模拟电子 第4章 集成运算放大器

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1、第四章集成运算放大电路第四章集成运算放大电路4.14.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述4.24.2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路4.34.3集成运放电路简介集成运放电路简介4.54.5集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择4.44.4集成运放的指标及低频等效电路集成运放的指标及低频等效电路4.64.6集成运放大的使用集成运放大的使用4.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成电路简称集成电路简称 IC ( (Integrated Circuit) )集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类

2、型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模或模模或模/数转换器等。数转换器等。集成电路的外形集成电路的外形集成电路的外形集成电路的外形( (a) )双列直插式双列直插式( (b) )圆壳式圆壳式( (c) )扁平式扁平式4.1.1集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点一一. 对称性好，适用于构成差分放大电路。对称性好，适用于构成差分放大电路。二二. 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几集成电路中电阻，其阻值范围一

3、般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。三三. 在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管代替代替电阻电阻( (特别是大电阻特别是大电阻) )。四四. 在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电路通常采用直接耦合电路方式。电路通常采用直接耦合电路方式。五五. 集成电路中的集成电路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差别较大，值差别较大，通常通常 PNP 的的 10 。常采用复合管的形式。常采用复合管的形式。一、输入级一、输入级差分电路，大大减少

4、温漂。差分电路，大大减少温漂。二、中间级二、中间级采用采用有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。三、输出级三、输出级 互补对称互补对称 电路，带负载能力强电路，带负载能力强四、偏置电路四、偏置电路 电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+ uo uid4.1.2集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。图图 4.1.1集成运算的基本组成集成运算的基本组

5、成4.1.3集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性图图 4.1.2集成运放的符号和电压传输特性集成运放的符号和电压传输特性uO=f(uP-uN)+AoduPuNuOuOuP-uN集成运放的两个输入端分别为同相输入端集成运放的两个输入端分别为同相输入端u uP P和反向输入端和反向输入端u uN N。电压传输特性电压传输特性输出电压与其两个输入端的电压输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即之间存在线性放大关系，即)(odONPuuAu集成运放的工作区域集成运放的工作区域线性区域：线性区域：Aod为差模开环放大倍数为差模开环放大倍数非线性区域：非线性区域：输出电压只有两种可能的

6、情况：输出电压只有两种可能的情况：+UOM或或-UOMUOM为输出电压的饱和电压。为输出电压的饱和电压。uOuP-uN+UOM-UOM4.24.2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路集成运放电路中的晶体管和场效应管除了作为集成运放电路中的晶体管和场效应管除了作为放大管外，还构成放大管外，还构成电流源电路电流源电路，为各级提供合为各级提供合适的静态电流适的静态电流;或作为或作为有源负载有源负载取代高阻值电阻取代高阻值电阻，从而增大放，从而增大放大电路的电压放大倍数。大电路的电压放大倍数。4.2.1基本电流源电路基本电流源电路一、镜像电流源一、镜像电流源 ( (电流镜电流镜 Current

7、 Mirror) )+VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基准电流基准电流由于由于 UBE1 = UBE2，T1与与 T2 参数基本相同，则参数基本相同，则IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C II当满足当满足 2 时，则时，则RUVII1BECCREF2C 图图 4.2.1+VCCRIREF+T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2二、比例电流源二、比例电流源R1R2由图可得由图可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 +

8、 IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得REF211C212CIRRIRRI 两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 4.2.2比例电流源比例电流源三、微电流源三、微电流源 在镜像电流源的基础上在镜像电流源的基础上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1ReRe 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 IC1 ，即在，即在 Re 值不值不大的情况下，得到一个比较大的情况下，得

9、到一个比较小的输出电流小的输出电流 IC2 。图图 4.2.3 微电流源微电流源+VCCRIREFT1T2IC22IBIC1Re基本关系基本关系e2Ce2E2BE1BERIRIUU 因二极管方程因二极管方程TTUUUUIIIBEBEeeSSC )1(eCSCSCBEBERIIIIIUUUT2221121)ln(ln 2S1SII e2C2C1CTlnRIIIU 若若 IC1和和 IC2 已知，可求出已知，可求出 Re。图图 4.2.3微电流源微电流源复习：复习：1.集成运放的电路结构特点？集成运放的电路结构特点？2.集成运放的组成部分？集成运放的组成部分？ 输入级常用什么结构？输入级常用什么结

10、构？ 输出级常用什么结构？输出级常用什么结构？3.集成运放的二个工作区域？各自特点？集成运放的二个工作区域？各自特点？4.2.2 改进型电流源电路改进型电流源电路问题：基本电流源电路在问题：基本电流源电路在 很小时，很小时， IR和和 IC2相差很大。相差很大。为了减小基极电流的影响，提高输出电流与基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。电流源电路进行改进。一、加射极输出器一、加射极输出器 的电流源的电流源RIC2VCCT3T2T1Re3IC1IREFIB缺点：缺点： 1. 受电源波动影响大；

11、受电源波动影响大； 2.电流最低至电流最低至mA级。级。I IC2C2=I=IC1C1=I=IREFREF-I-IB3B3=I=IREFREF-I-IE3E3/(+1)/(+1)REFREFCCREFBIIIIIII) 1(11) 1(212222REF如10 IC2=0.982 IREF 增加电阻Re2目的是使IE3增大。图图4.2.4加射极输出器的电流源加射极输出器的电流源RIC2VCCT3T2T1IC1IREFIB3Re2二、威尔逊电流源二、威尔逊电流源T1管的管的c-e串联在串联在T2管的发管的发射极，其作用与典型的工作射极，其作用与典型的工作点稳定电路中的点稳定电路中的Re相同。相同