第六章集成电路运算放大器精选文档.ppt

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1、第六章集成电路运算放大器第六章集成电路运算放大器本讲稿第一页，共四十九页教学内容：教学内容：教学内容：教学内容：本章首先讨论组成集成运放的基本单元电路、典型集成本章首先讨论组成集成运放的基本单元电路、典型集成本章首先讨论组成集成运放的基本单元电路、典型集成本章首先讨论组成集成运放的基本单元电路、典型集成运放电路基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。运放电路基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。运放电路基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。运放电路基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。教学要求：教学要求：教学要求：教学要求：本章需要重点掌握差分式放大电路的分析计算；另外还需本章需要重点掌

2、握差分式放大电路的分析计算；另外还需本章需要重点掌握差分式放大电路的分析计算；另外还需本章需要重点掌握差分式放大电路的分析计算；另外还需了解集成运放中的电流源。了解集成运放中的电流源。了解集成运放中的电流源。了解集成运放中的电流源。本讲稿第二页，共四十九页 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为基片上，构成特定功能的电子电路，称为基片上，构成特定功能的电子电路，称为基

3、片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路集成电路集成电路集成电路。集成电路具有以。集成电路具有以。集成电路具有以。集成电路具有以下特点：下特点：下特点：下特点：a.a.a.a.电路结构与元件参数具有对称性；电路结构与元件参数具有对称性；电路结构与元件参数具有对称性；电路结构与元件参数具有对称性；b.b.b.b.有源器件代替无源器件；有源器件代替无源器件；有源器件代替无源器件；有源器件代替无源器件；c.c.c.c.采用复合结构的电路；采用复合结构的电路；采用复合结构的电路；采用复合结构的电路；d.d.d.d.级间采用直接耦合方式；级间采用直接耦合方式；级间采用直接耦合方式；级间采用直接耦合方式

4、；e.e.e.e.电路中的二极管多用于温度补偿或电位移动电路，大都采电路中的二极管多用于温度补偿或电位移动电路，大都采电路中的二极管多用于温度补偿或电位移动电路，大都采电路中的二极管多用于温度补偿或电位移动电路，大都采用用用用BJTBJTBJTBJT的发射结构成。的发射结构成。的发射结构成。的发射结构成。本讲稿第三页，共四十九页 6.1 6.1 6.1 6.1 集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源 电流源是提供恒定电流的电子线路，在模拟集成电路中，电流源是提供恒定电流的电子线路，在模拟集成电路中，广泛的使用电流源为放大

5、器提供稳定的偏置电路或作为放大电广泛的使用电流源为放大器提供稳定的偏置电路或作为放大电路的有源负载。路的有源负载。本讲稿第四页，共四十九页 电路如图所示，设电路如图所示，设 T T1 1、T T2 2的参数完的参数完全相同。全相同。即即 V VBE1 BE1=V=VBE2BE2,E1 E1 =E2E2,CEO1 CEO1=CEO2CEO2,C1 C1 =C2C2,1 1 =2 2，镜像电流源电路适用于较大工作电流镜像电流源电路适用于较大工作电流镜像电流源电路适用于较大工作电流镜像电流源电路适用于较大工作电流(毫安数量级毫安数量级毫安数量级毫安数量级)的场合，若的场合，若的场合，若的场合，若需减

6、小需减小需减小需减小 C2C2C2C2的值，必要求的值，必要求的值，必要求的值，必要求R R R R的值很大，而这在集成电路中难以实现。的值很大，而这在集成电路中难以实现。的值很大，而这在集成电路中难以实现。的值很大，而这在集成电路中难以实现。因此需要研究改进型的电流源。因此需要研究改进型的电流源。因此需要研究改进型的电流源。因此需要研究改进型的电流源。1.镜像电流源镜像电流源 当当 较大时，较大时，B 可以忽略，所以可以忽略，所以 C2 近近似等于基准电流似等于基准电流 REF,本讲稿第五页，共四十九页2.2.2.2.微电流源微电流源微电流源微电流源 在在在在T T T T2 2 2 2的射

