《模拟电子技术基础》第5章ppt课件.ppt

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1、电子信息系教师：刘杨俊第第五五章、章、集集成成运运算算放放大大器器5.1 5.1 集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.3 5.3 集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分5.4 5.4 集成运放的典型电路集成运放的典型电路5.5 5.5 各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.6.1 5.6.1 集成运放参数的测试集成运放参数的测试5.6.2 5.6.2 可能出现的异常现象可能出现的异常现象5.3.1 5.3.1 偏置电路偏置电路5.3.2 5.3.2 差分放大输入级差分放大输入级5.4.1 5.4.1 双极型集成运放双极型集成运放 LM741LM7415.4.2 CMOS5.

2、4.2 CMOS集成四运放集成四运放 C14573C145735.6.3 5.6.3 集成运放的保护集成运放的保护5.2 5.2 集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标5.6 5.6 集成运放中的几个具体问题集成运放中的几个具体问题5.3.3 5.3.3 中间级中间级5.3.4 5.3.4 输出级输出级集成电路集成电路IC（Integrated Circuit）将元件和连线集成在一片硅片上将元件和连线集成在一片硅片上优点：优点：密度高，引线短，高可靠密度高，引线短，高可靠性，灵活性，成本低性，灵活性，成本低 模拟集成电路：模拟集成电路：运算放大器，运算放大器，功率放大器，功率放大器，高频

3、放大器，高频放大器，中中频放大器，频放大器，比较器，比较器，乘法器，乘法器，稳压器，稳压器，数模和模数转换器，数模和模数转换器，锁锁相环。相环。制造：氧化，光刻，扩散，外延，蒸铝，全部集成到一块制造：氧化，光刻，扩散，外延，蒸铝，全部集成到一块半导体基片上，最后进行封装，做成一个完整的电路。半导体基片上，最后进行封装，做成一个完整的电路。外形：双列直插式、圆壳式和扁外形：双列直插式、圆壳式和扁平式。平式。直插式直插式圆壳式圆壳式扁平式扁平式主要有以下几个方面的特点：主要有以下几个方面的特点：（1）绝对精度不高，受温度影响较大，但各元件距离近，）绝对精度不高，受温度影响较大，但各元件距离近，相邻

4、元器件的参数对称性好，适于构成差分放大电路。相邻元器件的参数对称性好，适于构成差分放大电路。（2）集成电路中的电阻一般几十欧几十千欧，要实现高）集成电路中的电阻一般几十欧几十千欧，要实现高阻值需要另想办法。阻值需要另想办法。（3）三极管比电阻，电容制造更方便，面积更小，成本低）三极管比电阻，电容制造更方便，面积更小，成本低廉，常用三极管代替电阻，尤其大电阻。廉，常用三极管代替电阻，尤其大电阻。（4）很难集成几十皮法以上的电容，放大级间耦合采用直）很难集成几十皮法以上的电容，放大级间耦合采用直接耦合方式，不采用阻容耦合。接耦合方式，不采用阻容耦合。（5）PNP只能做成横向的，只能做成横向的，值值

5、10，NPN和和PNP不能匹配不能匹配的很好，的很好， +1和和值差别较大。值差别较大。由差分放大电路组成，两输入，由差分放大电路组成，两输入，一输出。输入端中，一个为同相一输出。输入端中，一个为同相输入端，另一个为反向输入端，输入端，另一个为反向输入端，用用“”，“”标明。标明。1、开环差模电压增益、开环差模电压增益Aod 指运放在无外加反馈下的直流指运放在无外加反馈下的直流差模增益，一般用对数表示。差模增益，一般用对数表示。一般一般Aod为为100dB左右，高质量的运放可达到左右，高质量的运放可达到140dB以上以上2、输入失调电压、输入失调电压UIO 输出电压输出电压=0时，输入端需要增

