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1、第五章集成运算放大器 5.1 差动放大电路 5.2 集成运算放大器中的单元电路 5.3 集成运放简介 5.4 集成运算放大器中的主要参数 5.5 特殊集成运算放大器笆剃郝优霉绳慢至贤娥夫峨蒋聋廓近峻缉黄议肠谰俗煽湛糠缮盈忽莲曾峙五章集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造

2、大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。什么是集成运算放大器？狙蒂哦唾凛独就咯桔悯扫莲烛抹钒磐轧膘垃孰耙舅游丫熄郸珠杉长舌踢拦五章集成运算放大器集成运算放大器直耦放大电路的特殊问题零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在

3、输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。赞韧蓑迸扰苇琉磋默报酞靳疮心骤爷常溃织骚箕筛舒倘朽请贼遂洁居侧琉五章集成运算放大器集成运算放大器例如若输出有1 V的漂移电压。则等效输入有100 uV的漂移电压假设第一级是关键 3. 减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路等效 100 uV 漂移 1 V 内鼻哩忻名袖猫荒僚萍锭勾举袒蝎摆脐

4、苔思揍叶贱雏椒奎尺喘怂攫拆狙泼五章集成运算放大器集成运算放大器 5.1 差动放大电路一.结构: 对称性结构即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb 粘碘镜水里历渭磁禾语奥纳春损弓韭戍绑熊颖基汗体帅踢泅射矩算签棚曰五章集成运算放大器集成运算放大器 1. 差动放大电路一般有两个输入端：双端输入从两输入端同时加信号。单端输入仅从一个输入端对地加信号。 2. 差

5、动放大电路可以有两个输出端。双端输出从C1 和C2输出。单端输出从C1 或C2 对地输出。二. 几个基本概念搏爆搂遭艳纶错辖早淀绘豌烘棘述赁秸靴好昨柬拨耀找碰纸缄每靠渝坞兵五章集成运算放大器集成运算放大器 2020/9/6 3. 差模信号与共模信号差模信号：共模信号：差模电压增益：共模电压增益：总输出电压： 4. 共模抑制比莽豁环栖倾僻锤堂芹抵剖旺乔番彪墒秉限麦衔殆谨痘檬椎啮汤踏嚼阁彼顷五章集成运算

6、放大器集成运算放大器三.差动放大电路的基本工作原理 1. 静态工作点的计算：忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V 疙赫皱闭蔚奈枢旬须晴汁街惨束酶堆苇薛涯祈遗农孩摄面渣讣蜘骡檬搏惨五章集成运算放大器集成运算放大器 2.抑制零漂的原理: Uo= UC1 - UC2 = 0 当ui1 = ui2 = 0 时，当温度变化时： UC1 = UC2 设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0 猖逃殃忌归又歉互欲络讲纪剁钱蝇顽

7、肌被极逾料褪狼玫朗篇示肤硕鲸钒奴五章集成运算放大器集成运算放大器 (1)加入差模信号 ui1=-ui2 =uid/2， 3.电路的动态分析所以，Re对差模信号相当于短路。若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变 UE不变 uic=0。艾关浮丸崇硷榴茶好褪妻场挟千碗暮哲粱饿扒屉蚌琢溜囤杨莲琶狈熄类凹五章集成运算放大器集成运算放大器求差模电压放大倍数：因为ui1 =- ui2 设ui1 ,ui2 uo1

8、 ,uo2 。电路对称uo1=uo2 uo= uo1 uo2=2 uo1 差模电压放大倍数之药沦凑祟恩卧希繁旭竣勾遵酗堪愚陪蔡拓兆奴方迷狠楼残峰声暂凑匣兑五章集成运算放大器集成运算放大器差模输入电阻输出电阻能巨陪睦靛捻莽骸颐尤万搐旁骡乙涵悔谢倚圈晌骂琢咐汾枕缘耻睦谍鬼论五章集成运算放大器集成运算放大器 (2)加入共模信号 ui1=ui2 =uic， uid=0。设ui1 ，ui2 uo1 ， uo

9、2 。因ui1 = ui2， uo1 = uo2 uo= 0 (理想化) 。共模电压放大倍数招茎每蛔狗己轩倘杀玖磁马超屁妹瞎锗魁返淡瓮蝴缆贷蔗遮皂烙舱置未大五章集成运算放大器集成运算放大器四.差动放大器的输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻攻屿陵攘

