第1章集成运放的基础知识

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1、集成电路原理及应用集成电路原理及应用2第第1章章 集成运放的基础知识集成运放的基础知识1.1 集成运放的基本组成电路集成运放的基本组成电路1.2 集成运放的基本构成和表示符号集成运放的基本构成和表示符号1.3 集成运放的主要参数和分类集成运放的主要参数和分类1.4 集成运放的等效模型集成运放的等效模型1.5 实际运放与理想运放的误差实际运放与理想运放的误差1.6 运放电路的稳定性及其判断运放电路的稳定性及其判断1.7 集成运放的相位补偿技术集成运放的相位补偿技术2022年6月1日星期三3运放电路是各种电子电路中最基本的组成部分。运放电路是各种电子电路中最基本的组成部分。 引言引言 集成运算放大

2、器集成运算放大器IC Operational Amplifer（缩写（缩写为为OP-Amp）简称为）简称为集成运放集成运放，它是二十世纪六，它是二十世纪六十年代发展起来的一种十年代发展起来的一种高增益直接耦合放大器。高增益直接耦合放大器。 集成运放与其它集成电路一样，经历了小、中、集成运放与其它集成电路一样，经历了小、中、大和超大规模集成电路的发展阶段。大和超大规模集成电路的发展阶段。 集成运放是目前模拟集成电路中发展最快、品种集成运放是目前模拟集成电路中发展最快、品种最多、最多、应用最广泛一种模拟集成电子器件。应用最广泛一种模拟集成电子器件。 集成运放配上不同的外围器件，可构成功能和特性集成

3、运放配上不同的外围器件，可构成功能和特性完全不同的各种集成运放电路，简称完全不同的各种集成运放电路，简称运放电路。运放电路。2022年6月1日星期三41.1 集成运放的基本组成电路集成运放的基本组成电路1.1.1 差动输入电路差动输入电路1.1.2 恒流源电路恒流源电路1.1.3 有源负载电路有源负载电路1.1.4 双端变单端电路双端变单端电路1.1.5 直流电平位移电路直流电平位移电路1.1.6 互补推挽输出电路互补推挽输出电路2022年6月1日星期三51.1.1 差动输入电路差动输入电路1. 差动放大电路的基本特性差动放大电路的基本特性图图1-1-1 差动放大电路差动放大电路 的基本形式的

4、基本形式图图1-1-2 差模输入交差模输入交 流等效电路流等效电路2022年6月1日星期三6(1)输入差模信号时（即输入差模信号时（即ui1 = - = - ui2）电压增益为电压增益为 u1s1o2s1s2oo1udAuuuuuuA= = =- - -= =若是单端输出时，该电路的电压增益将减半。若是单端输出时，该电路的电压增益将减半。单管电压增益为单管电压增益为 1i1ouuuA = =RL是放大器的负载电阻。是放大器的负载电阻。 beLc)/(rRR- -= =电压增益和输入电阻电压增益和输入电阻2022年6月1日星期三7单管共射放大器的单管共射放大器的源电压增益为源电压增益为差模输入时

5、，放大器差模输入时，放大器两输入端之间的差模两输入端之间的差模入电阻入电阻Rd是单管放大是单管放大器的两倍，即器的两倍，即图图1-1-3 单管共射放大器的单管共射放大器的低频小信号等效电路低频小信号等效电路uis1ius1ArRrA = =bebi/rRr = =us1Rs1 - - - -ui1Rbrbeibb bibRcRL - -uo1bcebebbebrRrR = =Rd = =2(Rd/rbe) 2rbe当当b b很大时很大时BdmV52IR 当工作电流很小时当工作电流很小时 BdmV80IR 2022年6月1日星期三8由三极管射极电流与由三极管射极电流与eb结电压的关系式结电压的关