6、加的补偿电压。表示时，输入端需要增加的补偿电压。表示UBE（场（场效应管效应管UGS）失配程度，也反映温漂的大小。一般在）失配程度，也反映温漂的大小。一般在110mV，高质量在高质量在1mV以下。以下。+ +- -D D- -D DD D= =UUUAoodlg20 当输出电压当输出电压=0时，两输入端偏置电流之差，用于描述时，两输入端偏置电流之差，用于描述差分对管输入电流的不对称情况，一般为几十一百纳差分对管输入电流的不对称情况，一般为几十一百纳安，高质量低于安，高质量低于1nA。 失调电压在规定工作范围内的温度系数，失调电压在规定工作范围内的温度系数，衡量运放温漂的重要指标。一般运放为每度

7、衡量运放温漂的重要指标。一般运放为每度1020V，高质量的低于每度，高质量的低于每度0.5V。定义为：定义为：4、输入失调电流、输入失调电流IIO5、输入失调电流温漂、输入失调电流温漂 代表输入失调电流的温度系数。一般每度代表输入失调电流的温度系数。一般每度几纳安，高质量的只有每度几十皮安。几纳安，高质量的只有每度几十皮安。dTdUIOUIO= =a a21BBIOIII- -= =dTdIIOIIO= =a a 当输出电压当输出电压=0时，两输入端偏置电流的平均值，衡量差分对时，两输入端偏置电流的平均值，衡量差分对管输入电流绝对值的大小。主要决定于输入级的静态集电极电管输入电流绝对值的大小。

8、主要决定于输入级的静态集电极电流和流和值，输入偏置电流越大，失调电流越大。双极型三极管输值，输入偏置电流越大，失调电流越大。双极型三极管输入偏置电流约为几十入偏置电流约为几十nA1A，场效应管为，场效应管为1nA。7、差模输入电阻、差模输入电阻rid 差模输入电压差模输入电压UId与输入电流与输入电流IId的变化量之比，用以衡量集成的变化量之比，用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。一般运放为几兆欧，场效应管运放向信号源索取电流的大小。一般运放为几兆欧，场效应管可达可达1000000M. 。)(2121BBIBIII+ += =IdIdidIUrD DD D= = 开环差模电压增益与开环共模

9、电压增益之开环差模电压增益与开环共模电压增益之比，衡量集成运放抑制温漂的能力。多数可比，衡量集成运放抑制温漂的能力。多数可达达80dB以上，高质量可达以上，高质量可达160dB。9、最大共模输入电压、最大共模输入电压UIcm 表示集成运放输入端所能承受的最大共模电压。如果超过，表示集成运放输入端所能承受的最大共模电压。如果超过，共模抑制性能将显著恶化。共模抑制性能将显著恶化。10、最大差模输入电压、最大差模输入电压UIdm 反相和同相输入端之间能承受的最大电压。若超过，差分反相和同相输入端之间能承受的最大电压。若超过，差分对管中的一个发射结可能反向击穿。对管中的一个发射结可能反向击穿。11、-

10、3dB带宽带宽fHAod下降下降3dB时的频率。集成运放的时的频率。集成运放的fH较低，几赫至几千赫。较低，几赫至几千赫。ocodCMRAAKlg20= = 当当AOD降至降至0dB时的频率，此时开环差模电压放大倍数为时的频率，此时开环差模电压放大倍数为1。BWG衡量增益带宽积的大小。衡量增益带宽积的大小。13、转换速率、转换速率SR 转换速率为额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，转换速率为额定负载条件下，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 。描述集成运放对大幅度。描述集成运放对大幅度信号的适应能力。信号的适应能力。 除以上介绍的

11、技术指标外，还有最大输出电压，静态功耗及除以上介绍的技术指标外，还有最大输出电压，静态功耗及输出电阻，由于含义明显，不再赘叙。输出电阻，由于含义明显，不再赘叙。内部是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。内部是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。包括四个组成部分，输入级、中间级、输出级和偏置电路。包括四个组成部分，输入级、中间级、输出级和偏置电路。 各放大级需要合适的偏置电流，而且要求是一个比较小各放大级需要合适的偏置电流，而且要求是一个比较小（一般为微安级），稳定的偏置电流。（一般为微安级），稳定的偏置电流。1、镜像电流源、镜像电流源又称电流镜，在集成运放中应用广泛。又称电流镜，在

