集成电路运算放大器的定义
集成 放大器
第一节 心脏除颤仪
再次观察除颤效果，是否恢复窦性心律， 以及神志、生命体征、皮肤情况，若恢复 窦性心律， 给予持续心电监护。
8. 协助病人取适宜体位，清洁皮肤，安慰 病人，整理床单位。
9. 关闭电源，开关置OFF位置，清洁电极 板和仪器，充电备用。洗手、记录。
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9.2 放大电路中的负反馈
9. 2. 1反馈的基本概念
1.反馈的概念 前面各章讨论放大电路的输人信号与输出信号间的关系时.只
涉及输人信号对输出信号的控制作用.这称做放大电路的正向 传输作用。然而.放大电路的输出信号也可能对输人信号产生 反作用。简单地说.这种反作用就叫做反馈。 引入反馈的放大电路称为反馈放大电路.它由基本放大电路、 反馈网络、输出取样、输人求和四部分组成一个闭合环路.称 为反馈环路只有一个反馈环路组成的放大电路.称为单环反馈 放大电路.如图9-4所示。其中.x1是输人信号;x0是输出信 号;xF是反馈信号;xID是净输人信号。这些电量可以是电压. 也可以是电流。
R波无关，放电由人工控制，可发生在心
动周期的任何时期，按下放电开关即可放
电。心脏除颤仪开机后自动默认为非同步
状态，室颤、室扑急救时切记采用非同步
模式。
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第一节 心脏除颤仪
心搏骤停（sudden cardiac arrest， SCA）是临床急救医学中最紧急、最严重 的心脏急症，就心搏骤停时的ECG表现形 式而言，72％~80％以上为心室颤动。电 除颤是抢救因室颤而致心搏骤停病人最有 效的方法。而电除颤的时机是治疗心室颤 动的关键，每延迟除颤时间1min，复苏 的成功率将下降7％~10％。在心搏骤停 发生1min、5min、7min、9min、 12min分钟内行电除颤，病人存活率分别 为90％、50％、30％、10％和上一2页％下~一5页％。返回
集成电路运算放大器的定义
集成电路运算放大器的定义1. 引言集成电路运算放大器是当今电子电路中最重要的基本器件之一。
它是一种高增益、差分放大器，广泛应用于模拟电路、信号处理、自动控制等领域。
本文将介绍集成电路运算放大器的定义、基本原理、特性以及应用。
2. 定义集成电路运算放大器，简称运放(Op-Amp, Operational Amplifier)，是一种差分放大器，它能够将输入信号放大到较高的增益水平。
运放通常由差动输入级、差动放大级、输出级和电源级组成。
它的输入有两个端口：非反馈输入端(inverting input)和反馈输入端(non-inverting input)，输出端则以电压方式输出。
3. 基本原理3.1 差分放大器运放的核心是差分放大器，它是由两个晶体管组成的差分对(differential pair)。
差分放大器具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特点。
当在非反馈输入端和反馈输入端施加电压时，差分放大器将两个输入信号进行差分放大，并输出差分放大的结果。
3.2 负反馈运放的一个重要特点是负反馈(negative feedback)。
负反馈通过将输出信号的一部分反馈到输入端，使得运放的输出与输入之间达到稳定的关系。
负反馈降低了运放的增益，但提高了稳定性和线性度。
4.1 增益运放具有非常高的开环增益，通常在105到106范围内。
通过负反馈可以调节运放的增益，使其适应不同的应用需求。
4.2 输入阻抗和输出阻抗运放的输入阻抗非常高，通常在105到1012欧姆之间，使其能够接受较小的输入信号。
输出阻抗通常比输入阻抗小得多，可以提供较低的输出阻抗。
4.3 带宽运放的带宽指的是它能够工作的最大频率范围。
通常，在低频时运放的增益较高，而在高频时增益会逐渐降低。
带宽取决于运放的内部结构和电容等元件。
运放的工作温度和环境温度对其性能有一定影响。
温度变化会引起运放增益的变化，这种现象称为温漂。
通过合适的补偿电路和工艺可以减小温漂的影响。
电工电子学_集成运算放大器
24
9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。
图9.2.1 反馈放大电路框图
电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
16
2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9
3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出
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4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud
运算放大器(简称运放)是一种包含许多晶体管的集成电路,它是目前
if
Rf
R2 R1
i u
u0
u1
由虚断路： i 0
u u0 Rf u1 u R1
i f i1 i2 i3
u2 u R2 u0 Rf u3 u R3 u1 R1 u2 R2 u3 R3
由虚短路：
u 0
u0 R f (
u1 R1
u2 R2
