第5章 集成电路运算放大器及单元电路
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集成运放中的电流源汇总
特点：
1.
2.
电路简单，应用广泛；
要求IC1电流较大情况下，R 的功耗较 大，集成电路应避免； 要求IC1电流较小时，要求R 数值较大， 集成电路难以实现。
3.
若 2 ，I C I R
VCC U BE R
2. 比例电流源
VCC
U BE1 I E1 Re1 U BE2 I E2 Re2
I C4 T4
I
T2
I B1
Re2
Re3
Re4
I E1 Re1 I E2 Re2 I E3 R31 I REF Re1
I C2 I E2 I REF Re1 Re2
I REF Re1 I C3 I E3 Re3
I C4 I E4
I REF Re1 Re4
rbe
对于此电路Rc就是镜
像电流源的交流电阻，
电流源的交流电阻很大
放大管
因此增益比用电阻Rc作负载时大大提高了。
在温度变化情况下，比例电流源的输出电流IC2具有更高的温度稳定性。
3. 微电流源
要求提供很小的静态电流， 又不能用大电阻。
I C2 U BE1 U BE2 I E2 Re2 I C2 U T I E1 ln Re2 I E2
VCC
I REF
I C1 T1
R I B1 I B2
IC
2
I REF
VCC U BE 若 2 ，I C I R R VCC和R一定时，IC电流随之确定。
镜像电流源的温度补偿作用：
I C1 I C1 T I C0 I R U R ( I R R) U B I B
1.
2.
电路简单，应用广泛；
要求IC1电流较大情况下，R 的功耗较 大，集成电路应避免； 要求IC1电流较小时，要求R 数值较大， 集成电路难以实现。
3.
若 2 ，I C I R
VCC U BE R
2. 比例电流源
VCC
U BE1 I E1 Re1 U BE2 I E2 Re2
I C4 T4
I
T2
I B1
Re2
Re3
Re4
I E1 Re1 I E2 Re2 I E3 R31 I REF Re1
I C2 I E2 I REF Re1 Re2
I REF Re1 I C3 I E3 Re3
I C4 I E4
I REF Re1 Re4
rbe
对于此电路Rc就是镜
像电流源的交流电阻，
电流源的交流电阻很大
放大管
因此增益比用电阻Rc作负载时大大提高了。
在温度变化情况下，比例电流源的输出电流IC2具有更高的温度稳定性。
3. 微电流源
要求提供很小的静态电流， 又不能用大电阻。
I C2 U BE1 U BE2 I E2 Re2 I C2 U T I E1 ln Re2 I E2
VCC
I REF
I C1 T1
R I B1 I B2
IC
2
I REF
VCC U BE 若 2 ，I C I R R VCC和R一定时，IC电流随之确定。
镜像电流源的温度补偿作用：
I C1 I C1 T I C0 I R U R ( I R R) U B I B
讲义第5章集成运算放大电路
第5章集成运算放大电路（上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
）集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，这样的电子电路称为集成电路。
（集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运算放大电路。
）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。
（4）理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片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。
集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。
现在，运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念（1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。
集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
（2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
（可分为线性集成电路和非线性集成电路。
）②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。
③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。
（3）线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。
最新电子技术基础第五章集成运算放大器PPT课件
• 共模放大倍数为0。
A u c ( 单 u u o ic c ） 1 (1 b R r b ) e 2 R c ( )e 1 R e 2 - R R e ce
通用型集成电路运算放大器
集成电路运算放大器的主要参数
1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移
3.共模交流信号分析 :
(b)单端输出 （1）单端输出电压增益： 从左边输出和从右边输出完全相同
画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。
A u c ( 单 u u o ic c ） 1 (1 b R r b ) e 2 R c ( )e 1 R e 2 - R R e ce
输入电阻