12、集成运放中应用广泛。基准电流基准电流相邻三极管相邻三极管参数一致参数一致则：则：当满足当满足2时时RUVIBECCREF1- -= =CCCBBBIIIIII= = = = =2121b b21222CREFBREFCCIIIIII- -= =- -= = =b b2112+ += =REFCIIRUVIIBECCREFC12- -= = 优点：优点：结构简单，有温度补偿作用结构简单，有温度补偿作用 因此，温度升高时，因此，温度升高时，IC1、IC2增大受增大受限制，说明具有一定温度补偿作用。限制，说明具有一定温度补偿作用。温度温度R电压电压UR也也IREFIC1、IC2UBE=VCC-URI

13、C1、IC2UR发射极分别接发射极分别接R1和和R2如图所得：如图所得：相邻三极管：相邻三极管：UBE1= UBE2IE1R1=IE2R2两管基极电流可以忽略两管基极电流可以忽略 集电极电流之比近似于发射极电阻集电极电流之比近似于发射极电阻阻值成反比，称为阻值成反比，称为比例电流源。比例电流源。 缺点：当缺点：当VCC变化时，输出电流变化时，输出电流IC2同同样波动，不适用于直流电源在大范围样波动，不适用于直流电源在大范围内变化的集成运放。内变化的集成运放。另当提供微安级电流时，另当提供微安级电流时，R到达兆欧级，集成电路难以实现。到达兆欧级，集成电路难以实现。REFCCIRRIRRI2112

14、12 = =222111RIURIUEBEEBE+ += =+ + 为了得到微安级的输出电流，又为了得到微安级的输出电流，又不希望电阻值太大，在不希望电阻值太大，在VT2的发射的发射极接入一个电阻极接入一个电阻Re。引入引入Re后，后，UBE2VT2本身的输出电阻（本身的输出电阻（rce）TBETBEUUSUUSCeIeII - -= =)1(eCCCTRIIIU221ln 三种差分放大电路：基本形式、长尾式和恒流源式。三种差分放大电路：基本形式、长尾式和恒流源式。1、基本形式差分放大电路、基本形式差分放大电路 电路结构、参数均相同的电路结构、参数均相同的单管放大电路组合在一起。单管放大电路组

15、合在一起。 输入电压输入电压uI1和和uI2分别加分别加在两管的基极，输出电压等在两管的基极，输出电压等于两管的集电极电压差。于两管的集电极电压差。输入电压输入电压=0时时UCQ1=UCQ2输出电压输出电压UO=0温度温度ICQ1，ICQ2UCQ1，UCQ2两管变化幅度相等，两管变化幅度相等，VT1和和VT2输出端的零点漂移互相抵消输出端的零点漂移互相抵消差模输入信号：差模输入信号：UId表示表示两输入端，电压大小相等，极性相反两输入端，电压大小相等，极性相反共模输入信号：共模输入信号： UIc表示表示电压大小相等，极性相同电压大小相等，极性相同对任意大小，任意极性对任意大小，任意极性uI1、

16、uI2uId=uI1-uI2例如：例如：uI1=5mV， uI2=1mVuId=(5-1)mV=4mVuIc=1/2(5+1)mV=3mV根据叠加原理，可分析各种信号响应根据叠加原理，可分析各种信号响应差模信号：有效信号差模信号：有效信号共模信号：温漂信号或干扰信号共模信号：温漂信号或干扰信号差模差模信号信号共模共模信号信号)(2121IIIcuuu+ += =差模放大倍数差模放大倍数 Ad ：差模输入电压放大倍数差模输入电压放大倍数共模放大倍数共模放大倍数 Ac ：共模输入电压放大倍数共模输入电压放大倍数越大越好越大越好越小越好越小越好共模抑制比共模抑制比KCMR：差模放大倍数和共模放大倍数

17、之比差模放大倍数和共模放大倍数之比假设每一边单管放大电路增益为假设每一边单管放大电路增益为Au1VT1、VT2集电极输出电压变化量：集电极输出电压变化量：放大电路输出电压的变化量放大电路输出电压的变化量差模电压放大倍数差模电压放大倍数越大越好越大越好IdOduuAD DD D= =IcOcuuAD DD D= =cdCMRAAKlg20= =IduCuAuD D= =D D1121IduCuAuD D- -= =D D1221IduCCOuAuuuD D= =D D- -D D= =D D1211uIdOdAuuA= =D DD D= =理论上：差分放大电路参数完全对称，理论上：差分放大电路参

