1、1第 5 章 集成运算放大器第 5 章 集成运算放大器 第 5 章 集成运算放大器 5.1 主 要 知 识 点 集成电路中元器件的特点及集成运放的典型结构 差分放大电路的类型与特点 差分放大电路 分析计算方法 大信号传输特性 电流源电路 电路组成及特性 电流源有源负载 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 教学基本要求 通用集成运放的电路及工作原理 集成运放的主要参数及简化低频等效电路 基本运算电路及其分析方法 基本运算电路的结构及工作原理 积分和微分运算电路的工作原理 模拟乘法器 运放使用中应该注意的几个问题 有源滤波器 (主要是一阶滤波器) 工作原理 基本应用电路及分析方法
2、 选型、调零、消振和保护 运算电路的误差分析 2滤波器的基础知识 低通、高通有源滤波器特性和分析方法 带通、带阻有源滤波器电路结构与特性 电压比较器的特性和分析方法 5.2 重点和难点 一、重点 1理解差分放大电路抑制共模信号的机理；掌握差分放大电路的静态工作点、差模电压增益、差模输入电阻、共模抑制比的计算。 2理解理想运算放大器的条件；掌握理想运放工作在线性区的虚断、虚短的重要概念；熟练运用虚断、虚短的概念分析各种运算电路。 二、难点 1带恒流源的差分放大电路的静态计算。 2滞回比较器的工作原理。 5.3 知识要点 94 第 5 章 集成运算放大器 镜像电流源 1电流源 比例电流源 微电流源
3、 改进型电流源 多级直接耦合电路的零点漂移问题 3差分电路的组成原理 2差分电路 差分电路的静态分析 差分电路的动态分析 带恒流源的差分电路 运放的组成 3集成运放 主要技术参数 特点及分析方法 比例运算 加法运算 减法运算 4运算电路 积分运算 微分运算 乘法运算 低通滤波器 5有源滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 单限比较器 6电压比较器 滞回比较器 双限比较器 选用 7集成运放的使用 调零和消振 应用实例 5.4 内容提要 一、电流源电路 4电流源电路工作在直流状态时，可提供恒定的输出电流IC2，为放大电路提供偏置电流；工作在交流状态时，具有很高的输出电阻，可作有源负载使用。目
4、前，电流源在各种功能电路中广泛应用。几种常用的电流源特性如表 5-1 所示。 95 第 5 章 集成运算放大器 表 5-1 几种常用的电流源特性 电路图 IREF 镜像电流源 ?UCCR 比例电流源 IREFR微电流源 ?UCC 镜像改进型电流源 RIC12IBIC1T1IC2IC1T1IREFIC2T2RIB2IBT1UBE1UBE2Re2IB1IB2T2Re1UBE1UBE2T2Re2IC1T1T3IC2T2 IC2?Re1IREF Re2IC2?Re3 UBE1?UBE2 Re2 电IC2?IREF 流 UCC?UBE1 ?关 R 系和特点 上述三种电流源都可通过增加三极管 T3 来减少
5、基极电流对基准电流的分流作用，从而提高电流源精度。 二、差分放大电路 典型差分放大电路如图 5-1 所示。 1电路的 4 种类型 电路按输入、输出方式可分为：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 5单端输入和双端输入的效果相同，具有相同的电压放大倍数和输入电阻。单端输出的输出电阻和电压放大倍数都是双端输出时的一半。 2输入信号的三种形式 （1）差模输入两输入信号大小相等，方向相反。即uid1?ui1?ui2?uid2、ui?uid?ui1?ui2。 （2）共模输入两输入信号大小相等，方向相同。即 ui1?ui2?uic。 （3）比较输入两输入信号的大小和方向
6、任意。但可以分解为共模信号和差模信号的叠加。 有：uic?(ui1?ui2)/2 和 uid?ui1?ui2。 3电路的主要特点 （1）电路结构的对称性 电路两边完全对称：两个三极管的参数和特性完全相同，基极偏置电阻和集电极电阻也分别相等。 （2）抑制共模信号和零点漂移 当大小相等，方向相同的共模信号作用于电路时，由于电路的对称性和共模抑制电阻 Re 的负反馈作用，输出共模信号很小。在双端输出时，输出共模信号近似为零；单端输出时，主要靠 Re 的负反馈作用来抑制共模信号，Re 越大，输出共模信号越小。 零点漂移是共模信号的一种特例，故差分电路可以有效地抑制零点漂移。 （3）放大差模信号 当大小
