第二轮系统复习_第四章 集成运算放大器
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第四章集成运算放大电路
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二、按可控性分类
1.可变增益运放 2.选通运放 三、按性能指标分类 1.高精度型
性能特点： 漂移和噪声很低，开环增益和共模抑 制比很高，误差小。（F5037）
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2.低功耗型
性能特点： 静态功耗一般比通用型低 1 ~ 2 个数量 级(不超过毫瓦级)，要求电压很低， 有较高的开环差模增益和共模抑制比。 （TLC2552）
电路中， >>1时：
IC1
IE1
U BE 0 U BE 1 Re
I
U
IS (e UT
1) 正偏 I
U
ISe UT
UBE 0 UBE1 UT ln(I R IC1 )
IC1
UT Re
ln( IR
IC1 )
其中 ，IR
VCC
U BE 0 R
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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。
偏置电路：为各级设置合适的静态工作点
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4.1.3 集成运放的电压传输特性
集成运放的符号
uP －
同相输入端： uP、u＋
uN
＋Aod
反相输入端：uN、u
uo u－ － A＋o uo
电路增益
Au
uOd uId
iO 2i r B1 be
(rce2
//
rce4
//
RL
)
1
rce1
//
第4章集成运算放大电路
一. 对称性好，适用于构成差分放大电路。 二. 在芯片上常常用三极管代替大电阻和二极管。 三. 通常采用直接耦合电路方式。
四. 集成电路中的 NPN 、 PNP管的 值差别较大， 通常 PNP 的 ≤ 10 。常采用复合管的形式。
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
S2、S3，则 ID1S1， ID2S2， ID3S3 ID0 S0 ID0 S0 ID0 S0
IE 1(U BE U 0B)ER 1e
U BE
I U T I Ie ，I Ie E S
E0 E1
(U BE U 0BE )1 U T
S
UBE 0UBE 1UTlnIIE E01IER 1e
Re
IE1 IC1
超越
IE
0Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0IR
VCCUBE R
0
方程
设计过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。
第4章集成运算放大电路
（2）多集电极管构成的多路电流源
设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则
IC1 S1 ，IC2 S2 IC0 S0 IC0 S0
根据所需静态电流，来确定集电结面积。
第4章集成运算放大电路
（3）MOS管多路电流源
基准电流
MOS管的漏极 电流正比于沟道 的宽长比。
设宽长比W/L=S，且T1～T4的宽长比分别为S0、S1、
第4章集成运算放大电路
4.2.2 改进型电流源电路
问题：基本电流源电路在很小时， IR和 IC2
相差很大。
为了减小基极电流的影响，提高输出电流与 基准电流的传输精度，稳定输出电流，可对基 本电流源电路进行改进。
VCC
四. 集成电路中的 NPN 、 PNP管的 值差别较大， 通常 PNP 的 ≤ 10 。常采用复合管的形式。
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
S2、S3，则 ID1S1， ID2S2， ID3S3 ID0 S0 ID0 S0 ID0 S0
IE 1(U BE U 0B)ER 1e
U BE
I U T I Ie ，I Ie E S
E0 E1
(U BE U 0BE )1 U T
S
UBE 0UBE 1UTlnIIE E01IER 1e
Re
IE1 IC1
超越
IE
0Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0IR
VCCUBE R
0
方程
设计过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。
第4章集成运算放大电路
（2）多集电极管构成的多路电流源
设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则
IC1 S1 ，IC2 S2 IC0 S0 IC0 S0
根据所需静态电流，来确定集电结面积。
第4章集成运算放大电路
（3）MOS管多路电流源
基准电流
MOS管的漏极 电流正比于沟道 的宽长比。
设宽长比W/L=S，且T1～T4的宽长比分别为S0、S1、
第4章集成运算放大电路
4.2.2 改进型电流源电路
问题：基本电流源电路在很小时， IR和 IC2
相差很大。
为了减小基极电流的影响，提高输出电流与 基准电流的传输精度，稳定输出电流，可对基 本电流源电路进行改进。
VCC
第4章-集成运算放大器电路PPT课件
.
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V CC
Rr
Ir
IC1 IC2
IC3
模拟电子技术基础
T2 T1 Rr Ir
V CC T3
IC2
IC3
(a)
(b)
图4–5
(a)三集电极横向PNP管. 电路；(b)等价电路
16
模拟电子技术基础
镜像电流源的缺点： 在电源电压 VCC 一定的情况下，若要求 I C 1 较大，则
势 I R 必增大， R的功耗也就增大，这是集成电路中应该
要保证恒流管始终工作在放大状态，否则将失去恒流 作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。
.