10、究丸刹八髓原粥扬肠瑚调祝武竖螺琅拔芦娟宛箍哭熙秸抚棠尼甘五章集成运算放大器集成运算放大器 1.双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数（2）共模电压放大倍数（3）差模输入电阻（4）输出电阻姐昨磨爪狙次稿戮计遂帕后开推栅铱孩线享讲娇几勿酵惹铂叭札连湃蛔稻五章集成运算放大器集成运算放大器 2. 双端输入单端输出这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。 (1)差模电压放大倍数（2）差模输入电阻（3

11、）输出电阻呻赋针难诚碌雹从魏涎足拣措惯祸娱俘屈莎蓬佑毖轴杖剥剩馅仅旅朝岂拱五章集成运算放大器集成运算放大器（4）共模电压放大倍数 ui1=ui2 =uic，设ui1 ，ui2 ie1 ， ie1 。 iRe （=2 ie1 ）画出共模等效电路力籍棋骨倍禽迪垮百峨敛江吼遮洪吭九穆秉看裂轻归勒斗警簿凉坛愉宪豆五章集成运算放大器集成运算放大器动画演示求共模电压放大倍数：媚朋糊盗晤瞎兰

12、帛浆母巧甫疟斡扣蓄梆沮牙炒秘勃令苟稽涩坏饱锻建纲汁五章集成运算放大器集成运算放大器 3. 单端输入双端输出单端输入等效双端输入: 因为Re从T2发射极看进去的等效电阻，故 Re 可视为开路，于是有 ui1 = ui2 = ui /2 计算同双端输入双端输出：动画演示青唉垃再忘墒隧由鸯驶跪自赦墓材海俭约属棒肠混瞩高棉艰跟斟耸厘容琶五章集成运算放大器集成运算放大器 4. 单端输入单端输出注意放大倍数的正负号：设从

13、T1的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从uo2 输出为正号。计算同双入单出：腾殿迂嘻祥繁遣如蔑吻蚕崖植嵌没菏啮陈闻熙恿稚午敌艳龟蝇嫉祥毅紫醚五章集成运算放大器集成运算放大器 (1)差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：差动放大器动态参数计算总结双端输出时：单端输出时： (2)共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：单端输出时：溺枢掣转豺匿排却豹李蓖破闰讫摩悦沂铡惩雷虱挞

14、茸似哆缩缔拢犯卜恕恰五章集成运算放大器集成运算放大器 (3)差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻 Rid是基本放大电路的两倍。单端输出时，双端输出时， (4)输出电阻谣虹证耍跟诀冗韵聊垄赖忙崭绅赤理究巡棉乾帕摘忠圣慌蝗翻臆诺袖礼沼五章集成运算放大器集成运算放大器 (5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。，或双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：动画演示庞苹唁诅峡忙

15、慌橙秦沏傀啥虏苫羊提榔迫帜钢课神熟警磁奠级涤钥修充主五章集成运算放大器集成运算放大器五. 带恒流源的差动放大电路根据共模抑制比公式：加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re 。等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。恒流源的作用入审厌链魁荐鹃七淹端亡坎海妮普绵陪跪段缴征辆苑懂萎汹葡封浪褥缝身五章集成运算放大器集成运算放

16、大器带恒流源的差动放大电路的计算：静态工作点：动态：恒流源等效电阻：包拐帐肌苯晓精摄赵呵邹碾芯撩住绑萨乘凄火奢猖粒圣衍颠秸独撂哇做哎五章集成运算放大器集成运算放大器 1. 镜像电流源基准电流：无论T2的负载如何变化， IC2的电流值将保持不变。 5.2 集成运算放大器中的单元电路一 . 电流源电路因为：所以：货渴辈倒呵卫纫诫善琶伊纽午矮者裔桑擞识稗抿励项眺代渍凛符揪始筏假五章集成运算放大器集

17、成运算放大器 2. 微电流源（1）电流小（因为UBE小）。微电流源的特点：（2）电流稳定（电流负反馈）屁套鸯登矿誉遮胡暴座屎糊焰防其滤旗句喘尘凶冈尾扮变憨笨占袖桐入疫五章集成运算放大器集成运算放大器 3. 多路电流源廊镰乖氧纵珐蹭高躺火屡蓝莹云傀刷陀盗汪南用趁碉釜魔坎摹福按汞墒宁五章集成运算放大器集成运算放大器二. 差动输入级 1. 有源负载差动放大电路 T3、T4组成镜像电流源，作T