6、系式 )1(eBES- -= =kTqUI晶体管的晶体管的跨导为跨导为Tc)(SBEcmBEeddUIkTqIUIgkTqU= = = =同理可得双极型差动放大器的等效跨导表示式为同理可得双极型差动放大器的等效跨导表示式为 Tc0)(BE2BE1c2c1mBE21BE)d()d(UIUUIIgUU= =- - -= = =- -式中式中Ic为每单边三极管的集电极电流为每单边三极管的集电极电流 oc21II kTqUIBEeS ECII 跨导跨导2022年6月1日星期三9差动放大器在差动放大器在差动输入时差动输入时，其，其跨导跨导与单管时相同与单管时相同 kTqIgcm= =由此，可得到由此，可

7、得到差动放大器电压增益差动放大器电压增益的近似式为的近似式为)/(20coeo1udRrIA- - )/(coemudRrgA- - 在室温情况下，可进一步近似为在室温情况下，可进一步近似为 上式中，上式中，Io1为差动放大器的恒流源电流。为差动放大器的恒流源电流。 显然，显然，放大器电压增益是与其工作电流成正比。放大器电压增益是与其工作电流成正比。 )/(40coecRrI- - 2022年6月1日星期三10(2)共模输入信号时共模输入信号时图图1-1-4 共模输入的差动放大器共模输入的差动放大器CMRR1当差动输出时，当差动输出时，共模共模抑制比抑制比（即差动放大（即差动放大器差模增益与共

8、模增器差模增益与共模增益之比）表示式为益之比）表示式为eeRrRrRggooc2mm22 = = eeRgRRrrmcoo22 mcc21gRRRe 2022年6月1日星期三112.差动放大器的输入失调及其漂移差动放大器的输入失调及其漂移 多数集成运放的输入级都采用差动放大器形式。多数集成运放的输入级都采用差动放大器形式。输入级的失调是整个运放输入失调的主要来源，输入级的失调是整个运放输入失调的主要来源，因因此，减小差动放大器的输入失调是很重要的。此，减小差动放大器的输入失调是很重要的。(1)差动放大器的输入失调电压及其漂移差动放大器的输入失调电压及其漂移 在实际的差动放大器中，当差动输出电压

9、为零时，在实际的差动放大器中，当差动输出电压为零时，输入端所加的直流补偿电压的大小称为差动放大输入端所加的直流补偿电压的大小称为差动放大器的器的输入失调电压输入失调电压。2022年6月1日星期三12图图1-1-5 分析差动放大器分析差动放大器 失调电压的示意图失调电压的示意图 o2o1oUUU- -= =引起差动放大器输出电压引起差动放大器输出电压不平衡的因素有三个不平衡的因素有三个 : 对差动放大器，当差动输出电压为零时，应有对差动放大器，当差动输出电压为零时，应有VT1、VT2的的UBE相同时，它相同时，它们的射极电流不相等。是由们的射极电流不相等。是由于于VT1、VT2的反向饱和电流的反

10、向饱和电流Is1、Is2不匹配的结果。不匹配的结果。VT1、VT2的集电极电阻的集电极电阻Rc1、Rc2的不匹配。的不匹配。VT1、VT2的电流增益的电流增益1、 2的的 不匹配。不匹配。0c2c2c1c1= =- -= =RIRI2022年6月1日星期三13差动放大器的差动放大器的输入失调电压输入失调电压Uos计算公式：计算公式：BE2BE1osUUU- -= =上式的三项分别对应于上述上式的三项分别对应于上述三项因素三项因素，一般情况下，一般情况下，2b bb b 时时 VT1、VT2的的UBE之差之差 很小，可忽略。很小，可忽略。0BEU 称为差分对管本身的输入失调电压称为差分对管本身的

11、输入失调电压表示：表示： 0BEU ccT0BEosRRUUU 忽略电阻温度系数差值时，忽略电阻温度系数差值时，Uos的温漂主要决定于的温漂主要决定于 0BEU 的温漂。的温漂。 式中第一项可用相等射极电流式中第一项可用相等射极电流)(2ccssTb bb b = =RRIIUccmo10BE2RRgIU 2022年6月1日星期三14差动放大器的差动放大器的输入失调电压的温度系数输入失调电压的温度系数为为 TUTUUTUTUosBE2BE10BEosd)d(dd= =- -= = 对应对应1mV的的Uos，室温时它的温度系数约，室温时它的温度系数约3.3mV/。(2)差动放大器的输入失调电流及