第六章集成电路运算放大器优秀课件.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第1页，本讲稿共49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、典型集成运放电路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。基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。基其性能指标，接着简述了几种专用型运放。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；另外本章需要重点掌握差分

2、式放大电路的分析计算；另外本章需要重点掌握差分式放大电路的分析计算；另外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。还需了解集成运放中的电流源。还需了解集成运放中的电流源。还需了解集成运放中的电流源。第2页，本讲稿共49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，称为硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为硅基片上

3、，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。集成电路具。集成电路具。集成电路具有以下特点：有以下特点：有以下特点：有以下特点：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；e

4、.e.e.e.电路中的二极管多用于温度补偿或电位移动电路，大都采用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。第3页，本讲稿共49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，广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器提

5、供稳定的偏置电路或作为放大电路的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。有源负载。第4页，本讲稿共49页 电路如图所示，设电路如图所示，设 T T1 1、T T2 2的参数完全的参数完全相同。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，的场合，的场合，的场合，若需减小若需减小若需

6、减小若需减小 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的值很大，而这在集成电路中难的值很大，而这在集成电路中难的值很大，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。以实现。因此需要研究改进型的电流源。以实现。因此需要研究改进型的电流源。以实现。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 近似等于基准电流近似等于基准电流 REF,第5页，本讲稿共49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的射极电路接入

7、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,当当当当基准电流基准电流基准电流基准电流 REFREFREFREF一定时一定时一定时一定时,C2C2C2C2可确定可确定可确定可确定如下：如下：如下：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。由。由。由于于于于 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大的R R

8、 R Re2e2e2e2即可获得微小的工即可获得微小的工即可获得微小的工即可获得微小的工作电流由于作电流由于作电流由于作电流由于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 的温度稳定的温度稳定的温度稳定的温度稳定性较好。性较好。性较好。性较好。第6页，本讲稿共49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，在模拟集成电路中，

9、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，称为有源有源有源有源负载负载负载负载。如图所示电流源作为集电极负如图所示电流源作为集电极负如图所示电流源作为集电极负如图所示电流源作为集电极负载。电流载。电流载。电流载。电流 C2 C2 C2 C2=C1 C1 C1 C1 等于基准电等于基准电等于基准电等于基准电流流流流 C3C3C3C3(REFREFREFREF)。同时，电流源常用。同时，电流源常用。同时，电流源常用。同时，电流源常用作射极负载。作射极负载。作射极负载。作射极负载。I

10、C23.3.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第7页，本讲稿共49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第8页，本讲稿共49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、无规则地变化的现象

11、。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。路元件参数的变化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要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。原因，故也称零漂为温漂。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。典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路第9页，本讲稿共49页 若由于温度的升高若由于温度的升高若由于温

12、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变化了变化了变化了变化了多少？多少？多少？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第10页，本讲稿共49页已知：已知：UZ=4V，UBE=0.6V，R

13、C1=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，输出电压发可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化即有零点漂移现象。

14、生了变化即有零点漂移现象。生了变化即有零点漂移现象。生了变化即有零点漂移现象。IB2UC1第11页，本讲稿共49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。还是漂移电压。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。移电压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效输入端等效输入端等效输入端

15、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。用信号才能被很好地区分出来。第12页，本讲稿共49页 由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。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电路的一个重抑制

16、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。要的问题。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。耦合。第13页，本讲稿共49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。件的参数值都相等。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差动放大原理电路+

17、UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两两个输入、两个输出个输出两管两管静态工作静态工作点相同点相同二、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第14页，本讲稿共49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管所产生的同向漂移都

18、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第15页，本讲稿共49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，所以输出电压为零，两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即即即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)共模信号共模信号共模信

19、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，反映了它对零点差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点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。漂移的抑制水平。漂移的抑制水平。漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2共模信号共模信号 需要抑制需要抑制第16页，本讲稿共49页+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22.2.有信号输入时的工作情况有信号输入时

20、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第17页，本讲稿共49页(

21、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 的差值信的差值信的差值信

22、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。第18页，本讲稿共49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。制系统中是常见的。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：第19页，本讲稿共49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差分放大电路的输入输出形式差分

23、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出电阻输出电阻主要讨论的问题有

24、：主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：第20页，本讲稿共49页 如图所示，它由两如图所示，它由两 个特性相同个特性相同的的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第21页，本讲稿共49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号电压时，输出信号电压当没有输入信号

25、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的信号的信号的信号电压时，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压时，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以输出信号电压时，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电压不为电