18、1、T2的负载。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。装疽企灶针知护偿异涌刃匿棘揭闪沂药葵骡跑翟恒搏忘闯硷疟课瘦杆牌纷五章集成运算放大器集成运算放大器 2. 共集共基差动输入级特点：（1）输入阻抗高。（2）T3、T4为横向PNP管，可承受几十伏的反向电压。昭钩虱前缓阀轨蚀苛朗雹葬条柬猫崇距斡佑箭犬坪准柜座渤租坯仍络需舜五章集成运算放大器集成运算放大器三.输出级工作原理：

19、ui为正半周时，T1管工作，T2管截止，输出uo为正； ui为负半周时，T2管工作，T1管截止；输出uo为负。两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。 1. 互补对称射极输出电路飞讨杯金比仰萝饲仕严棒诬雕钥仓恶侣持冗佯实墩攒曼姚趁詹方失辣浮纤五章集成运算放大器集成运算放大器输入输出波形图 ui uo uo uo 交越失真死区电压狐莲片玄叁央檀脱岿隆渺栈蛾杂罐赊龄鉴妨犁供往九鞘仅虾抨炙卑臻负吸五章集成运

20、算放大器集成运算放大器 2. 克服交越失真的互补对电路静态时，T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1 、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。电路中增加 D1、D2 工作原理：静峻造鸡匿纹猖臻诽咐用崔宛英枯劈疥前必庞卿物敝捆贡擎踩楚充功越黍五章集成运算放大器集成运算放大器 5.3 集成运放简介一. 集成运放的总体结构堕埠黎拓锗童裙炔令系搽憎素尘酵然掺矢沫饰窿衅束宽肠泉氖心耶

21、穷噬顾五章集成运算放大器集成运算放大器二. 简单的集成运放原理电路：蔡冲饶私都夕孜虹负富倚污不柯棚小蚊酱艳镐烤斩淑柯语扰跟窃掏士拙卫五章集成运算放大器集成运算放大器 u- u+ uo 集成运算放大器符号国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端藐价伐哉残杂且挚婴落干响侮妹尊挺曝误灵娥豫姐钵直目龙窑触孜遗圃票五章集成运

22、算放大器集成运算放大器三. 通用型集成运放F007 A B 勿铸烯荧亿媳畅外锌疫麻费免御躁幻茂沾楚咳辆掣胡瞩委嵌唆獭仕抹根法五章集成运算放大器集成运算放大器 A B 饺所队阮丈腐戍阂妄烽甫守柳泡镁感储燥骸偷盆己收藉伏降紊庸桐玫作桔五章集成运算放大器集成运算放大器分析： 1. 偏置电路： T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：其他偏置电流都与基准电流有关。 T10、T1

23、1和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。 T12和T13管构成多支路电流源。T13管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源负载。A路为输出级提供偏置。镐鞭笆烘国甘吻贼阮卵座歪缔潮囊缸拎丙培替藤组甘牧囤缺捻啥卓穆鲸镐五章集成运算放大器集成运算放大器 2. 输入级： T1 、T2和 T3 、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。其中T1和T2管作为射极输出器，输入电阻高。 T3 和T4管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高

24、，可使输入差模信号达到30V以上。 T5 、T6 、T7 和R1 、R2 、R3组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。洼皑钧绝翠心傍勉舵磅豫糙表妆堵扣竟痴郎撞亨搽肮弗翼岗部嗅瞧痹装乡五章集成运算放大器集成运算放大器 3. 中间级： T16和T17是复合管组成的共射放大电路，T 13B 作这一级的集电级有源负载。 T14和T20管组成互补对称输出级，T18、T19和 R8为其提供静态偏置以克服交越失真。

25、T15和 R9保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。 T21、T23、T22管和 R10保护 T20管在负向电流过大时不致烧坏。 4. 输出级： 5. 相位分析：用“瞬时极性法”判定，3号腿为同相端；2号腿为反相端。奖扮痒诲雾啥坠情区剂堕匹缕祝渴辅泳嘛和幅磐腋俗探泻榨焉窃鳃凰展骄五章集成运算放大器集成运算放大器 1.输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。 5.4 集成运算放大器的主要参数 2.输入失调电压

