集成运算放大器知识介绍
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偏置 电路
运算放大器方框图
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干 扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。
中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源 的共发射极放大电路构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载 能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成
9. 1. 2 差动放大电路
第9章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理； 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
9.1 集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有 抑制作用。
4. 输入和输出方式
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
源自文库
RE
ui2
–
+–EE
–
双端输入双端输出
双端输入单端输出 单端输入双端输出 单端输入单端输出
5. 共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模 信号的能力。
按功能 数字和模拟
9.1.1 集成运放的组成
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感 和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
输入级 中间级 输出级
O
饱和区
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = Uo+ u+< u– 时， uo = Uo-
4. 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理 想的运算放大器。理想化的主要条件：
1) 开环电压放大倍数 2) 开环输入电阻 3) 开环输出电阻 4) 共模抑制比
即共模信号对输出有影响 。
9.1.3 集成运放的工作原理
反相 输入端
1
ui+
T1
T2
2
同相 输入端
IS 输入级
T3 中间级
+UCC
T4 输出端
T5
3
+uo
输出级 -UEE
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC输出
RB
+UCC +
共模信号ui1 需要抑制–
RE
ui2
+–EE
–
(1) 共模信号 ui1 = ui2 = uic 大小相等、极性相同 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出
电压为零，即对共模信号没有放大能力。 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它
对零点漂移的抑制水平。
2. 信号输入 RB
+
RC + uo – RC T1 RP T2
共模抑制比 差模放大倍数
KCMR
Ad AC
KCM(RdB2)l0gA AC d(分 贝)
共模放大倍数
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制
共模信号的能力越强。
若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数
输出电压
Ac = 0 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid
若电路不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
实际特性
线性区
u+– u–
RB
+UCC +
差模信号ui1 是有用信–号
RE
ui2
+–EE
–
(2) 差模信号 ui1 = – ui2 大小相等、极性相反
uid = ui1 – ui2 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1 即对差模信号有放大能力。
(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV
可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV － 2 mV
例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV － 2 mV
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制 系统中是常见的。
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
9.1.3 集成运放的特性
1. 主要参数 1. 最大输出电压 UOM 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2. 开环差模电压增益 Auo
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
1、电路组成
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。 EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。 电位器 RP : 起调零作用。
2. 信号输入
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
3. 零点漂移的抑制
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
静态时，ui1 = ui2 = 0 uo= VC1 － VC2 = 0 当温度升高时ICVC （两管变化量相等） uo= (VC1 + VC1 ) － (VC2 + VC2 ) = 0
运算放大器方框图
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干 扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。
中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源 的共发射极放大电路构成。
输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载 能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成
9. 1. 2 差动放大电路
第9章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理； 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
9.1 集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有 抑制作用。
4. 输入和输出方式
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
源自文库
RE
ui2
–
+–EE
–
双端输入双端输出
双端输入单端输出 单端输入双端输出 单端输入单端输出
5. 共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模 信号的能力。
按功能 数字和模拟
9.1.1 集成运放的组成
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感 和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
输入级 中间级 输出级
O
饱和区
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = Uo+ u+< u– 时， uo = Uo-
4. 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理 想的运算放大器。理想化的主要条件：
1) 开环电压放大倍数 2) 开环输入电阻 3) 开环输出电阻 4) 共模抑制比
即共模信号对输出有影响 。
9.1.3 集成运放的工作原理
反相 输入端
1
ui+
T1
T2
2
同相 输入端
IS 输入级
T3 中间级
+UCC
T4 输出端
T5
3
+uo
输出级 -UEE
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC输出
RB
+UCC +
共模信号ui1 需要抑制–
RE
ui2
+–EE
–
(1) 共模信号 ui1 = ui2 = uic 大小相等、极性相同 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出
电压为零，即对共模信号没有放大能力。 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它
对零点漂移的抑制水平。
2. 信号输入 RB
+
RC + uo – RC T1 RP T2
共模抑制比 差模放大倍数
KCMR
Ad AC
KCM(RdB2)l0gA AC d(分 贝)
共模放大倍数
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制
共模信号的能力越强。
若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数
输出电压
Ac = 0 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid
若电路不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
实际特性
线性区
u+– u–
RB
+UCC +
差模信号ui1 是有用信–号
RE
ui2
+–EE
–
(2) 差模信号 ui1 = – ui2 大小相等、极性相反
uid = ui1 – ui2 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1 即对差模信号有放大能力。
(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV
可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV － 2 mV
例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV － 2 mV
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制 系统中是常见的。
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
9.1.3 集成运放的特性
1. 主要参数 1. 最大输出电压 UOM 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2. 开环差模电压增益 Auo
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
1、电路组成
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。 EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。 电位器 RP : 起调零作用。
2. 信号输入
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
3. 零点漂移的抑制
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
静态时，ui1 = ui2 = 0 uo= VC1 － VC2 = 0 当温度升高时ICVC （两管变化量相等） uo= (VC1 + VC1 ) － (VC2 + VC2 ) = 0