4.4集成运放的性能指标及低频等效电路
4.4 集成运放的性能指标及其低频等效电路
性能指标等效电路
一、集成运放的主要性能指标
1、开环差模电压增益A od
集成运放无外加反馈时的差模放大倍数
3、差模输入电阻r id
2、共模抑制比K CMR oc
od CMR A A K =)
(N p o
od
u u u A -∆∆=
Id
Id id I U r ∆∆=
4、输入失调电压U Io
使输出电压为零时，在输入端加的补偿电压5、输入失调电压温漂d U Io / d T 6、输入失调电流I IO
7、输入失调电流温漂d I Io / d T 8、输入偏置电流I IB
2
1B B IO I I I -=212
1
B B IB
I I I +=
9、最大共模输入电压U Icm
集成运放所能承受的最大共模电压10、最大差模输入电压U Idm
集成运放反相与同相输入端之间
能承受的最大电压
11、-3dB带宽f H
A od下降3d
B 时的频率
12、单位增益带宽f C
13、转换速率SR
二、集成运放的低频等效电路
-
-+
+
O
u Id od u A 2
-++⋅
u u A oc -+
o
r id
u -
+
id
r 2
IO I 2
IO I IB I IB
I io u -
+
+
u -u 输入端等效电路
输入端等效电路
R id
I
u -
+O
u I
od u A o
r -
+
简化的集成运放低频等效电路。
集成运放的性能指标
BWG = 63 MHZ BWG = 20 MHZ
三、高精度(低漂移型） 高精度(低漂移型）
用于精密仪表放大器，精密测试系统， 用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感 器信号变送器等，低失调、低温漂、低噪声。 器信号变送器等，低失调、低温漂、低噪声。 OP177
U IO = 4 µ V I IO = 0.3 nA
输入失调电流温漂dI 4.输入失调电流温漂 IO /dT： 输入失调电流温漂
1 nA ∼ 0.1 µA
规定工作温度范围内， 规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的 的温度系数， 变化量与温度变化量之比值。 变化量与温度变化量之比值。即IIO的温度系数， 越小越好
4.4.1 主要性能指标
一、静态参数 5.输入偏置电流 5.输入偏置电流IB ：(input bias current) 输入偏置电流 运放两个输入端偏置电流的平均值， 运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量 差分放大对管输入电流的大小。 差分放大对管输入电流的大小。
输 入 级
输入电流及漂移越小越好 Ad、KCMR、Ri越高越好 Uidmax、Uicmax越大越好
共集， ①差分式T1-T2共集，T3-T4共基 差分式T
高Ri 低输入电流 高Uidmax、Uicmax
②双入单出有源负载
高Ad
③Re用恒流源
高KCMR
F007电路原理图 电路原理图
C14573电路分析 C14573电路分析
CF741 为 ± 30 V
4.4.1 主要性能指标
一、静态参数 7.最大共模输入电压 7.最大共模输入电压UIcmax ：(maximum common 最大共模输入电压 mode input voltage) 在保证运放正常工作条件下， 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的 最大值。共模电压超过此值时， 最大值。共模电压超过此值时，输入差分对管出现 饱和，放大器失去共模抑制能力。 饱和，放大器失去共模抑制能力。
电子信息工程大学四年所学课程
《电路分析》教学大纲编写：杨帆审核：赵红梅一、课程性质与任务本课程是电类专业的一门技术性很强的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论知识，学会分析计算电路的基本方法和初步的实验技能。
为学习后续有关课程(如信号与系统、模拟电子线路及脉冲技术等课程)准备必要的电路基本知识，为今后从事电类各专业的学习和工作打下必备的基础。
二、教学基本要求1.牢固掌握电路理论的基本概念（如：电压、电流、功率、参考方向）基本定律（欧姆定律 KCL 、KVL)及电阻、电感电容、独立电源和受控源器件的基本特性。
2. 熟悉掌握线形电路的基本分析方法和网络定理，如：节点法、支路法、回路法、叠加原理、戴维南定理、和互易定理等，并能够灵活的运用它们来分析各种电路。
3. 重点掌握正弦稳态分析的基本概念（如：极大值、有效值、频率、相位等）及向量分析（如：向量图、复阻抗、复导纳等），熟练地运用向量法对正弦电路进行分析和计算（包括三相电路和具有互感耦合电路的计算）。
4.了解非正弦周期电路的谐波分析法。
5.熟练掌握动态电路的时域分析法。
对时域法，要求深刻理解时间常数、一阶的零输入响应、一阶零状态响应和阶跃响应等概念；对频域法，要求掌握拉氏变换分析电路的方法和步骤（如：运算阻抗、拉氏正变换、拉氏反变换）。
6.了解一般非线形电路的特点，熟悉非线形电路的计算方法（如：图解法、小信号分析法等）及非线形电路方程的编写。
7.掌握电路的拓扑矩阵，能熟练列写复杂电路方程的矩阵8.了解网络函数的性质，掌握极零点在复频率平面上的分布与网络时域的特点。
9.掌握二端口的方程和参数及二端口的等效电路。
