模拟电子技术基础集成运算放大电路
模拟电子技术教学课件-集成运算放大器的应用
小信号进行放大，且具有较强的共模抑制能力。
因为最后一级运算 放大器是双端输入差 分电路，所以：
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4.1 集成运放的线性应用电路
思考与练习
Sikaoyulianxi 1.集成运放构成的基本线性应用电路有哪些？在这些基本 电路中，集成运放均工作在何种状态下？
2.“虚地”现象只存在于线性应用运放的哪种运算电路中？
由一个RC低通电路和一个RC高通 电路形成带通滤波器。
高
低通
通
利用同相输入的比例 放大电路做隔离放大 级。为改善频率特性 引入正反馈。
幅频特性：
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带阻滤波器
将一个RC低通电路和一个RC 高通电路的输出求和，即形 成带阻滤波器。
如果带阻滤波器的阻 带设置为某单一频率 时，则可构成陷波滤 波器。
由虚断可得： 数值代入后整理可得： 通频带内的电压放大倍数：
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4.1.8 有有源源滤波高器通——滤常用波的器有源滤波器
通频带内的电压放大倍数： 传输函数为：
电路的特性频率为： 当输入信号的频率f等于通带截止频率f0时：
幅频特性：
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4.1.8 有源滤4带.波1.8器通有—滤源—滤常波波用器的器有源滤波器
第4单元 集成运算放大器的应用
集成运放的运算应用电路
目
Jichengyunfangdeyunsuanyingyingdianlu
录
集成运算放大器的非线性应用
3zhongzutaifangdadianludexingnengbijiao
集成运算放大器的选择、使用和保护
Danjixingguandedanjifangdadianlu
模拟电子技术 第十章 集成运算放大电路
I I 0
虚断
对于工作在非线性区的应用电路，上述两个特点是分析其 输入信号和输出信号关系的基本出发点。
19
什么情况下放工作于非线性区？
运放在非线性区的条件：
电路开环工作或引入正反馈！ iF
ui
UO RF UOPP U+-U-
iI
R1
i+ + i- -
Auo
uO
R
-UOPP
20
实际运放 Auo ≠∞ ，当 u+ 与 u-差值比较小时， 仍有 Auo (u+ u- )，运放工作在线性区。
在运算电路中，无论输入电压，还是输出电压， 均是对“地”而言的。
23
一、比例运算电路
作用：将信号按比例放大。 类型：反相比例放大、同相比例放大。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍
数无关，与输入电压和外围网络有关。
24
一、比例运算电路
1.反相比例运算电路
虚短 虚断
2. 理想运放的输入电流等于零。
对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是 分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。
17
如何使运放工作在线性区？
理想运放的线性区趋近于0，为了扩大运放的线性区 或使其具有线性区，需给运放电路引入负反馈： 运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！
但线性区范围很小。
uO
例如：F007 的 UoM = ± 14 V，Auo 2 × 105 ， 线性区内输入电压范围
实际特性
0 u+u
U OM u u Auo 14 V 2 105 70 μV
非线性区
电子技术基础第四章 集成运算放大电路
输出电流加倍，使电压放大倍数增大。
共模输入时，
从 以上分析可知，共模信号基本不传递到下一 级，提高了整个电路的共模抑制比。 此外，输入级静态电流增加时，T8与T9管集电 极电流会相应增大，但因为IC10=IC9+IB3+IB4，且IC10 基本恒定，所以IC9的增大势必使IB3 、 IB4减、小，从 而导致输入级静态电流减小，最后使它们基本不变。 综上所述，输入级是一个输入电阻大、输入端耐 压高、对温漂和共模信号抑制能力强、有较大差模放 大倍数的双端输入、单端输出差分放大电路。
说明电流 几乎全部流向了负载。 有源负载使电压放大倍数大大提高。
二、有源负载差分放大电路
图 4.2.11
以上分析说明,用镜像电流源做有源负载, 不但可将T1管的电流变化转换为输出电流,而 且还将使所有的变化电流流向负载RL。 图中的晶体管也可用合适的场效应管代替。
