第4章集成运算放大电路
模电第四章标准答案
第4章 集成运算放大电路自测题一、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( C )。
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( B )。
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( C )。
A.指标参数准确B.参数不受温度影响C.参数一直性好 (4)集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以( A )。
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 )。
A.共射放大电路 B.共集放大电路 C.共基放大电路二、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。
(1)运放的输入失调电压U IO 是两输入端电位之差。
( × ) (2)运放的输入失调电流I IO 是两输入端电流之差。
( √ )(3)运放的共模抑制比cdCMR A A K =。
( √ ) (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。
( × ) 三、电路如图T4.3 所示，已知β1＝β2＝β3= 100 。
各管的U BE 均为0.7V , 试求I C 2的值。
解：分析估算如下：21100CC BE BE R V U U I A Rμ--==00202211B B B B I I I I ββββ++==++；0202()1R B B B I I I I ββββ+=+=++图T4.322021C B B I I I ββββ+==⋅+。
比较上两式，得 2(2)1002(1)C R R I I I A ββμβββ+=⋅≈=+++四、电路如图T4.4所示。
图T4.4(1)说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放… … ）;(2)分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍数、输入电阻… … ）。
第4章 集成运算放大电路 习题解答
第4章自测题、习题解答自测题4一、选择1.集成运放的输出级一般采用（）。
A. 共基极电路B. 阻容耦合电路C. 互补对称电路2.集成运放的中间级主要是提供电压增益，所以多采用（）。
A. 共集电极电路B. 共发射极电路C. 共基极电路3．集成运放的输入级采用差分电路，是因为（）。
A. 输入电阻高B. 差模增益大C. 温度漂移小4．集成运放的制造工艺，使得相同类型的三极管的参数（）。
A 受温度影响小 B. 准确性高 C. 一致性好5．集成运放中的偏置电路，一般是电流源电路，其主要作用是（）。
A. 电流放大B. 恒流作用C. 交流传输。
解：1、C 2、B 3、C 4、C 5、B二、判断1．运放的有源负载可以提高电路的输出电阻（）。
2．理想运放是其参数比较接近理想值（）。
3．运放的共模抑制比K CMR越高，承受共模电压的能力越强（）。
4．运放的输入失调电压是两输入端偏置电压之差（）。
5．运放的输入失调电流是两输入端偏置电流之差（）。
解：1、×2、×3、√4、√5、√三、选择现有如下类型的集成运放，根据要求选择最合适的运放：①．通用型②. 高阻型③. 低功耗型④. 高速型⑤. 高精度⑥. 大功率型⑦. 高压型。
1．作视频放大器应选用。
2．作内阻为500KΩ信号源的放大器应选用。
3．作卫星仪器中的放大器应选用。
4．作心电信号（？左右）的前置放大器应选用。
5．作低频放大器应选用。
作输出电流为4A的放大器应选用。
解：1、④ 2、② 3、③ 4、⑤ 5、① 6、⑥习题44．1通用型集成运算放大器一般由哪几个部分组成？每一部分常采用哪种基本电路？对每一基本电路又有何要求？ 解：通用型集成运算放大器一般由输入级、中间级、输出级组成。
输入级采用差动放大电路，输入级要求尽量减小温度漂移。
中间级采用共射放大电路，要求提供较高的电压放大倍数。
输出级采用共集接法，互补对称电路，要求输出电阻要小。
4．2某一集成运算放大器的开环增益A od = 100dB ，差模输入电阻r i d = 5M Ω, 最大输出电压的峰─峰值为U OPP =±14V 。
第4章 集成运算放大电路课后习题及答案
第4章 集成运算放大电路一 填空题1、集成运放内部电路通常包括四个基本组成部分,即、、和。
2、为提高输入电阻，减小零点漂移，通用集成运放的输入级大多采用_________________电路；为了减小输出电阻，输出级大多采用_________________ 电路。
3、在差分放大电路发射极接入长尾电阻或恒流三极管后，它的差模放大倍数将 ud A ，而共模放大倍数将 ，共模抑制比将 。
uc A CMR K 4、差动放大电路的两个输入端的输入电压分别为和，则差mV 8i1-=U mV 10i2=U 模输入电压为 ，共模输入电压为 。
5、差分放大电路中，常常利用有源负载代替发射极电阻，从而可以提高差分放大电e R 路的 。
