昆明理工大學(xué)模擬電路第四章 集成運(yùn)算放大器

4.1概述第四章集成運(yùn)算放大電路4.2差分放大電路4.3電流源電路4.4集成運(yùn)算放大電路1集成電路的分類4.1概述集成運(yùn)算放大器集成穩(wěn)壓器模擬集成電路數(shù)字集成電路集成電路集成功率放大器其他的集成器件24.1概述一、集成運(yùn)算放大器在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器發(fā)展很早，應(yīng)用也很廣泛，它是一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大電路。由于最初是用于數(shù)值運(yùn)算，所以稱為運(yùn)算放大器。34.1概述集成運(yùn)算放大器的組成高性能的雙端輸入差分放大電路要求：1、輸入電阻高；

2、差模放大倍數(shù)大；

3、抑制共模信號(hào)的能力強(qiáng)；

4、靜態(tài)電流小。44.1概述集成運(yùn)算放大器的組成多采用共射放大電路。經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，以恒流源做集電極負(fù)載。作用：使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力54.1概述集成運(yùn)算放大器的組成輸出級(jí)多采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路特點(diǎn)：1、輸出電壓線性范圍寬；

2、輸出電阻小；

3、非線性失真小等。64.1概述集成運(yùn)算放大器的組成用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用恒流源為各級(jí)提供合適的靜態(tài)工作電流。74.1概述集成運(yùn)算放大器的組成輔助環(huán)節(jié)主要是用來調(diào)整電路狀態(tài)和確保電路正常工作的。如電平偏移電路，調(diào)零電路，短路保護(hù)電路等。8一、零點(diǎn)漂移4.2差分放大電路二、差放基本形式三、具有射極公共電阻的差放電路四、具有恒流源差分放大電路五、共模抑制比和共模電壓輸入范圍六、失調(diào)和調(diào)零七、差分放大電路的4種接法9一、零點(diǎn)漂移4.2差分放大電路直接耦合使得各級(jí)Q點(diǎn)互相影響，如前級(jí)Q點(diǎn)發(fā)生變化，則會(huì)影響到后面各級(jí)的Q點(diǎn)。由于各級(jí)放大作用，第一級(jí)微弱變化將經(jīng)過多級(jí)放大器的放大，使輸出端產(chǎn)生很大的變化。

溫漂：由于環(huán)境溫度的變化而引起工作點(diǎn)漂移。

零漂：當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓偏離零值的變化。104.2差分放大電路二、差放基本形式+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2兩個(gè)電路的參數(shù)完全對(duì)稱，兩個(gè)管子的溫度特性也完全對(duì)稱。靜態(tài)時(shí)，Ui=0Uo=Uc1

－Uc2=0溫度上升Uc1，Uc2

均下降兩管電流均增加ΔIc1=ΔIc2;ΔUc1=ΔUc2Uo=(Uc1

－ΔUc1)－(Uc2－ΔUc2)=0114.2差分放大電路（一）共模信號(hào)和共模電壓放大倍數(shù)共模信號(hào)Uic1=Uic2

均為正兩管電流同時(shí)增加兩管集電極輸出電壓Uoc為零+VCCU0UiRb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2差動(dòng)放大管T1和T2的基本接入幅度相等、極性相同的信號(hào)。即：Uic1=Uic2兩管集電極電壓同量減少在理想對(duì)稱情況下，差分放大電路的Auc=0。差分放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制作用放映了對(duì)溫度的抑制的結(jié)果。124.2差分放大電路（二）差模信號(hào)和差模電壓放大倍數(shù)差模信號(hào)差動(dòng)放大管T1和T2的基極分別接入幅度相等、極性相反的信號(hào)。即：Uid1=－Uid2+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1134.2差分放大電路（二）差模信號(hào)和差模電壓放大倍數(shù)差模信號(hào)RL=∞

