第四章集成運算放大電路4.1集成運算放大電路概述4.2集成運放中的電流源電路4.3集成運放電路簡介4.4集成運放的性能指標4.5集成運放的種類及選擇4.6集成運放的使用1集成運算放大合理使用電路第十四講集成運算放大電路一、概述二、集成運放中的電流源電路三、集成運放電路分析四、集成運放的主要性能指標五、集成運放的種類2集成運算放大合理使用電路4.1集成運放概述

（1）制造工藝→一致性、對稱性好——受溫度影響小。（2）連線短，焊點少——可靠性高。（3）充分利用復雜電路形式（容易做到）提高各方面性能(復合管、有源負載)。（4）集成大R、C難——有源器件代替R

（R—10～50KΩ；C—0.1pF～50pF）

1.集成電路的特點集成電路——“管”、“路”一體器件，具有特定功能。

集成運放——高性能的直接耦合多級放大電路。4.1概述3輸入級（前置級）——差分放大電路。要求Ri大，

Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。4.1概述兩個輸入端一個輸出端2.集成運放電路的組成及各部分作用偏置電路——電流源電路為各級設置合適的靜Q點,要求IC/ID小、穩定。中間級——共射/源放大電路。主放大級，Ad要↑↑輸出級（功率級）——準互補輸出電路。要求Ro小，

輸出電壓動態范圍寬、失真小。

4

Aod高達幾十萬倍→線性區很窄、輸入

電壓(uP－uN)

很小(幾十～一百多μV)線性區：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是開環差模放大倍數。非線性區(飽和區)

飽和區：uO=±UOM

（uP>uN為+UOM，uP<uN為－UOM）uO=f(uP-uN)3.集成運放的符號和電壓傳輸特性UOM-UOM線性區(放大區)uP—uO與uP同相uN—uO與uN反相(1)符號(2)傳輸特性4.1概述54.2集成運放的偏置電路——電流源電路1.鏡像電流源T0和T1特性一致基準電流—“鏡像”IR——基準電流；IC(IC1)——工作電流（偏置電流）*鏡像電流源的溫度補償作用：溫度↑→IC1↑、IC0↑→IR↑→UR↑→UB↓→IC1↓4.2電流源電路62.微電流源當IC0≈IR一定時，由所需IC1計算Re值：Re鏡像電流源簡單，但要求IC1小（μΑ量級）時→R大，集成困難！為使IC1為弱電流，且R不大→Re——微電流源因為UBE1＜UBE0

IC1＜IC0當IC0＞＞IB0+IB1時，IC0≈IR即IC1＜IR=（VCC-UBEO）/RIR可大→R就可小一些(幾十μΑ）4.2電流源電路73.比例電流源UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1因為UBE0=UBE1則IE0Re0=IE1Re1所以IC1≈IE1=(Re0/Re1)IE0IE0≈IC0≈IR(IC0＞＞IB0+IB1)4.2電流源電路IC1與Re1成反比83.多路電流源

（1）基于比例電流源的多路電流源當

IE0(≈IR)確定之后，根據所需電流選取合適Re即可。

UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re3因為UBE近似相等，故IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re34.2電流源電路9（2）多集電極管構成的多路電流源當IC0(=IR)確定之后，根據所需靜態電流，來確定集電結面積(設計制造)。設三個集電區的面積分別為S0、S1、S2，則4.2電流源電路10（3）MOS管多路電流源MOS管漏極電流正比于溝道的寬長比。

設寬長比W/L=S，且T1～T4的寬長比分別為S0、S1、S2、S3，則基準電流

當ID0(=IR)確定之后，根據所需靜態電流，來確定溝道尺寸(設計制造)。4.2電流源電路11哪只管子為放大管？其集電極靜態電流約為多少？靜態時UIQ為多少？(IBQ1Rb+UBEQ1)為什么要考慮h22?（RL為后級Ri，一般很大）1.有源負載共射放大電路當RL<<(rce1//rce2)時，Au=……為什么采用有源負載？有何特點？4.3集成運放的中間極(要求Au大，Ri高)

*T1——采用復合管的共射放大電路4.2集成運放中間級122.有源負載差分放大電路①電路的輸入、輸出方式？②如何設置靜態電流？③靜態時iO約為多少？④動態時ΔiO約為多少？

