集成运放的组成.
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UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
IB1
IB2
V2
rce2
图4―3 镜像电流源
电流源电路符号
将镜像电流源推广，可得多路镜像电流源，如 图所示的是三路电流源，V5管是为了提高各路电流 的精度而设置的。
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
UCC
Rr
Ir
IC2 V2
U E ( U EE ) I RE U EE 0.7 RE
I
RE UEE －
故 1 有: I I E 1Q I E 2 Q
I C1Q I C 2Q
2
U CC RC
I RC I CQ1
Ui1 U i2
I RL
＋ RL U o － V2
RC
V1
RE UEE －
UCEQ 2 UCC ICQ 2RC 0.7
UCC Ir Rr IC3 V3 IC1 IB3 IE3 IC2 V1 V2
当温度升高：
IC3↑→IE3↑
→IC2↑→IC1↑ →(Ir固定)IB3↓ → IC3↓
改进3：具有较大的动态内阻。
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动 态内阻Ro为：
Ro
2
rce
四种镜像电流源小结
• 需要掌握其参考电流和工作电流的分析方法。
仅为此时两管UBE电压(>600mV)的10%。因此，
UBE1≈UBE2。
UBE1 I E1R1 UBE2 I E2 R 2
I E1R1 I E2R 2
若β>>1，则IE1≈Ir, IE2≈IC2
UCC U BE1 UCC Ir R r R1 R r R1
I C2
I E1 UBE1 UT ln I S1 I E2 U BE 2 U T ln IS2
I S1 I S 2
R1
U BE1 U BE 2
I E1 U T ln I E2
图4―6比例电流源
I E2 U T ln I E1
室温下，当两管的射极电流相差10倍时：
U BE1 U BE 2 I E1 U T ln I E2 U T ln10 60mV
(a)三集电极横向PNP管电路
(b)等价电路
图5.2.3 多集电极晶体管镜像电流源
二、比例电流源 （指电流源的工作电流与参考电流成比例关系）
UCC Ir Rr IB1 V1 IE1 － ＋ UBE1 IB2 ＋ UBE2 － R2 V2 IE2 IC2
UBE1 I E1R1 UBE2 I E2 R 2
Ui1 U i2
V1
＋ RL U o － V2
RE UEE －
RE UEE －
a)双端输出
b)单端输出
二、差动放大电路的静态分析： 1）双端输出
2）单端输出
1）双端输出差放的静态分析：
当Ui1=Ui2=0时
U CC
RC UC1 ＋ V1 RL Uo － V2 RC UC2
UE UBE 0.7V
Ui
输 入 级
中 间 级
输 出 级
Uo
电流源电路
提供各级偏流和有源负载 图4―1 集成运算放大器组成框图
5.2 电流源电路
• 镜像电流源
• 比例电流源 • 微电流源 • 威尔逊电流源
一、镜像电流源(Current Mirror)
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir
参考电流
工作电流 IC2
镜像的含义：
UCC Ir Rr IB1 V1 IE1 IB2 V2 IE2 IC2
UCC U BE1 Ir R r R1
I C2 R1 Ir R2
R1
R2
比例电流源
UCC Ir Rr IC2
V1
V2 R2
U CC U BE Ir Rr
UT Ir R2 ln I C2 I C2
微电流电流源
RC uo T1 RE T2 RE RC RB
RB
ui1
ui2
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时： uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0 可见：利用电路的对称性可以很好地抑制零点飘移。
实用的差动放大器电路： 双电源长尾式差动放大器
3）采用特性相同的管子，在相同的环境下，两者的 零点漂移情况相同，可以互相抵消，这就构成了 “差动放大电路”。
5.4.2 差动放大器的工作原理及性能分析
一、电路形成原理：
RC
RB T1 RE uo T2 RC
RB
ui1
RE
ui2
基本型差动放大器（图5.4.2 c）
特点：结构对称。
抑制零漂的原理:
件。
集成运放在设计上的特点：
1.级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能 制作大电容和电感)； 2.尽可能采用有源器件代替无源器件(避免使
用大电容、大电阻)；
3.利用对称结构改善电路性能 (参数一致性好, 但单个元器件参数误差较大)。
差动放 大 器