4.3 集成电路运放电路简介
本质:高性能的直接耦合放大电路。品种繁多， 内部电路不同，但基本组成部分、结构 形式、组成原则基本一致。 4.3.1 双极型集成运放 一、F007电路分析
图4.2.3
在设计电路时，首先应确定电流IR和IC1的数值， 然后求出R和Re的数值。在4.2.3电路中,若VCC=15V, IR=1mA,UBE0=0.7V,UT=26mV,IC1=20μA;则可以求得 R=14.3kΩ,Re5.09kΩ。 所以，在微电流源中，能输出很小的电流（20 μA ）， 但电阻却不是很大（几~十几kΩ ）。
图 4.2.6
图4.2.7所示为多集电极 管多路电流源。S0、S1和S2 是各集电区的面积，则
图 4.2.7 图4.2.8所示为场效应管 多路电流源,S0~S3是各管导 电沟道的宽长比,则
《模拟电子技术基础》(童诗白、华成英第四版)习题解答
模拟电子技术基础第四版清华大学电子学教研组编童诗白华成英主编自测题与习题解答山东大学物理与微电子学院目录第1章常用半导体器件‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3第2章基本放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14 第3章多级放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 第4章集成运算放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥41 第5章放大电路的频率响应‥‥‥‥‥‥‥‥50 第6章放大电路中的反馈‥‥‥‥‥‥‥‥‥60 第7章信号的运算和处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥74 第8章波形的发生和信号的转换‥‥‥‥‥‥90 第9章功率放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥114 第10章直流电源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥126第1章常用半导体器件自测题一、判断下列说法是否正确，用“×”和“√”表示判断结果填入空内。
(1)在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。
( √ )(2)因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
( ×)(3)PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
( √ )(4)处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
( ×)(5)结型场效应管外加的栅一源电压应使栅一源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R大的特点。
( √)其GSU大于零，则其输入电阻会明显变小。
( ×) (6)若耗尽型N 沟道MOS 管的GS二、选择正确答案填入空内。
(l) PN 结加正向电压时，空间电荷区将 A 。
A.变窄B.基本不变C.变宽(2)稳压管的稳压区是其工作在 C 。
A.正向导通B.反向截止C.反向击穿(3)当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 B 。
A.前者反偏、后者也反偏B.前者正偏、后者反偏C.前者正偏、后者也正偏(4) U GS=0V时，能够工作在恒流区的场效应管有A 、C 。
A.结型管B.增强型MOS 管C.耗尽型MOS 管三、写出图Tl.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D=0.7V。
模拟电子技术(4.1)--多级放大电路和集成运算放大器
第4章多级放大电路和集成运算放大器例题【例4-1】 已知电路如图4-1所示，V 12CC +=V Ω='100b b r ，6021==ββ，Ω=k 300B1R ，Ω=k 2C1R ，Ω=k 200B2R ，Ω=k 2E R ，Ω=k 2L R ，V 7.0BE =U ，1C 、2C 、3C 对交流看作短路。
（1）估算静态工作点1B I 、1C I 、2B I 、2C I ；（2）计算总的电压放大倍数；（3）求放大电路的输入电阻和输出电阻。
图4-1 例4-1电路【解4-1】 【解题思路】本题是阻容耦合两级放大电路，故前后两级静态工作点独立；第一级为共发射极电路，故输入电阻即第一级放大电路的输入电阻；第二级为共集电极接法的射极跟随器，输出电阻尽管是第二级的输出电阻，但是在计算过程中要考虑前一级放大电路的影响。
