三峡大学：《电子技术基础 Fundamental of Electronic Technology》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 集成运算放大电路

第四章集成运算放大电路 41集成运算放大电路概述 管”和“路”的紧密结合实现模拟信号的 比例、求和、求差、积分、微分等运算。 411集成运放的电路结构特点 因为硅片上不能制作大电容,所以集成运放 均采用直接耦合方式。 因为相邻的元件具有良好的对称性,受环境 温度和千扰等影响后的变化相同,所以集成 运放中大量采用各种差分放大电路(输入级) 和恒流源电路(作偏置电路或有源负载)

第四章 集成运算放大电路 4.1 集成运算放大电路概述 “管”和“路”的紧密结合,实现模拟信号的 比例、求和、求差、积分、微分等运算。 4.1.1 集成运放的电路结构特点 一、因为硅片上不能制作大电容,所以集成运放 均采用直接耦合方式。 二、因为相邻的元件具有良好的对称性，受环境 温度和干扰等影响后的变化相同，所以集成 运放中大量采用各种差分放大电路（输入级） 和恒流源电路（作偏置电路或有源负载）

三、制作不同的电路,只是掩膜不同,并不增加制 造工序,所以允许采用复杂的电路形式,以提 高各种电路性能。 四、常用晶体管或场效应管有源元件代替大值电阻。 五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同,性能 上有较大的差异,故多采用复合形式,以得到 性能具佳的效果。 412集成运放电路的组成及其各部分的作用 输入级 中间级 输出级 偏置电路 图4.11

三、制作不同的电路，只是掩膜不同，并不增加制 造工序，所以允许采用复杂的电路形式，以提 高各种电路性能。 四、常用晶体管或场效应管有源元件代替大值电阻。 五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能 上有较大的差异，故多采用复合形式，以得到 性能具佳的效果。 4.1.2 集成运放电路的组成及其各部分的作用 图 4.1.1

输入级 前置级,往往是双端输入的高性能差分放大电 路。要求输入级的输入电阻高,差模放大倍数大抑 制共模信号的能力强,静态电流小 二、中间级 是主放大器,常用共射或共源放大电路,并且 采用复合管和有源负载,使电压放大倍数可达干倍 以上。 输出级 要求输出电压线性范围宽,输出电阻小(带负 载能力强),非线性失真小

一、输入级 前置级，往往是双端输入的高性能差分放大电 路。要求输入级的输入电阻高，差模放大倍数大抑 制共模信号的能力强，静态电流小。 二、中间级 是主放大器，常用共射或共源放大电路，并且 采用复合管和有源负载，使电压放大倍数可达千倍 以上。 三、输出级 要求输出电压线性范围宽，输出电阻小（带负 载能力强），非线性失真小

四、偏置电路 常用电流源电路为各级提供集电极或发射级、 漏级静态工作电流。 41.3集成运放的电压传输特性 同相输入端; 反相输入端; 同相输入端 电压传输特性 lof(up-UN) 反相输入端 线性区和非线性区; 差模开环放大倍数Aa o=Aod(up-UN) 图4.12

四、偏置电路 常用电流源电路为各级提供集电极或发射级、 漏级静态工作电流。 4.1.3 集成运放的电压传输特性 图 4.1.2 同相输入端; 反相输入端; 电压传输特性 uO=f(uP -uN); 线性区和非线性区; 差模开环放大倍数Aod uO=Aod(uP -uN);

42集成运放中的电流源电路 42.1基本电流源电路 +y 镜像电流源 R B0-1B11B Io=lct=lC=阝lB 为输出电流, k为基准电流。 4.2.1 I2=n=I+2l=I+2 R B B +2 R

4.2 集成运放中的电流源电路 4.2.1 基本电流源电路 一、镜像电流源 4.2.1 IB0=IB1=IB; IC0=IC1=IC=βIB IC1为输出电流， IR为基准电流

Voc -U 当β》2时,输出电流 BE ≈ R R 有温度补偿作用 温度升高引起I增加,由于对称性,I也增 加,则U减小最后导致I1减小。 问题: 输出电流I大时,取也大,则功耗很大; 输出电流I1小时,I也小,则电阻很大。 比例电流源 IC1可以大于或小于I,则能克服上述问题

当β»2时，输出电流 有温度补偿作用： 温度升高引起IC1增加，由于对称性，IR也增 加，则UB减小,最后导致IC1减小。 问题： 输出电流IC1大时， IR也大，则功耗很大； 输出电流IC1小时，IR也小，则电阻很大。 二、比例电流源 IC1可以大于或小于IR，则能克服上述问题

+ UBEO IFo Reo=Ubei +leiRe ∵Un≈UrIn R BOBI UBgo0-UB1≈UrI T E1 B 经整理可得 I,R,≈ⅠR+UIn20 图422 E1 当β>2,lo IE1时, R U R R,R·R

图 4.2.2 经整理可得 当 时

在一定的取值范围内,可忽略上述对数项则 R C1 R R 基准电流IR CC BEO R+r 只要改变I和I的阻值就可以改变IC和I的 比例关系 R和R都是电流负反馈电阻因此输出电流 IC1具有更高的温度稳定性

在一定的取值范围内,可忽略上述对数项,则 只要改变Ie0和Ie1的阻值,就可以改变IC1和IR的 比例关系. 基准电流 Re0和Re1都是电流负反馈电阻,因此输出电流 IC1具有更高的温度稳定性

+y 微电流源 R R IC,≈I, BEO BEl CI E1 R 根据上一节的分析得出 R n l R C1 这是一个超越方程可以 图423 通过图解法或累试法解出IC 式中基准电流 CC U BEO R R

三、微电流源 图4.2.3 根据上一节的分析,得出 这是一个超越方程,可以 通过图解法或累试法解出IC1。 式中基准电流

在设计电路时,首先应确定电流取和I的数值, 然后求出R和R的数值。在42.3电路中若Ⅴc=15V, IR=1mA,UBE0=0.7V,Ur=26mV,IC1=20μA;则可以求得 R=143k2,R2≈509k2。 所以,在微电流源中,能输出很小的电流(20μA) 但电阻却不是很大(几十几k2)。 4.22改进型电流源电路 + 加射极输出器的电流源 E2 C1 R B2 1+B BI 21 C1 1+B (1+B)B R 1+ 1+B)B 图424

在设计电路时，首先应确定电流IR和IC1的数值， 然后求出R和Re的数值。在4.2.3电路中,若VCC=15V, IR=1mA,UBE0=0.7V,UT=26mV,IC1=20μA;则可以求得 R=14.3kΩ,Re5.09kΩ。 所以，在微电流源中，能输出很小的电流（20 μA ）， 但电阻却不是很大（几~十几kΩ ）。 4.2.2 改进型电流源电路 一、加射极输出器的电流源 图4.2.4