10.学会正确使用常用的电工仪表和调节设备，掌握一些基本的电工及电子测试技术。
三、课程的主要内容及教学要求1电路模型和电路定律1.1电路和电路模型1.6电流及电压的参考方向1.5功率和能量1.4电阻元件1.5电压源和电流源1.6受控源1.7基尔霍夫定律教学基本要求：掌握，电压、电流及其参考方向；电功率和电能量；电阻、电压源和电流源等电路元件的特性及其电压电流关系；线性和非线性的概念；基尔霍夫定律。
高频电子线路课件 第十章
IB0 IB1
加射极输出 器的电流源
I C1 1 IR
2 (1 )
IR
若=10，则代入上式可得IC1≈0.982IR。说明即使 很小， 也可以认为IC1≈IR ， IC1与IR保持很好的镜像关系。
2、威尔逊电流源
+Vcc T0 IC0 2IB B IR R T1 A IC1 IE2 T2 IC2
U BE 0 I E 0 R e 0 U BE 1 I E 1 R e1
u BE
+Vcc IR IC0 T0 IB0 IB1 Re0 IE0 IE1 Re1 T1 R IB0+IB1 IC1
I E I se
UT
得
U BE U T ln
IE IS
由于T0、T1为对管，所以
U BE 0 U BE 1 U ln T
V CC U BE R
T1
I C1 I R
当>>2时，输出电流
↗ IC1↑
特点： 镜像电流源具有一定的温度补偿作用： T(℃) ↑
↘ IC0↑ → IR↑→UR(RIR) ↑ →UB↓→IB↓
→ IC1↓
10
I c1 0 . 83I
R
不满足>>2时，输出电流误差大
2、比例电流源
-Vcc (-15V)
利用累试法或图解法求出Ic10≈28A
2
IR 5 0 . 73 mA 0 . 52 mA 52
T12与T13构成镜像电流源， I C 13 I C 12
4.2.4
以电流源为有源负载的放大电路
1、有源负载共射放大电路 （用电流源替代集电极负载电阻RC）
第4章 集成运算放大器的结构及特性
4.输入失调电压温漂 dVio /dT
在规定工作温度范围内，输入失调 电压随温度的变化量与温度变化量 之比值。
5.输入失调电流温漂dIio /dT
在规定工作温度范围内，输入失调电 流随温度的变化量与温度变化量之比 值。
6.最大差模输入电压Vidmax
(maximum differential mode input voltage) 运放两输入端能承受的最大差模输入电压， 超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。
五、运算放大器的符号和型号
运算放大器的符号中有三个引线端，两个 输入端，一个输出端。一个称为同相输入端， 即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用 符号‘+’或‘IN+’表示；另一个称为反相输入 端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异， 用符号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在输 入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实 际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有 的品种还有补偿端和调零端。
7.最大共模输入电压Vicmax
(maximum common mode input voltage) 在保证运放正常工作条件下，共模输入 电压的允许范围。共模电压超过此值时， 输入差分对管出现饱和，放大器失去共 模抑制能力。
二、运算放大器的动态技术指标
1.开环差模电压放大倍数 Avd ：(open loop voltage gain)运放在无外加反馈条件下，输出电 压的变化量与输入电压的变化量之比。 2.差模输入电阻rid ：(input resistance)输入差模 信号时，运放的输入电阻。 3.共模抑制比 KCMR ：(common mode rejection ratio)与差分放大电路中的定义相同，是差模电压 增益 Avd 与共模电压增益 Avc 之比，常用分贝数 来表示。 KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)
集成运算放大电路
多路电流源电路如图所示，已知所有晶体管的特性均相同， UBE均为0.7V。试求IC1、IC2各为多少。：
因为T1、T2、T3的特性均相同， 且UBE均相同，所以它们的基极、 集电极电流均相等， 设集电极电流为IC。 先求出R中电流，再求解IC1、IC2
IR
VCC U BE3 U BE 0 100μA R
偏置电路：用于设置各级放大电路的静态工作点，采用电流源电路
4.1.3 集成运放的符号和电压传输特性
非线性区
线性区
从外部看，可认为集成运放是一个双端输入、单端输 出、具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能 较好抑制温漂的差分放大电路。 uo=Aod(uP-uN) 差模开环放大倍数Aod，通常非常高可达几十 万倍。对理想运放：Aod→∞ Rid →∞ Ro=0