【解题过程】（1）静态工作点μA 383003.11B1BEQ1CC 1≈=-=R U V I B 2.3mA μA 3860B11C1≈⨯==I I βμA352612003.11)1(E2B2BEQ2CC B2=⨯+=++-=R R U V I β 2.1mAμA 3560B22C2≈⨯==I I β（2）总的电压放大倍数是各级放大电路电压放大倍数的乘积。
采用教材P127页的方法1：在计算第一级的电压放大倍数时，把第二级的输入电阻作为第一级的负载考虑，然后单独计算第二级的放大倍数。
kΩ8.03.22661100mV 26)1(EQ11b b be1≈⨯+=++='I r r βkΩ8.01.22661100mV 26)1(EQ22b b be2≈⨯+=++='I r r βkΩ47)]2//2(618.0//[200)]//)(1(//[L E 2be2B2i2≈⨯+=++=R R r R R β1440.8)47//2(60)//(be1i2C11.i.o1u1.≈⨯-=-==r R R U U A β99.08.6161)//)(1()//)(1(L E 2be2L E 2.i2.o u2.≈-=+++==R R r R R U U A ββ143u2.u1.u .≈⋅=A A A （3）输入电阻和输出电阻kΩ8.08.0//300//be1B1i1i ≈===r R R R Ω450612//2008.0//21////2C1B2be2o2o ≈+=++==βR R r R R R E 【点 评】本题的难点是输出电阻的计算，由于输出级采用的是射极跟随器，故一方面输出电阻的计算应考虑前一级的影响；另外，在计算过程中，以发射极作为参照基准，在基极回路的电阻要等比缩小21β+倍。
电子技术基础第五章集成运算放大器
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
A u c(单 u u o ic ） c 1 1 (b R rb )e 2 R c ()1 e R e2 -R R e ce
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路，
即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
模拟电子技术基础-总复习最终版
其中 RP R1 // R2 // R3 // R4
另外，uN
R R Rf
uo，uN
uP
ui1 R1 ui2i1 R2 ui3i2R3
P+ + u
o
R4 i4
uo
RP 1
Rf R
ui1 R1
ui 2 R2
ui3 R3
i3
4、 电路如图所示，各引入那种组态的负反馈？设集成运放 输出电压的最大幅值为±14V，填表。
11
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5、求解图示电路的运算关系式。
同相求和电路 电压串联负反馈
6、求解图示电路的运算关系式。
R2
R1 ui R3
_
R4
+A1+ uo1
R5
_ +A2+
uo
7、求解图示电路的运算关系式。
电压并联负反馈。 电压放大倍数为：-R2/R1。
（3）交流负反馈是指 。 A．阻容耦合放大电路中所引入的负反馈 B．只有放大交流信号时才有的负反馈 C．在交流通路中存在的负反馈
解：（1）D （2）B （3）C
4、选择合适答案填入空内。
A．电压 B．电流 C．串联 D．并联
（1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入 负反馈；
（2）为了稳定放大电路的输出电流，应引入 负反馈；
解：将电容开路、变压器线圈短路即为直流通路，图略。 各电路的交流通路如解图P2.2所示。
5.在图示电路中，已知晶体管β，rbe，RB，RC=RL，VCC。
（1）估算电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
（2）当考虑信号源内阻为RS时，Aus的数值。
6. 电路如图所示，晶体管的＝100，=100Ω。
模拟电子技术 华成英6-集成运算放大电路
讨论三
已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题： 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f ＝104Hz 时，增益下降多少？附加相移φ’＝？ 4. 在 f ＝105Hz 时，附加相移φ’≈？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH＝？
Au ?