6、工作在线性区的理想运放，两个输入端的输入电流均为零，称为虚______；两个输入端的电位相等称为虚_________；若集成运放在反相输入情况下，同相端接地，反相端又称虚___________；即使理想运放器在非线性工作区，虚_____ 结论也是成立的。
7、共模抑制比K CMR 等于_________________之比，电路的K CMR 越大，表明电路__________越强。
答案：1、输入级、中间级、输出级、偏置电路；2、差分放大电路、互补对称电路；3、不变、减小、增大；4、-18mV, 1mV ；5、共模抑制比；6、断、短、地、断；7、差模电压放大倍数与共模电压放大倍数,抑制温漂的能力。
二 选择题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 .集成工艺难以制造大容量电容2、为增大电压放大倍数，集成运放中间级多采用_______。
A . 共射放大电路 B. 共集放大电路 C. 共基放大电路3、输入失调电压U IO 是_______。
A .两个输入端电压之差B .输入端都为零时的输出电压C .输出端为零时输入端的等效补偿电压。
【2024版】电子技术基础-第4章
（ a）
（ b）
（ c）
非线性集成电路
3
（ d）
（ e）
（a）为圆壳式
（b）为双列直插式 （c）为扁平式 （d）为单列直插式 （e）为菱形式
（ a）
（ b）
（ c）
（ d）
（ e）
4
4.1 直接耦合放大电路
两级直接耦合放大电路如图4-1所示
图4 –1 两级直接耦合放大器电路
5
4.1.1 直接耦合放大器和组成及其零点漂移现 象
KCMR20lgAuddB Au c
15
4.2 集成运算放大电路概述
1．集成运放电路的组成及各部分的作用
集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出，具有高 增益，高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。
当给他施加不同的反馈网络时，就能实现模拟信号的多种数 学运算功能（如比例、求和、求差、积分、微分……），故被称 为集成运算放大电路，简称集成运放。
1．零点漂移现象 当输入电压为0时，由于温度等原因，输出电压uo≠0。 并且随温度的变化而变化。 输入信号为0，而输出信号不为0的现象称为零点漂移简称 零漂 ( zero drift )。
图４-２ 直接耦合放大电路的零点漂移
6
２.产生零点漂移的原因
产生零点漂移的原因很多，如温度的变化（包括环境温 度的变化及三级管工作时由于管耗引起的结温变化），电源 电压的波动以及电路元件以及电路元件参数的变化等，都会 引起放大电路的零点漂移。其中又以温度的变化使三级管参 数随之变化引起的漂移最为严重。当温度上升时，将引起 ICBO及β增大，Ube减小。从而使静态工作点Q上移，集电极电 流IC增加，产生零点漂移现象。
(3)输出信号的响应参数 在书的69页，不再列出。
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。
第4章集成运算放大电路
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第3页
模拟电路
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。
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模拟电路
集成运放电路四个组成部分的作用
模拟电路
第四章 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 电路分析及其性能指标
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模拟电路
§4.1 概述
一、集成运放的特点 二、集成运放电路的组成 三、集成运放的电压传输特性
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模拟电路
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是差模开环放大倍数。
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。
特点：IC1具有更高的稳定性。
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三、微电流源
模拟电路
要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。
IE1 (UBE0 UBE1) Re
U BE
I UT
I I e ， I e E
S
E0 E1
模电课件第四章集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
集成运算放大器电路 模拟电子电路-PPT
IE2
1 R2
(U BE1
UBE2 )
UT R2
ln
I E1 IE2
