06 集成电路运算放大器解析
集成运算放大器全解
集成运算放大器全解
集成运算放大器的基本概念
集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。

1. 集成电路的特点
(1)在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此采用直接耦合。
(2)运算放大器的输入级都采用差分放大电路，其特点是输入电阻
高、抗干扰能力强、零漂小。
(3)在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。
(4)集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。
2. 集成运算放大器的符号、管脚

3. 集成运放的基本特性
理想化的条件：(1)开环电压放大倍数Ao → ∞(2)差模输入电阻 ri → ∞(3)开环输出电阻ro → 0
4. 集成运放的电压传输特性

5. 理想运放的分析特点
理想运放工作在非线性区的分析依据
集成运算放大器在信号运算方面的应用1.反相输入放大电路
2.同相输入放大电路

电压跟随器:

3. 加法运算电路
4.差分运算电路
例题:电路如图所示，试求出电路输出电压uo的值。
集成运算放大器在信号处理方面的应用
1. 有源滤波器
所谓滤波器，就是一种选频装置，它允许信号的一部分频率分量通过而抑制另一部分频率分量。

2. 电压比较器
在自动控制系统中，如果要对一个模拟信号与另一个模拟信号的大小进行比较。
按比较的结果来决定执行机构的动作，则需要用比较器来完成。
集成电路运算放大器
集成电路运算放大器
6.1集成电路运算放大器中的电流源
1.基本电流源
分压式射极偏置电路为基本电流源电路。
当三级管工作在放大区，由于射
极电流仅由两分压电阻决定，因此当负载发生变化(也即集电极电阻发生变化)，输出电流(即集电极电流)保持不变，体现了恒流特性。
2.有源负载
由于电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使用，称为有源负载。
3.电流源的应用
(1)为集成运放各级提供稳定的偏置电流;
(2)作为各放大级的有源负载，提高电压增益。
6.2差分式放大电路
主要作用：作为多级放大电路的输入级，抑制零点漂移。
第06章集成电路运算放大器解读
6.1选择合适答案填入空内。
(1集成运放电路采用直接耦合方式是因为。
A .可获得很大的放大倍数B.可使温漂小C .集成工艺难于制造大容量电容(2通用型集成运放适用于放大。
A .高频信号B .低频信号C .任何频率信号(3集成运放制造工艺使得同类半导体管的。
A .指标参数准确B .参数不受温度影响C .参数一致性好(4集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以。
A .减小温漂B .增大放大倍数C.提高输入电阻(5为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用。
A .共射放大电路B .共集放大电路C.共基放大电路解:(1C(2B (3C (4A (5A6.2判断下列说法是否正确、用“3或“x，，表示判断结果填入括号内。
(1运放的输入失调电压U10是两输入端电位之差。
((2运放的输入失调电流110是两端电流之差。
((3运放的共模抑制比cdCMRAAK((4有源负载可以增大放大电路的输出电流。
((5在输入信号作用时，偏置电路改变了各放大管的动态电流。
(解:(lx(20(3〈(4勺(5x6.3电路如图6.3所示，已知pi=p2=p3=100o各管的UBE均为0.7V，试求IC2的值。
(+15V)U134kQT I --------■图6.3解「分析估算如下:100BE1BE2CC =—=UU VIR(1A pcCB1C0B2C0E1E2CC1C0IIIIIIIIIIIIR +1001CS.十=RRIIIpPMA6.4通用型集成运放一般由几部分电路组成,每一部分常采用哪种基本电路。
通常对每一部分性能的要求分别是什么？解「通用型集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四个部分组成。
通常，输入级为差分放大电路，中间级为共射放大电路、输出级为互补电路，偏置电路为电流源电路。
对输入级的要求:输入电阻大，温漂小,放大倍数尽可能大。