负 载 为 有 源 射随器或互 负载的共射 补 射 随 器 放 大 器
26 103 1000 R2 ln 12k 6 10 10 10
图4―7微电流电流源
四、威尔逊电流源（负反馈型电流源） 是一种改进的镜像电流源。
UCC Ir Rr IB3 IC3 V3 IC1 IE3 IC2 V1 V2
说明：
三个管子的特性相同。
U CC U BE 3 U BE 2 Ir Rr U CC 2U BE Rr
I C1 I C2 I C3 I C4
1 1 5 I r 1 1 5 4
1 1 5 4 条件更易满足，所以各路电流更接近Ir。
集成电路中多路镜像电流源的实现： 采用多集电极晶体管。
UCC
V1 Rr Ir IC1 IC2 IC3 R r Ir V2 UCC V3 IC2 IC3
1 rce1 // rce3 // R L Au rbe 1
5.4 差动放大电路(Differential Amplifier)
5.4.1 零点漂移现象
1. 静态时，由于温度变化，电源波动等因
素的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离
设定值而缓慢地上下飘动。因此，当输入电压为 零时，输出电压也会产生缓慢变化的现象，即零 点漂移现象，简称零漂。
U CC RC
I RC I CQ1
Ui1 V1
I RL
＋ RL U o － V2
RC
思考：
U CEQ 1应该如何计算？
I RC ICQ 1 I RL
CC
U i2
RE UEE －
U
UC1Q UC1Q I CQ 1 RC RL
第五章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.8
集成运算放大电路
集成运算放大电路的特点 电流源电路 以电流源为有源负载的放大电路 差动放大电路 集成运算放大电路的外部特性及其 理想化
5.1 集成运算放大电路的特点
集成运放：是一种模拟集成电路，早期实现各
种数学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛
应用于各种电子系统中，是一种通用型模拟器
单路镜像电流源
多路镜像电流源
UCC
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir IC2
Rr Ir
IC2 V5 V2
IC3 V3
IC4
V1
V4
U CC U BE Ir Rr
I C2 I r
V5管是为了提高各路电流 的精度而设置的。 UCC U BE 5 U BE1 Ir Rr
I C 2 I C 3 I C4 I r
1）V1工作在临界饱和状态。 UCE1＝UBE1
I C1 I B1
IB1 IB2
V2
U CC U BE Ir Rr
参考电流
图4―3 镜像电流源
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
2）由于：UBE1＝UBE2
wk.baidu.com
I E I Se
UBE UT
IB1
IB2
V2
I B1 I B 2
I C1 I C2
IC3 V3
IC4
V1
V4
若将V5管的基极和发射极短路，则：
I C1 I r 4I B1
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
4I B1 I C1 I r 1 5
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
R1 Ir R2
三、微电流电流源
UCC
I E2
IC2
Ir
Rr
1 UT I E1 (UBE1 U BE 2 ) ln R2 R 2 I E2
当 β1>>1 时 ， IE1≈Ir,IE2≈IC2
V1
V2 R2
UT Ir R2 ln I C2 I C2
已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时
2.在阻容耦合电路中，因为耦合电容的存在， 输入级工作点的缓飘很难传到下一 级去， 因此 可忽略它的影响。但对直接耦合放大电路，这种
飘动会逐级放大，会使后级放大器进入截止和饱
和， 这样整个电路将无法正常工作。
抑制零点漂移的方法有以下几种：
1）电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点，减小 零漂。 2）利用热敏元件对放大管进行温度补偿。
I r I C1 I B 3
I C3 I C1
I C3
2 (1 2 )I r 2 2
I C3
2 (1 2 )I r 2 2
当=10时，IC2≈0.984Ir。 可见：输出电流受β的影响大大减小。 －－－ 改进点1
改进2：威尔逊电流源的温度特性更好。
则流过RE的电流I为:
U E ( U EE ) I RE U EE 0.7 RE
U i1 U i2
I
RE －UEE
I CQ1 I CQ 2
故 有:
I EQ 1 I EQ 2
1 I 2
U CC
RC UC1 RL ＋ V1 Uo － V2 RC UC2