時(shí)，差動(dòng)放大管T1和T2的基極分別接入幅度相等、極性相反的信號(hào)。即：Uid1=－Uid2當(dāng)c1和c2間接入RL，電路對(duì)稱，中間某一點(diǎn)電位不變，該點(diǎn)在RL/2處。輸入信號(hào)之差為零時(shí)，輸出也為零；輸入信號(hào)之差不為零時(shí)，產(chǎn)生輸出；放大倍數(shù)為半邊電路的放大倍數(shù)；多用一個(gè)三極管，達(dá)到抑制溫漂。結(jié)論+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1144.2差分放大電路存在的問題（1）不易實(shí)現(xiàn)電路完全對(duì)稱，仍存在溫漂。（2）溫度變化大時(shí)，可能使差動(dòng)放大管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)而不能正常工作。（3）當(dāng)信號(hào)輸出有一端接地時(shí)，由于另一個(gè)差放管的補(bǔ)償作用未被利用，零漂不能被很好的抑制。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRb2Rb1154.2差分放大電路三、具有射極公共電阻的差放電路射極公共電阻Re對(duì)共模信號(hào)的抑制作用：兩個(gè)輸入端輸入正極性的共模信號(hào)時(shí)IEQ增加相同的ΔIE（一）射極公共電阻的作用+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL164.2差分放大電路等效電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL交流通路174.2差分放大電路交流通路184.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、負(fù)載電阻RL兩端跨接在兩管的集電極上，若兩邊電路完全對(duì)稱，則兩管集電極電位相等，RL中沒有電流流過，視為開路。2、Re使每邊共模放大倍數(shù)顯著下降，即Re對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制作用，Re越大，抑制共模信號(hào)的作用越強(qiáng)。在差模信號(hào)作用下，兩管得到大小相等，極性相反的信號(hào)，兩管電路的和不變，Re如同短路，不會(huì)影響差模放大倍數(shù)。194.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL3、利用電路的對(duì)稱性，以雙端輸出的方式，使兩邊的溫漂在輸出端互相抵消。4、利用Re對(duì)共模信號(hào)的抑制作用，來抑制每管本身的漂移。溫漂比基本差放電路小得多，而且每邊漂移小了，信號(hào)可以單端輸出。204.2差分放大電路共模信號(hào)電路對(duì)稱，T1和T2特性一致

在Δ

UI1

=Δ

UI2時(shí)，IE1=IE2=IE（二）電路的分析計(jì)算+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Rc1=Rc2=RcRs1=Rs2=RsVEE

=IBRS+2IERe+UBE通常有IBRS<<2IERe，所以VEE≈2IERe+UBE214.2差分放大電路每管發(fā)射極電流+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL224.2差分放大電路（1）計(jì)算差模放大倍數(shù)+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL2、動(dòng)態(tài)分析對(duì)差模信號(hào)來講，Re上沒有信號(hào)壓降，視為交流短路，即Re對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒有影響。加入差模信號(hào)時(shí)由于Ui1=－Ui2則ΔIE1=－ΔIE2流過Re的電流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0。234.2差分放大電路UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid+VCC-VEERb2Rb1Rc2Rc1REUidUodRL交流地交流通路差模輸入244.2差分放大電路Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid交流微變等效電路差模信號(hào)作用下T1集電極電位UC1升高，T2集電極電位UC2降低UodRb2Rb1RLRc1Rc2Uid交流通路RL中的電位不變?cè)擖c(diǎn)對(duì)地交流短路，相當(dāng)每邊接負(fù)載RL/2254.2差分放大電路

(1)差模電壓放大倍數(shù)

