模拟电子技术基础5集成运算放大器单元电路-ch.ppt

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1、 模拟集成电路中，以集成运算放大器应用最为广泛。集成模拟集成电路中，以集成运算放大器应用最为广泛。集成运算放大器简称集成运放，是由多级具有较高增益的放大电路运算放大器简称集成运放，是由多级具有较高增益的放大电路采用直接耦合的方式级联而成，广泛用于模拟信号的处理和产采用直接耦合的方式级联而成，广泛用于模拟信号的处理和产生电路中。本章将首先讨论组成集成运放的基本单元电路生电路中。本章将首先讨论组成集成运放的基本单元电路(电电流源电路、差分放大电路及互补输出级功放电路流源电路、差分放大电路及互补输出级功放电路)，然后介绍，然后介绍集成运放的组成及特点、典型集成运放内部电路分析，最后介集成运放的组成及

2、特点、典型集成运放内部电路分析，最后介绍集成运放的参数以及使用时的注意事项绍集成运放的参数以及使用时的注意事项。本章简介本章简介5 5.1.1 电流电流源电路源电路5 5.3 3 互补输出级功率放大电路互补输出级功率放大电路5 5.2 2 差差分放大电路分放大电路5 集成运算放大器单元电路模拟电子技术基础5 5.4 4 集成运算放大器概述集成运算放大器概述5 5.5 5 典型集成运放内部电路分析典型集成运放内部电路分析5 5.6 6 集成运放集成运放的选用及注意事项的选用及注意事项5.1.1 5.1.1 基本电流源电路基本电流源电路1.1.基本镜像电流源电路基本镜像电流源电路 2.2.改进的镜

3、像电流源改进的镜像电流源3.3.电阻比例电流源电路电阻比例电流源电路4.4.微电流源电路微电流源电路5.5.多路电流源电路多路电流源电路5.1.2 5.1.2 有源负载放大电路有源负载放大电路 本节内容本节内容5.1 电流电流源电路源电路电流源电路电流源电路:提供恒定输出电流提供恒定输出电流1)1)作为各级电路的偏置电路，以提供合适的静态电流作为各级电路的偏置电路，以提供合适的静态电流;2)2)作为放大电路的有源负载，提高电路的增益。作为放大电路的有源负载，提高电路的增益。5.1.1 5.1.1 基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路 1.基本基本镜像像电流源流源电路路V0

4、和和 V1 特性完全相同。特性完全相同。电路中有负反电路中有负反馈吗？馈吗？基准电流基准电流5.1.1 5.1.1 基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路 2.改改进的的镜像像电流源流源电路路(1)带缓冲冲级的的镜像像电流源流源电路路(2)威威尔逊电流源流源电路路 5.1.1 5.1.1 基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路 3.电阻比例阻比例电流源流源电路路4.微微电流源流源电路路要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IR和和IO，然后选定然后选定R和和Re1。超越

5、方程超越方程5.1.1 5.1.1 基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路 5.多路多路电流源流源电路路（1）基于电阻比例的多路电流源电路）基于电阻比例的多路电流源电路根据所需静态电流，来根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值选取发射极电阻的数值.（2）改进的的多路电流源电路）改进的的多路电流源电路射射级缓冲器冲器【例例例例5-15-15-15-1】【例例例例5-25-25-25-2】引入负反馈引入负反馈【例例例例5-35-35-35-3】有有V3缓冲冲:无无V3时:5.1.2 5.1.2 有源负载放大电路有源负载放大电路有源负载放大电路有源负载放大电路 5.2.1 5.2

6、.1 差分放大电路的组成及特点差分放大电路的组成及特点1.1.电路组成电路组成 2.2.基本特点基本特点5.2.2 5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析差分放大电路的工作原理及特性分析 1.1.静态分析静态分析2.2.动态分析动态分析3.3.差分放大电路抑制零漂的原理差分放大电路抑制零漂的原理5.2.35.2.3 差分放大电路的差分放大电路的4 4种应用方式种应用方式1.1.双入单出双入单出2.2.单入双出单入双出3.3.单入单出单入单出5.2.4 5.2.4 改进型差分放大电路改进型差分放大电路.1.1.电流源偏置差放电路电流源偏置差放电路 2.2.有源负载差放电路有源负载差放电路3