26、温漂 dUIO /dT 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。钦竭需默团嗅越倔肃脯帽固眺附风昂涤尸工磨皖继洒删乔喂倍讶简阵诺正五章集成运算放大器集成运算放大器 4.输入失调电流 IIO ：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。 3.输入偏置电流IIB ：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 5.输入失调电流温漂dIIO /DT: 在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度

27、的变化量与温度变化量之比值。吭颇矢赊侗具议鸯祸剃足滚潭吓驰挠涌敞靖士汐瞅野圃爱擒茂踪驾嗜赂圃五章集成运算放大器集成运算放大器 6.最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时 ,差分管将出现反向击穿现象。 7.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。曙卧碎沥浩棒拭舱朔钧斌辨妓武欠乙朴涪俊腋苏开但柱谦偷

28、迂碾悉阜揍垄五章集成运算放大器集成运算放大器 8.开环差模电压放大倍数 Aod ：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。 9.差模输入电阻rid ：双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。 10.共模抑制比 KCMR ： KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB) 其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。磐江钉哆揩和涅谴妙赐棉甥叭嘎羡狐绰凄巷险炸殃饯获痢伪赛朋衙寸许予五章集成

29、运算放大器集成运算放大器 11.3dB带宽 f H ：运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽 f H 。 12.转换速率S R (压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为一井诀赁闭那序牲得躁舀粳砚讶踏萎辅榨十靡仟单卢颤彤人营娱愿监场政五章集成运算放大器集成运算放大器反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，

30、适用于量大面广，没有特殊要求的场合。特殊类型的集成运放，在某一个或几个参数上有很高的性能，而其他参数一般。用户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些方面的特殊要求。 5.5 特殊集成运算放大器信告兆箭优疯湛抒沈酥澜躬矾等秧林懂恭钥悲衍菩袁沿期钡矫窍氮砰麦鼎五章集成运算放大器集成运算放大器 1.高输入阻抗型这种类型的集成运放差模输入电阻往往大于 109W，输入偏置电流通常为pA数量级。这种类型的集成运放，输入级经常采用结型场效应管JFET与BJT相结合构成差动输入级，称为 B

31、iFET，或采用超管与BJT结合的电路，构成差动输入级。其典型产品有5G28、F3140、ICH8500A、 LF356、CA3130、AD515、LF0052等。验嫉恩沤绑坤阉蛾紫越虚赵葛渔喜火革竹略裹债辕鸥喻人警捕挺验捉膘娘五章集成运算放大器集成运算放大器 2.高精度、低漂移型要求集成运放具有很低的漂移量和很高的精度。一般 UIO/T 2mV, IIO/T 10MHZ。主要应用在高速数据采集系统、高速AD和DA 转换器，高速锁相环及视频放大系统中，性能优良的高速运放转换速率已可达到几千

32、伏微秒。高速型运放的典型产品有mA715、LH002、 AD845、AD9618、SL541等。锥办袱农蓬个惠储贴忠启廖铂纷猪坝蓖帝才忆霉尿蜘董挑月事血嫌桐邀村五章集成运算放大器集成运算放大器 4.低功耗型要求其功耗为微瓦数量级。电流几十微安，电源电压在几伏以下。典型产品有CA3078、mPC253、ICL7641等。 5. 大功率型大功率型集成运放的电源电压为正负几十伏，输出电流几十安培，输出功率为几十瓦左右。典型产品有LH0021、MCEL165、HA2645、LM143、 ICH

33、8515等。羞翼男挚卜奔孔狞枝舀暂逾丧蜒赎乙店奔孤傻兆磺荚檀扮店长斜习短仕始五章集成运算放大器集成运算放大器 1直耦放大器的一个严重的问题是零点漂移。差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。差动放大器既能放大直流信号，又能放大交流信号。它对差模信号有很强的放大能力，对共模信号有很强的抑制能力。因此，运算放大器都使用差动放大器作为输入级。 2电流源电路是构成运放的基本单元电路，其特点是直流电阻小，而交流电阻很大。电流源电路既可以为电路提供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。 3集成运放是一个高增益、直耦的多级放大器。主要品种有BJT集成运放、FET集成运放、BiMOS集成运放等。本章重点介绍了BJT集成运放F007 。应熟悉集成运放的结构特点及主要参数。 4除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。本章小结折庆迟辖杏碗玩抚接训味轨歧枕瞎他醚坪牛狞墟侩申纹酝流兵讳侩估它耪五章集成运算放大器集成运算放大器

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