(2)差模輸入電阻(3)差模輸出電阻Rb1Uo1/2Uidrbe2Rc2Rc1Ib2Rb2rbe1Ib1Ib2Ib11/2RL1/2RL1/2UidUid264.2差分放大電路（2）計(jì)算共模模放大倍數(shù)+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL加入共模模信號(hào)時(shí)，使流過Re上電流為IE1+IE2=2IE，相當(dāng)于射極接入電阻為2Re。雙端輸出時(shí)由于電路對(duì)稱，其共模輸出電壓仍為零。單端輸出時(shí)由于2Re的作用，將引入很強(qiáng)的負(fù)反饋，對(duì)零漂起到抑制作用。共模放大倍數(shù)計(jì)算如下：Re的接入使共模放大倍數(shù)下降很多，即對(duì)零漂有很強(qiáng)的抑制作用。274.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL例4.2.1差動(dòng)電路如圖，其中RS1=RS2=1KΩ，RC1=RC2=5.1KΩ

，RL=10KΩ

，Re=7.1KΩ

。VCC=15V，晶體管的rbe=1.4KΩ

，β=50。求：（1）電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，（2）Aud、Rid和Rod。284.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL解：先計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)：294.2差分放大電路+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL差模放大倍數(shù)：輸入電阻輸出電阻304.2差分放大電路四、具有恒流源的差放電路射極公共電阻Re越大，抑制共模信號(hào)的能力就越強(qiáng)。但是Re的增大會(huì)帶來兩個(gè)缺點(diǎn)：+VCC-VEEUs2Us1Rs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL1、電源VEE選定后，Re太大會(huì)使ICQ下降太多，影響放大倍數(shù)。2、集成電路中不易制作大阻值的電阻。314.2差分放大電路差分電路的演化過程+VCC-VEEU0Us2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1-VEEUs2Us1Rb2Rb1Rc2Rc1IE+VCCUs1-VEEUs2Rb2Rb1Rc2Rc1Re+VCC324.2差分放大電路利用穩(wěn)定工作點(diǎn)電路代替Re，得到電路其中-VEEUs2Us1R2R1RcRcT3+VCCRRT1T2Re3UB3RLuoIc3334.2差分放大電路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3例4.2.2在圖示電路中，已知VCC=VEE=9V,RC=47k,Re=13k,Rb1=3.6k,Rb2=16k,R=10k,負(fù)載電阻RL=20k,三極管的=30，UBEQ=0.7V。（1）試估算靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）估算差模電壓放大倍數(shù)；（3）求差模輸入電阻和輸出電阻。344.2差分放大電路-VEEUs2Us1Rb2Rb1RcRcT3+VCCRRT1T2ReUB3RLuoIc3解：354.2差分放大電路輸入電阻輸出電阻364.2差分放大電路五、共模抑制比和共模輸入電壓范圍差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)即有差模成分又有共模成分差模輸入電壓：ΔUId=Δ