7、极电路接入电阻的射极电路接入电阻的射极电路接入电阻的射极电路接入电阻R R R Re2e2e2e2,当基准电流当基准电流当基准电流当基准电流 REFREFREFREF一定时一定时一定时一定时,C2C2C2C2可可可可确定如下：确定如下：确定如下：确定如下：利用两管基利用两管基利用两管基利用两管基-射极电压差射极电压差射极电压差射极电压差 V V V VBEBEBEBE可以控制输出电流可以控制输出电流可以控制输出电流可以控制输出电流 C2 C2 C2 C2。由于。由于。由于。由于 V V V VBEBEBEBE的数值小的数值小的数值小的数值小,故用阻值不大的故用阻值不大的故用阻值不大的故用阻值不

8、大的R R R Re2e2e2e2即可获得微小的工作电流由于即可获得微小的工作电流由于即可获得微小的工作电流由于即可获得微小的工作电流由于T T T T1 1 1 1对对对对T T T T2 2 2 2 有温度补偿作用，所以有温度补偿作用，所以有温度补偿作用，所以有温度补偿作用，所以 C2 C2 C2 C2 的温度稳定性较好。的温度稳定性较好。的温度稳定性较好。的温度稳定性较好。本讲稿第六页，共四十九页 由于电流源具有由于电流源具有由于电流源具有由于电流源具有直流电阻小直流电阻小直流电阻小直流电阻小而而而而交流交流交流交流电阻很大电阻很大电阻很大电阻很大的特点，在模拟集成电路中，的特点，在模拟

9、集成电路中，的特点，在模拟集成电路中，的特点，在模拟集成电路中，广泛的把它作为负载使用，称为广泛的把它作为负载使用，称为广泛的把它作为负载使用，称为广泛的把它作为负载使用，称为有有有有源负载源负载源负载源负载。如图所示电流源作为集电极负载。如图所示电流源作为集电极负载。如图所示电流源作为集电极负载。如图所示电流源作为集电极负载。电流电流电流电流 C2 C2 C2 C2=C1 C1 C1 C1 等于基准电流等于基准电流等于基准电流等于基准电流 C3C3C3C3(REFREFREFREF)。同时，电流源常用作射极。同时，电流源常用作射极。同时，电流源常用作射极。同时，电流源常用作射极负载。负载。负

10、载。负载。IC23.3.电流源用作有源负载电流源用作有源负载电流源用作有源负载电流源用作有源负载本讲稿第七页，共四十九页6.2 6.2 6.2 6.2 差分式放大电路差分式放大电路差分式放大电路差分式放大电路直接耦合：直接耦合：直接耦合：直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2本讲稿第八页，共四十九页零点漂移：零点漂移：零点漂移：零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无

11、规则地变化的现象。缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：产生的原因：产生的原因：产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。元件参数的变化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。也称零漂为温漂。一、一、一、一、零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象零点漂移现象即即uI0，uO0的现象。的现象。克服温漂的方法克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。：引入直流负反馈，温度补偿。典型电典型电路：差分放大电路路：差分放大电路本讲稿第九页，共四十九页 若由于温度的升高若由于

12、温度的升高若由于温度的升高若由于温度的升高 I IC1C1增加增加增加增加 1%1%，试计算输出电压，试计算输出电压，试计算输出电压，试计算输出电压U Uo o变化了多少变化了多少变化了多少变化了多少？已知：已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500 ，1=2=50。温度升高前，温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC1=2.3 1.01 mA=2.323 mAUC1=UZ+UBE2=4+0.6 V=4.6 V例：例：例：例：uZ+UCC12VuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZUC1IB2本讲稿第十页，共四十九页已知：已知：UZ=4V，UBE=

13、0.6V，RC1=3k，RC2=500 ，1=2=50。温度升高前，温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。例：例：例：例：uZ+UCC12VuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZIC2=2 IC2=50 0.147mA=7.35mA U Uo o=8.325=8.3257.75V=0.575V7.75V=0.575V 提高了提高了提高了提高了7.42%7.42%可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化