18、数完全对称，AC=0，KCMR=实际上：内部参数不能绝对匹配，实际上：内部参数不能绝对匹配，AC0， KCMR 集电极对地电压，温度漂移和单管放大电路相同集电极对地电压，温度漂移和单管放大电路相同实际中一般不采用。实际中一般不采用。目的：减小每个管子输出端的温漂目的：减小每个管子输出端的温漂（1）电路组成）电路组成长尾电阻长尾电阻Re的作用：的作用：iC1、iC2iEuEuBE1、uBE2iC1、iC2iC1iC2iE不变不变对于差模信号没有反馈作用对于差模信号没有反馈作用,Ad不变不变降低零漂，共模放大倍数降低零漂，共模放大倍数AC减小减小Re越大，共模负反馈越强，抑制零漂的效果越好。越大，

19、共模负反馈越强，抑制零漂的效果越好。- -VEE补偿了补偿了Re上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。上的直流压降，以免输出电压变化范围太小。引入一个共模负反馈引入一个共模负反馈长尾电阻长尾电阻iE不变由于电路结构对称由于电路结构对称:1= 2= rbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RCR1=R2=RIBQ1=IBQ2=IBQICQ1=ICQ2=ICQUBEQ1=UBEQ2=UBEQUCQ1=UCQ2=UCQ由三极管基极回路由三极管基极回路IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE静态基极电流静态基极电流静态集电极电流和电位为静态集电极电流和电位为 ICQIBQUCQ=VCC- -ICQ

20、RC(对地对地)静态基极电位为静态基极电位为 UBQ=- -IBQR（对地）（对地）长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路eBEQEEBQRRUVI)1(2b b+ + +- -= =电位电位升高升高电位电位降低降低交流交流接地接地 差模信号流过差模信号流过Re时电流不变时电流不变交流通路中交流通路中Re视为短路视为短路RL/2相当于交流接地相当于交流接地交流短交流短路路beIBrRui+ +D D= =D D1111BCiiD D= =D Db b( () )beidrRR+ += = 2CoRR2= =111)2/()2/(IbeLCLCCCurRRRRRiuD D+ +- -= =D D-

21、 -= =D Db b222)2/()2/(IbeLCLCCCurRRRRRiuD D+ +- -= =D D- -= =D Db b( () )2121)2/(IIbeLCCCOuurRRRuuuD D- -D D+ +- -= =D D- -D D= =D Db bbeLCIIOdrRRRuuuA+ +- -= =D D- -D DD D= =)2/(21b b Re越大，所需越大，所需VEE也越高，故采用一也越高，故采用一个三极管代替原来的长尾电阻个三极管代替原来的长尾电阻Re。等效电阻等效电阻变化很大变化很大基本不变基本不变很大很大优点：优点：不用大电阻有效地抑制零漂不用大电阻有效地抑

22、制零漂 适合集成电路制造工艺中用适合集成电路制造工艺中用三极管代替大电阻的特点三极管代替大电阻的特点iC3=iC1+iC2,iC2和和iC1将不会因温度变化将不会因温度变化抑制了共模信号的变化抑制了共模信号的变化iC3基本不变基本不变 VT3的基极电位由的基极电位由Rb1、Rb2分压分压后得到，基本不受温度变化的影响后得到，基本不受温度变化的影响简化的恒流源符号，如下图所示简化的恒流源符号，如下图所示（1）电路组成）电路组成电位基电位基本不变本不变电流基电流基本不变本不变CCEceiurD DD D= =忽略忽略VT3基极电流基极电流（3）动态分析）动态分析 长尾对差模电压放大倍数没有影长尾对