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
接耦合方式而被逐级放大。电源电压波动也是原因之一
• 温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电
压值。
例
漂移
10 mV+100 uV
假设 AV1=100, A V2 =10A 0 V= 3 ,1。
若第一级漂移100 uV（已折合到输入端），
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂移 100 uV，
2.2 差模输入单端输出 (a)差模输入—单端输出(注意从哪边输出，左边)
2.2.1求差模电压放大倍数
A u c ( 单 u u o ic c ） 1 (1 b R r b ) e 2 R c ( )e 1 R e 2 - R R e ce
通用型集成电路运算放大器
集成电路运算放大器的主要参数
1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移
3.共模交流信号分析 :
(b)单端输出 （1）单端输出电压增益： 从左边输出和从右边输出完全相同
画交流通路时，单管射极电阻应为2Ree。
A u c ( 单 u u o ic c ） 1 (1 b R r b ) e 2 R c ( )e 1 R e 2 - R R e ce
输入电阻
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
接耦合方式而被逐级放大。电源电压波动也是原因之一
• 温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电
压值。
例
漂移
10 mV+100 uV
假设 AV1=100, A V2 =10A 0 V= 3 ,1。
若第一级漂移100 uV（已折合到输入端），
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂移 100 uV，
2.2 差模输入单端输出 (a)差模输入—单端输出(注意从哪边输出，左边)
2.2.1求差模电压放大倍数
集成运算放大器单元电路
偏臵电路－电流源电路。
电子科大 302
本章主要讨论对象
4
二 .集成电路中元件特点
①尺寸相同且图形一致的同类晶体管器件参数对称性好。 如 BJT: b 1=b2 , VBE1=VBE2 , rbe1= rbe2
②电阻 R =几十 W ~几十KW ,大阻值电阻占半导体芯片面 积大。 ③电容容量一般不超过100pF,大容量电容占半导体芯片面 积更大。
RE
ro
B 不变 I L I L RE V VBE I b I L
RE接入使 ro增大，电流源稳流特性得到提高。
电路缺点： IL 受直流电压源波动影响大；
电子科大 302
10
三. 常用分立元件电流源电路
A)基极电压稳定恒流源 基极电压VB= VZ ,不受电 源电压变化的影响。
VCC 2VBE ， IR = R
R IR
+VCC
IB3 IC3
电路特点为镜像误差较小
IC1
T1
2IB
若b =10时，k = 0.98。
电子科大 302
T2
17
2. 微电流源
镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）
的场合，若需要较小恒流值（例如微安级），可采用微 电流源电路。
VEB1 = VEB2 + IE2RE2
RB2 RS vS
RC1 T1 RE
RC2 T2
VCC
点漂移。该现象主要存在于 直接耦合电路中。
vo
产生零点漂移的主要原因是温度变化时，将引起放大 器输出端产生随温度变化的电压分量。前一级输出的变 化量被后面各级放大器逐级放大。
零点漂移严重时输出端的漂移电压会掩盖有用信号。 为了抑制零漂，必须用差动放大电路。
电子科大 302
本章主要讨论对象
4
二 .集成电路中元件特点
①尺寸相同且图形一致的同类晶体管器件参数对称性好。 如 BJT: b 1=b2 , VBE1=VBE2 , rbe1= rbe2
②电阻 R =几十 W ~几十KW ,大阻值电阻占半导体芯片面 积大。 ③电容容量一般不超过100pF,大容量电容占半导体芯片面 积更大。
RE
ro
B 不变 I L I L RE V VBE I b I L
RE接入使 ro增大，电流源稳流特性得到提高。
电路缺点： IL 受直流电压源波动影响大；
电子科大 302
10
三. 常用分立元件电流源电路
A)基极电压稳定恒流源 基极电压VB= VZ ,不受电 源电压变化的影响。
VCC 2VBE ， IR = R
R IR
+VCC
IB3 IC3
电路特点为镜像误差较小
IC1
T1
2IB
若b =10时，k = 0.98。
电子科大 302
T2
17
2. 微电流源
镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）
的场合，若需要较小恒流值（例如微安级），可采用微 电流源电路。
VEB1 = VEB2 + IE2RE2
RB2 RS vS
RC1 T1 RE
RC2 T2
VCC
点漂移。该现象主要存在于 直接耦合电路中。
vo
产生零点漂移的主要原因是温度变化时，将引起放大 器输出端产生随温度变化的电压分量。前一级输出的变 化量被后面各级放大器逐级放大。
零点漂移严重时输出端的漂移电压会掩盖有用信号。 为了抑制零漂，必须用差动放大电路。
什么是集成电路-什么是集成运算放大器-运算放大器符号
个人收集整理-ZQ
什么是集成电路?什么是集成运算放大器?运算放大器符号
集成电路是指采用半导体或薄、厚膜工艺，用外延生长技术、光刻技术、氧化物掩蔽扩散技术把电路组件（指有源或无源组件以及相互连线），集中缩小在单晶片上，构成一个完整地具有一定功能地电路.集成电路具有体积小、组件连接线和外部焊点减少等特点，工作可靠，工作速度快，得到广泛应用.