u3 R3
)
若选择： R1 R2 R3 R f 则: u0 (u1 u2 u3 )
该电路为加法器
2、计算题（二）
求：图示理想运算放大器电路中输出电压与输入电压的比u2/u1=？。
g5
g1
1
解：
应用结点电压法：
u1
g4
g3
2 3
g2
u2
( g3 g 4 )un 2 g 4un1 g3u2 0
运算放大器简称运放是一种包含许多晶体管的集成电路它是目前晶体管放大器集成运放运放电路运放电路分析单电源运放运放芯片轨到轨运放运放跟随比较器和运放的区别
运算放大器
摘要 ：
运算放大器(简称运放)是一种包含许多晶体管的集成电路,它 是目前获得广泛应用的一种多端元件。 一般放大器的作用就是把输入电压放大一定倍数后再输送出 去,其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压 增益。 运放是一种高增益（可达几万倍甚至更高）、高输入电阻、 低输出电阻的放大器。
u1 R2 u2 R2 u0 R3
u0
R3 R1
u1
R3 R2
u2 3u1 0.2u2
R3
3 0 .2
R2 50k
简单的集成电路运算放大器
第21讲6.3 简单的集成电路运算放大器主要内容:本节主要介绍了集成电路运算放大器。
基本要求：了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。
教学要点：1．集成电路运算放大器的组成集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。
（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。
（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等2．简单的运算放大器简单运算放大器的原理电路如图所示。
（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。
（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。
（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v id=v i1-v i2为零时，输出电压v O=0的目的。
（4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。
（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2）,与一个输出端3。
在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。
器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。
（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压v i1从反相输入端输入时（v i2=0），如v i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v C2（+）→v O2（–）→v B6（–）→v O（–）则输出信号电压v o 与v i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v i2(v i1=0)时，可以检验，输出电压v o与v i2同相。
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。
例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－ ＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出 电阻的多级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：
输入级：一般是差动放大 器，利用其对称特性可以 提高整个电路的共模抑制 比和电路性能，输入级有 反相输入端“-”、同相 输入端“+”两个输入端； 中间级：的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。
电路符号 集成电路运算
集成运放，全称为集成运算放大器，是一个高性能直接耦合的放大电路。
其电路符号包含一个三角形代表放大器，箭头的方向为信号的传输方向，Auo表示放大器的开环电压放大倍数。
集成运放有两个输入端、一个输出端。
与负号连接的称为反相输入端，对地电压用 u_ {-} 表示；与正号连接的称为同相输入端，对地电压用 u_ {+} 表示；输出端的对地电压用 u_ {o} 表示；元件上的正负号表示输入信号与输出信号的相位关系。
集成运放主要由偏置电路和输入级组成。
偏置电路是为各级放大电路设置合适的静态工作点，常采用电流源电路。
输入级是前置级，多采用差分放大电路。
集成运放的应用非常广泛，包括反相比例运算放大器、同向比例运算放大器、差动放大器和电压跟随器等。
例如，在反相比例运算放大器中，Rp是平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，Rp=R1//R2。