23、差模电压放大倍数没有影响，交流通路相同，响，交流通路相同，Ad、Rid、RO均均相同相同URb1ICQ3ICQ1IBQ1UBQ2UCQ1( () )EECCbbbRVVRRRUb+ + += =2111eBEQREQCQRUUIIb3331- -= = 32121CQCQCQIII = =CCQCCCQCQRIVUU121- -= = =1121b bCQBQBQIII = =)(121对地对地RIUUBQBQBQ- -= = =差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：差模输入电阻：差模输入电阻：差模输出电阻差模输出电阻两集电极温漂相互抵消两集电极温漂相互抵消理想状态下：理想状态下：KCMR为为（

24、1）双端输入、双端输出）双端输入、双端输出beLcdrRRRA+ +- -= =)2/(b b)(2beidrRR+ += =coRR2= =差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：差模输入电阻：差模输入电阻：差模输出电阻差模输出电阻 作用：将差分信号转作用：将差分信号转为单端信号，以便与后为单端信号，以便与后放大级实现共地。放大级实现共地。uO约为约为双端输出双端输出的一半的一半beLcdrRRRA+-=)/(21b)(2beidrRR+ += =coRR = =uBE2iC2 在单端输入时，仍然在单端输入时，仍然是一个三极管电流增大，是一个三极管电流增大，另一个减小。另一个减小。iC1+ iC

25、20由于共模负反馈由于共模负反馈 输出电压变化与双输出电压变化与双端输入时端输入时完全一样完全一样 作用：将单端信号转作用：将单端信号转为差分信号，以便作以为差分信号，以便作以后放大级的差分输入。后放大级的差分输入。iC1uI+uBE2ueiebeLcdrRRRA+ +- -= =)2/(b bcoRR2= =)(2beidrRR+ += =单端输出放大倍数：单端输出放大倍数：差模输入、输出电阻：差模输入、输出电阻：特点：特点： 比一般单管电路有较比一般单管电路有较强的抑制零漂能力。强的抑制零漂能力。VT1输出：反相关系输出：反相关系VT2输出：同相关系输出：同相关系抑制零漂抑制零漂反相输出反

26、相输出同相输出同相输出beLcdrRRRA+-=)/(21b)(2beidrRR+ += =coRR = =Rid2(R+rbe)1、双端输出时，放大倍数和单管相同，单端输出时为一半。、双端输出时，放大倍数和单管相同，单端输出时为一半。2、双端输出时，输出电阻、双端输出时，输出电阻RO=2RC；单端输出时，；单端输出时， RO=RC。3、双端输出时，共模抑制比、双端输出时，共模抑制比KCMR=，单端时，单端时KCMR仍较高。仍较高。4、单端输出时，可从不同三极管输出，使输出电压与输入电、单端输出时，可从不同三极管输出，使输出电压与输入电 压反相或同相。压反相或同相。5、单端输入时，由于很强的负

27、反馈，两管仍是差分状态。、单端输入时，由于很强的负反馈，两管仍是差分状态。6、单端输入时，从一个三极管到公共端差模输入电阻、单端输入时，从一个三极管到公共端差模输入电阻差分放大电路的主要性能和特点列于表差分放大电路的主要性能和特点列于表5-1，便于对照比较，便于对照比较中间级的主要任务：中间级的主要任务： 提供足够的电压增益，较高的输入电阻，大的推动电流至提供足够的电压增益，较高的输入电阻，大的推动电流至输出，单端输入，双端输出，或双端输入，单端输出转换输出，单端输入，双端输出，或双端输入，单端输出转换为了提高放大倍数，常利用三极管作为有源负载。为了提高放大倍数，常利用三极管作为有源负载。1、

28、有源负载、有源负载 利用双极型三极管或场效应管利用双极型三极管或场效应管（有源器件）充当负载电阻（有源器件）充当负载电阻 原理原理：RC越大，共射、共基越大，共射、共基电路的电压增益越大电路的电压增益越大; 当三极管工作在放大区，集当三极管工作在放大区，集电极和发射极间的电阻电极和发射极间的电阻rCE很大很大; 常用三极管代替负载电阻常用三极管代替负载电阻RC，组成有源负载。组成有源负载。很大很大CCEiuD DD D 作用：得到很高作用：得到很高，提高本级的输入电阻，以免对前级放，提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍数产生不良影响，特别是前级采用有源负载时。大倍数产生不良影响，特别是前级采用