集成运算放大器简称集成运放，是一个高增益，低漂移，带深度负反馈地直接耦合放大器.集成运放本身并不具备计算功能，只有在外部网络配合下才能实现运算.由于其性能优良，被广泛应用于运算、测量、控制、信号产生、处理和变换等各个领域中，集成运算放大器地一般符号用图所示符号表示.反相输入端用“”表示，同相输入端用“”表示，三角形地顶端是放大器地输出端.
图运算放大器地符号
1 / 1。
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
电工学课件集成运算放大器演示文稿
线性区： uo=Auo(u+-u-)
分 析
两rid输→入∞端，的故输
入电流为零。
虚断
依 据
Auo→∞ ，uo为有限值，
故 u+-u-=uo/Auo≈0
即 u+ ≈ u-
饱和区
o -Uo(sat)
线性区
虚短
u+ - u-
当有信号输入时，如同相端 接地，即u+=0 则 u- ≈ 0
虚地
饱和区：
uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=－uo(sat)
模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 尽量避免使用电容。 2. 输入级采用差动放大电路。 3. 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 4. 二极管都采用三极管构成。
16.1.2 电路的简单说明
一、运放构成
输入端 输入级
下面的问题是从输出端将反
馈引到同相端还是反相端 ？
Z
答案是：引回到反相端
16.2.1 比例运算
i1
Ru1 -
if
-
∞Rf - ∞+
uo
1、反相输入
Rf —反馈电阻；
ui
u+ +
+
+
R2
uo
R2 —平衡电阻，用于消除
静态基极电流对输出电压的影
响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：
右图所示为运放输入和输 出电压的关系曲线，称为传输 特性。从图中看到，实际运放 的传输特性与理想运放比较接 近。
模电第五集成电路运算放大器PPT学习教案
oc1 oc2
0
ic
共模电压增益越小，放 大电路的性能越好。
（2）单端输出(shūchū)时：
b
A v R R = oc1 =
C
C
vc1
v r ic
be
1 b
2ro
2ro
Avc1越小，抑制共模信号的能力越强。
第12页/共34页
第十三页，共34页。
(2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻 Rid是基本放大(fàngdà)电路的两倍。
当输入信号为零时，即 vi1 = vi2 = 0时， 由于电路完全对称。
这时，iC1 = iC2 = IC = I0 / 2 VCE = VCC IC RC VBE vo = vC1 vC2 = 0
动态分析
当在电路两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压，
即vi1 = vi2 = vid / 2时， 一管电流增加，另一管电流减小，所以
VBE1 VBE2 = VBE = I E2 Re2
IC2
IE2
=
VBE Re2
I I V R C2 远小于IREF ,
REF
CC
。
当R取 几k 时， IREF 为mA量级，而
I IC2可降至A量级的微电流源。且 C2 的稳
定性也比IREF 的稳定性好。
第5页/共34页
微电流 (diànliú)源
vo = vC1 vC2 0
即在两个输出端有信号电压输出。
第9页/共34页
第十页，共34页。
抑制(yìzhì)零点漂移的原 理
零点漂移 ——当放大电路的输入端短路(duǎnlù)时，输出端还有电压 输出。 在差分电路中，温度的变化，电源电压 的波动都会引起两管集电极电流(diànliú)、 集电极电压的变化，其效果相当与在两个 输入端加入了共模信号，由于电路对称， 在理想的情况下，输出电压不变，从而抑 制了零点漂移。
5电路第五版-邱关源--课件--第五章 含有运算放大器的电阻电路
5.3 含有理想运算放大器的电路分析
1. 分析方法
①根据理想运放的性质，抓住以下两条规则： （a）倒向端和非倒向端的输入电流均为零 [ “虚断（路）”]； （b）对于公共端（地），倒向输入端的电压与 非倒向输入端的电压相等 [ “虚短（路）”]。
②合理地运用这两条规则，并与结点电压法相结合。
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R3 R2 R3
+
(1
i1= if
+ u_o
i1
ui1 u R1
u uo Rf
u
u
ui2
R3 R2 R3
Rf R1
)
ui1
Rf R1
当 R1 R2 , Rf R3
u0
(ui2
ui1 )
Rf R1
返回 上页 下页
例1 求输出电压uo
2R i2
解
倒向比例电路
4 uo
i1 + 4V _
+
u2 R1R2R2u1
电 u_1 R2 路
RL _u2 R1
_
+
+
+
