1、本章目录本章目录第第5章集成运算放大电路章集成运算放大电路集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.1集成运放的集成运放的主要技术指标主要技术指标5.2集成运放的集成运放的基本组成部分基本组成部分5.3集成运放的集成运放的典型电路典型电路5.4理想运算放大器理想运算放大器5.5各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.6集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题5.7掌握：掌握：差动放大电路差动放大电路静态和动态参数的分析方法；静态和动态参数的分析方法；理解：理解：差分放大电路的组成和工作原理；差分放大电差分放大电路的组成和工作原理；差分放大电路四种输入输出方式时差分放大电路
2、的性能特点；路四种输入输出方式时差分放大电路的性能特点；各种电流源的工作原理；集成运算放大器的主要技各种电流源的工作原理；集成运算放大器的主要技术指标的含义；术指标的含义；理想运放的概念，正确理解理想运放的概念，正确理解“虚虚短短”和和“虚断虚断”的含义。的含义。了解：了解：集成运放内部结构的特点，各个基本组成部分集成运放内部结构的特点，各个基本组成部分的作用；不同类型集成运放的性能特点；集成运放的作用；不同类型集成运放的性能特点；集成运放使用过程中的具体问题。使用过程中的具体问题。集成电路简称集成电路简称 IC(Integrated Circuit)集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集
3、成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模和模模和模/数转换器等。数转换器等。5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点集成电路的外形集成电路的外形图图 4.1.1集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式双列直插式(b)圆壳式圆壳式(c)扁平式扁平式集成运算放大电路特点：集成运算放大电路特点：1.对称性好，适用于构成差分放大电路。对称性好，适用于构成
4、差分放大电路。2.集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。3.在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管代在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管代替替电阻电阻(特别是大电阻特别是大电阻)。4.在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电路通常采用直接耦合电路方式。路通常采用直接耦合电路方式。5.集成电路中的集成电路中的 NPN、PNP管的管的 值差别较大，值差别较大，通常通常 PNP 的的 10。+A反相输入端反
5、相输入端同相输入端同相输入端输输 出出 端端图图 5.2.1运算放大器的符号运算放大器的符号5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标uo+Au+u 1、开环差模电压增益、开环差模电压增益 Aod一般用对数表示，定义为一般用对数表示，定义为 UUUAlg20-Ood单位：分贝单位：分贝理想情况理想情况 Aod 为无穷大；为无穷大；实际情况实际情况 Aod 为为 100 140 dB。2、输入失调电压、输入失调电压 UIO定义：定义：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。补偿电压。一般运放：一般运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放
6、：高质量运放：UIO 为为 1 mV 以下。以下。将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。3、输入失调电压温漂、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：TUUddIOIO 一般运放为一般运放为 每度每度 10 20 V；高质量运放低于每度高质量运放低于每度 0.5 V 以下以下；4、输入失调电流、输入失调电流 IIO当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即之差，即定义：定义：B2B1IOIII 输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。一般运放为一般运放为 几十几十 一百一百nA；高质量的低于；高质量的低于 1 nA。5、输入失调电流温
7、漂、输入失调电流温漂 IIO定义：定义：TIIddIOIO 一般运放为一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。每度几纳安；高质量的每度几十皮安。6、输入偏置电流、输入偏置电流 IIB定义：定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 7、差模输入电阻、差模输入电阻 rid8、共模抑制比、共模抑制比 KCMR定义：定义：IdIdidIUr 一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：ocodCMRlg20AAK 多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160
8、dB。9、最大共模输入电压、最大共模输入电压 UIcm输入端所能承受的最大共模电压。输入端所能承受的最大共模电压。10、最大差模输入电压、最大差模输入电压 UIdm 反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。11、3 dB带宽带宽 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 时的频率。一般集成运放时的频率。一般集成运放 fH 只只有几赫至几千赫。有几赫至几千赫。12、单位增益带宽单位增益带宽 BWGAod 降至降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于数等于 1。13、转换速率转换速率 SR 额定负载条