使單端輸出電路的差模放大倍數近似等于雙端輸出時的差模放大倍數。靜態：動態：△iO約為單端輸出時的兩倍4.2集成運放中間級134.4集成運放電路分析

1.讀圖方法（1）了解用途：了解要分析的電路的應用場合、用途和技術指標。（2）化整為零：將整個電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。（3）分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性能。（4）統觀整體：電路相互連接關系以及連接后電路實現的功能和性能。（5）定量計算：必要時可估算或利用計算機計算電路的主要參數。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。4.2集成運放電路分析142.例題1第一級：雙端輸入單端輸出的差放第二級：以復合管為放大管的共射放大電路第三級：準互補輸出級動態電阻無窮大（1）化整為零，識別電路4.2集成運放電路分析15（2）基本性能

輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數較大、輸出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。4.2集成運放電路分析16（3）判斷電路的同相輸入端和反相輸入端接法輸入輸出相位共射bc反相共集be同相共基ec同相＋－－＋＋

整個電路可等效為一個雙端輸入單端輸出的差分放大電路。＋同相輸入端反相輸入端4.2集成運放電路分析17（4）交流等效電路

可估算低頻小信號下的電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等。4.2集成運放電路分析182.例題2：F007通用型集成運放

首先找出偏置電路，然后根據信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。4.2集成運放電路分析19雙端輸入、單端輸出差分放大電路以復合管為放大管、恒流源作負載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的準互補輸出級三級放大電路簡化電路

分解電路4.2集成運放電路分析20輸入級的分析

T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。共集-共基形式Q點的穩定：T（℃）↑→IC1↑IC2↑→IC8↑IC9與IC8為鏡像關系→IC9↑因為IC10不變→IB3↓IB4↓→IC3↓IC4↓→IC1↓IC2↓T1和T2從基極輸入、射極輸出T3和T4從射極輸入、集電極輸出4.2集成運放電路分析21輸入級的分析T7的作用：抑制共模信號

T5、T6分別是T3、T4的有源負載，而T4又是T6的有源負載。作用？+++++++_放大差模信號+___特點：輸入電阻大、差模放大倍數大、共模放大倍數小、輸入端耐壓高，并完成電平轉換（即對“地”輸出）。4.2集成運放電路分析22中間級的分析

中間級是主放大器，它所采取的一切措施都是為了增大放大倍數。

F007的中間級是以復合管為放大管、采用有源負載的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無窮大，故動態電流幾乎全部流入輸出級。中間級輸出級4.2集成運放電路分析23輸出級的分析：D1和D2起過流保護作用，未過流時，兩只二極管均截止。iO增大到一定程度，D1導通，為T14基極分流，從而保護了T14。準互補輸出級，UBE倍增電路消除交越失真。中間級輸出級電流采樣電阻特點：輸出電阻小最大不失真輸出電壓高4.2集成運放電路分析24判斷同相輸入端和反相輸入端4.2集成運放電路分析254.5集成運放的主要性能指標

指標參數F007典型值理想值

Aod(開環)>94dB(5*104)∞rid

2MΩ∞

KCMR

>80dB∞

UIO

(失調電壓)

<2mV

0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)20μV/℃04.2集成運放性能指標26最大共模輸入電壓UIcmax

±13V-3dB帶寬fH

*

7Hz

∞轉換速率SR

0.5V/μS

∞能正常放大差模信號時容許的最大的共模輸入電壓。最大差模輸入電壓UIdmax

±30V超過輸入差分管損壞上限截止頻率指標參數F007典型值理想值輸入失調電流IIO

20nA

0IIO的溫漂dIIO/dT(℃)

幾十nA/℃0*實際電路中引入負反饋→f達數百kHz輸入偏置電流IIB=1/2(IB1+IB2)nA對大信號的反應速度4.2集成運放性能指標27CA741/LM741/MC1741—單運放：

VCC=±18V(741C)；±22V(741E)F324/LM324—四運放：雙VCC±1.5V～±15V；單VCC（3～30V）C14573—CMOS四運放：電源+VDD、-VSS:5V≤(VDD-VSS)≥15V

可單電源供電，正、負均可；也可雙電源供電，并允許正、