当β1>>时，IE1≈Ir,IE2≈IC2，由此可得
R2
UT IC2
ln
Ir IC2
(4―10)
UCC
Ir
Rr
V1
第4章 集成运算放大器电路
IC2 V2
R2
图4―7微电流电流源
第4章 集成运算放大器电路
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
UCC
Rr
Ir
IC1 IC2
IC3
第4章 集成运算放大器电路
V1
V2
Rr Ir
UCC V3
IC2
IC3
(a)
(b)
图4―5 (a)三集电极横向PNP管电路；(b)等价电路
第4章 集成运算放大器电路
三、比例电流源
如果希望电流源的电流与参考电流成某一比例关 系，可采用图4―6所示的比例电流源电路。由图可知
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻
Ro为
Ro 2 rce
(4―13)
可见，威尔逊电流源不仅有较大的动态内阻，而且 输出电流受β的影响也大大减小。
图4―9给出了另一种反馈型电流源电路。它由两 个镜像电流源串接在一起组成，故称串接电流源。关 于它的稳流原理留给读者自行分析。
UCC
Ir
Rr
集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放 应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工 作点漂移小等特点。 与此同时， 在电路的选择及构成 形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 因此， 集 成运放在电路设计上具有许多特点， 主要有：
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对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二 级一般采用差动放大器。 （2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减 小输入电流，增加输入电阻。
（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行 功率放大，提高带负载的能力。
4.1.1集成运放的电路结构特点
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。 2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。 3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
集成运算放大电路
若RL ( rce1 // rce 2 )，则
Au
1 RL
rbe 1
结论：利用镜像电流源作有源负载，不但可将T1管 的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将使所 有变化电流流向负载RL。
结束
(1-31)
第 4章
集成运算放大电路
§4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
结束
(1-7)
第 4章
集成运算放大电路 第 2级
集成运放内部结构（举例）
极 性 判 RC 断
第3级：单管放大器
+VCC
RC3 RE3 T7 T8 RE4 RE5 T9 RC4 T11 -VEE
结束
RC T1 T2 E T5 T6
–
+
T10
RL
RE2
第1级：差动放大器
差动放大器
第4级：互补对称射极跟随器
第 4章
集成运算放大电路
对B点：
1 I R I B2 IC1 IC 2 2
IC 2
2 2 IC 2 2 2
2
IC 2
2 (1 2 )I R I R 2 2
I C 1 0.984I R
结束
10
(1-21)
集成运算放大电路
五、输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT
UIO是运算放大器输出电压为零时，在输入端所加 的补偿电压，其数值是uI等于零时，输出电压折合 到输入端电压的负值，即
U IO
UO
uI 0
Aod
dUIO/dT是输入失调电压的温度系数。其值越小， 运放的温漂越小。
F007:输入失调电压小于2mV, 温漂小于20μV/°C。
(1-8)
第 4章
集成运算放大电路
4.1.3集成运放的电压传输特性 ri 大: 几十k 几百 k KCMRR 很大
理想运放： ri
KCMMRR
ro 小：几十 几百
A o 很大: 104 107
运放符号： u－ u+
ro 0 Ao
－＋
＋
Ao
uo
u－ u+
集成运算放大电路
§4.2 集成运放中的电流源电路
4.2.1基本电流源电路 一.镜像电流源
U BE0 = U BE1 I E0 = I E1 I C0 = I C1
VCC UBE IC IR IC 2 I B IC 2 R
IC
VCC U BE VCC IC 1 I R = R R
1 RL Au Rb rbe 1
结束
比用电阻Rc就作负载时提高了。
(1-27)
第 4章