对中间级的要求:放大倍数大，一切措施几乎都是为了增大放大倍数。
对输出级的要求「带负载能力强，最大不失真输出电压尽可能大。
第06章集成运算放大器ppt
图6-10 输入保护电路
（2）输出保护
图 6-11 所示为输出端保护电路，限流电 阻 R 与稳压管 VZ构成限幅电路，它一方面将 负载与集成运放输出端隔离开来，限制了运 放的输出电流，另一方面也限制了输出电压 的幅值。当然，任何保护措施都是有限度的， 若将输出端直接接电源，则稳压管会损坏， 使电路的输出电阻大大提高，影响了电路的 性能。
图6-11 输出保护电路
（3）电源端保护
为防止电源极性接反，可利用二极管的
单向导电性，在电源端串接二极管来实现保
护，如图 6-12 所示。由图可见，若电源极性
接错，则二极管VD1、VD2不能导通，使电源
被断开。
图6-12 电源端保护源自二、 电路符号及基本连接2脚 —反向输入端， 3脚 —同向输入端， 4脚— 负电源端， 5 、 1间接调零电位器 6脚—输出端， 7脚 —正电源端，8脚—空脚（NC）。 使用时，先调零： 将V- 、 V+端同时接地（即令Ui=0），调RP ，使U0 =0， 使U0 =0后， RP不再变动， 这样，使用时，电路抑制共模信号的能力最强。 VNC
第六章
集成运算放大器
§6.1 集成运算放大器
§6.1.1 集成运算放大器的基本组成
集成运算放大器实质上是一个具有高 电压放大倍数的多级直接耦合放大电路。 从 20 世纪 60 年代发展至今已经历了四代产 品，类型和品种相当丰富，但在结构上基 本一致，其内部通常包含四个基本组成部 分：输入级、中间级、输出级以及偏置电 路，如图6-7所示。
R1
Rf R1
ui u i ii ui uo ui R2 Rf Auf 1 Rf R2
ui ui R2 ii if
uo
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
集成运算放大器的主要知识点
-
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建立时间：这是指运放达到稳定输出所需的时间。建立时间对于需要快
集成运算放大器的主要知识点
压摆率：这是指运放在大信号输入时的最大 输出电压变化率。压摆率决定了运放在大信 号应用中的性能
输入阻抗：这是指运放在输入端的电阻抗。 输入阻抗通常很高，可以与传感器等低阻抗 电路直接连接
电源抑制比：这是指运放在电源电压变化时 保持稳定性能的能力。电源抑制比越高，电 源电压变化对运放性能的影响越小
放大级：这一级通常包含一个或多个放大器，用于将差分输入级的微小 。放大级的输出是整个运放的输出信号
集成运算放器的主要知识点
以上就是集成运算放大器的主要知识点。理解和掌握这些知识点有助于深 电子元件的性能和应用 除了上述提到的知识点，集成运算放大器还有一些重要的特性需要理解
频率响应：这是指运放在不同频率下的增益和相位响应。运放的频率响 部电路的RC时间常数决定
集成运算放大器的主要知识点
目录
集成运算放大器的主要知识点
集成运算放大器(通常简称为运放)是一种集成电路，它包含三个基本组成 级、放大级和输出级。以下是对这些组成部分的详细解释
差分输入级：这是运放的两个输入端，通常称为"非反向输入端"(同 反向输入端"(反相输入端)。这两个输入端之间的电压差异是运放的
失调电压漂移：这是指运放在温度变化时失
最大功耗：这是指运放 功耗。超过这个功耗可 降
共模抑制比：这是指运 的共模干扰抑制能力。 放在存在共模干扰时性
06 集成电路运算放大器
31
3. 几种方式指标比较
输出方式
双出
单出
双出
单出
AVD AVC
K CMR
1 ( Rc // RL ) 2 rbe
0
( Rc // RL )
2rbe
1 ( Rc // RL ) 2 rbe
0
( Rc // RL )
2rbe
Rc // RL 2ro
Rc // RL 2ro
双端输入 ／单端输入 双端输出 ／单端输出
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
24
(1) 双端输入－双端输出
① 差模电压增益
（双入、双出交流通路）
AVD
v o1 v o2 vo = v i1 v i2 v id 2vo1 vo1 Rc 2v i1 rbe vi1
千欧，精度低，大电阻常用恒流源代替或外接；
3. 几十皮法的小电容用PN结的结电容构成，大电容需 外接； 4. 级间采用直接耦合方式； 5. 二极管多用三极管的发射结构成。