U CEQ 1 U CEQ 2 U CC 0.7 I CQ 1R C
U CC RC RC
RL
＋ Uo －
• RE1和RE2合二 为一，构成 “长尾”。
U i1
V1
V2
• 采用双向电源， 让电源能够与 信号源“共地”。
U i2
图5.4.2 d
RE －U EE
双电源长尾式差动放大器的两种输出形式：
U CC
U CC
RC RC
RC
RL
RC
Ui1
Ui2
＋ U － o V1 V2
UCC V3 V2
镜像电流源作为 有源负载。
uo ui
V1
Rr
UCC V3 V2
uo ui V1 Rr
注意： 1）镜像电流源作为有源负载，是用其动态内阻rce3 替代集电极电阻RC。
2）实际负载RL通过射随器隔离后接入。
所以：该级放大器可获得很高的电压增益。
有源负载共射放大电路的交流小信号等效电路
图5.2.6 威尔逊电流源
UCC Ir Rr IC3 V3 IC1 IB3 IE3 IC2 V1 V2
I C3
I E3 1
I C1 I C 2 I C 2 1 1 2 I C1 I C1 2 1
IC 2 I r
图4―3 镜像电流源
即工作电流可看成 是参考电流的镜像。
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir IC2
V1、V2管特性相同！
1 2
I S1 I S 2 I S
即两管的电流放大倍数相 同，反向饱和电流相同。
图4―3 镜像电流源
电路说明：
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
UCC Ir Rr IB3 IC3 V3 IC1 IE3 IC2 V1 V2
U CC 2U BE Ir Rr
I C3 I r
R o rce 2
优点：
动态电阻大；
威尔逊电流源
受变化的影响小；
温度稳定性好。
5.3 以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放中，放大器多以电流源作为有源负载。 典型的有源负载共射放大电路如图所示：
图4―3 镜像电流源
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
求工作电流：
I C2 I C1 I r 2I B1 I C2 Ir 2
I C1 I C 2 Ir Ir 2
IB1
IB2
V2
图4―3 镜像电流源
( 2)
镜像电流源的交流输出电阻： ro=rce2
U CQ 1 U CQ 2 U CC I CQ 1 R C
静态时，差动放大 器两输出端之间的
U i1 U i2
RE －UEE
直流电压为零。
2）单端输出差放的静态分析：
当Ui1=Ui2=0时
U CC RC RC
UE UBE 0.7V
则流过RE的电流I为:
Ui1 U i2
V1
＋ RL U o － V2
IB1
IB2
V2
rce2
图4―3 镜像电流源
电流源电路符号
将镜像电流源推广，可得多路镜像电流源，如 图所示的是三路电流源，V5管是为了提高各路电流 的精度而设置的。
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
UCC
Rr
Ir
IC2 V2
U E ( U EE ) I RE U EE 0.7 RE
I
RE UEE －
故 1 有: I I E 1Q I E 2 Q
I C1Q I C 2Q
2
U CC RC
I RC I CQ1
Ui1 U i2
I RL
＋ RL U o － V2
RC
V1
RE UEE －
UCEQ 2 UCC ICQ 2RC 0.7
UCC Ir Rr IC3 V3 IC1 IB3 IE3 IC2 V1 V2
当温度升高：
IC3↑→IE3↑
→IC2↑→IC1↑ →(Ir固定)IB3↓ → IC3↓
改进3：具有较大的动态内阻。
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动 态内阻Ro为：
Ro
2
rce
四种镜像电流源小结
• 需要掌握其参考电流和工作电流的分析方法。
仅为此时两管UBE电压(>600mV)的10%。因此，
UBE1≈UBE2。
UBE1 I E1R1 UBE2 I E2 R 2
I E1R1 I E2R 2
若β>>1，则IE1≈Ir, IE2≈IC2
UCC U BE1 UCC Ir R r R1 R r R1
I C2
I E1 UBE1 UT ln I S1 I E2 U BE 2 U T ln IS2
I S1 I S 2
R1
U BE1 U BE 2
I E1 U T ln I E2
图4―6比例电流源
I E2 U T ln I E1
室温下，当两管的射极电流相差10倍时：
U BE1 U BE 2 I E1 U T ln I E2 U T ln10 60mV
(a)三集电极横向PNP管电路
(b)等价电路
图5.2.3 多集电极晶体管镜像电流源
二、比例电流源 （指电流源的工作电流与参考电流成比例关系）