14、即有零点漂移现象。了变化即有零点漂移现象。了变化即有零点漂移现象。了变化即有零点漂移现象。IB2UC1本讲稿第十一页，共四十九页零点漂移的危害：零点漂移的危害：零点漂移的危害：零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。漂移电压。一般把温度升高一般把温度升高10C时，输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电时，输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效输入端等效输

15、入端等效输入端等效漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压输出端输出端输出端输出端漂移电压漂移电压漂移电压漂移电压电压电压电压电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数 只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。信号才能被很好地区分出来。本讲稿第十二页，共四十九页 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。通频带通频带通频带通频带f|Au|0.707|Auo|OfH|Auo|幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性 抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大

16、电路的一个重要抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。的问题。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。本讲稿第十三页，共四十九页一、一、一、一、差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。的参数值都相等。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大原理电路差动放大原理电路差动放大原理电路

17、差动放大原理电路+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两个两个输入、两个输出输出两管两管静态工作点静态工作点相同相同二、二、二、二、差动放大电路差动放大电路差动放大电路差动放大电路本讲稿第十四页，共四十九页uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态时，静态时，ui1=ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。对称差动放大电路对两

18、管所产生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2VC1VC21.1.零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制零点漂移的抑制本讲稿第十五页，共四十九页2.2.有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即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对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力对共模信号没有放大能力。(1)(1)

19、共模信号共模信号共模信号共模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、极性相同大小相等、极性相同 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。制水平。制水平。制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2共模信号共模信号 需要抑制需要抑制本讲稿第十六页，共四十九页+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22.2.有信号输入

20、时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况有信号输入时的工作情况两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(2)(2)差模信号差模信号差模信号差模信号 u ui1 i1=u ui2i2大小相等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反大小相等、极性相反u uo o=(=(V VC C)(-(-V VC C)=2)=2 V VC C即即即即对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力对差模信号有放大能力。+差模信号差模信号 是有用信号是有用信号本

21、讲稿第十七页，共四十九页(3)(3)比较输入比较输入比较输入比较输入 u ui1 i1、u ui2 i2 大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。例例1:ui1=10 mV,ui2=6 mV ui2=8 mV 2 mV 例例2:ui1=20 mV,ui2=16 mV 可分解成可分解成:ui1=18 mV +2 mV ui2=18 mV 2 mV 可分解成可分解成:ui1=8 mV +2 mV共模信号共模信号共模信号共模信号差模信号差模信号差模信号差模信号 放大器只放大器只放大器只放大器只 放大两个放大两个放大两个放大两个 输入信号输入信号输入信号输入信号

22、 的差值信的差值信的差值信的差值信 号号号号差动差动差动差动 放大电路。放大电路。放大电路。放大电路。本讲稿第十八页，共四十九页(3)(3)比较输入比较输入比较输入比较输入 u ui1 i1、u ui2 i2 大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。大小和极性是任意的。这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中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。是常见的。共模信号为：共模信号为：共模信号为：共模信号为：差模信号为：差模信号为：差模信号为：差模信号为：本讲稿第十九页，共四十九页（4 4）、）、）、）、差分放大电路的输入输出形式差分放大电路的输入输出形式

23、差分放大电路的输入输出形式差分放大电路的输入输出形式 1.双端输入、双端输出（双入双出）双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）单端输入、单端输出（单入单出）差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:差模电压增益差模电压增益差模电压增益差模电压增益 共模电压增益共模电压增益共模电压增益共模电压增益 差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻输

24、出电阻输出电阻主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：本讲稿第二十页，共四十九页 如图所示，它由两如图所示，它由两 个特性相同的个特性相同的BJTBJT，T T1 1、T T2 2组成对称电路，电路组成对称电路，电路 参数也对称，参数也对称，即即 R RC1 C1=R=RC2 C2=R=RC C三、基本差分式放大电路三、基本差分式放大电路三、基本差分式放大电路三、基本差分式放大电路本讲稿第二十一页，共四十九页 1.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理 (1)(1)(1)(1)静态分析静态分析静态分析静态分析 当没有输入信号电压时，输出信号电压当没有输入信