10
模拟电子技术基础
二、镜像电流源 在单管电流源中，要用三个电阻，所以不便集成。 为此，用一个完全相同的晶体管T1,将集电极和基极短 接在一起来代替电阻R2和R3，便得到图4–3所示的镜像 电流源电路。由图可知，参考电流Ir为
R2
IE2
图4–6比例电流源
U B 1 E IE 1 R 1 U B2 EIE 2 R 2(4–5)
因为
U BE 1
UT
ln
IE 1 IS 1
U BE 2
UT
ln
IE2 IS2
所以
U BE1 U BE 2
UT
ln
I E1 IE2
UT ln
IE2 IE1
(4–6)
.
18
模拟电子技术基础
当两管的射极电流相差10倍以内时： U B1E U B2 EU Tln IIE E 1 2 U Tl1 n 0 6m 0 V 即室温下，两管的UBE相差不到60mV，仅为此时 两 管 UBE 电 压 (>600mV) 的 10% 。 因 此 ， 可 近 似 认 为 UBE1≈UBE2。这样，式(4–5)简化为
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。
电子电路基础 第四章 集成运算放大器.ppt
即反相输入端是一个不接“地”的“地”电位，通常称为
“虚地” 。
2020年1月14日星期二
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40-9
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
(2)“虚断”
燕山大学电气工程学院
➢ 流进集成运放两个输入端的电流近似为零，即 i+＝i-≈0 。
➢ 集成运放开环差模输入电阻很高(理想时∞)，输入回路相当 于断路，故从两个输入端流入的电流可忽略不计，如同这两 端被断开一样，但实际并不是真的断开，因此称为“虚断”。
3．输出级 ➢ 输出级与负载连接，主要作用是提供足够的输出功率（即
足够大的电流和电压）以满足负载的需要。要求其输出电 阻低，带负载能力强。一般由射级输出器或互补对称电路 构成。
4．偏置电路 ➢ 为整个电路提供稳定的和合适的偏置电流。偏置电路是由
各种恒流源电路组成。还有过载保护电路，可以防止输出 电流过大时将运放烧坏。
u
(
R2
R3
R3
)ui1
ui2单独作用时，令ui1=0
u
(
R2 R2 R3
)ui2
两个电压源共同作用：
u
u
u
(
R2
R3
R3
)ui1
(
R2 R2
R3
)ui2
u
R1 R1 RF
uo
uo
(1
RF R1
)(
R3 R2
R3
ui1
根据 “虚短”现象，u
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F007 的外部接线和管脚图
第四章集成运算放大电路
( R L // rce 2 // rce 4 )
rbe
若RL<<(rce1∥rce2)， 则
Au
RL
rbe
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4.3 集成运放电路简介
图4.3.1 F007电路原理图
图4.3.2 F007电路中的放大电路部分
1. 输入级 在输入级中，T1 、T3 和T2 、T4 组成共集-共基差分放大电 路， T5~T7和电阻R1~R3构成改进型电流源电路，作为差放的有
号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅值信号作用时工作
速度的参数，单位为V/μs。在实际工作中，输入信号的变化律
一定不要大于集成运放的SR。信号幅值越大、频率越高，要求 集成运放的SR就越大。
理想运算放大器
理想运放的技术指标
在分析集成运放的各种应用电路时，常常将集成运放看成 是理想运算放大器。所谓理想运放, 就是将集成运放的各项技术
图4.2.2 比例电流源
图4.2.3 微电流源
二、 改进型的镜像电流源(获得稳定输出的电流）
1. 加射极输出器的电流源
2. 威尔逊电流源
三、 多路电流源电路
IR IE0 I C1 I E1 IC 2 IE2 IC3 IE3 Re0 R e1 Re0 Re2 Re0 Re3 IR
IR I c1 V CC U R
BE
2
IR IR
2. 比例电流源
IR V cc U
BE 0
3. 微电流源
Re0 R e1 IR
I C1 I E1 U BE 0 U BE 1 Re
IC1 UT Re 1n IR IC1
R Re0
, I c1
第4章 多级放大电路和集成电路运算放大器
模
拟
电
子
技
术
2. 动态性能分析 （1）放大倍数的计算 ii RS Au1 u Au2 o1 ui2 uo2 uin ui us 第一级 第二级
Aun
末级
RL
uo
uo Au ui
uo1 uo 2 uo3 uo ... = Au1· Au2 · · ·Aun ui ui 2 ui3 uin
Au (dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + · · ·+ Aun (dB) 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大 倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!!!