+
u2 R1R2R2u1
u_1 R2
RL _u2
可见，加入跟随器后，隔离了前后两级电路的 相互影响。
返回 上页 下页
④ 减法运算
if Rf
u-=u+ i-=i+=0
ui1 i1 R1 ui2
R2 R3
解得：
u0 ui2
iu- _ u+ +
z不超过10V,同时要求每一个电阻的功率不超过 0.5W，确定各电阻的值。
R
解
uy
R
R uz
集成运放电路ppt课件
图1 图2
(5-40)
uI =0.6V UZ =6V
u o 1 (u R I 4 4 R R )R 1(R 4 R ) 4 u I 2 .4 V
uo 6V
uo2uo12.4V
u o 3 (u I R u o 2 )2 R u I 3 u I 2 u o 2 1 u I 1 6 .6 V
U4
U3 2
U 3U 8 4 1 U 26 8U 2U 6 38 3
(5-38)
U3
U3 6
8 3
U
U1 164V 816
U U3
U3 8V
(5-39)
例: 电路如图1所示，DZ的稳定电压为6V，若忽略其 正向压降。求: (1)当uI =0.6V时，u01、u02、u03及u0？ (2)当uI波形如图2 时，画出u0波形图。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，不作为讲授内容。
(5-33)
例：如图所示运算放大器电路，试求输出U1、U2、U3。
(5-34)
U1 6V
(5-35)
42
U
(
102) 30
U2
U304V 20
(5-36)
U42U0K 3 10KU 23
(5-37)
(5-7)
一、在分析信号运算电路时对运放的处理
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻 高，输出电阻小，在分析时常将其理想化， 称其所谓的理想运放。
理想运放的条件
Ao ri
运放工作在线性区的特点
uoAo(uu)虚短路
Ii 0 虚开路
u u
ro 0
放大倍数与负载无关。分析多 个运放级联组合的线性电路时 可以分别对每个运放进行。
(5-40)
uI =0.6V UZ =6V
u o 1 (u R I 4 4 R R )R 1(R 4 R ) 4 u I 2 .4 V
uo 6V
uo2uo12.4V
u o 3 (u I R u o 2 )2 R u I 3 u I 2 u o 2 1 u I 1 6 .6 V
U4
U3 2
U 3U 8 4 1 U 26 8U 2U 6 38 3
(5-38)
U3
U3 6
8 3
U
U1 164V 816
U U3
U3 8V
(5-39)
例: 电路如图1所示，DZ的稳定电压为6V，若忽略其 正向压降。求: (1)当uI =0.6V时，u01、u02、u03及u0？ (2)当uI波形如图2 时，画出u0波形图。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，不作为讲授内容。
(5-33)
例：如图所示运算放大器电路，试求输出U1、U2、U3。
(5-34)
U1 6V
(5-35)
42
U
(
102) 30
U2
U304V 20
(5-36)
U42U0K 3 10KU 23
(5-37)
(5-7)
一、在分析信号运算电路时对运放的处理
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻 高，输出电阻小，在分析时常将其理想化， 称其所谓的理想运放。
理想运放的条件
Ao ri
运放工作在线性区的特点
uoAo(uu)虚短路
Ii 0 虚开路
u u
ro 0
放大倍数与负载无关。分析多 个运放级联组合的线性电路时 可以分别对每个运放进行。
集成运算放大器
镜像电流源电路 多路电流源 微电流源电路 有源负载
31
一、 镜像电流源电路
1、基本镜像电流源
设T1、T2的参数完全相同。
UBE1 = UBE2 = UBE，
IB1= IB2、IC1= IC2
基准电流
I REF
VCC
UBE R
IREF IC1 2IB IC（1 1 2 ）
IC2= IC1≈ IREF
1 >>2 /β
1）输出电流IC2与基准电流 IREF相等。把IC2看作是 IREF的镜像——镜像电流源。
2） IC2的大小仅取决于VCC和R，与温度无关。 32
2、精密镜象电流源
精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其
精度提高了 倍。
由于有T3存在，IB3将 比镜象电流源的2IB小β3倍。 因此IC2和IREF更加接近。
ro Rc 10k
uo与ui同相位。
2）求KCMR 10 0.5 2 5.1
KCMR
Aud Auc
50 100 0.5
28
3）改接后，电路由单端输 入变成任意输入。
uid uA uB 8 2 sint mV
uic 12（uA uB）
504 2 sin t mV
Chapter 3 集成运算放大器
集成运放简介 集成运放的单元电路 通用型集成运算放大器 集成运放的主要参数 集成运算放大器的电压传输特性
