阻RF，即可构成对数运算放大电路。 二极管PN结的正向电流为： UT=26mV，i1=ui/R1，理想运放，i1=iD，因此 两边取对数，又uo=-uD，则
上式说明，电路的输出电压与输入电压 的对数成正比关系。 实际电路中，常用三极管的发射结代替 二极管。该电路只适用于ui>0的情况，若 ui<0，则需将二极管两极对调连接。 这个电路的主要缺点是受温度影响很大， 其次是小电流和大电流时误差较大。对数运 算放大电路在生物医学仪器中应用较多，但 实际电路较复杂。
3.保护 ①输入端保护是当输入端所加的电压过高时 会损坏输入级的晶体管。在输入端处接入两 个反向并联的二极管，将输入电压限制在二 极管的正向压降以下；
②输出端保护是为了防止输出电压过大，可利用稳 压管来保护，将两个稳压管反向串联，将输出电压 限制在±(Uz+UD)的范围内，其中，Uz是稳压管的稳 定电压，UD是它的正向管压降；
集成运算放大器的工作原理
集成运算放大器的工作原理集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种常见的电子元器件，广泛应用于各种电路中。
它的主要功能是放大电压信号，同时具备输入阻抗高、输出阻抗低、增益稳定等特点。
本文将从工作原理的角度来介绍集成运算放大器。
我们要了解集成运算放大器的基本构成。
一个典型的Op-Amp主要由差分放大器、电压级移电路以及输出级组成。
差分放大器是Op-Amp的核心部分，负责放大输入信号。
电压级移电路用于调整放大后的信号的直流偏置，使其适合输出级处理。
输出级则将放大后的信号进行进一步增强，以便驱动外部负载。
那么，Op-Amp是如何工作的呢？首先，我们需要了解差分放大器的原理。
差分放大器由两个输入端口（非反相输入端口和反相输入端口）和一个输出端口组成。
当在非反相输入端口和反相输入端口之间加上一个差动输入电压时，差分放大器会对这个电压进行放大，并输出一个放大后的电压。
这个放大倍数称为差分放大器的增益。
在差分放大器中，输入信号被分成两部分，一部分通过非反相输入端口进入，另一部分通过反相输入端口进入。
当非反相输入端口的电压高于反相输入端口时，输出端口的电压会增大；反之，当非反相输入端口的电压低于反相输入端口时，输出端口的电压会减小。
这就是差分放大器的放大作用。
差分放大器的输出电压与输入电压之间的差异被称为差模信号。
在差模信号较小时，差分放大器的增益基本稳定，可以近似看作一个理想放大器。
这也是Op-Amp的主要特点之一，即增益稳定。
在Op-Amp内部，还有一个电压比较器，用于将输入信号转换成数字信号。
当输入电压超过一定阈值时，电压比较器会输出高电平；反之，当输入电压低于一定阈值时，电压比较器会输出低电平。
通过这种方式，Op-Amp将模拟信号转换成数字信号，以便进一步处理。
Op-Amp的输入阻抗很高，输出阻抗很低。
输入阻抗高意味着输入信号源不会受到太大的影响，可以减少信号源的负载效应。
集成运算放大器原理
集成运算放大器原理
集成运算放大器是一种非常重要的电子元器件，广泛应用于各种
电子设备中。
它的主要功能是将输入信号放大并输出到下一个电路中。
这个元器件的设计原理非常重要，它涉及到电路中信号的放大、滤波、运算等核心技术。
下面我将为您详细介绍集成运算放大器的原理和应用。
集成运算放大器通常由一个差分放大器、一个级联放大器和一个
输出级组成。
可以通过外部输入和负反馈电阻对其进行调整和控制。
在差分放大器中，两个输入端口接收到不同的电压信号，并生成
其差值。
该差异信号随后被传输到级联放大器和输出级中，进行放大
及反馈扩展。
通过反馈电阻的调整，可以改变差分放大器的放大倍数，并且还
可以使信号输出稳定。
反馈电阻的大小决定了放大器的总增益和带宽，同时也决定了集成运算放大器的灵敏度和稳定性。
集成运算放大器的应用非常广泛，常见的包括：模拟电路、数字
电路、信号分析、过滤器、振荡器、放大器、比较器等。
它们在各种
电子设备中都起着至关重要的作用。
总之，集成运算放大器是一种非常重要的电子元器件，能够在电
路中起到信号放大、滤波、运算等核心功能。
它的设计原理和应用技
术非常重要，是广泛应用于各种电子设备的必备元件之一。
第四章差动与集成运算放大电路
其中R′L=Rc∥(1/2RL)。这里R′L≠Rc∥RL，其原因是由于两 管对称，集电极电位的变化等值反相， 而与两集电极相连的
RL的中点电位不变，这点相当于交流地电位。因而对每个单管 来说， 负载电阻（输出端对地间的电阻）应是RL的一半，即