29、有源负载时。经常用于中间级和输出级。经常用于中间级和输出级。VT1、VT2组成复合管组成复合管VT3有源负载有源负载VT3、VT4镜像电流源镜像电流源作为偏置电路作为偏置电路基准电流基准电流IREF:有源负载有源负载镜像镜像电流源电流源偏置偏置电路电路 根据基准电流确定放根据基准电流确定放大管的工作电流。大管的工作电流。复合管复合管RUVIBECCREF4- -= =放大管放大管放大管放大管有源有源负载负载有源负载有源负载 差模输入电压，差模输入电压，若极性为正：若极性为正：iC1iC2u1iC3iC4iO集电极集电极iC2= - -iC1够大时够大时 iC1=iC3镜像电流源：镜像电流源：i

30、C3 iC4iO= iC4- -iC2= 2iC4iC2= - -iC4结论：电路算然是单端输出，却可结论：电路算然是单端输出，却可得到相当于双端输出的电流变化量得到相当于双端输出的电流变化量作用：提供足够的输出功率，输出电阻作用：提供足够的输出功率，输出电阻 ，输入电阻高，输入电阻高减小波形失真，应有过载保护，防止烧毁功率三极管。减小波形失真，应有过载保护，防止烧毁功率三极管。1、互补对称电路、互补对称电路常用甲乙类常用甲乙类OCL或或OTL电路，采用复合管以得到大输出功率电路，采用复合管以得到大输出功率2、过载保护电路、过载保护电路常用过载保护电路：二极管保护电路常用过载保护电路：二极管保

31、护电路iC1ue1电位电位输出电流正常时，输出电流正常时，VD3、VD4截止截止当流过当流过VT1的正向电流过大的正向电流过大iC2VT1的基极电流分流到的基极电流分流到VD1、VD3当流过当流过VT2的反向电流过大的反向电流过大VT2的基极电流分流到的基极电流分流到VD4、VD2允许通过的最大电流允许通过的最大电流高温时，高温时，IEm更小，有利保护更小，有利保护eEmRVI7 . 0 5.4.1双极型集成运放双极型集成运放LM741两种典型集成运放电路：双极型为两种典型集成运放电路：双极型为LM741，CMOS为为C14573uA741，F741，通用型集成运放通用型集成运放F007、5G

32、24（NI）国外其他公司国外其他公司偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路输入级输入级输入级输入级中间级中间级输出级输出级AD741、PC741中间级中间级输出级输出级（1）偏置电路）偏置电路流过电阻流过电阻R5的基准电流的基准电流IREFVT11、VT10和和R4为微电流源为微电流源IC10比比IC11小的多，更稳定小的多，更稳定提供提供VT9的集电极电流的集电极电流IC9 横向横向PNP管管VT8、VT9组成镜像电流源产生组成镜像电流源产生I8决定输入级决定输入级VT1、VT2的集电极电流，输入级工作在弱电流状态，电流比较稳定。的集电极电流，输入级工作在弱电流状态，电流比较稳定。 VT12、VT

33、13组成另一组镜像电流源，产生组成另一组镜像电流源，产生IC13，提供中间级放，提供中间级放大管大管VT16、VT17的静态电流。的静态电流。和和VT3、VT4的基流的基流I3，451112RUUVVIBEBEEECCREF- - -+ += = VT1、VT2共集电路，提供高的差共集电路，提供高的差模输入电阻，共模输入电压。模输入电阻，共模输入电压。 VT5、VT6构成有源负载构成有源负载 VT4的集电极送出单端输出信号的集电极送出单端输出信号有源负载有源负载 VT3、VT4共基电路，电压放大共基电路，电压放大IC9I3、4I10IC1IC2IC8IC4IC3IC10=IC9+I3、4温度温

34、度IC1、IC2IC8IC9I10不变不变I3、4IC3、IC4这种接法组成一个共模负反馈这种接法组成一个共模负反馈减小温漂，提高共模抑制比减小温漂，提高共模抑制比至中间级至中间级不变不变输入信号来自输入信号来自VT4、VT6集电极集电极输出至互补对称放大电路输出至互补对称放大电路VT16、VT17组成复合管组成复合管VT13组成有源负载，组成有源负载，加入加入C1=30pF防止自激震荡防止自激震荡（4）输出级）输出级VT14、VT20组成互补对称电路组成互补对称电路VT19实现过载保护实现过载保护为减小交越失真为减小交越失真VT15、R7、R8 组成组成UBE扩大电路扩大电路UBE扩扩大电路