3
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 2. 微电流源
3. 组合电流源
4. 电流源作有源负载
4
6.3 集成电路运算放大器
6.3.1 简单的集成电路运算放大器 6.3.2 通用型集成电路运算放大器
35
6.3.1 简单的集成电路运算放大器
+ + + + + + -
36
（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。
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
微分器的电路结构与积分器类似，包括集成运算放大器、 电容和反馈电阻。
微分器在信号处理、控制系统和电子测量等领域有广泛 的应用。
06 结论与展望
结论总结
01
集成运算放大器(压控电流源)在电路中具有重要作用，能够实现信号的放大、运 算和处理等功能。
02
通过对不同类型集成运算放大器(压控电流源)的特性、应用和电路设计进行比较 ，可以更好地选择适合特定需求的集成运算放大器(压控电流源)。
差分输入电路
总结词
差分输入电路是一种较为特殊的集成运算放大器应用电路，其输出电压与两个输 入电压的差值呈线性关系。
详细描述
差分输入电路的输出电压与两个输入电压的差值呈线性关系，适用于信号比较、 差分信号放大等应用。这种电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够有效 地减小外界干扰对信号的影响。
03 压控电流源的应用电路
详细描述
反相输入电路的输出电压与输入电压呈反相关系，即当输入 电压增加时，输出电压减小，反之亦然。这种电路具有高输 入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于信号放大、减法运算等 应用。
同相输入电路
总结词
同相输入电路是一种较为简单的集成运算放大器应用电路，其输出电压与输入 电压呈同相关系。
详细描述
同相输入电路的输出电压与输入电压保持一致，适用于信号跟随、缓冲等应用。 这种电路具有低输入阻抗和低输出阻抗的特点，能够提高信号的驱动能力。
积分器可以将输入的电压信号 转换成电流信号，再通过负载 电阻转换成电压信号，实现信 号的积分运算。
案例三：微分器的应用
微分器是集成运算放大器的另一种应用可以将输入的电压信号转换成电流信号，再通过 负载电阻转换成电压信号，实现信号的微分运算。
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2
模拟集成电路的特点：
1. 元器件参数偏差方向一致，温度均一性好，易做成对
称电路； 2.电阻元件由硅半导体构成，阻值范围在几十欧至二十
差分式放大电路输入输出结构示意图
例: vi1 = 10 mV, vi2 = 6 mV
可分解成: vi1 = 8 mV + 2 mV
vi2 = 8 mV － 2 mV
共模信号相当于两个输入 端信号中相同的部分 差模信号相当于两个输入 端信号中不同的部分
16
3. 差分式放大电路中的一般概念
差模信号输出
I o I C2 I E2
VBE1 VBE2 VBE Re2 Re2
I C2
VT I REF ln Re 2 I C2 用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。 Re2 ro rce2 (1 ) rbe2 Re2
（参考射极偏置共射放大电路的输出电阻）
7
三、 组合电流源 在模拟集成电路中，经常用一个电 流源对多个负载进行偏置。 T1、R1 和T4支路产生基准电流IREF
103 A1 105
vo
输出漂移电压 均为 200 mV
A2
vo
两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？ 答： A1不可以， A2可以
14
漂移 10 mV +100 uV
漂移 1V + 10 mV
假设 AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。 若第一级漂移了100 uV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了100 uV， 则输出漂移 10 mV。
9
共射极放大电路的电压增益为：
( Rc // RL ) AV = rbe
对于此电路 Rc 就是镜像
电流源的交流输出电阻，
Rc ro