25、号电压时，输出信号电压当没有输入信号电压时，输出信号电压当没有输入信号电压时，输出信号电压V V V Vo o o o也为也为也为也为0 0 0 0。(2)(2)(2)(2)动态分析动态分析动态分析动态分析 当在电路两个输入端各加一个当在电路两个输入端各加一个当在电路两个输入端各加一个当在电路两个输入端各加一个大小相等大小相等大小相等大小相等、极性相反极性相反极性相反极性相反的信号电压时，的信号电压时，的信号电压时，的信号电压时，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压不为一管电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压不为一管电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压不为一管

26、电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压不为0 0 0 0，输出端间有信号电压输出。这种输入方式称为输出端间有信号电压输出。这种输入方式称为输出端间有信号电压输出。这种输入方式称为输出端间有信号电压输出。这种输入方式称为差模输入差模输入差模输入差模输入。本讲稿第二十二页，共四十九页2.2.主要技术指标的计算主要技术指标的计算主要技术指标的计算主要技术指标的计算(1)(1)差模电压增益差模电压增益差模电压增益差模电压增益 a.a.双端输入双端输出双端输入双端输出双端输入双端输出双端输入双端输出本讲稿第二十三页，共四十九页 当集电极当集电极当集电极当集电极c c c c1 1 1 1、c c

27、 c c2 2 2 2两点间接入负载电阻两点间接入负载电阻两点间接入负载电阻两点间接入负载电阻R R R RL L L L时时时时,综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出的情况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可的情况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可的情况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可的情况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可见，该电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。见，该电路是用成

28、倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。见，该电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。见，该电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。本讲稿第二十四页，共四十九页 b.b.b.b.双端输入单端输出双端输入单端输出双端输入单端输出双端输入单端输出 如输出电压取自其中一管的集电极如输出电压取自其中一管的集电极如输出电压取自其中一管的集电极如输出电压取自其中一管的集电极(V(V(V(Vo1 o1 o1 o1 或或或或V V V Vo2o2o2o2)，则称为单端输出，则称为单端输出，则称为单端输出，则称为单端输出，其电压增益只有双端输出时的一半，即其电压增益只有双端输出时的一半，即其电压增益只有

29、双端输出时的一半，即其电压增益只有双端输出时的一半，即 本讲稿第二十五页，共四十九页 (2)(2)(2)(2)共模电压增益共模电压增益共模电压增益共模电压增益 a.a.a.a.双端输出双端输出双端输出双端输出 如图所示，当从两管集电极输出如图所示，当从两管集电极输出如图所示，当从两管集电极输出如图所示，当从两管集电极输出时，由于电路的对称性，其时，由于电路的对称性，其时，由于电路的对称性，其时，由于电路的对称性，其输出电输出电输出电输出电压压压压V V V VOCOCOCOC约为约为约为约为0 0 0 0，而而而而 要达到电路完全对称是不易的，要达到电路完全对称是不易的，要达到电路完全对称是不

30、易的，要达到电路完全对称是不易的，即使这样这种电路抑制共模信号即使这样这种电路抑制共模信号即使这样这种电路抑制共模信号即使这样这种电路抑制共模信号的能力也是很强的。的能力也是很强的。的能力也是很强的。的能力也是很强的。本讲稿第二十六页，共四十九页 b.b.b.b.单端输出单端输出单端输出单端输出 由上式可知，由上式可知，由上式可知，由上式可知，r r r ro o o o越大，越大，越大，越大，A A A AVC1VC1VC1VC1越小，它抑制越小，它抑制越小，它抑制越小，它抑制共模信号能力越的强。共模信号能力越的强。共模信号能力越的强。共模信号能力越的强。本讲稿第二十七页，共四十九页（Com

31、mon 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。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。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。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。差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数 K KCMRCMR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共