7、.3.场效应晶体管差分放大电路场效应晶体管差分放大电路本节内容本节内容5.2 差差分放大电路分放大电路零点漂移现象及其产生的原因零点漂移：零点漂移：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶温度变化，直流电源波动，元器件老化。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。体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。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：典型电路：差分放大电路差分放大电路零输入零输入零输出零输出若若U与与UC的的变化一样，变化一样，则输出电压则输出电压就没有漂

8、移就没有漂移信号特点？信号特点？能否放大？能否放大？零点零点漂移漂移参数理想对称：参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;V1、V2在任何温度在任何温度下特性均相同。下特性均相同。长尾式差分放大电路的组成典型电路典型电路信号特信号特点？点？长尾式差分放大电路的组成1.电路组成：电路组成：由两个对称由两个对称的共射放大电路组成的共射放大电路组成 电路参数理想对称：电路参数理想对称：Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc；V1、V2在任何温度下在任何温度下特性均相同。特性均相同。(1)克服零点漂移；克服零点漂移；(2)零输入零输出。零输入零输出。5.2.1 差分放大电路的

9、组成及特点差分放大电路的组成及特点 长尾式差分长尾式差分放大电路放大电路2.基本特点基本特点 单端端输入入双端双端输入入单端端输出出双端双端输出出1)差模信号差模信号V1、V2管相管相对应极极电流或流或电压的的变化量也是差模信号。化量也是差模信号。2)共模信号共模信号V1、V2管相管相对应极极电流或流或电压的的变化量也是共模信号。化量也是共模信号。信号源需要有信号源需要有“接地接地”点，点，以避免干扰；或负载需要有以避免干扰；或负载需要有“接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。5.2.1 差分放大电路的组成及特点差分放大电路的组成及特点 2.基本特点基本特点 3)一般信号一般信号差模分量差

10、模分量差模分量差模分量差模信号差模信号共模信号共模信号单端、双端端、双端输入的入的输入端信号加入的入端信号加入的等效表示完全相同，例：等效表示完全相同，例：则：5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析差分放大电路的工作原理及特性分析 1.静态分析静态分析 令令uI1=uI2=05.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析差分放大电路的工作原理及特性分析 2.动态分析动态分析（1 1）放大差模信号）放大差模信号令令uIc=0iE1=iE2，Re中中电流不变，即电流不变，即Re 对对差模信号无反馈作差模信号无反馈作用。用。5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析差分放大电路的工作原理及特性

11、分析 2.动态分析动态分析（2 2）抑制共模信号）抑制共模信号令令uId=0iEE=2 iE，Re等效为等效为2 Re的的作用。作用。共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大合考察差分放大电路放大差模信号路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。的能力和抑制共模信号的能力。5.2.2 差分放大电路的工作原理及特性分析差分放大电路的工作原理及特性分析 共模抑制比越高，电路性能越好，共模抑制比越高，电路性能越好，对共模干扰的抑制能力越强。，电对共模干扰的抑制能力越强。，电路参数理想对称时，双端输出差放路参数理想对称时，双端输出差放电路电路3.差放电路抑制零漂的原理差放电路抑制零漂的原理 Re

12、的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号如如 T()ICQ1 ICQ2 UE IBQ1 IBQ2 ICQ1 ICQ2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。5.2.3 差分放大电路的差分放大电路的4 种应用方式种应用方式1.双端输入单端输出差放电路双端输入单端输出差放电路 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。(1)静静态分析分析5.2.3-1.双端输入单端输出差放电路双端输入单端输出差

13、放电路(2)动态分析分析1)对差模信号的作用差模信号的作用5.2.3-1.双端输入单端输出差放电路双端输入单端输出差放电路(2)动态分析分析2)对共模信号的作用共模信号的作用5.2.3-1.双端输入单端输出差放电路双端输入单端输出差放电路 ReKCMR放放大电路抗干扰大电路抗干扰性能越好性能越好讨论：讨论：（1）2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？（2）什么情况下）什么情况下Aud为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Aud是单端输是单端输出时的出时的2倍吗？倍吗？5.2.3-2.单端输入双端输出差放电路单端输入双端输出差放电路 单端输入与双端输入等效单端输入与双端输入等效,静态工作点以及动

14、态性能静态工作点以及动态性能指标的分析完全相同。指标的分析完全相同。输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：静态时的值静态时的值差模输出差模输出共模输出共模输出问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？2.单端输入双端输出差放电路单端输入双端输出差放电路 5.2.3-5.2.3-3.单端输入单端输出差放电路单端输入单端输出差放电路 单入单出差放电路与双入单入单出差放电路与双入单出差放电路等效。单出差放电路等效。5.2.3-差分放大电路特点总结差分放大电路特点总结:1)1)双端输入、单端