集成运算放大电路
二. 有源负载差分放大电路
图4.2.11 有源负载差分放大电路
结束
(1-28)
第 4章
集成运算放大电路
iC 3 iC 4
静态时，
I I E1 I E 2 2 I IC 1 IC 2 2
若 2
则IC 3 IC 1
因IC 4＝IC 3 所以IC 4 IC 1
io IC 4 IC 2 0
结束
(1-29)
第 4章
集成运算放大电路
当输入差模信号时，
iC 3 iC 4 io iC 4 iC 2 iC 1 ( iC 1 ) 2iC 1
第 4章
集成运算放大电路
对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，
VCC U BE 3 IR R
I CQ 1 I C 2
2
IR
共射电路的电压增益为：
1 (rce1 // rce2 // RL ) Au Rb rbe1
RL (rce1 // rce2 )
结束
(1-4)
第 4章
集成运算放大电路
4.1.2集成运放电路的组成及其各部分的作用
与uo反相
+VCC
反相 输入端
T4 T1 T2
输 入 级 中 间 级
u–
同相 输入端
T3
T5
uo
u+
IS
输 出 级
-VEE
与uo同相
结束
(1-5)
第 4章
集成运算放大电路
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
图4.2.2 比例电流源 Re 0 UT I R Re 0 IC 1 IR ln IR Re 1 Re1 I E 1 Re 1 VCC U BE0 VCC
I R=
R Re 0
R Re 0
结束
(1-15)
第 4章
集成运算放大电路
三. 微电流源
I C1
VBE0 VBE1 I E1 Re VBE Re
第 4章
集成运算放大电路
4.2.3 多路电流源电路
图4.2.6 基于比例电流源的多路电流源
结束
(1-22)
第 4章
集成运算放大电路
U BE 0 I E 0 Re 0 U BE 1 I E 1 Re1 U BE 2 I E 2 Re 2 U BE 3 I E 3 Re 3
end
结束
(1-33)
第 4章
集成运算放大电路
六、输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT
IIO= IB1- IB2 ， IIO反映输入差分对管的输入电流的 不对称程度。 dIIO/dT是输入失调电流的温度系数。其值越小， 运放的温漂越小。
七、输入偏置电流IIB
I IB
T
一般Ro在几百千欧以上
结束
(1-13)
第 4章
集成运算放大电路
优点：电路简单，应用广泛。 缺点：
1. IC1受VCC及UBE和R的影响；
2. 若想得到微电流源，要求R很大； 3. β不大时（横向PNP型），IC1和IR差别很大。 4. IC1与IR近似相等，不便调整。
结束
(1-14)
第 4章
集成运算放大电路
结束
(1-17)
第 4章
集成运算放大电路
4.2.2 改进型电流源电路
一.加射极输出器的电流源 T0、T1和T2特性完全相同
0 1 2
IC1 IE2 IC 0 I R I B2 I R 1 2IC1 2 I B1 IR IR 1 (1 )
二.威尔逊电流源 T0、T1和T2特性完全相同
0 1 2
对A点：
I E 2 IC 2I B IC IC IE2 2 1 IC 2 2 1 IC 2 2
2IC
图4.2.5 威尔逊电流源
结束
(1-20)
二.比例电流源
IE0 I E 1 Re1 I E 0 Re 0 UT ln I E1 IC0 I E0 I R 2 IC1 I E1
U BE 0 I E 0 RE 0 U BE 1 I E 1 RE 1 IE U BE UT ln I S
图4.2.4 加射极输出器的电流源
结束
(1-18)
第 4章
集成运算放大电路
IC1
IR 1 2 (1 )
IR
10
I C 1 0.982I R
为增大T2管的β值，增加Re2
I E 2 I B0 I B1 I Re 2
结束
(1-19)
第 4章
集成运算放大电路
(1-2)
第 4章
集成运算放大电路
§4.1 集成运算放大电路概述
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导
体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
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；
结束
(
2
IR
2
图4.2.1 镜像电流源
三极管工作状态？
结束
无论Rc的值如何， IC1 恒流特性 的电流值将保持不变。
(1-12)
第 4章
集成运算放大电路
交流电阻
V Ro = T IT
由 于 T2 的集电 极电流 基本不变。所以交流量
0 I T V Ro = T I
由于 VBE 很小，
所以IC1也很小
图4.2.3 微电流源
结束
(1-16)
第 4章
集成运算放大电路
Re 0 0
IC1 Re 0 UT IR IR ln Re1 Re1 I E 1 UT IR ln Re IC1
V U CC BE0 IR = R