9、件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为输出电压的最大变化率。单位为 V/s。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的成运放的 SR 值。值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。出电阻等。实质上是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分输入级对整个运算输入级对整个运算放大器的性能指标放大器的
10、性能指标影响较大，通常采影响较大，通常采用用差动放大器差动放大器，以，以减小减小零点漂移零点漂移；中间放大级主要完中间放大级主要完成成电压放大任务电压放大任务，要求有要求有高的电压增高的电压增益益，一般采用带有，一般采用带有源负载的源负载的共射极电共射极电压放大器。压放大器。偏置电路主要为各偏置电路主要为各级放大器提供合适级放大器提供合适的的静态工作电流静态工作电流，它与分立元件的偏它与分立元件的偏置电路有较大区别。置电路有较大区别。输出级的任务是输出级的任务是进行功率放大，进行功率放大，以驱动负载工作，以驱动负载工作，一般采用一般采用互补对互补对称的功率放大器称的功率放大器。17_1TREF
11、p22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置电路输入级中间级输出级5.3.1偏置电路偏置电路向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工作点。作点。各个放大级对偏置电流的要求各不相同。对于输入级，各个放大级对偏置电流的要求各不相同。对于输入级，通常要求提供一个比较小通常要求提供一个比较小(一般为微安级一般为微安级)的偏置电流，而且的偏置电流，而且应该非常稳定，以便提
12、高集成运放的输入电阻，降低输入偏应该非常稳定，以便提高集成运放的输入电阻，降低输入偏置电流、输入失调电流及其温漂等。置电流、输入失调电流及其温漂等。在集成运放中，常用的偏置电路有以下几种：在集成运放中，常用的偏置电路有以下几种：镜像电流源、比例电流源和微电流源。镜像电流源、比例电流源和微电流源。1、镜像电流源、镜像电流源则基准电流则基准电流特点：T1T2参数完全相同，UBE1=UBE2IB1=IB2=IB；IC1=IC2=ICIIIIICREFBREFC22整理得整理得II211REFC一般一般 2 时，则时，则RVIICCREFC输出电流输出电流IC2看作是看作是IREF的镜的镜像，因而称为
13、像，因而称为镜像电流源镜像电流源。RUVI1BECCREF T1集电极电流集电极电流+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2图图 5.3.1镜像电流源镜像电流源优点：优点：结构简单；结构简单；有一定的温度补偿作用。有一定的温度补偿作用。+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2IC1IC1IREFIB1UBEURIC自动稳定过程如下：自动稳定过程如下：RCCBEUVUII211REFC缺点：不适用于直流电源在大缺点：不适用于直流电源在大范围内变化的集成运放。范围内变化的集成运放。RVIICCREFC+VCCRIREF+T
14、1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例电流源、比例电流源R1R2由图可得基极电位由图可得基极电位UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得REF211C212CIRRIRRI 两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 5.3.2比例电流源比例电流源优点：优点：结构简单；结构简单；有较好的温度补偿作用。有较好的温度补偿作用。l若输入级要求提供若输入级要求提供A级的偏置电
15、流，则所用的电阻级的偏置电流，则所用的电阻将达到兆欧级，在集成电路中无法实现。将达到兆欧级，在集成电路中无法实现。缺点：缺点：+VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2R1R2l不适用于直流电源在大范围内变化的集成运放。不适用于直流电源在大范围内变化的集成运放。3、微电流源、微电流源 在模拟集成电路中，器件的工作电流很小，一般在A级以下。如果用以上电流源，要求电阻达到几百千欧以上，这在集成电路中是很难达到的。可以在镜像电流源的基础上接入电阻 Re2。+VCCRIREF T1 T2IC22IBIC1Re2222/eBEECRUII由于由于UBE很小，所以很小，所以
16、IC2也很小，因此称为微电流源。也很小，因此称为微电流源。图图 5.3.3微电流源微电流源引入引入Re2后，后，UBE2 UBE1，IC2Uim，即u+u 时，时，uo=+UOPP uId-Uim，即 u+u 时，时，uo=+Uopp u+u 时，时，uo=Uopp u+u uo+UoppUopp理想特性理想特性实际特性实际特性 O掌握：掌握：差动放大电路差动放大电路静态和动态参数的分析方法；静态和动态参数的分析方法；理解：理解：差分放大电路的组成和工作原理；差分放大电差分放大电路的组成和工作原理；差分放大电路四种输入输出方式时差分放大电路的性能特点；路四种输入输出方式时差分放大电路的性能特点；各种电流源的工作原理；集成运算放大器的主要技各种电流源的工作原理；集成运算放大器的主要技术指标的含义；术指标的含义；理想运放的概念，正确理解理想运放的概念，正确理解“虚虚短短”和和“虚断虚断”的含义。的含义。了解：了解：集成运放内部结构的特点，各个基本组成部分集成运放内部结构的特点，各个基本组成部分的作用；不同类型集成运放的性能特点；集成运放的作用；不同类型集成运放的性能特点；集成运放使用过程中的具体问题。使用过程中的具体问题。