15、输入效果相同，差分放大电路的性能指双端输入、单端输入效果相同，差分放大电路的性能指标仅跟输出方式有关；标仅跟输出方式有关；2)2)双端输出时差模电压增益与单管放大电路形式相同双端输出时差模电压增益与单管放大电路形式相同3)3)单端输出时差模电压增益形式上是双端输出时的一半，单端输出时差模电压增益形式上是双端输出时的一半，4)44)4种连接方式的差模输入电阻相同种连接方式的差模输入电阻相同差模输出电阻及共模电压增益同差分放大电路的输出方式有差模输出电阻及共模电压增益同差分放大电路的输出方式有关。关。5.2.改进型差分放大电路改进型差分放大电路1.1.电流源偏置差分放大流源偏置差分放大电路路为什么

16、要采用电流源？为什么要采用电流源？Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源解决方法：采用电流源5.2.改进型差分放大电路改进型差分放大电路1.1.电流源偏置差分放大流源偏置差分放大电路路等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大5.2.改进型差分放大电路改进型差分放大电路2

17、.有源有源负载差分放大差分放大电路路 使单端输出电路使单端输出电路的差模放大倍数近的差模放大倍数近似等于双端输出时似等于双端输出时的差模放大倍数。的差模放大倍数。电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iO约为多少？约为多少？动态时动态时iO约为约为多少？多少？静态：静态：动态：动态：5.2.改进型差分放大电路改进型差分放大电路3.场效效应晶体管差分放大晶体管差分放大电路路:输入入电阻高阻高,偏置偏置电流小流小例例5-4当当RP滑动端在中点时滑动端在中点时:例例5-5uI=10mV，则，则uId=10mV,uIc=5mV例例5-6应减小减小R

18、c2例例5-65.3 5.3 互补输出级及功率放大电路互补输出级及功率放大电路5.3.1 5.3.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点1.1.功率放大电路研究的主要问题功率放大电路研究的主要问题 2.2.提高效率的主要途径提高效率的主要途径5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算 1.1.电路组成及基本工作原理电路组成及基本工作原理2.2.功率和效率的分析计算功率和效率的分析计算3.3.功率晶体管的选择功率晶体管的选择5.3.35.3.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路5.3.4 5.3.4 单电源供电的互补对称功率

19、放大电路单电源供电的互补对称功率放大电路.5.3.5 5.3.5 集成功率放大电路集成功率放大电路1.1.集成集成OCLOCL电路电路 2.2.集成集成OTLOTL电路电路本节内容本节内容5.3 5.3 互补输出级及功率放大电路互补输出级及功率放大电路功率放大电路功率放大电路:作为多级放大电路的输出级作为多级放大电路的输出级,尽可能提供足够尽可能提供足够大的输出功率大的输出功率(不失真不失真).对输出级的要求对输出级的要求对输出级的要求对输出级的要求:互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；对输出级的要求：带负载能力强；

20、直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。射极输出形式射极输出形式静态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。单电源供电单电源供电Uom的峰值的峰值接近二分之一电源电压。接近二分之一电源电压。5.3.1 5.3.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点1.1.功率放大电路研究的主要问题功率放大电路研究的主要问题 （1）主要技术指标）主要技术指标：最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。（2）分析

21、方法分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。：因大信号作用，故应采用图解法。（3）晶体管的选用晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电反向击穿电压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在尽限状态。作在尽限状态。（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态（2）乙类方式：晶体管仅

22、在信号的半个周期处于导通状态）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态（3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态（1）提高输出功率：）提高输出功率：在电源电压一定的情况下，最大不在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。（2）减小损耗，提高效率减小损耗，提高效率：效率尽可能高，因而电路损：效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流ICQ近似为近似为0。晶体管的工作方式晶体管的工作方式5.3.