32、模信号的能力越强。共模信号的能力越强。（3 3）共模抑制比）共模抑制比）共模抑制比）共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比本讲稿第二十八页，共四十九页 在基本差分式放大电路中若电路完全对称，则共模抑制比的表达在基本差分式放大电路中若电路完全对称，则共模抑制比的表达在基本差分式放大电路中若电路完全对称，则共模抑制比的表达在基本差分式放大电路中若电路完全对称，则共模抑制比的表达式为：式为：式为：式为：由上式可知，恒流源的交流电阻由上式可知，恒流源的交流电阻由上式可知，恒流源的交流电阻由上式可知，恒流源的交流电阻r r r ro o o o的数值越大，抑制共模信的数值越大，抑制共模信的数

33、值越大，抑制共模信的数值越大，抑制共模信号的能力愈强。号的能力愈强。号的能力愈强。号的能力愈强。本讲稿第二十九页，共四十九页四、四、四、四、FETFETFETFET差分式放大电路差分式放大电路差分式放大电路差分式放大电路 由由由由 BJT BJT BJT BJT组成的差分式电组成的差分式电组成的差分式电组成的差分式电路对共模输入信号有相当路对共模输入信号有相当路对共模输入信号有相当路对共模输入信号有相当强的抑制能力，但它的差强的抑制能力，但它的差强的抑制能力，但它的差强的抑制能力，但它的差模输入阻抗很低。因此，模输入阻抗很低。因此，模输入阻抗很低。因此，模输入阻抗很低。因此，高输入阻抗模拟集成

34、电路高输入阻抗模拟集成电路高输入阻抗模拟集成电路高输入阻抗模拟集成电路中，常采用输入电阻高、中，常采用输入电阻高、中，常采用输入电阻高、中，常采用输入电阻高、输入偏置电流很小的输入偏置电流很小的输入偏置电流很小的输入偏置电流很小的 FET FET FET FET差分式放大电路。差分式放大电路。差分式放大电路。差分式放大电路。带恒流源的带恒流源的JEFT差分式放大电路差分式放大电路本讲稿第三十页，共四十九页 如图所示为带恒流源的如图所示为带恒流源的如图所示为带恒流源的如图所示为带恒流源的JEFTJEFTJEFTJEFT差分式放大电路。其中差分式放大电路。其中差分式放大电路。其中差分式放大电路。其

35、中JEFTJEFTJEFTJEFT，T T T T1 1 1 1、T T T T2 2 2 2是差分对管，是差分对管，是差分对管，是差分对管，BJTBJTBJTBJT，T T T T3 3 3 3、T T T T4 4 4 4 及及及及R R R R1 1 1 1、R R R R2 2 2 2、R R R R3 3 3 3组成恒流源电路，组成恒流源电路，组成恒流源电路，组成恒流源电路，用于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。用于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。用于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。用于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。式中式中式中

36、式中 g g g gm m m m 为为为为T T T T1 1 1 1、T T T T2 2 2 2的互导；的互导；的互导；的互导；R R R Rd d d d=R=R=R=Rd1 d1 d1 d1=R=R=R=Rd2d2d2d2其差模电压增益为：其差模电压增益为：其差模电压增益为：其差模电压增益为：本讲稿第三十一页，共四十九页6.3 集成运放基本知识集成运放基本知识一、通用型集成运放一、通用型集成运放一、通用型集成运放一、通用型集成运放(Operational AmplifierOperational Amplifier)的组成的组成的组成的组成1.1.模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点

37、模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点1 1)直接耦合：直接耦合：直接耦合：直接耦合：采用差分电路形式，元件相对误差小；采用差分电路形式，元件相对误差小；采用差分电路形式，元件相对误差小；采用差分电路形式，元件相对误差小；2 2)大电阻大电阻大电阻大电阻用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；用恒流源代替，大电容外接；3 3)二极管用三极管代替二极管用三极管代替二极管用三极管代替二极管用三极管代替(B B、C C 极接在一起极接在一起极接在一起极接在一起)；4 4)高增益、高输入电阻、低输出电阻。高增益、高输入电阻、低输出电阻。高增益、高输入电阻、低输出电阻

