模拟电路第四章

第四章4.1 4.2

集成运算放大电路

集成运算放大电路概述 集成运放中的电流源电路

4.34.4

集成运放电路简介集成运放的指标及低频等效电路

4.54.6

集成运放的种类及选择集成运放大的使用

4.1

集成运算放大电路概述数字集成电路 模拟集成电路 集成运算放大器；集成功率放大器； 集成高频放大器；集成中频放大器； 集成比较器；集成乘法器；集成稳压 器；集成数/模或模/数转换器等。

集成电路简称 IC (Integrated Circuit)集成电路按 其功能分

模拟集成 电路类型

4.1.1 集成运放的电路结构特点 一. 对称性好，适用于构成差分放大电路。 二. 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几 十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。 三. 在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管 代替电阻(特别是大电阻)。 四. 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。 五. 集成电路中的 NPN 、 PNP管的 值差别较大， 通常 PNP 的 ≤ 10 。常采用复合管的形式。

4.1.2

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。+ uid 输入级 中间级 输出级

uo偏置电路

集成运算的基本组成 一、输入级 二、中间级 三、输出级

差分电路，大大减少温漂。采用有源负载的共发射极电路，增益大。 互补对称 电路，带负载能力强

四、偏置电路 电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。

4.1.3 集成运放的电压传输特性uO uN uP Aod uO uP-uN

+

集成运放的符号和电压传输特性

集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反向输入端uN。

电压传输特性

uO=

f(uP-uN)

集成运放的工作区域 线性区域：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

uO+UOM

uP-uN-UOM

u Aod (uP u N )O

Aod为差模开环放大倍数

非线性区域：输出电压只有两种可能的情况： +UOM或-UOM

UOM为输出电压的饱和电压。

4.2 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 放大管外，还构成电流源电路，为各级提供合 适的静态电流; 或作为有源负载取代高阻值电阻，从而增大放 大电路的电压放大倍数。4.2.1 基本电流源电路

一、镜像电流源 (电流镜 Current Mirror)基准电流 VCC UBE1 I REF R 由于 UBE1 = UBE2,T1与 T2 参数基本相同，则 IB1 = IB2 = IB;IC1 = IC2 = IC+VCC R

IREF2IB IB1 + UBE1

IC2 IB2 + T2 UBE2 图 4.2.1

IC1T1

I C 2 I C1 I REF 2 I B I REF 2所以 I C 2 I REF1 1 2

I C2

当满足 >> 2 时，则

I C2

VCC U B E1 I REF R

二、比例电流源由图可得 UBE1 + IE1R

1 = UBE2 + IE2R2 由于 UBE1 UBE2 ,则I E1 R1 I E 2 R2R

+VCC IREF2IB

IC2 IB2 + T2 UBE2 R2

IC1 T1 R1

IB1+ UBE1

忽略基极电流，可得I C2 R1 R1 I C1 I REF R2 R2

比例电流源

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。

三、微电流源在镜像电流源的基础上 接入电阻 Re。 引入Re使 UBE2 < UBE1, 且 IC2 << IC1 ,即在 Re 值不 大的情况下，得到一个比较 小的输出电流 IC2 。R

+VCC IREF 2IB

IC2

IC1 T1

T2 Re

微电流源

基本关系U B E1 U B E2 I E 2 Re I C2 ReR

+VCC IREF

因二极管方程

IC1

2IB

IC2

I C I S (eU BE 1 U BE 2

U BE UT

1) I Se

U BE UT

T1

T2 Re 微电流源

I C1 I C2 U T (ln ln ) I S1 I S2 I C 2 Re

I S1 I S 2I C1 U T ln I C2 Re I C2若 IC1和 IC2 已知，可求出 Re。

4.2.2 改进型电流源电路问题：基本电流源电路在 很小时， IR和 IC2 相差很大。 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 电流源电路进行改进。 VCC 一、加射极输出器 的电流源RIREF

IBT3

IC2 T2

IC1T1 Re3

由于增加了T3 ,使IC2 更 加接近IREF(如何证明)IREF

VCC R IC1T1 T2

IB3T3

IC2

IC2=IC1=IREF-IB3

=IREF-IE3/(β +1) Re2 2IC 2 2I B 2 I REF I REF 1 ( 1) 加射极输出器的电流源 I REF IC 2 I REF 1 1 ( 1) 缺点： 1. 受电源波动影响大；如β=10

IC2=0.982 IREF

2.电流最低至mA级。

增加电阻Re2 目的是使IE3增大。

二、威尔逊电流源T1管的c--e串联在T2管的发 射极，其作用与典型的工作 点稳定电路中的Re相同。

+VCC

IC0

IC

公式推导(略) 2 I C 2=( 2 1 )I R I R 2 2当β=10

IR

R

IC2

IC2=0.984 IR

威尔逊电流源

可见，在β很小时，也可认为IC2= IR 。 IC2受基极电流影响很小。

4.2.3 多路电流源电路图R IREF T0 IC T ∑IB T1

VCC

公式推导IC= IE =IREF - ∑ IB/(β+1)

IC1

IC2

IC3

当β较大时 IC=IREF 由于各管的β, UBE相同， IERE≈IREFRE=IE1RE1=IE2RE2=IE3RE3 所以

T2

T3

IE

Re

Re1

Re2

Re3

基于图4.24的多路电流源

IC1≈IE1=IREFRE/RE1 IC2≈IE2=IREFRE/RE2 IC3≈IE3=IREFRE/RE3

多集电极管构成的 多路电流源当基极电流一定时，集电极 电流之比等于它们的集电区 面积之比。多集电极管构成的多路电流源

MOS管多路电流源设沟道宽长比W/L=S

漏极电流之比正比于沟道 的宽长比。

MOS管多路电流源