和理想模型 专用型集成运算放大器
1
3.1 集成运放简介
3.1.1 简介
集成电路是60年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作 具有特定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模 拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。随 着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模 拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调 制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电 压比较器、A/D或D/A转换器等
31
一、 镜像电流源电路
1、基本镜像电流源
设T1、T2的参数完全相同。
UBE1 = UBE2 = UBE，
IB1= IB2、IC1= IC2
基准电流
I REF
VCC
UBE R
IREF IC1 2IB IC（1 1 2 ）
IC2= IC1≈ IREF
1 >>2 /β
1）输出电流IC2与基准电流 IREF相等。把IC2看作是 IREF的镜像——镜像电流源。
2） IC2的大小仅取决于VCC和R，与温度无关。 32
2、精密镜象电流源
精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其
精度提高了 倍。
由于有T3存在，IB3将 比镜象电流源的2IB小β3倍。 因此IC2和IREF更加接近。
ro Rc 10k
uo与ui同相位。
2）求KCMR 10 0.5 2 5.1
KCMR
Aud Auc
50 100 0.5
28
3）改接后，电路由单端输 入变成任意输入。
uid uA uB 8 2 sint mV
uic 12（uA uB）
504 2 sin t mV
Chapter 3 集成运算放大器
集成运放简介 集成运放的单元电路 通用型集成运算放大器 集成运放的主要参数 集成运算放大器的电压传输特性
和理想模型 专用型集成运算放大器
1
3.1 集成运放简介
3.1.1 简介
集成电路是60年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作 具有特定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模 拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。随 着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模 拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调 制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电 压比较器、A/D或D/A转换器等
第05章集成运算放大器的单元电路-PPT课件
第 5章
集成运算放大器的单元电路
差分放大电路——组成结构
VCC RC1 uo1 VT1 RC2 uo2 VT2
uo
RS1 ui1
RS2 ui2
RE VEE
图5.5.1
电子学教研室 模拟电子技术
第 5章
集成运算放大器的单元电路
VCC RC1 RC2
差分放大电路——输入输出方式
RS1
VT1
VT2
图5.3.10
电子学教研室 模拟电子技术
第 5章 静态
集成运算放大器的单元电路
VCC RC1 U C1 RE2
IE2
IB1
U B1 R' B V' CC U E1 RE1
IC1
UB2
IB2
UE2 VT2
VT1
UC2
IE1
RC2
IC2
电子学教研室 模拟电子技术
第 5章 动态
+
集成运算放大器的单元电路
uI2
1 uId 2
uIc
电子学教研室 模拟电子技术
第 5章
集成运算放大器的单元电路
差分放大电路——温漂抑制原理
uO 0
uC1
uC2
uId 2
uO
uId 2
电子学教研室 模拟电子技术
第 5章
集成运算放大器的单元电路
差分放大电路——温漂抑制原理
uO 0
iB
Rc Re Rc
uOd 2
rb e
rbe Rs
u uId Id 2
u Od 2
RL 2 RL RL 2
uOd
华南理工大学 模拟电子技术基础 5集成运算放大器单元电路PPT
VCC
Rc
Rc
uC1
+
uC2
iC1
RL uO
iC2
+ uI
Rb +
uI1 -
iB1
V1
iE1 iEE
-
V2
e
iE2 Re
Rb iB2
uI2 -+
VEE
Aud1
Uod1 Uid
Uod1 2Uid1
RL
2(Rb rbe )
RL Rc // RL
Rid 2(Rb rbe ) ，Rod Rc
5.2.3-- 1.双端输入单端输出差放电路
单端输入
单端输出
双端输入
双端输出
1)差模信号 uI1 uI2
V1、V2管相对应极电流或电 压的变化量也是差模信号。