38、。高增益、高输入电阻、低输出电阻。本讲稿第三十二页，共四十九页2.2.组成方框图组成方框图组成方框图组成方框图输入级：输入级：输入级：输入级：差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。中间级：中间级：中间级：中间级：采用采用采用采用有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。输出级：输出级：输出级：输出级：OCL OCL 电路，带负载能力强电路，带负载能力强电路，带负载能力强电路，带负载能力强偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路：镜像电流源，微电流源。镜像电流源

39、，微电流源。镜像电流源，微电流源。镜像电流源，微电流源。输入级输入级输入级输入级偏置电偏置电偏置电偏置电路路路路中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级+u uo o u uidid本讲稿第三十三页，共四十九页+UCCUEEu uo ouu+3 3 电路的简单说明电路的简单说明电路的简单说明电路的简单说明输入级输入级中间级中间级输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：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放流源的差放。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共

40、发射极放大电路构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。成。输出级：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。称电路或射极输出器构成。本讲稿第三十四页，共四十九页 二、通用型集成电路运算放大器二、通用型集成电路运算放大器二、通用型集成电路运算放大器二、通用型集成电路运算放大器 如图所示为如图所示为如图所示为如图所示为741741741741模拟集成电路的原理图。模拟集成电路的原理图。模拟集成电路的原理图。模拟集成电路的原理图。本讲稿第三十五页，共四十九页 1.1.1.1.偏置电路

41、偏置电路偏置电路偏置电路 741 741 741 741型集成运放由型集成运放由型集成运放由型集成运放由24242424个个个个BJTBJTBJTBJT、10101010个电阻和个电阻和个电阻和个电阻和 一个电容所组成。在体积小的条件下，为了一个电容所组成。在体积小的条件下，为了一个电容所组成。在体积小的条件下，为了一个电容所组成。在体积小的条件下，为了 降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态 工作电流，故采用微电流源电路。图中由工作电流，故采用微电流源电路。图中由工作电流，故采用

42、微电流源电路。图中由工作电流，故采用微电流源电路。图中由 +V +V +V +VCCCCCCCCT T T T12 12 12 12 R R R R5 5 5 5 T T T T11 11 11 11 -V V V VEEEEEEEE 构成主偏置电路决定偏置电路的基准电流构成主偏置电路决定偏置电路的基准电流构成主偏置电路决定偏置电路的基准电流构成主偏置电路决定偏置电路的基准电流 REFREFREFREF。输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小 零点漂移。零点漂移。零点漂移。零点漂移

43、。本讲稿第三十六页，共四十九页 2.2.2.2.输入级输入级输入级输入级 图中由图中由图中由图中由T T T T1 1 1 1-T-T-T-T6 6 6 6组成的差分式放大电路，组成的差分式放大电路，组成的差分式放大电路，组成的差分式放大电路，由由由由T T T T6 6 6 6 的集电极输出，的集电极输出，的集电极输出，的集电极输出，T T T T1 1 1 1、T T T T3 3 3 3和和和和 T T T T2 2 2 2、T T T T4 4 4 4组成共组成共组成共组成共 集集集集 共基复合差分电路。共基复合差分电路。共基复合差分电路。共基复合差分电路。T T T T1 1 1 1

44、、T T T T2 2 2 2 组成共集电组成共集电组成共集电组成共集电 路可以提高输入阻抗，路可以提高输入阻抗，路可以提高输入阻抗，路可以提高输入阻抗，T T T T3 3 3 3、T T T T4 4 4 4 组成共基电路组成共基电路组成共基电路组成共基电路 和和和和T T T T5 5 5 5、T T T T6 6 6 6 和和和和T T T T7 7 7 7组成的有源负载，有利于提高组成的有源负载，有利于提高组成的有源负载，有利于提高组成的有源负载，有利于提高 输入级的电压增益、最大差模输入电压并扩输入级的电压增益、最大差模输入电压并扩输入级的电压增益、最大差模输入电压并扩输入级的电压