23、1 5.3.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点2.2.提高效率的途径提高效率的途径晶体管的工作方式晶体管的工作方式1 1 1 1、电路组成及基本原理、电路组成及基本原理、电路组成及基本原理、电路组成及基本原理静态时静态时V1、V2均截止，均截止，UB=UE=0 OCLOCL电路电路电路电路特征：特征：V1、V2特性理想对称。特性理想对称。（1）静态分析静态分析V1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算(2)(2)(2)(2)动态分析动态分析动态分析动态分析ui0，电流，电流通路为通路为+VCCV

24、1RL地，地，uo=ui两只管子交替工作，两路电两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。源交替供电，双向跟随。ui0，uo=ui ui0 ui0 ui=05.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算(1)最大输出功率最大输出功率2 2 2 2、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算极限应用时极限应用时:2 2 2 2、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算

25、(2)电源提供的直流功率电源提供的直流功率(3)效率效率 2 2 2 2、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算、功率和效率的分析计算5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算(4)晶体管集电极功耗晶体管集电极功耗 令若时非极限应用时功率和效率的计算非极限应用时功率和效率的计算非极限应用时功率和效率的计算非极限应用时功率和效率的计算5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算输出功率输出功率效率效率3 3 3 3、功率晶体管的选择、功率晶体管的选择、功率晶体管的选择、功率

26、晶体管的选择5.3.2 5.3.2 乙类互补对称功率放大电路的分析计算乙类互补对称功率放大电路的分析计算(1)最大管最大管压降降(2)集集电极最大极最大电流流(3)集集电极最大平均功率极最大平均功率损耗耗【例例5-7】(1)极限极限应用用【例例5-7】(2)非极限非极限应用用5.3.3 5.3.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路乙类功率放大电路及其交越失真乙类功率放大电路及其交越失真乙类功率放大电路及其交越失真乙类功率放大电路及其交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启

27、电压电压消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级对偏置偏置电路的要求：有合适的路的要求：有合适的Q点，且点，且动态电阻阻尽可能小，即尽可能小，即动态信号的信号的损失尽可能小。失尽可能小。如果信号如果信号为零零时两只管子两只管子处于于临界界导通或微通或微导通状通状态，那么当有信号，那么当有信号输入入时两只管子中至少两只管子中至少有一只有一只导通，因而消除了交越失真。通，因而消除了交越失真。二极管二极管导通通时，对直流直流电源的作用可近似等效源的作用可近似等效为一个一个0.60.60.8V0.8V的直流的直流电池，池，对交流信号的作交流信号的

28、作用可等效用可等效为一个数一个数值很小的很小的动态电阻。阻。5.3.3 5.3.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路消除交越失真常用电路消除交越失真常用电路消除交越失真常用电路消除交越失真常用电路5.3.3 5.3.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路a)利用二极管消除失真利用二极管消除失真 b)UBE倍增倍增电路消除失真路消除失真 静静态：动态：【例例5-8】(1)极限极限应用用(2)非极限非极限应用用【例例5-9】出现下列故障时，将产生什么现象出现下列故障时，将产生什么现象?1.V1集电极和发射极短路集电极和发射极短路2.R1或或R3开路；开路；3.

29、R1或或R3短路；短路；4.R2断、断、VD1、VD2支路开路；支路开路；5.VD1 或或VD2短路。短路。【例例5-9】静静态：若若R3开路开路应增大增大R4若若负载较大大负载较小小5.3.4 5.3.4 单电源供电的互补对称功率放大电路（单电源供电的互补对称功率放大电路（OTLOTL）输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周：C 的的“”T2地地RL C“”C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。电路路组成和工作原理：成和工作

30、原理：5.3.4 5.3.4 单电源供电的互补对称功率放大电路（单电源供电的互补对称功率放大电路（OTLOTL）最大功率、效率的最大功率、效率的计算及功率晶体管的算及功率晶体管的选择：以：以VCC/2代代替替OCL电路中相关公式的路中相关公式的VCC5.3.5 5.3.5 集成功率放大器集成功率放大器1.集成集成OCL电路的路的应用用5.3.5 5.3.5 集成功率放大器集成功率放大器2.集成集成OTL电路的路的应用用5.4 5.4 集成运算放大器概述集成运算放大器概述5.4.1 5.4.1 集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点 5.4.2 5.4.2 集成运放的基本组成及电压传输特性

31、集成运放的基本组成及电压传输特性 5.4.35.4.3 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数(自学自学)本节内容本节内容5.4.1 5.4.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述（1 1）直接耦合方式，因硅片上不能制作大容量电容；）直接耦合方式，因硅片上不能制作大容量电容；（2 2）用有源器件替代无源元件，如用晶体管取代难于制）用有源器件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻（有源负载）。作的大电阻（有源负载）。（3 3）利用对称结构改善电路性能。如充分利用管子性能）利用对称结构改善电路性能。如充分利用管子性能良好的一致性，采用差分放大电路（输入级）和电流源良好的一致性，采