35、大电路787151588(1) 0.7CEBERRRUUVRR+ +LM741CN或或LM741EN为双列直插式封装，共有八个引脚为双列直插式封装，共有八个引脚2、3分别为反相，同相输入端分别为反相，同相输入端6为输出端，为输出端，7、4接正负直流电源接正负直流电源1、5接调零电位器接调零电位器引脚引脚8为空为空1、电路原理图、电路原理图P3、P4共源差分放大输入共源差分放大输入差分放大差分放大有源负载有源负载N1、N2为其为其有源负载有源负载P0、P1构成构成镜像电流源镜像电流源电阻电阻Rset设置工作电流设置工作电流双端输入、双端输入、N3组成共源极放大电路组成共源极放大电路P2为为有源负

36、载有源负载校正电容校正电容C防止产生自激震荡防止产生自激震荡镜像电镜像电流源流源偏置偏置电阻电阻共源放大共源放大电路电路有源有源负载负载双端双端输入输入单端单端输出输出单端输出单端输出校正校正电容电容CMOS四运放四运放C14573采用双列直插式封装，共有采用双列直插式封装，共有16个引脚个引脚开环增益和共模抑制比很高开环增益和共模抑制比很高 。通用集成运放经历了四代，各项技术指标不断得到改进。通用集成运放经历了四代，各项技术指标不断得到改进。第一代以第一代以A709为代表，微电流的恒流源、共模负反馈为代表，微电流的恒流源、共模负反馈第二代以第二代以A741为代表，有源负载，短路保护措施为代表

37、，有源负载，短路保护措施 第三代以第三代以AD508为代表，采用超为代表，采用超管，使管，使IIB、IIO和和IIO等参数值等参数值大大下降。输入级采用热对称设计，使超大大下降。输入级采用热对称设计，使超管的温漂得到抵消，管的温漂得到抵消，在失调电压、开环增益、共模抑制比和温漂方面得到改善。在失调电压、开环增益、共模抑制比和温漂方面得到改善。 第四代以第四代以HA2900为代表，输入采用为代表，输入采用MOS管，输入电阻达管，输入电阻达100M，而且采用调制和解调措施，成为自稳零运算放大器。而且采用调制和解调措施，成为自稳零运算放大器。专用型运放的性能特点专用型运放的性能特点1、高精度型、高精

38、度型温漂和噪声很低温漂和噪声很低 较高共模抑制比较高共模抑制比较高的开环差模增益较高的开环差模增益静态功耗比通用低静态功耗比通用低10100倍，电源可用电池，倍，电源可用电池，3、高阻型、高阻型生物科学和空间技术研究生物科学和空间技术研究测量放大器、采样测量放大器、采样- -保持电路、带通滤波器、模拟调节器保持电路、带通滤波器、模拟调节器信号源内阻很高，需要高输入电阻或低输入电流的运放信号源内阻很高，需要高输入电阻或低输入电流的运放全部用全部用MOS工艺制成。输入电阻高达工艺制成。输入电阻高达1000000M。4、高速型、高速型 A/D和和D/A转换器、有源滤波器、高速采样转换器、有源滤波器、

39、高速采样- -保持电流、保持电流、模拟乘法器和精密比较器等电路中，运放需要较快的转换速模拟乘法器和精密比较器等电路中，运放需要较快的转换速率以获得较短的过渡时间来保证电路的精度。率以获得较短的过渡时间来保证电路的精度。 大信号工作状态下：转换速率每微秒几十至几百伏，甚至大信号工作状态下：转换速率每微秒几十至几百伏，甚至1000V/s。单位增益带宽。单位增益带宽10MHz，甚至几百兆赫。，甚至几百兆赫。某些应用场合需要运放输出更高的电压。某些应用场合需要运放输出更高的电压。输出电压动态范围大，电源电压高，集成运放的功耗也高。输出电压动态范围大，电源电压高，集成运放的功耗也高。6、大功率型、大功率