45、增益、最大差模输入电压并扩 大共模输入电压范围，同时改善频率响应。大共模输入电压范围，同时改善频率响应。大共模输入电压范围，同时改善频率响应。大共模输入电压范围，同时改善频率响应。本讲稿第三十七页，共四十九页 a.a.a.a.当输入信号当输入信号当输入信号当输入信号 V V V Vi i i i=0=0=0=0时，差分输入级处于平衡时，差分输入级处于平衡时，差分输入级处于平衡时，差分输入级处于平衡状态，输出电流状态，输出电流状态，输出电流状态，输出电流i i i io1o1o1o1=0=0=0=0；b.b.b.b.当接入信号当接入信号当接入信号当接入信号V V V Vi i i i并使同相输入

46、端为并使同相输入端为并使同相输入端为并使同相输入端为+，反相输，反相输，反相输，反相输入端为入端为入端为入端为-时，差分输入级的输出电流为两边输出时，差分输入级的输出电流为两边输出时，差分输入级的输出电流为两边输出时，差分输入级的输出电流为两边输出电流变化量的总和，使单端输出的电压增益提高电流变化量的总和，使单端输出的电压增益提高电流变化量的总和，使单端输出的电压增益提高电流变化量的总和，使单端输出的电压增益提高到近似等于双端输出的电压增益。到近似等于双端输出的电压增益。到近似等于双端输出的电压增益。到近似等于双端输出的电压增益。c.c.c.c.当输入为共模信号时，当输入为共模信号时，当输入为

47、共模信号时，当输入为共模信号时，i i i iC3C3C3C3和和和和i i i iC4C4C4C4相等，相等，相等，相等，i i i io1o1o1o1=0=0=0=0，从而使共模抑制，从而使共模抑制，从而使共模抑制，从而使共模抑制比大为提高。比大为提高。比大为提高。比大为提高。本讲稿第三十八页，共四十九页 3.3.3.3.中间级中间级中间级中间级 由由由由T T T T16161616、T T T T17171717组成复合管共射极放大电路，集电极负载为组成复合管共射极放大电路，集电极负载为组成复合管共射极放大电路，集电极负载为组成复合管共射极放大电路，集电极负载为 T T T T13B1

48、3B13B13B所所所所组成的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，组成的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，组成的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，组成的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，同时也有较高的输入电阻。同时也有较高的输入电阻。同时也有较高的输入电阻。同时也有较高的输入电阻。4.4.4.4.输出级输出级输出级输出级 本级是由本级是由本级是由本级是由T T T T14141414和和和和T T T T20202020组成的互补对称电路。组成的互补对称电路。组成的互补对称电路。组成的互补对称电路。整个电路要

49、求当输入信号为零时输出也应为整个电路要求当输入信号为零时输出也应为整个电路要求当输入信号为零时输出也应为整个电路要求当输入信号为零时输出也应为 零。零。零。零。本讲稿第三十九页，共四十九页三、集成运算放大器电路符号及理想化条件三、集成运算放大器电路符号及理想化条件三、集成运算放大器电路符号及理想化条件三、集成运算放大器电路符号及理想化条件1.1.运放的符号运放的符号运放的符号运放的符号习惯用符号习惯用符号习惯用符号习惯用符号u uidid+V VCCCC V VEEEE国家标准符号国家标准符号国家标准符号国家标准符号u uo ou uidid+V VCCCC V VEEEE8 8直流电源接法直

50、流电源接法直流电源接法直流电源接法(V VCC CC=V VEE EE)本讲稿第四十页，共四十九页等效电路等效电路等效电路等效电路uouidui+u+uoRidAud uidRoiu u+同相端输入电压同相端输入电压同相端输入电压同相端输入电压u u 反相端输入电压反相端输入电压反相端输入电压反相端输入电压u uid id 差模输入电压差模输入电压差模输入电压差模输入电压u uid id=u u u u+A Au ud d 开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 u uo o=A Au ud d(u u+u u )本讲稿第四十一页，共四十九页1)Aud