UI1

－Δ

UI2共模輸入電壓：Δ

UIC=(Δ

UI1+

Δ

UI2)/2每個(gè)輸入端的信號(hào)電壓為：Δ

UI1=Δ

UIC+

Δ

UId/2Δ

UI2=Δ

UIC

－Δ

UId/2根據(jù)疊加原理：

式中，Δ

Uod為差模輸出電壓，Δ

Uoc為共模輸出電壓。Δ

Uo=Δ

Uod+

Δ

Uoc=Aud

Δ

UId+Auc

Δ

UIc理想對(duì)稱，雙端輸出非理想對(duì)稱，或單端輸出Auc=0，Δ

Uo

=Δ

UodAuc≠0，Δ

Uo中包含

Δ

Uoc+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2374.2差分放大電路共模抑制比差動(dòng)放大電路抑制共模信號(hào)的能力常用共模抑制比衡量。用分貝來表示：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2384.2差分放大電路差動(dòng)放大電路的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2輸入共模電壓超過一定值時(shí)，影響差分對(duì)管的工作狀態(tài)，共模抑制比下降。需限制它的大小。差動(dòng)放大電路因具有抑制共模信號(hào)的能力而能夠在很強(qiáng)的干擾中把微小的有用信號(hào)揀出來。394.2差分放大電路共模電壓輸入范圍+VCCU0Ui2Ui1Rb2Rb1Rc2Rc1R1R2c1c2在共模抑制比不低于規(guī)定值的條件下，允許輸入的最大共模電壓，稱為共模輸入電壓范圍。404.2差分放大電路六、失調(diào)和調(diào)零放大電路的失調(diào)：實(shí)際的差放，兩邊管子特性和電阻參數(shù)不可能理想對(duì)稱，輸入為零時(shí)輸出一般不為零。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RL失調(diào)電壓：表示輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓不為零。也可以說，輸出電壓調(diào)整為零時(shí)，得到的輸入電壓不為零的值。失調(diào)電流：表示輸出電壓調(diào)整為零時(shí)，得到的兩個(gè)管子基極輸入電流不為零的值。414.2差分放大電路調(diào)零電路實(shí)際差放都存在失調(diào)電壓和失調(diào)電流。實(shí)用的電路中就有調(diào)零裝置424.2差分放大電路七、差放的四種接法（一）雙端輸入雙端輸出（二）雙端輸入單端輸出（三）單端輸入雙端輸出（四）單端輸入單端輸出434.2差分放大電路（二）雙端輸入單端輸出1.靜態(tài)輸出直流電壓不為零2.差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出電路的一半。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe444.2差分放大電路（二）雙端輸入單端輸出單端輸出差放電路，增加Re可減小共模放大倍數(shù)；用恒流源電路來代替Re，可以大大降低Auc，提高共模抑制比。+VCCU0UidUid1Rb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2Uid2T1T2c2c1RLRe3.電路溫漂的抑制和KCMR指標(biāo)低于雙端輸出電路454.2差分放大電路（三）單端輸入雙端輸出所謂單端輸入，是指將輸入端中一端接地。原來信號(hào)分為一個(gè)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)。+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RL464.2差分放大電路（三）單端輸入雙端輸出輸入信號(hào)：+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0RLΔUId=Δ

UI－0=Δ

UIΔ

UIc=(Δ

UI+

0)/2=Δ

UI/2輸出信號(hào)：Δ

Uo=Δ

UIdAud+Δ

UIcAuc=Δ

UIAud+0.5Δ

UIAuc474.2差分放大電路（四）單端輸入單端輸出這種接法特點(diǎn)是它比單管基本放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂能力，而且可根據(jù)不同的輸出端得到同相和反相關(guān)系。RL+VCC-VEEUsRs2Rs1Rc2Rc1Rc1=RC2Rs1=Rs2ReU0484.2差分放大電路總結(jié)1、差動(dòng)放大電路電壓放大倍數(shù)與輸出形式有關(guān)，只要是雙端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)與單管放大電路相同；如為單端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)是單管基本電壓放大倍數(shù)的一半。2、輸入電阻都是相同的，均為2(Rs+rbe)。雙端輸出Ro=2RC；單端輸出Ro=RC494.3電流源電路一、鏡像電流源電路二、微電流源電路三、多路電流源電路四、有源負(fù)載電路504.3電流源電路一、鏡像電流源電路IB1=IB2=IBIC1=IC2=IOT1和T2兩管特性相同UB1=UB2，故有IR=IC1+2IB=IC1(1+2/β)如果β>>2，且VCC>>UBE，則514.3電流源電路一、鏡像電流源電路參考電流IREF固定，輸出電流IC2固定

IREF改變，輸出電流IC2改變優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，兩管參數(shù)對(duì)稱，符合集成電路的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：1.受電源影響大；