集成运放的选择： 1 信号源的性质 根据信号源是电压源还是电流源，内阻大小、输入信号幅 值及频率的变化范围等，选择运放的rid、-3dB带宽、转换 速率SR等参数 2 负载的性质 根据负载电阻大小，确定所需运放的输出电压和输出电流 幅值。 3 精度要求 根据精度要求选择运放的Aod、UIO、IIO、SR等参数 4 环境条件 根据环境温度变化范围，选择运放失调电压及失调电流的 温漂dUIO/dT dIIO/dT
供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。
3．集成运放的主要品种是BJT集成运放、FET集成运放
以及由这两种工艺结合而得到的BiMOS和BiCMOS集成 运放。集成运放的参数有几十个之多，正确掌握了它的 主要参数的物理意义，才能在使用中恰当地选择元器件。 4．除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。
输入级：一般是双端输入的差分放大电路，它的好坏直接影响集成运放 的性能参数(如输入电阻、共模抑制比等)。一般要求输入电阻大、差模 放大倍数高，抑制共模信号能力强。 中间级：主要是放大作用，多采用共射或共源放大电路，经常用复合管 做放大管，以恒流源作集电极负载，Au可达千倍以上。 输出级：应具有输出电阻小、输出电压线性范围宽，非线性失真小等特 点。多采用互补对称输出电路。
运放主要参数及简化低频等效电路
4.1 集成运放概述 4.2 双极型集成运放 4.3 运放主要参数及简化低频等效电路
模拟电子技术
4. 集成运算放大器
集成运算放大器典型结构
输入
输入级
中间级 输出级
输出
同相输入端 反相输入端
偏置电路
+
–
？
输出端模拟电子技术4.来自集成运算放大器与uo反相
+
原理框 图
+-
+-
-
+
+
双极型集成运放
运放参数及简 化低频模型
典型差分 放大电路
带恒流源差 复合管电路及互 分放大电路 补推挽放大电路
模拟电子技术
谢 谢！
模拟电子技术
模拟电子技术
4. 集成运算放大器
直流参数：
1）输入失调电压 UIO UIO UBE1 UBE2 （UIO =2 mV）
2）输入偏置电流 IIB
I IB
IB1 IB2 2
（IIB =800 nA）
3）输入失调电流 IIO （IIO 大约100~300 nA）
IIO IB1 IB2
4．失调电压和失调电流的温漂
与uo同相
-+VCC
+
-VEE
模拟电子技术
4. 集成运算放大器
输入级 中间级
输出级
+
-
-
+
+
模拟电子技术
4. 集成运算放大器
反
相
输
入 端+
输 出
同
-
端
相
输
入
端
模拟电子技术
4. 集成运算放大器
模拟电路ppt课件
105 107之间。理想运放的Aod为。
2. 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位，一般100dB以上。
3. 差模输入电阻rid
ri>1M, 有的可达100M以上。
(4-22)
4. 输出电阻ro
ro =几-几十。
5. 最大共模输入电压UIcmax 6. 最大差模输入电压UIdmax 7. -3dB带宽fH
第四章 结束
(4-26)
由镜像关系： Δ iC3= Δ iC4；
-VEE
所以： Δ io= Δ iC4 -Δ iC2= Δ iC1 –(-Δ iC1)=2 Δ iC1
此时，单端输出的放大 倍数接近于双端输出：
Aiu
iO uI
2iC1 2iB1rbe1
1 rbe1
(4-20)
§4.3 集成运放电路简介
(4-21)
§4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.4.1 主要性能指标
ln IR IC1
可用图解法或累试法求解
例：P177
(4-15)
4.2.2 改进型电流源电路
一、加射极输出器的电流源
+VCC
IR R
IB
IC0
T0
2
T2
IE2 IB1
IB0
Re2
特点：利用T2管的电流放大 作用，减小了基极电流IB0和 IC1 IB1对基准电流IR的分流。
IC1 IC0 IR IB2
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
(4-2)
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
模拟电子技术基础(第四版)童诗白、华成英-教材4
1. 偏置电路
基准电流：
T8
I REF
VCC
VEE
UBE12 R5
UBE11
I8
至输入级
基准电流产生各放
T9
T12
+VCC
T13
I3,4
IC9 IC10 R5
IREF
IC13
T10
T11
至中间级
大级所需的偏置电流。
R4
各路偏置电流的关系：
图 4.3.1-1 F007 的偏置电V路CC I3, 4
第
三
版
童 诗
4学时
白
本章讨论的问题：
1.什么是集成运算放大电路？将分立元件直接耦合放 大电路做在一个硅片上就是集成运放吗？集成运 放电路结构有什么特点？
2.集成运放由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
3.如何设置集成运放中各级放大电路的静态工作点？
第
4.集成运放的电压传输特性有什么特点？
三
版 童
5.如何评价集成运放的性能？有哪些主要指标？
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源 (电流镜 Current Mirror)
基准电流
+VCC
I REF
VCC
U BE1 R
由于 UBE1 = UBE2，T1与 T2 参数基本相同，则
IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC
R IREF
2IB
IC1
T1
IB1 +
UBE1
集成电路的外形
(a)双列直插式
(b)圆壳式
集成电路的外形
(c)扁平式
4.1.1 集成运放的电路结构特点
第4章 集成电路运算放大电路
④动态时ΔiO约为多少？
4.3 集成运放电路简介
•电压放大倍数高 集成运放的特点： •输入电阻大 •输出电阻小 已知电路图，分析其原理和功能、性能。 （1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术 指标。 （2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本 电路。 （3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 （4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功 能和性能。 （5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要 参数。
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
T0 和 T1 特性完全相同。
U BE0 = U BE1 U BE I B0 = I B1 I B I C0 = I C1 I C
I R IC 2I B IC 2 IC IC
2
I R 即I C1
当β>>2时， I C1
学习指导 4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源 4.3 集成运放电路的简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
4.5 集成运放的种类及选择（自学） 4.6 集成运放的使用（自学） 小结
作 业
• 4.3
学习指导
在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元 器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路， 称为集成电路。 其体积小，而性能却很好。 集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集 成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放 大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。 主要内容:(1)集成运放中的电流源;(2)集成运放 电路的分析;(3)集成运放及主要性能指标。 基本要求:(1)熟悉运放的组成及各部分的作用， 理解主要性能指标及其使用注意事项；（2）了解镜 像电流源、微电流源的工作原理、特点和主要用途； (3)了解运放F007的基本组成和工作原理。（4）熟悉 LM324集成运放的引脚分布及其应用。
集成运放的等效电路
集成运放的等效电路、理想运放的特性及其应用电路五：低频等效电路在电路中集成运放作为一个完整的独立的器件来对待。
于是在分析、计算时我们用等效电路来代替集成运放。
由于集成运放主要用于频率不高的场合，因此我们只学习低频率时的等效电路。
右图所示为集成运放的符号，它有两个输入端和一个输出端。
其中：标有 的为同相输入端 ( 输出电压的相位与该输入电压的相位相同 ) 标有 的为反相输入端 ( 输出电压的相位与该输入电压的相位相反 )六：理想集成运放一般我们是把集成运放视为理想的（将集成运放的各项技术指标理想化）开环电压放大倍数：输入电阻： 输入偏置电流：共模抑制比： 输出电阻： -3dB 带宽：无干扰无噪声 失调电压 、失调电流 及它们的温漂均为零 七：集成运放工作在线性区的特性当集成运放工作在线性放大区时的条件是： (1) (2)注： (1) 即 : 同相输入端与反相输入端的电位相等，但不是短路。
我们把满足这个条件称为 " 虚短 "(2) 即 : 理想运放的输入电阻为 ∞ , 因此集成运放输入端不取电流。
我们在计算电路时，只要是线性应用，均可以应用以上的 两个结论 ，因此我们要 掌握好 ！当集成运放工作在线性区时，它的输入、输出的关系式为：八：集成运放工作在非线性工作区当集成运放工作在非线性区时的条件是：集成运放在非线性工作区内一般是开环运用或加正反馈。
它的输入输出关系是：它的输出电压有两种形态：（ 1 ）当 时，（ 2 ）当时，它的输入电流仍为零（因为 ）即：集成运放工作在不同区域时，近似条件不同，我们在分析集成运放时，应先判断它工作在什麽区域，然后再用上述公式对集成运放进行分析、计算。
九：比例运算电路定义：将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路。
分类：反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。
（按输入信号加入不同的输入端分）比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1) 反向比例电路输入信号加入反相输入端 , 电路如图 (1) 所示 :输出特性：因为： ，所以：从上式我们可以看出： Uo 与 Ui 是比例关系，改变比例系数 ，即可改变 Uo 的数值。