UCC Ir Rr IB1 V1 IE1 － ＋ UBE1 IB2 ＋ UBE2 － R2 V2 IE2 IC2
UBE1 I E1R1 UBE2 I E2 R 2
Ui1 U i2
V1
＋ RL U o － V2
RE UEE －
RE UEE －
a)双端输出
b)单端输出
二、差动放大电路的静态分析： 1）双端输出
2）单端输出
1）双端输出差放的静态分析：
当Ui1=Ui2=0时
U CC
RC UC1 ＋ V1 RL Uo － V2 RC UC2
UE UBE 0.7V
Ui
输 入 级
中 间 级
输 出 级
Uo
电流源电路
提供各级偏流和有源负载 图4―1 集成运算放大器组成框图
5.2 电流源电路
• 镜像电流源
• 比例电流源 • 微电流源 • 威尔逊电流源
一、镜像电流源(Current Mirror)
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir
参考电流
工作电流 IC2
镜像的含义：
UCC Ir Rr IB1 V1 IE1 IB2 V2 IE2 IC2
UCC U BE1 Ir R r R1
I C2 R1 Ir R2
R1
R2
比例电流源
UCC Ir Rr IC2
V1
V2 R2
U CC U BE Ir Rr
UT Ir R2 ln I C2 I C2
微电流电流源
RC uo T1 RE T2 RE RC RB
RB
ui1
ui2
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时： uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0 可见：利用电路的对称性可以很好地抑制零点飘移。
实用的差动放大器电路： 双电源长尾式差动放大器
3）采用特性相同的管子，在相同的环境下，两者的 零点漂移情况相同，可以互相抵消，这就构成了 “差动放大电路”。
5.4.2 差动放大器的工作原理及性能分析
一、电路形成原理：
RC
RB T1 RE uo T2 RC
RB
ui1
RE
ui2
基本型差动放大器（图5.4.2 c）
特点：结构对称。
抑制零漂的原理:
件。
集成运放在设计上的特点：
1.级间只能采用直接耦合方式(集成工艺不能 制作大电容和电感)； 2.尽可能采用有源器件代替无源器件(避免使
用大电容、大电阻)；
3.利用对称结构改善电路性能 (参数一致性好, 但单个元器件参数误差较大)。
差动放 大 器
负 载 为 有 源 射随器或互 负载的共射 补 射 随 器 放 大 器
26 103 1000 R2 ln 12k 6 10 10 10
图4―7微电流电流源
四、威尔逊电流源（负反馈型电流源） 是一种改进的镜像电流源。
UCC Ir Rr IB3 IC3 V3 IC1 IE3 IC2 V1 V2
说明：
三个管子的特性相同。
U CC U BE 3 U BE 2 Ir Rr U CC 2U BE Rr
I C1 I C2 I C3 I C4
1 1 5 I r 1 1 5 4
1 1 5 4 条件更易满足，所以各路电流更接近Ir。
集成电路中多路镜像电流源的实现： 采用多集电极晶体管。
UCC
V1 Rr Ir IC1 IC2 IC3 R r Ir V2 UCC V3 IC2 IC3
1 rce1 // rce3 // R L Au rbe 1
5.4 差动放大电路(Differential Amplifier)
5.4.1 零点漂移现象
1. 静态时，由于温度变化，电源波动等因
素的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离
设定值而缓慢地上下飘动。因此，当输入电压为 零时，输出电压也会产生缓慢变化的现象，即零 点漂移现象，简称零漂。
U CC RC
I RC I CQ1
Ui1 V1
I RL
＋ RL U o － V2
RC
思考：
U CEQ 1应该如何计算？
I RC ICQ 1 I RL
CC
U i2
RE UEE －
U
UC1Q UC1Q I CQ 1 RC RL
第五章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.8
集成运算放大电路
集成运算放大电路的特点 电流源电路 以电流源为有源负载的放大电路 差动放大电路 集成运算放大电路的外部特性及其 理想化
5.1 集成运算放大电路的特点
集成运放：是一种模拟集成电路，早期实现各
种数学运算，主要用于模拟计算机；现在广泛
应用于各种电子系统中，是一种通用型模拟器
单路镜像电流源
多路镜像电流源
UCC
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir IC2
Rr Ir
IC2 V5 V2
IC3 V3
IC4
V1
V4
U CC U BE Ir Rr
I C2 I r
V5管是为了提高各路电流 的精度而设置的。 UCC U BE 5 U BE1 Ir Rr
I C 2 I C 3 I C4 I r
1）V1工作在临界饱和状态。 UCE1＝UBE1