2.如電阻R很大，集成難以實(shí)現(xiàn)；

3.電流源的輸出電阻不夠大；

4.輸出電流與基準(zhǔn)電路有一定的誤差。524.3電流源電路改進(jìn)的鏡像電流源電路534.3電流源電路二、微電流源電路UBE>>UT時(shí)代入上式得544.3電流源電路三、多路電流源電路UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2=UBE3+IE3R3=UBE4+IE4R4用一個(gè)參考電流去獲得多個(gè)電流，而且各個(gè)電流的數(shù)值可以不相同。如圖所示，其中，T1構(gòu)成參考電流源。由于這幾個(gè)管子的UBE相同，因此有IE1R1=IE2R2=IE3R3=IE4R4當(dāng)IE1R1確定后，各支路可以通過選擇合適的電阻來獲得不同數(shù)值的電流。554.3電流源電路四、有源負(fù)載電路電路中并不需要很高的電源電壓，只要VCC與R相配合，就可以設(shè)置合適的集電極電流ICQ1?；鶞?zhǔn)電流不接負(fù)載時(shí)，T1管的靜態(tài)集電極電流（一）有源負(fù)載共射放大電路564.3電流源電路若負(fù)載很大時(shí)：若負(fù)載RL<<(rce1//rec2)時(shí)：（一）有源負(fù)載共射放大電路574.3電流源電路T1管集電極動(dòng)態(tài)電流β1Ib幾乎全部流向負(fù)載，有源負(fù)載使|Au|大大提高。（一）有源負(fù)載共射放大電路584.3電流源電路（二）有源負(fù)載差分放大電路+VCCU0UidRb2Rb1Rc2Rc1Rc1=RC2Rb1=Rb2T1T2c2c1RLRe594.4集成運(yùn)算放大器一、集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介二、集成運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)三、集成運(yùn)放的使用注意事項(xiàng)604.4集成運(yùn)算放大器一、集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介集成運(yùn)放電路特點(diǎn)：高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、直接耦合放大電路。輸入級(jí)：通常采用差動(dòng)放大形式抑制零點(diǎn)漂移。輸出級(jí)：為功率放大電路，為了提高帶負(fù)載能力，多采用互補(bǔ)跟隨式。中間級(jí)：多采用有源負(fù)載的共射（共源）放大電路。以獲得更高的放大倍數(shù)。運(yùn)放電路一般多由二至三級(jí)放大環(huán)節(jié)組成。614.4集成運(yùn)算放大器雙極型集成運(yùn)放

F007,又叫

A741

一.外形和引腳:

外形：圓殼式和雙列直插式引腳：12個(gè)引腳624.4集成運(yùn)算放大器634.4集成運(yùn)算放大器初步電路分析1)各個(gè)引腳對(duì)應(yīng)電路的哪些部分?2)哪部分是偏置電路?有哪些電流源,起什么作用?3)哪部分是輸入極?是何種電路形式?4)哪些是復(fù)合管?5)中間極是哪一部分?6)輸出級(jí)是什么電路形式?如何消除交越失真?7)有無過流保護(hù)電路?644.4集成運(yùn)算放大器引腳2和引腳3是輸入端;引腳6是輸出端;引腳7,4接正負(fù)電源端;引腳1,5接調(diào)零電位器;引腳8,9接校正(補(bǔ)償)電容電流源：1）VT5、VT6、VT7、R1、R2、R3;2）VT8、VT9;3）VT12、VT13構(gòu)成鏡像電流源；

4）VT10VT11R4構(gòu)成微電流源；復(fù)合管有：VT16、VT17和VT18、VT19輸出級(jí)為：甲乙類準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路，R7、R8和VT15為UBE擴(kuò)大電路，消除交越失真；過流保護(hù)：VD1VD2R9R10分流保護(hù)。輸入級(jí)電路：VT1、VT2、VT3、VT4共射——共基組態(tài)的差分電路，單端輸出（VT4集電極輸出）654.4集成運(yùn)算放大器1.偏置電路:1)VT10VT11R4構(gòu)成微電流源；2）VT8

、VT9;VT12

、VT13

構(gòu)成鏡像電流源；664.4集成運(yùn)算放大器2.輸入級(jí)

VT1

、VT2

、VT3

、VT4共集——帶恒流源的共基組態(tài)的差分電路，單端輸出（VT4集電極輸出）1）對(duì)共模信號(hào),Ic8↑→IC9↑→IB3,4↓(IC10

恒定）有很強(qiáng)的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?共模抑制比很高；2）VT6,恒流源作為有源負(fù)載，單端輸出的電壓放大倍數(shù)與雙端輸出相同674.4