RL/2，而不是RL。
差动放大器对共模信号无放大，对差模信号有放大，这意 味着差动放大器是针对两输入端的输入信号之差来进行放大的，
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
如图4.1.1（b）所示。不过，若采用图4.1.1（b）所示电路， 后级的集电极电位逐级高于前级的集电极电位，经过几级耦合 之后， 末级的集电极电位便会接近电源电压，这实际上也是限 制了放大器的级数。
所谓零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号不为零， 而是一个随时间漂移不定的信号。零点漂移简称为零漂。产生 零漂的原因有很多，如温度变化、电源电压波动、晶体管参数 变化等。其中温度变化是主要的，因此零漂也称为温漂。 在阻 容耦合放大器中，由于电容有隔直作用，因而零漂不会造成严 重影响。但是，在直接耦合放大器中，由于前级的零漂会被后 级放大，因而将会严重干扰正常信号的放大和传输。比如，图 4.1.1所示直接耦合电路中，输入信号为零时（即ΔUi=0），输 出端应有固定不变的直流电压Uo = UCE2。
所示。
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
由图4.1.4（a）可以看出，当差动放大器输入共模信号时， 由于电路对称，其输出端的电位Uc1和Uc2的变化也是大小相等、 极性相同，因而输出电压Uoc保持为零。可见，在理想情况下 （电路完全对称），差动放大器在输入共模信号时不产生输出 电压，也就是说，理想差动放大器的共模电压放大倍数为零， 或者说，差动放大器对共模信号没有放大作用，而是有抑制作 用。实际上，上述差动放大器对零漂的抑制作用就是它抑制共 模信号的结果。因为当温度升高时，两个晶体管的电流都要增 大，这相当于在两个输入端加上了大小相等、 极性相同的共模 信号。换句话说，产生零漂的因素可以等效为输入端的共模信 号。显然，Ac越小，对零漂的抑制作用越强。
第四章 集成运算放大电路
（输出级偏臵的一部分；中间级的有源负载。）
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§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输入级
T1—T4：CC-CB差动放大
偏置电路
各部分的作用： 1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用双端输入的差放电路。
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§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
集成运放符号： 电压传输特性：
uo f (uP uN )
同(反)相输入端是指运放的输入电 压与输出电压的相位关系。 可以认为集成运放是双端输入、单 端输出的差放电路。
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集成运算放大器的符号和基本特点
3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid u+ – u– = uo/Aud 0 2) i+ i– 0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0 1) u+ u–(虚短)
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§4-3．集成运放电路简介
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§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏臵电路 T12、R5、T11：主偏臵—R5中电流为基准电流
Im 2VCC U EB12 U BE11 0.73mA R5
T10、T11：微电流源
T8、T9：镜像电流源
T12、T13：镜像电流源
（输入级偏臵）
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IR
Re2的作用：增大IE2，提高β。