40、型 除提供较高的输出电压，还提供较大的输出电流，在负载上除提供较高的输出电压，还提供较大的输出电流，在负载上得到较大的输出功率。单片音频放大器可输出十几瓦的功率。得到较大的输出功率。单片音频放大器可输出十几瓦的功率。为了使电路能正常、安全地工作，需要解决的问题。为了使电路能正常、安全地工作，需要解决的问题。异常现象的分析和排除，以及集成运放的保护。异常现象的分析和排除，以及集成运放的保护。5.6.1集成运放参数的测试集成运放参数的测试选定运放的型号后，查阅手册可得典型值。选定运放的型号后，查阅手册可得典型值。如果存在差异，需要对参数进行测试。如果存在差异，需要对参数进行测试。5.6.2使用中可

41、能出现的异常现象使用中可能出现的异常现象1、不能调零、不能调零输入电压输入电压=0，输出电压调不到，输出电压调不到0，处于正或负的最大电压值，处于正或负的最大电压值原因：原因：调零电位器不起作用；应用电路接线有误，有虚焊点；调零电位器不起作用；应用电路接线有误，有虚焊点；反馈极性接错或负反馈开环；集成运放内部损坏。反馈极性接错或负反馈开环；集成运放内部损坏。关电，重新接通即可调零，可能运放输入信号过大关电，重新接通即可调零，可能运放输入信号过大- -“堵塞堵塞”温漂大大超过手册规定的数值温漂大大超过手册规定的数值 存在虚焊点；产生自激振荡或受到强电磁场的干扰；靠近存在虚焊点；产生自激振荡或受到

42、强电磁场的干扰；靠近发热元件；输入回路的保护二极管受到光的照射；调零电位发热元件；输入回路的保护二极管受到光的照射；调零电位器滑动端接触不良；集成运放已损坏，质量不合格。器滑动端接触不良；集成运放已损坏，质量不合格。3、产生自激振荡、产生自激振荡 输入信号输入信号=0，示波器观察到输出端存在频率较高，近似正弦，示波器观察到输出端存在频率较高，近似正弦波的输出信号，人体，金属靠近时，输出波形产生显著变化。波的输出信号，人体，金属靠近时，输出波形产生显著变化。 措施：按规定部位和参数接入校正网络；防止反馈极性接错，措施：按规定部位和参数接入校正网络；防止反馈极性接错，避免负反馈过强；合理安排接线，

43、防止杂散电容过大。避免负反馈过强；合理安排接线，防止杂散电容过大。为防止损坏期间，保证安全，常用以下几种保护措施：为防止损坏期间，保证安全，常用以下几种保护措施：1、输入保护、输入保护 输入共模电压、差模电压过高，输入级某个三极管发射结被输入共模电压、差模电压过高，输入级某个三极管发射结被反向击穿，造成永久损坏；或使差分管不平衡；或造成反向击穿，造成永久损坏；或使差分管不平衡；或造成“堵堵塞塞”。 图（图（a）是反相输入保护，限制集成运放两个输入端之间的差）是反相输入保护，限制集成运放两个输入端之间的差模输入电压不超过二极管模输入电压不超过二极管VD1、VD2的正向导通电压。的正向导通电压。图

44、（图（b）限制运放的共模输入电压不超过）限制运放的共模输入电压不超过+ +V至至- -V的范围。的范围。 为防止正、负极两路电源接反，引入保护电路为防止正、负极两路电源接反，引入保护电路若极性接错，二极管若极性接错，二极管VD1、VD2不能导通，使电源断开。不能导通，使电源断开。3、输出端错接保护、输出端错接保护若将输出端错接到外部电压，可能引起过流或击穿，造成损坏。若将输出端错接到外部电压，可能引起过流或击穿，造成损坏。若放大电路输出端电压过高，若放大电路输出端电压过高，VDZ1或或VDZ2将被反向击穿。将被反向击穿。输出电压被限制在输出电压被限制在VDZ1或或VDZ2的稳压值，避免损坏。的稳压值，避免损坏。P217、习题、习题5-1