26、压不为电压不为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。第22页，本讲稿共49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第23页，本讲稿共49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 c c2 2 2 2两点间接入负载电阻两点

27、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、双端输出的情综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出的情综上分析可知，在电路完全对称、双端输入、双端输出的情综上分析可知，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。可见，该况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可见，该况下，基本差分式电路与单边电路的电压增益相等。可见，该况下，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。电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能

28、力。电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。电路是用成倍的元器件以换取抑制零点漂移的能力。第24页，本讲稿共49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，即其电压增益只有双端输出时的一半，即其电压增益只有双端输出时的一

29、半，即 第25页，本讲稿共49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时，如图所示，当从两管集电极输出时，如图所示，当从两管集电极输出时，如图所示，当从两管集电极输出时，由于电路的对称性，其由于电路的对称性，其由于电路的对称性，其由于电路的对称性，其输出电压输出电压输出电压输出电压V V V VOCOCOCOC约约约约为为为为0 0 0 0，而而而而 要达到电路完全对称是不易要达到电路完全对称是不易要达到电路完全对称是不易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的，即

30、使这样这种电路抑制共模的，即使这样这种电路抑制共模的，即使这样这种电路抑制共模信号的能力也是很强的。信号的能力也是很强的。信号的能力也是很强的。信号的能力也是很强的。第26页，本讲稿共49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。第27页，本讲稿共49页（Common Mode Rejection Ratio)全面衡量差

31、动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能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。力。力。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。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。（3 3）共模抑制比）

32、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第28页，本讲稿共49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：达式为：达式为：达式为：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，抑制共模信号的数值越大，抑制共模信号的数值越大，抑制共模信号的数值越大，抑制共模信号的能力愈强。的能

33、力愈强。的能力愈强。的能力愈强。第29页，本讲稿共49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组成的差分组成的差分组成的差分组成的差分式电路对共模输入信式电路对共模输入信式电路对共模输入信式电路对共模输入信号有相当强的抑制能号有相当强的抑制能号有相当强的抑制能号有相当强的抑制能力，但它的差模输入力，但它的差模输入力，但它的差模输入力，但它的差模输入阻抗很低。因此，高阻抗很低。因此，高阻抗很低。因此，高阻抗很低。因此，高输入阻抗模拟集成电输入阻抗模拟集成电输入阻抗模拟集成电输入阻抗模拟集成电路中，

34、常采用输入电路中，常采用输入电路中，常采用输入电路中，常采用输入电阻高、输入偏置电流阻高、输入偏置电流阻高、输入偏置电流阻高、输入偏置电流很小的很小的很小的很小的 FET FET FET FET差分式放差分式放差分式放差分式放大电路。大电路。大电路。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第30页，本讲稿共49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。其中JEFTJEFTJEFTJEFT，T T T T1 1 1 1、T

35、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，用组成恒流源电路，用组成恒流源电路，用组成恒流源电路，用于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。于抑制共模信号，该电路是单入单出差分式放大电路。式中式中式中式中 g g g gm m m m 为为为为T T T T1 1 1

36、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：第31页，本讲稿共49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：

37、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。高增益、高输入电阻、低输出电阻。第32页，本讲稿共49页2.2.组成方框

38、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，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

39、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第33页，本讲稿共49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采用带恒流源的差放。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极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。放大电路构成。输出

40、级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一与负载相接，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。般由互补对称电路或射极输出器构成。第34页，本讲稿共49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。第35页，本讲稿共49页 1.1.1.1.偏置电路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

41、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 +VCCCCC

42、CCCT 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。第36页，本讲稿共49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

43、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、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，

44、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

45、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。第37页，本讲稿共49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

46、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 iC4C4C4C

47、4相等，相等，相等，相等，i i i io1o1o1o1=0=0=0=0，从而使共模抑制比大为，从而使共模抑制比大为，从而使共模抑制比大为，从而使共模抑制比大为提高。提高。提高。提高。第38页，本讲稿共49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 T13B13B13B13B所组成所组成所组成所组成的有源负载，其交流电阻很大，故本级可以获得很高的电压增益，同的

48、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。时也有较高的输入电阻。时也有较高的输入电阻。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

49、为整个电路要求当输入信号为零时输出也应为 零。零。零。零。第39页，本讲稿共49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直流电源接法直流电源接法直流电源接法直流电源接法(V VCC CC=V VEE EE)第40页，本讲稿共49页等效电路等

50、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 )第41页，本讲稿共49页1)Aud 2.2.运放特性的理想化运放特性的理想化运放特性的理想化运放特性的理想化6)UIO 0，IIO 0理想理想理想