32、用差分放大电路（输入级）和电流源电路（偏置电路和有源负载）。电路（偏置电路和有源负载）。（4 4）采用复合管。）采用复合管。集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。电压增益高耦合多级放大电路。电压增益高,输入电阻大输入电阻大,广泛应用于信广泛应用于信号的运算号的运算(加、减、乘、除、积分、微分等）。加、减、乘、除、积分、微分等）。5.4.1 5.4.1 集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点5.4.2 5.4.2 集成运放的基本组成及电压传输特性集成运放的基本组成及电压传输特性两个两个输入端输入端一个一个输出端

33、输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。一个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路的组成集成运放电路的组成集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用输入级：输入级：输入级：输入级：前置级，多采用前置级，多采用差分放大电路差分放大电路。要求。要求Ri大，大，Aud大，大，KCMR高高，静态电流小。主要作用：静态电流小。主要作用：减少零漂、噪声减少零漂、噪声和失真。和失真。中间级：中间级：中间级：中间级：主放大级，要求有足够

34、的放大能力主放大级，要求有足够的放大能力，多采用多采用复复合管有源负载合管有源负载共射共射（或共源）（或共源）放大电路放大电路。主要作用：主要作用：提提高电压增益。高电压增益。输出级：输出级：输出级：输出级：功率级，多采用准互补输出级功率级，多采用准互补输出级或有源负载或有源负载CC电电路路。要求。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大小，最大不失真输出电压尽可能大（Po大）大）。偏置电路：偏置电路：偏置电路：偏置电路：为各为各级放大电路设置级放大电路设置合适的静态工作合适的静态工作点。采用电流源点。采用电流源电路。电路。5.4.2 5.4.2 集成运放的基本组成及电压传输特性集成运放的基本组

35、成及电压传输特性5.4.2 5.4.2 集成运放的基本组成及电压传输特性集成运放的基本组成及电压传输特性电路符号及电压传输特性电路符号及电压传输特性电路符号及电压传输特性电路符号及电压传输特性 由于由于Aud高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAud(uPuN)Aud是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM,就是就是UOM，即

36、集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。u uOO=f f(u uP P-u uN N)5.5 5.5 典型集成运放内部电路分析典型集成运放内部电路分析5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析 5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析 本节内容本节内容5.5 5.5 典型集成运放内部电路分析典型集成运放内部电路分析 读图方法读图方法读图方法读图方法已知电路图，分析其原理和功能、性能。已知电路图，分析其原理和功能、性能。（1）化整为零：按信号流通顺序将）化整为零：按信号流通顺序将N级放大电级放大电路分为路分为N个基本

37、放大电路。个基本放大电路。（2）识别电路：）识别电路：分析每级电路属于哪种基本电分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。路，有何特点。（3）统观总体：分析）统观总体：分析整个电路的性能特点。整个电路的性能特点。（4）定量）定量估算：必要时需估算主要动态参数。估算：必要时需估算主要动态参数。5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析第一级：双端输入单端输出的差放第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大化整为零，识别电路化整为零，识

38、别电路基本性能基本性能 输入电阻为输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析接法接法输入入输出出相位相位共射共射bc反相反相共集共集be同相同相共基共基ec同相同相 整个电路可等整个电路可等效为一个双端输效为一个双端输入单端输出的差入单端输出的差分放大电路。分放大电路。同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析判断同相入端判断同

39、相入端和反相输入端和反相输入端5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析交流等效电路交流等效电路 可估算低可估算低频小信号下频小信号下的电压放大的电压放大倍数、输入倍数、输入电阻、输出电阻、输出电阻等。电阻等。5.5.1 5.5.1 简单集成运算放大器电路分析简单集成运算放大器电路分析交流性能指标交流性能指标5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输

40、出级电路。5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析找出偏置电路找出偏置电路找出偏置电路找出偏置电路若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析简化电路简化电路简化电路简化电路分解电路分解电路分解电路分解电路三级放大电路三级放大电路双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电

41、路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真的除交越失真的准准互补输出级互补输出级5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析输入级的分析输入级的分析输入级的分析输入级的分析 V3、V4为横向为横向PNP型管，输型管，输入端耐压高。共集形式，输入入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。幅值大。共基形式频带宽。共集共集-共基形式共基形式Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9因为因为IC10不变不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 V1和和V