而在同向比例运算放大器中，输出电压与输入电压的关系曲线称为电压传输特性。
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第四章集成运算放大电路第一节学习要求第二节集成运算放大器中的恒流源第三节差分式放大电路第四节集成电路运算放大器第五节集成电路运算放大器的主要参数第六节场效应管简介第一节学习要求1. 掌握基本镜象电流源、比例电流源、微电流源电路结构及基本特性。
2. 掌握差模信号、共模信号的定义与特点。
3. 掌握基本型和恒流源型差分放大器的电路结构、特点，会熟练计算电路的静态工作点，熟悉四种电路的连接方式及输入输出电压信号之间的相位关系。
4. 熟练分析差分放大器对差模小信号输入时的放大特性，共模抑制比。
会计算A VD、R id、 R ic、 R od、 R oc、K CMR。
5．熟悉运放的主要技术指标及集成运算放大电路的一般电路结构。
学习重点：掌握集成运放的基本电路的分析方法学习难点：集成运放内部电路的分析集成电路简介集成电路是在一小块 P型硅晶片衬底上，制成多个晶体管 ( 或FET)、电阻、电容，组合成具有特定功能的电路。
集成电路在结构上的特点：1. 采用直接耦合方式。
2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象,采用了温度补偿的手段 ----输入级是差放电路。
3. 大量采用BJT或FET构成恒流源 ,代替大阻值R ,或用于设置静态电流。
4. 采用复合管接法以改进单管性能。
集成电路分为数字和模拟两大部分。
返回第二节集成运算放大器中的恒流源一、基本镜象电流源电路如图6.1所示。
T1,T2参数完全相同,即β1=β2,I CEO1=I CEO2 ，从电路中可知V BE1=V BE2，I E1=I E2，I C1=I C2当β>>2时,式中I R=I REF称为基准电流，由上式可以看出，当R确定后，I R就确定，I C2也随之而定，我们把I C2看作是I R的镜像，所以称图6.1为镜像恒流源。
改进电路一：图6.2是带有缓冲级的基本镜象电流源,它是针对基本镜象电流源缺点进行的改进，两者不同之处在于增加了三极管T3，其目的是减少三极管T1、T2的I B对I R的分流作用，提高镜象精度，减少β值不够大带来的影响。
改进电路二：图6.3是带有发射极电阻的镜象电流源，其中R e1=R e2，两管的输入仍有对称性，所以若此电路R e1不等于R e2，则I C2与（R e1、R e2）的比值成比例，因此，此电流源又称为比例电流源。
二、微电流源电路如图6.4所示，当I R一定时，I C2可确定为：可见，利用两管基-射电压差 V BE可以控制I0。
由于 V BE的数值小，用阻值不大的R e2即可得微小的工作电流--微电流源。
例：电路如图6.5所示，已知：BJT的参数相同，求各电流源与参考电流的关系。
三、电流源的主要应用-有源负载前面曾提到，增大R c可以提高共射放大电路的电压增益。
但是，R c不能很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高，而且，在电源电压不变的情况下，R c越大，导致输出幅度越小。
那么，能否找到一种元件代替R C，其动态电阻大，使得电压增益增大，但静态电阻较小。
因而不致于减小输出幅度呢？自然地，我们可以考虑晶体管恒流源。
由于电流源具有直流电阻小，交流电阻大的特点，在模拟集成电路中广泛地把它作负载使用--有源负载，如图6.6所示。
返回第三节差分式放大电路基本概念：图6.7表示一个线性放大器，它有两个输入端，分别接有信号v i1和v i2；输出端的信号为v o。
在电路完全对称的理想情况下，输出信号电压可表示为式中A VD是差分放大器的差模电压增益。
可见电路的两个输入端所共有的任何信号对输出电压都不会有影响。
但在一般情况下，实际的输出电压不仅取决于两个输入信号的差模信号v id，而且还与两个输入信号的共模信号v ic有关，它们分别是当用差模信号和共模信号表示两个输入信号时，有在差模信号和共模信号同时存在时，对于线性放大器而言，可以利用叠加原理来求出总的输出电压，即式中为差模电压放大倍数，称为共模电压放大倍数。
一、基本差分放大电路1. 基本电路基本差动式放大器如图6.8所示。
图中 T1,T2 是特性相同的晶体管，电路对称,参数也对称。
如：V BE1=V BE2,R c1=R c2=R c, R b1=R b2= R b,β1=β2=β。
电路有两个输入端和两个输出端。
2. 工作原理（1）当v i1=v i2=0时，即静态时，由于电路完全对称：I c1 = I c2= I0/2, R c1I c1 = R c2I c2，V o = V c1-V c2 = 0 即输入为0时,输出也为0。
（2）加入差模信号时，即v s1=-v s2=v sd/2，从电路看v B1增大使得i B1增大,使i c1增大,使得v c1减小v B2减小使得i B2减小,又使得i c2减小，使得v c2增大.由此可推出：v o=v c1 -v c2=2v c1，每个变化量v不等于0,所以有信号输出。
若在输入端加共模信号,即v s1=v s2，由于电路的对称性和恒流源偏置,理想情况下v o=0，无输出。
这就是所谓"差动"的意思；即两个输入端之间有差别，输出端才有变动。
3、抑制零点漂移的原理在差分电路中，无论是温度的变化，还是电流源的波动都会引起两个三极管的i C及v C的变化。