长尾式差分 放大电路
2)共模信号uI1 uI2
V1、V2管相对应极电流或电 压的变化量也是共模信号。
5.2.1 差分放大电路的组成及特点
2.基本特点 3)一般信号uI1 uI2
差模分量 uId uI1 uI2
由于输入回路没有变 化，所以IEQ、IBQ、ICQ 与双端输出时一样。但 是UCEQ1≠ UCEQ2。
VCC
RL Rc RL
VCC
Rc Rc // RL
UCQ1 VCC ICQ Rc UCQ2 VCC ICQ Rc
5.2.3-- 1.双端输入单端输出差放电路
(2)动态分析 1)对差模信号的作用
5.1.2 有源负载放大电路
5.1.1 基本电流源电路
电流源电路:提供恒定输出电流 1) 作为各级电路的偏置电路，以提供合适的静态电流; 2) 作为放大电路的有源负载，提高电路的增益。
集成运算放大器
计算同双端输入双端输出：
Rb T1
+u
i1 -
iRe
T2 Rb u-
+ i2
_ReV EE
Aud
( Rc
//
RL 2
Rb rbe
)
Auc 0
Rid 2 Rb rbe
Ro 2Rc
4. 单端输入单端输出
+VCC
计算同双入单出：
Aud
Rc 2Rb
//
RL rbe
Auc
R 'L 2 Re
Rc
+ uo -
Rc
Rb T1
RL
T2 Rb
+ ui1
－
+
Ic3 T3 A
ui2 －
R3
R2 R1
B_
V EE
R等效
rce (1
rbe3
R3
R1 // R2
R3
)
5.2 集成运算放大器中旳单元电路
一 . 电流源电路
1. 镜像电流源
基准电流：
IR
=
VCC
UBE R
VCC R
因为：UBE2 = UBE1
uo
输入ui=0时，，输出有缓慢 变化旳电压产生。
0
产生零漂旳原因：
由温度变化引起旳。当温度
变化使第一级放大器旳静态
工作点发生微小变化时，这
种变化量会被背面旳电路逐
层放大，最终在输出端产生 +
较大旳电压漂移。因而零点 ui
漂移也叫温漂。
—
Rc1 Rb1
T1 Re1
t
Re2
+ VCC
+u o T2
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UBE1 R
VCC
IREF R
I B1 I B2
I C2
I C1
T1 I B1
T2 I B2
Re2 IE2
由于两发射结电压差较小，故电流可以做得很小。
16/48
5.2 电流源电路
5.2.1 电流源
4. 改进型电流源
VCC
I REF R
I C1 T1
I B3 I B1
T3 I E3
I B2
I C2 T2
② 变压器体积大，笨重，价格也比较贵。
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5.1 多级放大电路
5.1.1 多级放大电路级间耦合方式
4. 光电耦合
C1
Rs
us
ui
VCC1 iD Rb1
VCC2
iC c
Rc2
iC
e uo
光电耦合器ຫໍສະໝຸດ Re1 0ID3 ID
I D2
增 大
I D1
uCE
可以实现前后两部分电路之间的电气隔离，从而有效的抑制相互之 间的电干扰，主要应用于输入电路地线与输出电路地线需要相互隔离的 场合。
I C2
IC1
I REF
I B3
I REF
I E3
1
I REF
2IB1
1
I REF
2IC1
(1 )
IC2 1
I REF 2
I REF
和基本镜像电流源比较，在电路参数相同的情况下，
(1 )
改进型电流源可以使输出电流IC2与基准电流IREF更接近
镜像关系。
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5.2 电流源电路
5.1.1 多级放大电路级间耦合方式
3. 变压器耦合
Rs
us
优点：
Rb11
C1
ui
Rb12
Re1
T1
Rb21
Rb22 Ce1
Cb2 Re2
VCC
RL uo
T2
Ce2
① 各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，电路的设计和调整 比较方便。
② 变压器最大的优点是可以进行阻抗变换。 缺点：
① 高频和低频特性都比较差，频带窄。
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5.1 多级放大电路
5.1.2 多级放大电路分析方法
Rs
U
s
U i
A1 U o1 U i2 A2
U in
An RL U o
（1）A电u压增U益UoAi1u
U o2 U i2
U o U in
Au1 Au2 Aun
（2）输入电阻Ri
（3）输出电阻Ro
R R i
i1 RL1Ri2
I C 2 I REF
• •
若
2
，IC
IR
VCC
UBE R
•
VCC和R一定时，IC电流随之确定。
电路简单，应用广泛；
要求IC1电流较大情况下，R 的 功耗较大，集成电路应避免；
要求IC1电流较小时，要求R 数 值较大，集成电路难以实现。
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5.2 电流源电路