42、2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出V3和和V4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析输入级的分析输入级的分析输入级的分析输入级的分析V7的作用：的作用：抑制共模信号抑制共模信号 V5、V6分别是分别是V3、V4的有源的有源负载，而负载，而V4又是又是V6的有源负载。的有源负载。放大差模信号放大差模信号特点：特点：输入电阻大、差模放大倍输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电输入端耐压高，并完成电平转换（即对平转换（即对“地地”输出）。输出）。5.5.2 F007

43、5.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析中间级的分析中间级的分析中间级的分析中间级的分析 中间级是主放大器，它中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。了增大放大倍数。F007的中间级是以复合的中间级是以复合管为放大管、采用有源负管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。部流入输出级。5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析输出级的分析输出级的分析输出级的分析输出级的分析VD1和和VD2起

44、过流保护作用，起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。未过流时，两只二极管均截止。iO增大到一定程度，增大到一定程度，VD1导通，导通，为为V14基极分流，从而保护基极分流，从而保护了了V14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。电流采样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高5.5.2 F0075.5.2 F007集成运放电路分析集成运放电路分析判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端F007F007所具有的高性能所具有的高性能Ad较大

45、：放大差模信号的能力大：放大差模信号的能力较强Ac较小：抑制共模信号的能力小：抑制共模信号的能力较强rid较大：从信号源索取的大：从信号源索取的电流小流小ro小：小：带负载能力能力强Uom大：其峰大：其峰值接近接近电源源电压输入端耐入端耐压高：使高：使输入端不至于入端不至于击穿的差穿的差模模电压大。大。uIcmax大：接近大：接近电源源电压集成运放的主要性能指标 指指指指标标参数参数参数参数 F007F007典型典型典型典型值值 理想理想理想理想值值 开开环差模增益差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 集成运放的主要性能

46、指标 指指指指标标参数参数参数参数 F007F007典型典型典型典型值值 理想理想理想理想值值 UIO的温漂的温漂dUIO/dT()几几V/0UIO的温漂的温漂dUIO/dT()几几V/0输入失调电流输入失调电流 IIO 20nA 0IIO的温漂的温漂dIIO/dT()几几nA/0 使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。集成运放的主要性能指标 指指指指标标参数参数参数参数 F007F007典型典型典型典型值值 理想理想理想理想值值最大共模最大共模输入入电压 UIcmax 13V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR 0.5V/S 能正常放

47、大差模信号时容许的最大的共模输入电压。能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V超过此值输入级差分管将损坏。超过此值输入级差分管将损坏。上限截止频率。上限截止频率。对大信号的反应速度对大信号的反应速度为什么这么低？为什么这么低？集成运放的主要性能指标 指标参数指标参数指标参数指标参数 F007F007F007F007典型值典型值典型值典型值 理想值理想值理想值理想值开开环差模增益差模增益 Aod 106dB 差模差模输入入电阻阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 输入失入失调电压 UIO 1mV 0UIO的温漂的温

48、漂d UIO/dT()几几V/0输入失入失调电流流 IIO(IB1-IB2)20nA 0UIO的温漂的温漂d UIO/dT()几几nA/0 最大共模最大共模输入入电压 UIcmax 13V最大差模最大差模输入入电压 UIdmax 30V-3dB带宽 fH 10Hz 转换速率速率 SR(=duO/dtmax)0.5V/S 集成运放的种类集成运放的种类按工作原理按工作原理电压放大型：输入量与输出量均为电压电压放大型：输入量与输出量均为电压电流放大型：输入量与输出量均为电流电流放大型：输入量与输出量均为电流跨导型：输入量为电压，输出量均为电流跨导型：输入量为电压，输出量均为电流互阻型：输入量为电流，

49、输出量均为电压互阻型：输入量为电流，输出量均为电压按可控性按可控性可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大号控制那个通道的信号放大集成运放的种类集成运放的种类按性能指标按性能指标高高高高 阻阻阻阻 型：型：型：型：rid，可高于，可高于1012。用于测量放大器、信号发生器。用于测量放大器、信号发生器。高高高高 速速速速 型：型：型：型：fH和和SR高，高，fH可达可达1.7GHz，SR可达可达 103V/S。用于用于A/D、D/A转换电路、视频放大器

50、。转换电路、视频放大器。高精度型：高精度型：高精度型：高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod高于高于105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型：低功耗型：低功耗型：低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在工作电源电压低、静态功耗小，在100200W。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器大功率型、仪表用放大器、隔离放大