第13讲 集成运算放大电路

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第十三讲 集成运算放大电路一、概述 二、集成运放中的电流源电路 三、集成运放电路分析 四、集成运放的主要性能指标 五、集成运放的种类

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一、概述集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。

1. 集成运放的特点(1)直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采 用差分放大电路和电流源电路。 (2)用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂 并不增加制作工序。 (3)用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制 作的大电阻。 (4)采用复合管。

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2. 集成运放电路的组成

两个 输入端

一个 输出端

若将集成运放看成为一个“黑盒子”,则可等效为 一个双端输入、单端输出的差分放大电路。

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集成运放电路四个组成部分的作用偏置电路：为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。 输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad 大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最 大不失真输出电压尽可能大。

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3. 集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN)

在线性区： uO=Aod(uP-uN) Aod是开环差模放大倍数。

非线 性区

由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP-uN)的数值仅为几十~一百多微伏。 (uP-uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 +UOM , 就是-UOM,即集成运放工作在非线性区。

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二、集成运放中的电流源电路在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。 1. 镜像电流源 T0 和 T1 特性完全相同。 基准电流

I R (VCC U BE ) R

U BE1 U BE0,I B1 I B0 I C1 I C0 I CI R I C0 I B0 I B1 I C IC

2I C

2

IR

电路中有 负反馈吗？ 若 2 ,则I C I R

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2. 微电流源要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。I E1 (U BE0 U BE1) Re

I E I Se

U BE UT

,

I E0

I E1

I Se

( U BE0 U BE1 ) UT

U BE 0 U BE1 U T lnRe

I E0 I E1Re I E1

I E1 I C1 I E0 I C0 I R VCC U BE0 R

超越 方程

设计过程很简单，首先确定IE0和IE1,然后选定R和Re。

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3. 多路电流源 (1)基于比例电流源的多路电流源UBE0+IE0Re0 =UBE1+IE1Re1

=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re4 因为UBE相差不多，故IE0Re0≈ IE1Re1 ≈ IE2Re2 ≈ IE3Re3 根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。

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(2)多集电极管构成的多路电流源

设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2,则

I C1 S1 I C2 S 2 , I C0 S0 I C0 S0根据所需

静态电流，来确定集电结面积。

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(3)MOS管多路电流源基准电流

MOS管的漏极 电流正比于沟道 的宽长比。

设宽长比W/L=S,且T1~T4的宽长比分别为S0、S1、 S2、S3,则

I D1 S1 I D2 S 2 I D3 S3 , , I D0 S0 I D0 S0 I D0 S0

根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。

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4. 有源负载(1)用于共射放大电路哪只管子为放大管？ 其集电结静态电流约为多少？ 静态时UIQ为多少？

为什么要考虑 h22?Au

1 (rce1 ∥ rce2 ∥ RL )Rb rbe1

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(2)用于差分放大电路①电路的输入、输出方式？

②如何设置静态电流？③静态时iO约为多少？ ④动态时ΔiO约为多少？ 静态：

I C1 I C2,I C3 I C1,I C4 I C3,I C4 I C2O C4 C2 使单端输出电路 iC4 iC3 iC1, 的差模放大倍数近 动态： iC1 iC2, 似等于双端输出时 iO iC4 iC2 2 iC1 的差模放大倍数。

i i i 0

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三、集成运放电路分析1. 读图方法已知电路图，分析其原理和功能、性能。 (1)了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术 指标。 (2)化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本 电路。 (3)分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 (4)统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功 能和性能。 (5)定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要 参数。

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2. 举例：型号为F007的通用型集成运放对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信 号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。

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找出偏置电路

若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则 这个电流往往是偏置电路中的基准电流。

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简化电路 分解电路

三级放大电路

双端输入、单端 输出差分放大电 路

以复合管为放大管、 用UBE倍增电路消 恒流源作负载的共 除交越失真的准 射放大电路 互补输出级