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讨论四：电路如图所示
Ri Ri1
3. 输出电阻
Ro Ron
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
7
2. 分析举例
Au1 g m ( R4 ∥ Ri2 ) (1＋ ) ( R7 ∥ RL ) rbe (1＋ ) ( R7 ∥ RL ) Au Au1 Au 2 Au 2
1.若所有的电容容量都相同， 则下限频率等于多少？ 2.信号频率为0～∞时电压放大 倍数的表达式？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 ( Rs Rb1 ∥ Rb2 ∥rbe )C1
2 ( Rc RL )C2
rbe Rs ∥ Rb1 ∥ Rb2 e ( Re ∥ )Ce 1
两式无本质 区别
' π
6dB 3dB
≈0.643fH1
fL fH
9
fL> fL1， fH< fH1，频带变窄！
2. 多级放大电路的频率响应与各级的关系
对于n级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1～ fLn、 fH1～ fHn，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则
f L f Lk f H f Hk f f bwk bw (k 1,2, , n)
三、具有恒流源的差分放大电路
Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越 强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放 大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，Re 越大，VEE越大，以 至于Re太大就不合理了。 需在低电源条件下，设置合适的IEQ，并得到 得到趋于无穷大的Re。 解决方法：采用电流源取代Re！
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2. 基本电流源电路
（以镜像电流源为例）
在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T0 和 T1 特性完全相同。
基准电流
I R (VCC U BE ) R
IC
2
IR
若 2 ，则I C I R
4.2.2 改进型电流源电路
（以 加射级输出器的电流源为例） 已知：镜像电流源， IC IR 2
作业
4.3
4.9
§4.2 集成运放中的电流源电路
4.2.1、基本电流源电路 4.2.2、改进型电流源电路 4.2.3、多路电流源电路
4.2.1、基本电流源电路
（以镜像电流源为例）
在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。 T0 和 T1 特性完全相同。 基准电流
I R (VCC U BE ) R
3 集成运放的种类及选择
为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要 求，除性能指标比较适中的通用型(F007、 A741)运放外，发展了适应不同需要的专用型集 成运放。它们在某些技术指标上比较突出。 根据运算放大器的技术指标可以对其进行分 类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入 电阻和低功耗等几种。
二、集成运放电路的组成
两个 输入端 一个 输出端
若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一 个双端输入、单端输出的差分放大电路。
集成运放电路四个组成部分的作用
偏置电路：为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。 输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad 大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最 大不失真输出电压尽可能大。
整理后可得
IC1 = IR 2 1 (1+)
若 10，I C1 0.982I R , 可见，I C1和I R保持更好的镜像关系。
注： T0 和 T1 特性完全相同。但与T2 的 特性不相同。
4.2.3 多电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点 电流，即可构成多路电流源。通过作业题讲解。
第4章 集成运算放大电路
§4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 集成运放的电路分析及其性能指标
一、集成运放的特点
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。因首先用于信号的运算，故而得名。 （1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用 差分放大电路和恒流源电路。 （2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂 化并不带来工艺的复杂性。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作 的大电阻。 （4）采用复合管。
u－ u+
－
＋
uo
2 运算放大器的引线
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‘+’ 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“-” 。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 u－ － A0 须有正、负电源端，有的品种 u ＋ o u+ ＋ 还有补偿端和调零端。
继续讲课
若 10，IC1 0.833IR
如果电流放大倍数不是足够大，则 上面的结论误差过大，怎么办？ 精密镜像电流源和普通镜象电 流源相比，其精度提高了。电路如 图所示。 由于有T2存在，IB2和将比镜像 电流源的2IB小。因此IC1和IR更加接 近。
I E2 IC1 =IC0 I R I B2 I R 1+ 2IC1 2I B IR IR 1+ (1+)
T0 、T1、T2的特性均相同 试求IC1、IC2各为多少？
4.3 集成运放电路简介
1 运放的特点和符号
运放的特点： 理想运放： ri KCMMRR ro 0 Ao
ri 高:几十k 几百k KCMRR很大 ro 小：几十 ~ 几百 A o 很大:104以上~ 107 运放符号： u－ － A0 ＋ uo u+ ＋
几代产品中输入级的变化最大！
三、集成运放的电压传输特性
uO=f(uP-uN)
在线性区： uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。
非线 性区
由于Aod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(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。
(uP－uN)的差值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。
U BE1 U BE0，I B1 I B0 I C1 I C0 I C
I R I C0 I B0 I B1 I C
IC
2I C
2
IR
镜像电流源: IC1 IR
若 2 ，则I C I R
课程回顾
1、集成运放电路
(1) 在线性区： uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。 (2) 在非线性区： (uP－uN)的差值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。