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源 工作点稳定，输出电阻大。
I C2
2 (1 2 )IR IR 2 2
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§4-2．集成运放中的电流源电路
第4章集成运算放大器习题解答
第4章集成运算放⼤器习题解答第四章习题参考答案4-1 什么叫“虚短”和“虚断”？答虚短：由于理想集成运放的开环电压放⼤倍数⽆穷⼤，使得两输⼊端之间的电压近似相等，即-+≈u u 。
虚断：由于理想集成运放的开环输⼊电阻⽆穷⼤，流⼊理想集成运放的两个输⼊端的电流近似等于零，即0≈=-+i i 。
4-2 理想运放⼯作在线性区和⾮线性区时各有什么特点？分析⽅法有何不同？答理想运放⼯作在线性区，通常输出与输⼊之间引⼊深度负反馈，输⼊电压与输出电压成线性关系，且这种线性关系只取决于外部电路的连接，⽽与运放本⾝的参数没有直接关系。
此时，利⽤运放“虚短”和“虚断”的特点分析电路。
理想运放⼯作在⾮线性去（饱和区），放⼤器通常处于开环状态，两个输⼊端之间只要有很⼩的差值电压，输出电压就接近正、负电压饱和值，此时，运放仍具有“虚断”的特点。
4-3 要使运算放⼤器⼯作在线性区，为什么通常要引⼊负反馈？答由于理想运放开环电压放⼤倍数∞=uo A ，只有引⼊深度负反馈，才能使闭环电压放⼤倍数FA 1u =，保证输出电压与输⼊电压成线性关系，即运放⼯作在线性区。
4-4 已知F007运算放⼤器的开环放⼤倍数dB A uo 100=，差模输⼊电阻Ω=M r id 2，最⼤输出电压V U sat o 12)(±=。
为了保证⼯作在线性区，试求：（1）+u 和-u 的最⼤允许值；（2）输⼊端电流的最⼤允许值。
解（1）由运放的传输特性5o uo 1012===++u u u A 则V 102.1101245--+?===u u（2）输⼊端电流的最⼤允许值为A 106102102.11164id --+?=??==r u I 4-5 图4-29所⽰电路，设集成运放为理想元件。
试计算电路的输出电压o u 和平衡电阻R 的值。
解由图根据“虚地”特点可得0==+-u u图中各电流为601.01--=u i 305.02---=u i 180o f u u i -=- 由“虚断”得f 21i i i =+以上⼏式联⽴，可得V 7.2o =u平衡电阻为Ω==k R 18180//60//30图4-29 题4-5图4-6 图4-30所⽰是⼀个电压放⼤倍数连续可调的电路，试问电压放⼤倍数uf A 的可调范围是多少？图4-30 题4-6图解设滑线变阻器P R 被分为x R 和x P R R -上下两部分。
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第四章集成运算放大器运算放大器简称运放，它是一种高增益直流放大器，因最初用于模拟计算机中进行各种数学运算而得名。
如果将整个运算放大器制在一小块硅片上，就成了集成运算放大器。
集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点，在电子技术中的应用非常广泛。
§4-1 集成运放的组成与性能一、集成运算放大器的组成1.集成运放的基本组成及各组成部分的特点和作用a.集成运放的组成方框图如图4-1(a)所示。
b.各组成部分的特点和作用：(1)输入级一般采用差动放大电路，其特点是输入阻抗高、零漂小、抗共模干扰信号的能力强。
(2)中间级一般由共发射极放大电路构成，其主要作用是进行高增益的电压放大。
(3)输出级一般由互补对称电路或射极跟随器构成，其特点是输出阻抗低、带负载的能力强、能够输出足够大的电压与电流。
(4)偏臵电路一般由各种恒流源电路构成，其作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏臵电流，决定各级的静态工作点。
(5)为防止输入信号过大或输出端短路，在集成运放中还设臵有过电流保护电路。
2.集成运放的电路符号a.集成运放的电路符号如图4-1(b)所示。
箭头所指方向是信号的正向传输方向;“∞”表示放大倍数很大;它有两个输入端，一个是同相输入端、一个是反相输入端，输出端的电压相位与同相输入端的相同。
b.在集成运放的电路符号中，一般没有将正、负电源的连接端以及调零端、相位补偿端画出来。
但在实际电路中这些端子都是非常重要的。