= RL 因此增益为： A V rbe
采用有源负载可大大提高放大电路的电压增益
10
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述
直接耦合放大电路 零点漂移 差分式放大电路中的一般概念
I o I C2 = I C1 I REF
VCC VBE1 (VEE ) VCC VEE = R R
5
交流输出电阻
iC 2 1 ro ( ) vCE 2
rce
IB2
一般ro在几百千欧以上
代表符号
代表符号
6
二、 微电流源
I REF VCC VEE R
6.1 6.2 6.3 6.4
模拟集成电路中的直流偏置技术 差分式放大电路 集成电路运算放大器 集成运算放大器的主要参数
1
集成电路简介
集成电路:把整个电路中的元器件及其连接导线制造在一
块硅基片上，构成特定功能的电子电路。 其外形一般有金属圆壳和双列直插结构。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、
漂移100uV 漂移 1V + 10 mV
第一级（输入级）是关键
差分式放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。
15
3. 差分式放大电路中的一般概念
vid = vi1 vi2 差模信号
1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 2
根据以上两式，有：
vid vi1 = vic 2
vid vi2 = vic 2
6.2.1 射极耦合差分式放大电路
电路组成及工作原理 主要指标计算 抑制零点漂移原理 几种方式指标比较
6.2.2 差分式放大电路的传输特性
11
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
由于不采用电容，所 以直接耦合放大电路具 有良好的低频特性。 可以放大直流信号
存在的两个问题： 1) 前后级静态工作点相互影响 2) 零点漂移
千欧，精度低，大电阻常用恒流源代替或外接；
3. 几十皮法的小电容用PN结的结电容构成，大电容需 外接； 4. 级间采用直接耦合方式； 5. 二极管多用三极管的发射结构成。
3
6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术 BJT电流源电路
1. 镜像电流源 2. 微电流源
3. 组合电流源
4. 电流源作有源负载
4
AVD AVC
vod = vid voc = vic
差模电压增益 共模信号输出 共模电压增益
差分式放大电路输入输出结构示意图
总输出电压
vo = vod voc AVD vid CMR
AVD = AVC
6.2.1 射极耦合差分式放大电路
12
2. 零点漂移
指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则 地变化的现象。 零漂实际上就是静态工作点的漂移。 产生的原因： 晶体管参数随温度变化； 电源电压波动； 电路元件参数的变化。
O
vo
t
温漂指标： 温度每升高 1 度时，输出漂移电压按电压增 益折算到输入端的等效输入漂移电压值。
13
输入端漂移电 压为 0.2 mV vi 输入端漂移电 压为 0.002 mV vi
一、 镜像电流源 T1、T2的参数全相同
即：1 2，I CEO1 I CEO2
VBE1 = VBE2
I B1 = I B2， I C1 = I C2
I C1 I REF 2I B I REF 2 I C1
I REF I C1 (1 2 )
当β>>2时，IC1≈IREF
I REF
VCC VEE VBE1 VEB4 R1
T1和T2、T4和T5构成镜像电流源 T1和T3，T4和T6构成了微电流源
8
四、电流源作有源负载 由于电流源具有交流电阻 大的特点（理想电流源的内 阻为无穷大），所以在模拟 集成电路中被广泛用作放大 电路的负载。这种由有源器 件及其电路构成的放大电路 的负载称为有源负载。 T1是共射极组态的放大管；T2、T3和电阻R组成镜象电 流源代替Rc，作为T1的集电极有源负载。电流IC2等于基准 电流IREF。
1. 电路组成及工作原理
电路结构对称，在理想的情况下， 两管的特性及对应电阻元件的参数值 都相等。 静态时 (vi1 = vi2 = 0)
Io I C1 = I C2 2 IC I B1 I B2 VCE1 = VCE2 VCC I C Rc VE