+ VCC
RB1
RC1
T1
RE2
T2
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1
UCQ2 ＜ UCQ1
ui
RC2
利用NPN型管和PNP型管进行电平移动
uo
模
拟
电
子
技
术
（2）直接耦合放大电路的优缺点 优点： 1）电路可以放大缓慢变化的 信号和直流信号。低频特性好。 2）便于集成。由于电路中只 有晶体管和电阻，没有电容器 和电感器，因此便于集成。 缺点： 1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、 计算和调试带来不便。 2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电 路的影响比较严重。
RB1
C3 +
T2 +
C2 +
–
43k 7.5k
RB2
. 510 U RE1 o + RE2
CE
–
RE2 ) U CE2 U CC I C2 ( RC2 RE2 24 0 .96(10 0 .51 7 .5)V 6 .71V
数电04集成运算放大器及其应用
Uo
RS
+
Ui
+ US -
+
RL
从放大电路的输出端看：
If U be U o RF Uo RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
正反馈
反馈类型
直流负反馈（稳定静态工作点） 负反馈
RB2
RE
IB↘
IC↘ 通过RE实现了直流负反馈。
Ic I+ T b U ce U be +
RS
US
+
Ui
+ -
RB
Uf
RE
RL
Uo
+UCC
RC
RB1 C1 + T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
RS
uS
+ -
ui
RB2
RE
RL
uo
Ic I+ T b U ce U be +
降低了。 大，负反馈作用越强。
Xo 1 1 A 1 Xi Xf Xf Xf Xf 1 AF F A Xo Xo
ib ic 例：分析下图所示分压式偏置放大电路的放大倍数？ RS rbe ib RC RL uo + ui RB1 RB2 uS R
× -
X
Xd
f
A
F
Xo
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
X i ：输入信号 X o ：输出信号
X f ：反馈信号
RS
+
Ui
+ US -
+
RL
从放大电路的输出端看：
If U be U o RF Uo RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
正反馈
反馈类型
直流负反馈（稳定静态工作点） 负反馈
RB2
RE
IB↘
IC↘ 通过RE实现了直流负反馈。
Ic I+ T b U ce U be +
RS
US
+
Ui
+ -
RB
Uf
RE
RL
Uo
+UCC
RC
RB1 C1 + T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
RS
uS
+ -
ui
RB2
RE
RL
uo
Ic I+ T b U ce U be +
降低了。 大，负反馈作用越强。
Xo 1 1 A 1 Xi Xf Xf Xf Xf 1 AF F A Xo Xo
ib ic 例：分析下图所示分压式偏置放大电路的放大倍数？ RS rbe ib RC RL uo + ui RB1 RB2 uS R
× -
X
Xd
f
A
F
Xo
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
X i ：输入信号 X o ：输出信号
X f ：反馈信号
第4章 集成运算放大电路的思考与练习及答案
第4章集成运算放大电路的思考与练习及答案1、如图4-1所示，已知，当输入电压i 100mV u =时要求输出电压o 5V u =-，求电阻R的大小。
图4-1计算1题图解：由已知得：;100100.25Fo i i F o R u u R u mVR R k k u V=-∴=-=-⨯Ω=Ω- 2、电路如图4-2所示，集成运放输出电压的最大幅值为15V ±，求输入电压i u 分别为100mV 和1V 时输出电压o u 的值；i u 的最大输入值是多少？3、图4-2计算2题图解：由图4-2所示可得：Fo i 11R u u R =+（当i 100u mV =时：F o i 1200(1(1)100 2.110R k u u mV V R k Ω=+=+⨯=Ω当i 1u V =时，计算可得：F o i 1200(1)(1)12110R k u u V V R k Ω=+=+⨯=Ω因为集成运放输出电压的最大幅值为15V ±，所以当i 1u V =时，o 15u V =。
max max F 1150.71200(1)(1)10o i u Vu V R k k R ===Ω++Ω3、某运算放大器构成的电路如图4-3所示，116R k =Ω，1223R R k ==Ω。
试求：输出电压o u 与i1u 、i2u 的关系表达式；u 图4-3计算3题图解：（1）由虚短和虚断得：oi1i211122000u u u R R R ---+=，故22o i1i2i1i2i1i21112331632R R k k u u u u u u u R R k k ΩΩ=--=--=--ΩΩ4、某运放电路如图4-4所示，已知122k R R ==Ω，F 18k R =Ω，318k R =Ω，i 1V u =，求o u 。
u iu o图4-4计算4题图解根据虚断，由图可得：o 11u R R R u F +=-；iu R R R u 323+=+又根据虚短，有：+-=u u ，所以：iF u R R R u R R R 323o 11+=+iF u R R R R R u 3231o 1+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=代入已知数据得：V V k k k k k u R R R R R u i F 9118218218113231o =⨯Ω+ΩΩ⎪⎭⎫ ⎝⎛ΩΩ+=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=5、电路如图4-5所示，由运算放大器构成的两级电路，已知120R k =Ω,F 120R k =Ω,110i u mV =,28i u mV =求：输出电压o u的大小。