c.在应用集成运放时，重要的是掌握它各个管脚的用途及它的主要性能指标，至于它内部电路的结构如何，可以不去关注。
3.集成运放的分类：常用的集成运放有通用型、低功耗型、高精度型、高输入阻抗型、高速型、宽带型和高压型等。
各种集成运放的性能详见教材的附录四。
二、集成运算放大器的主要性能指标为了正确挑选和使用集成运放，需对集成运放的主要性能指标有所了解。
1.输入失调电压U IO：a.理想集成运放无失调，实际集成运放存在失调现象（即输入的零时，输出不为零）。
b.输入失调电压U IO的定义：为了使集成运放的输出电压为零，而加在其输入端的直流补偿电压（输入这个直流补偿电压后，输出电压将为零），叫做集成运放的输入失调电压U IO。
（UIO＝U os/A ud，U os是输入电压为零时的输出电压，A ud为集成运放的电压增益。
）c. U IO的大小反映了差动输入级的对称程度，U IO越大，集成运放的对称性越差。
2.输入失调电流I IO：a. I IO就是无输入信号时，两个输入端的静态电流I＋与I－之差，即I IO＝I＋－I－。
b. I IO是由差动输入级两个晶体管的β值不一致而引起的。
3.开环电压增益A ud：a.定义：运放开环运用（无外接反馈电路）时。
b.运放的电压增益一般都很大。
4.差模输入电阻r id和开环输出电阻r o：a.差模输入电阻r id：(1)定义：r id是运放输入差模信号时，从两个输入端看进去的等效电阻，其值越大越好。
(2)双极型晶体管输入级的r id值为104～106Ω，单极型场效应管输入级的r id值可达109Ω以上。
b.开环输出电阻r o：r o是运放开环运用时，从输出端与地之间看进去的等效电阻，一般在几百欧姆之内。
5.共模抑制比K CMRRa.定义：K CMRR＝︱A ud/A uc︱. （开环时）b. K CMRR越大，抗共模干扰的能力越强。
6.其他性能指标：a.转换速率;b.静态功耗;c.最大共模输入电压;d.电源电压。
三、集成运放的理想模型1.集成运放的理想化条件：开环电压增益A ud→∞，差模输入电阻r id→∞，开环输出电阻r o→0，共模抑制比K CMRR→∞，运放无零漂且特性不随温度而变化。
将集成运放理想化，既可使电路的分析和计算大为简化，又能与实际比较贴近。
图4-2分别画出了理想运放和实际运放的传输特性，由图可知，运放有两个工作区——线性区和饱和区。
2.理想运放工作在线性区的两个重要特点——“虚短”与“虚断”a. 虚短的概念：(1)当运放工作在线性区时，其两个输入端的差模电压为 u+－u－＝u O /A ud∵ A ud →∞，而u o 是有限的 ∴ u+－u－≈0 即因此，运放的两个输入端可以认为是虚连接的，称为“虚短”。
(2)当运放的一个输入端接地时，另一个输入端的电位会近似为零，这称之为“虚地”。
b.虚断的概念：∵ 理想运放的差模输入电阻rid →∞∴即，从理想运放两个输入端流进、流出的电流近似为零，称为“虚断”。
3.理想运放工作在饱和区的主要特点a .理想运放工作在饱和区时，输出电压与输入电压之间不再满足线性关系，输出电压只能取两个饱和值：+U o(sat)或－U o(sat)。
当u +＞u －时，u O = +U o(sat)当u +＜u －时，u O =－U o(sat)b.因为理想运放的差模输入电阻rid →∞，所以理想运放工作i +＝i －≈0。
小结：理想运放工作在线性区时，虚短与虚断同时成立; 理想运放工作在饱和区时，虚短不成立，但虚断仍然成立。
“虚短”、“虚断”虽然是从理想运放的特性得出的，但也与实际情况比较符合。
因此，对于实际的集成运算放大器，也可以用理想模型来进行分析和计算，这样可使电路的分析大大地简化。
作业 P97：4-1，4-6（修改要求），4-9§4-2 基本运算放大器一、反相比例运算放大器 1.反相比例运算放大器a.电路结构如图4-3所示。
电路的特点是：输入电压u I 经电阻R 1从反相输入端输入;输出端经电阻R F 与反相输入端相连;运放的两个输入端是静态对称的，R 2＝R 1∥R F 。
b. 反相比例运算放大器的闭环电压放大倍数：根据虚短、虚断可得[因为电路引入了深度负反馈，运放工作在线性区，因此虚短、虚断同时成立。
所以有 i 1 = i f ＋i ≈i f ，u －≈u +≈0，又i 1＝(u I －u －)/R 1＝u I / R 1 ，i f ＝(u －－u O )/R F ＝－u O /R F]c.几点讨论：(1)A uF 只与外接电阻R 1、R F 有关，而与集成运放本身参数无关，只要电阻值足够精确，则u O 与u I 成高精度的比例关系。