7、相等、方向相反的差模信号作用于电路时，两个输出端有大小相等、方向相反的差模信696 第 5 章 集成运算放大器 号输出。双端输出时，输出差模信号的大小等于两边输出信号大小之和。 （4）共模抑制比 差分放大电路对差模信号有较强的放大能力，对共模信号有较强的抑制能力。为衡量差分放大电路放大差模信号、抑制共模信号的能力，用共模抑制比KCMRR?Aud/Auc 来描述。 4静态分析 利用电路的对称性，将电路分解成两半，左右两边的静态值完全相同。原电路中的 Re（电流为2IE ）在等效电路中为 2Re（电流为 IE） ，如图 5-2 所示。可用近似估算法计算静态值为： UCCRcRLuouo1T1RcI
8、C2IB2Rbui2UCCRcICIB1ui1RbIC1uo2T2RbIB1Rp2T1IE?UEERpuiRe?UEE2Re 图 5-1 典型差分放大电路图 5-2 直流通路 IC?IE?5动态分析 UEEI、IB?E、UCE?UCC?ICRc 2Re1?（1）差模输入 差模输入时发射极反馈电阻 Re 上的动态电流为零，故可以看作开路；同时 Re 上的动态电压也为零，故也可看作短路。发射极到交流地之间既可看作短路也可看作开路，既7是虚短又是虚断。其交流通路如图 5-3 所示（忽略 Rp 的影响） 。其动态参数如表 5-2 所示。 （2）共模输入 共模输入时流过 Re 的动态电流是每个管子动态电
9、流的两倍，故对每个管子而言，相当于接了2Re 的射极反馈电阻。等效交流通路如图 5-4所示，动态参数RcRLRcuoduod1uod2RcRbuocRcRb 如表 5-2 所示。 uic2Rbuid1T1Rbuic1T12ReT22Re T2uid2 图 5-3 差模输入时的交流通路图 5-4 共模输入时的交流通路 97 第 5 章 集成运算放大器 （3）比较输入 将比较信号分解为差模信号和共模信号，然后应用上述的差模输入和共模输入情况下的结果，进行叠加。电路的总输出为：uo?uod?uoc?Auduid?Aucuic 6带恒流源的差分电路 （1）静态分析 先计算恒流源的静态电流，然后再计算差
10、分对管的静态值。 （2）动态分析 8恒流源相当于差分电路发射极电阻 Re 为无穷大的情况。差模输入时不起作用，共模输入时相当于无穷大的射极反馈电阻，可使共模电压放大倍数近似为零，共模抑制比为无穷大。 表 5-2 输入方式 输出方式 差模电压放大倍数 双端输入 双端 单端 双端 单端输入 单端 Aud? (Rc/RL)2 Rb?rbe1?(Rc/RL) Aud?2Rb?rbeAud? (Rc/RL)2 Rb?rbeAud?1?(Rc/RL) 2Rb?rbe 共模电压放大倍数 共模抑制比 差模输入电阻 共模输入电阻 输出电阻 用途 Auc?0 Auc?Rc/RL 2Re?ReRb?rbe Auc?
11、0 KCMRR? Auc?Rc/RL 2Re?ReRb?rbe KCMRR? KCMRR?KCMRR?Rid?2(Rb?rbe) Ric?Rb?rbe?(1?)?2Re（两输入端不相连）1 Ric?Rb?rbe?(1?)?2Re（两输入端相连）2Rid?2(Rb?rbe) Ric?Rb?rbe?(1?)?2Re Rod?2Rc 将单端输入转换为双端输出，用于直接耦合放大电路的输入级 Rod?2Rc 1.用于输入、输出不需要接地的场合 2.用于直接耦合放大电路的输入级和中间级 Rod?Rc 将双端输入转换为单端输出，用于直接耦合放大电路的输入级和中间级 Rod?Rc 用于输入、输出电路均需要一端
12、接地的场合 三、集成运放 1集成运放的组成 集成运放本质为一个高增益的多级直接耦合放大电路，9一般由输入差分级、中间电压放大级、输出级、恒流源偏置电路四部分组成。输入采用差分电路的目的是为了抑制零点漂移；中间级主要是进行电压放大，要求有较高的电压放大倍数，常用共射电路实现；输出级要求有较低的输出电阻和一定的功率放大，常采用互补推挽式功放或射级输出器的形式；恒流源电路为各级放大电路提供合适的静态工作点。 2集成运放的主要技术参数 集成运放的主要技术参数大致分为五类。 （1）输入误差参数：输入失调电压及其温漂、输入失调电流及其温漂、输入偏置电流。 98 百度搜索“就爱阅读”,专业资料、生活学习,尽在就爱阅读网 ,您的在线图书馆!