这个效果相当于在两个输入端加入了共模信号，在理想情况下， v o不变，从而抑制了零漂。
凡是对差放两管基极作用相同的信号都是共模信号。
常见的有：（1）v i1不等于 -v i2，信号中含有共模信号；（2）干扰信号(通常是同时作用于输入端)；（3）零漂。
实际情况下，要做到两管完全对称和理想恒流源是比较困难的，但输出漂移电压也将大为减小。
综上分析，放大差模信号，抑制共模信号是差放的基本特征。
通常情况下，我们感兴趣的是差模输入信号，对于这部分有用信号，希望得到尽可能大的放大倍数；而共模输入信号可能反映由于温度变化产生的漂移信号或随输入信号一起进入放大电路的某种干扰信号。
对于这样的共模输入信号我们希望尽量地加以抑制，不予放大传送。
4、主要技术指标的计算（1）静态工作点的估算I C1=I C2=I c=I O/2V C1=V C2=V cc-I c R cI B1=I B2=I c/β=I B=I/2β（2）差摸电压增益和输入、输出电阻差放电路有两个输入端和两个输出端。
同样，输出也分双端输出和单端输出方式。
组合起来,有四种连接方式：双端输入双端输出、双端输入单端输出,单端输入双端输出,单端输入单端输出。
（a）双入双出电路差模输入： v i1=-v i2=v id/2，则i C1上升时, i C2下降。
若电路完全对称时，则△i C1=△i C2，因为I O不变，因此v e=0，电路可以用图6.9表示。
由上面的计算可见,负载在电路完全对称,双入双出的情况下,A VD= A V1,可见该电路使用成倍的元器件换取抑制零漂的能力。
差模输入电阻R i：从两个输入端看进去的等效电阻R i=2r be差模输出电阻R0：从两个输出端看进去的等效电阻R0=2R C R0, R i是单管的两倍。
（b）双入单出电路对于差模信号:由于另一三极管的C极没有利用，因此V0只有双出的一半。
差模输入电阻:由于输入回路没变,所以R i=2r be,差模输出电阻: R0=R c1。
（c）单端输入电路对于单端输入，相当与图6.10的b2接地。
当v i>0时，i c1增大，使i e1也增大，v e增大。
由于T2的b极通过接地，则v BE2=0-v e= -v e，所以有v BE2减小,i c2也减小。
整个过程，在单端输入v i的作用下，两个BJT的电流为i c1增大,i c2减少。
所以单端输入时，差分放大的T1、T2仍然工作在差分状态。
单端输入与双端输入是一致的。
小结：① 只要是双端出，不管是单入还是双入，其A VD、R i、R o都是一样的。
② 只要是单端出，不管是单入还是双入，其A VD、R i、R o也是一样的。
（3）共模电压增益① 双端输出的A VC。
因为v i1=v i2，此时变化量相等，即v C1=v C2，因此实际上，电路完全对称是不容易的，但即使这样，A VC也很小，放大电路的抑制共模能力还是很强的。
② 单端输出的A VC对于共模信号,因为两边电流同时增大或同时减小.因此在e极处得到的是两倍的i e。
v e=2i e R e,这相当于每个BJT的发射极分别接2R e电阻,如图6.11所示。
(这里的R e就是恒流源交流等效电阻)因此有（4）共模抑制比K CMRK CMR是衡量差放抑制共模信号能力的一项技术指标。
定义为：A VD越大,A VC越小.则共模抑制能力越强,放大器的性能越优良,所以K CMR越大越好。
理想情况下：双端输出的K CMR=∞单端输出的共模抑制比为：双端输出电路的总输出电压：单端输出电路的总输出电压：例1：集成运放BG305的输入级如图6.12所示，各BJT的β1= β2=30，β3=β4=β5=β6=50，各BJT的V BE=0.7V，R b=100K，R c=50K， R w=10K(滑动端调至中点)，R e=1K，R L即第二级的R i 为23.2K。
求：(1)该放大级的静态工点； (2)差动放大倍数A VD；(3)差动输入电阻R i，差动输电阻 R o。
解（1）求放大级的静态工点解（2）差动放大倍数A VD解（3）差动输入、出电阻R i、R o返回第四节集成电路运算放大器模拟集成电路的分类模拟集成电路按功能大致可分为：线性放大器、功率放大器、比较器、乘法器、稳压器、（D/A 、A/D）转换器、锁相环器件等。
其中线性放大器按性能可分为通用型和专用型。
线性放大器中，发展最早、应用最广的是集成运算放大电路。
图6.13示出部分运放的实物图。
一、简单集成电路运算放大器1、集成运放的基本组成框图和符号（如图6.14所示）2、一个简单的集成运放（如图6.15所示）(1)直流分析：(2)放大电路总增益的计算返回第五节集成电路运算放大器的主要参数1、输入失调电压V IO2、输入偏置电流I IB3、输入失调电流I IO4、温度漂移5、最大差摸输入电压V idmax6、最大共摸输入电压V iCmax7、最大输出电流I Omax8、开环电压增益A VO运放在无外加反馈情况下对差模信号的电压增益。
9、开环带宽BW（f H）10、单位增益带宽BW（f T）11、转换速率S R返回第六节场效应管（FET）简介一、结型场效应管（一） JFET的结构和特点1、结构场效应管的结构如图6.18所示，它是在一块N型半导体的两边利用杂质扩散出高浓度的P型区域，用P+表示，形成两个P+N结。
N型半导体的两端引出两个电极，分别称为漏极D和源极S。
把两边的P区引出电极并连在一起称为栅极G。