5.2.1 电流源
2. 比例电流源
UBE1 I R E1 e1 UBE2 IE2Re2 I R E1 e1 I E2 Re2
忽略T1和T2管的基极电流，可得
I E1 IC1 I REF
I E2 I C2
VCC
I REF
R I B1 I B2
I C1
T1 I B1
I E1
Re1
I C2
T2 I B2
Re2 I E2
I C2 Re1
② 适宜于集成化。 缺点：
① 电路中各级静态工作点相互牵制，彼此不独立，导致电路设计和调整 比较麻烦。
② 存在零点漂移现象。
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5.1 多级放大电路
5.1.1 多级放大电路级间耦合方式
2. 阻容耦合
Rb11
Rc1C2
Rb21
C1
优点：
Rs ui us
Rb12 Re1
Ce1
Rb22
VCC
如图所示的多级放大电路，求电路的增益、 输入电阻和输出电阻。
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如图所示的放大电路，若FET的低频跨导为gm，rds 很大；BJT的电流放大系数为β，输入电阻为rbe。 试说明T1、T2各属于何组态放大电路；画出微变等效电 路；求增益、输入电阻、输出电阻的表达式。
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5.1 多级放大电路
5.1.3 多级放大电路的频率响应
20lg Aum 20lg Aum1 Aum2 40lg Aum1
当 f fL1 时
A ul1
A ul2
A um1 2
20lg Au 40lg Aum1 40lg 2
fL 1.1
f2 L1
f2 L2
f2 Ln
1 1.1 1 1 1
fH
f2 H1
I REF
Re2
I REF
VCC R
U BE1 Re1
在温度变化情况下，比例电流源的输出电流IC2具有更高的温度稳定性。
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5.2 电流源电路
5.2.1 电流源
3. 微电流源
要求提供很小的静态电流， 又不能用大电阻。
IC2
I E2
U BE1 U BE2 Re2
I E1
I C1
IR
VCC
C3
Re2 RL uo
① 各级放大电路的静态工作点相互独立，互不影响，这给放大电路的分
析、设计和调试带来了很大的方便。
② 阻容耦合方式在分立元件组成的放大电路中得到广泛的应用。 缺点：
① 其低频特性比较差，不适用于传送缓慢变化的信号，更不能传送直流 信号。
② 这种耦合方式不便于集成化。
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5.1 多级放大电路
R R o
on Rsn Ro (n-1 )
6/48
5.1 多级放大电路
5.1.2 多级放大电路分析方法
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5.1 多级放大电路
5.1.2 多级放大电路分析方法
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5.1 多级放大电路
5.1.2 多级放大电路分析方法
9/48
5.1 多级放大电路
5.1.2 多级放大电路分析方法
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f2 H2
f2 Hn
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5.2 电流源电路
VCC
5.2.1 电流源
1. 镜像电流源
I REF R 2IB
I C1
UBE1 UBE2，IB1 IB2，1 2
T1
IC1 IC2 IC
I B1
I REF
VCC
UBE R
IC
2IB
IC
2IC
特点：
I C2 T2 I B2
故集电极电流
5.2.1 电流源
5. 威尔逊电流源
I C3
1
2
2
2
2 I REF
I REF
I REF
VCC
UBE3 R
UBE1
VCC
I REF R
I B3
I C3 T3
I C1
I E3
IB1IB2 IC2
T1 I B1
T2 I B2
威尔逊电流源输出电流与基准电流之间的偏差仍然与晶体管的电流放大 系数有关，但相比基本镜像电流源，偏差大大减小，电流精度得到进一步 提高。
5.1 多级放大电路 5.2 电流源电路 5.3 差分式放大电路 5.4 集成电路运算放大器
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5.1 多级放大电路
5.1.1 多级放大电路级间耦合方式
1. 直接耦合
Rb
Rc1
优点：
Rs
T1
us
ui
VCC
Rc2
T2 RL uo
Re2
① 频率响应好，既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化非常缓慢 的信号。