I C1 I B1
IB1 IB2
V2
U CC U BE Ir Rr
参考电流
图4―3 镜像电流源
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
2）由于：UBE1＝UBE2
wk.baidu.com
I E I Se
UBE UT
IB1
IB2
V2
I B1 I B 2
I C1 I C2
IC3 V3
IC4
V1
V4
若将V5管的基极和发射极短路，则：
I C1 I r 4I B1
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
4I B1 I C1 I r 1 5
UCC Rr Ir V5 V1 V2 V3 V4 IC2 IC3 IC4
R1 Ir R2
三、微电流电流源
UCC
I E2
IC2
Ir
Rr
1 UT I E1 (UBE1 U BE 2 ) ln R2 R 2 I E2
当 β1>>1 时 ， IE1≈Ir,IE2≈IC2
V1
V2 R2
UT Ir R2 ln I C2 I C2
已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时
2.在阻容耦合电路中，因为耦合电容的存在， 输入级工作点的缓飘很难传到下一 级去， 因此 可忽略它的影响。但对直接耦合放大电路，这种
飘动会逐级放大，会使后级放大器进入截止和饱
和， 这样整个电路将无法正常工作。
抑制零点漂移的方法有以下几种：
1）电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点，减小 零漂。 2）利用热敏元件对放大管进行温度补偿。
I r I C1 I B 3
I C3 I C1
I C3
2 (1 2 )I r 2 2
I C3
2 (1 2 )I r 2 2
当=10时，IC2≈0.984Ir。 可见：输出电流受β的影响大大减小。 －－－ 改进点1
改进2：威尔逊电流源的温度特性更好。
则流过RE的电流I为:
U E ( U EE ) I RE U EE 0.7 RE
U i1 U i2
I
RE －UEE
I CQ1 I CQ 2
故 有:
I EQ 1 I EQ 2
1 I 2
U CC
RC UC1 RL ＋ V1 Uo － V2 RC UC2
U CEQ 1 U CEQ 2 U CC 0.7 I CQ 1R C
U CC RC RC
RL
＋ Uo －
• RE1和RE2合二 为一，构成 “长尾”。
U i1
V1
V2
• 采用双向电源， 让电源能够与 信号源“共地”。
U i2
图5.4.2 d
RE －U EE
双电源长尾式差动放大器的两种输出形式：
U CC
U CC
RC RC
RC
RL
RC
Ui1
Ui2
＋ U － o V1 V2
UCC V3 V2
镜像电流源作为 有源负载。
uo ui
V1
Rr
UCC V3 V2
uo ui V1 Rr
注意： 1）镜像电流源作为有源负载，是用其动态内阻rce3 替代集电极电阻RC。
2）实际负载RL通过射随器隔离后接入。
所以：该级放大器可获得很高的电压增益。
有源负载共射放大电路的交流小信号等效电路
图5.2.6 威尔逊电流源
UCC Ir Rr IC3 V3 IC1 IB3 IE3 IC2 V1 V2
I C3
I E3 1
I C1 I C 2 I C 2 1 1 2 I C1 I C1 2 1
IC 2 I r
图4―3 镜像电流源
即工作电流可看成 是参考电流的镜像。
UCC Rr IC1 V1 V2 Ir IC2
V1、V2管特性相同！
1 2
I S1 I S 2 I S
即两管的电流放大倍数相 同，反向饱和电流相同。
图4―3 镜像电流源
电路说明：
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
UCC Ir Rr IB3 IC3 V3 IC1 IE3 IC2 V1 V2
U CC 2U BE Ir Rr
I C3 I r
R o rce 2
优点：
动态电阻大；
威尔逊电流源
受变化的影响小；
温度稳定性好。
5.3 以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放中，放大器多以电流源作为有源负载。 典型的有源负载共射放大电路如图所示：
图4―3 镜像电流源
UCC Rr IC1 V1 Ir IC2
求工作电流：
I C2 I C1 I r 2I B1 I C2 Ir 2
I C1 I C 2 Ir Ir 2
IB1
IB2
V2
图4―3 镜像电流源
( 2)
镜像电流源的交流输出电阻： ro=rce2
U CQ 1 U CQ 2 U CC I CQ 1 R C
静态时，差动放大 器两输出端之间的
U i1 U i2
RE －UEE
直流电压为零。
2）单端输出差放的静态分析：
当Ui1=Ui2=0时
U CC RC RC
UE UBE 0.7V
则流过RE的电流I为:
Ui1 U i2
V1
＋ RL U o － V2