(2)当R F ＝R 1时，u O ＝－u I ，电路成了反相器。
(3) 反相比例运算放大器是一种电压并联负反馈放大电路。
（判断反馈类型）(4)该反相比例运算放大器的输入电阻是R 1。
d.使用中的局限：(1)当信号源内阻R s 达到数千欧时，这个电路难以获得高增益（R 1、R F 的取值有一定的限制）。
(2)该电路的输入电阻较小（并联负反馈电路），不能应用于高内阻的信号源。
（因此，实际中多采用如下改进电路。
） 2.高增益反相放大器 a.电路如图4-4所示，反馈电压u F 从分压电阻R 3与R 4的连接点引出，该电路仍是一个电压并联负反馈电路。
b.闭环电压放大倍数： 若R F ＞＞ R 4（即流经R 3与R 4的电流近似相等），并由虚短、虚断可推得：（∵ R F ＞＞ R 4， i 1 = i f ＋i ≈i f ， u －≈u +≈0，∴O 434F u R R R u ⋅+= , F F1I 00R u R u -=- , II431F I F 443I O F u )1(u u R R R Ru u R R R u u A ⋅+⋅-=⋅+== ） 虽然R F 、R 1的取值有一定的限制，但R 3/R 4可以取得很大，因此这个电路可以获得很高的电压增益。
【例4-1】（自学）二、同相比例运算放大器1.电路如图4-5所示。
该电路与反相放大器的不同之处是：R 1端接地，输入电压经R 2从同相输入端输入。
2.闭环电压放大倍数：由虚短、虚断可推得[ ∵ i 1 = i f ， ∴FO10R u u R u -=--- ，又u －≈u +≈uI ， 故 F O I 1I R u u R u -=-，I 1F F O )11(u R R R u ⋅+=，1F I O 1R R u u += ]3.几点讨论 a. 放大器的特点：(1) A uF 只与外接电阻有关，故电路的稳定度和精度都很高。
A uF 为正，表示u O 与u I 同相，并且A uF ≥1（这一点与反相放大器不同，反相放大器的K F 可以小于1）。
(2)它是一个电压串联负反馈放大器，因此其输入电阻高、输出电阻低。
(3)由于u+＝u －≠0，共模输入信号大，故该电路的共模抑制比K CMRR 不太大。
b.电压跟随器：当R 1＝∞，R F ＝0时，A uF ＝1，电路成为电压跟随器。
【例题4-2】在如图4-6所示的运放电路中，当R F ＝2R 1，u I ＝－2V 时，试求输出电压u O ＝？【解】放大电路由A 1、A 2串行连接而成，其中A 1是电压跟随器，因此u O1＝u I ＝－2Vu O1就是A 2的输入电压，而A 2是反相比例运算放大器，因此u O ＝－(R F /R 1)〃u O1＝－(2R 1/R 1)〃(－2)＝4V 。
三、加、减运算放大器1.加、减运算放大器a.能够实现多个输入信号按各自不同的比例求和或求差的电路统称为加、减运算放大器，其基本电路如图4-7所示。
（若所有输入信号均作用于运放的同一个输入端，则可实现加法运算。
若一部分输入信号作用于运旋的同相输入端，而另一部分输入信号作用于运旋的反相输入端，则可同时实现加、减法运算。
）b.输出、输入电压的关系：(1)由虚断可得：522I 11I R u R u u R u u i ++++=-+-= FO44I 33I R u u R u u R u u i -=-+-=---- (2)设R +＝R 1∥R 2∥R 5 ，R －＝R 3∥R 4∥R F ，则上述两式可整理为：22I 11I R u R u R u +=++ ，FO44I 33I R u R u R u R u ++=-- ， (3)调节R 5使R +＝R － ，又由于u －≈u +（虚短），因此由上面两式可得：( R + = R － )即输出电压等于各输入电压按不同的比例相加或相减。
c.几点讨论：(1)如果R 1、R 2、R 3、R 4取不同的值，则各输入电压按权重进行加、减。
(2)如果R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝R F ＝R ，可以实现普通的加减运算：u o ＝(u I1 + u I2)－(u I3 + u I4)＊如果只从反相端并行输入信号，则u o ＝－(u I3 + u I4)＊如果只从同相端并行输入信号，则u o ＝(u I1 + u I2)＊输入端个数可以根据需要适当增减，剩余的输入端要接地。