模拟电子技术基础 杨碧石 模拟第5章

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1、第5章集成运算放大器5.1集成运算放大器的特点及基本组成集成电路（IntergratedCircuit简称IC)实质：是一个高增益的多级直接耦合（差动放大）放大电路。与分立元件电路比较具有：体积小、重量轻、耗电省、成本低、可靠性高等优点。5.1.1集成运算放大器的基本特点在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路（IntegratedCircuits，简称IC）。它的体积小，而性能却很好。自1959年世界上出现第一块集成电路至今，只不过四十年时间，但它已深入到一切

2、产业的每种产品中。在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的种类很多，分类方法有以下几种：1．按集成度的高低，如上所述，集成电路可分为小规模、中规模、大规模和超大规模四类。2．按导电类型的不同，集成电路可分为双极型（即BJT型）集成电路和单极型（即MOS型）集成电路。3．按功能的不同，集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路又可分为线性集成电路和非线性集成电路。线性集成电

3、路中的器件工作在线性放大状态，输出信号和输入信号成线性关系，例如集成运算放大器（简称集成运放或运放）。由于集成运放具有通用性和灵活性强、成本低、品种多等特点，因此已成为线性集成电路中应用最为广泛的一种集成电路。该电路为本章讨论的重点。特点:1.在集成工艺下，元器件参数精度不高，但对称性好，适宜做差动放大电路。2.集成电路不适于制造大于几十皮法以上的电容和电感，故电路间采用直接耦合。3.在集成电路中，制造三极管（NPN）比制造大电阻和二极管方便。所以常用三极管代替大电阻、二极管。4.集成电路中的PNP三极管一般做成横向的。所

4、以β很低≤10，这时β≠β+1。集成电路的封装形式圆壳式双列直插式扁平式单列直插式菱形式5.1.2集成运算放大器的基本组成集成运放是一种高放大倍数的直接耦合放大器。由于最初这种器件主要用于模拟计算机中实现数值运算，所以称为运算放大器。尽管目前集成运放的应用早已远远超出了模拟运算的范围，但仍保留了运放的名称。集成运放的发展经历了第一代至第四代，其性能越来越好。目前集成运放仍在不断发展，其方向是更低的漂移、噪声和功耗，更高的速度、放大倍数和输入电压，以及更大的输出功率等。集成运放基本组成集成运放的内部组成框图如图所示，它主要由

5、输入级、中间级和输出级组成的。输入级主要由差动放大器构成，以减小运放的零漂，它的两个输入端分别与输出成同相或反相关系，即分别为同相输入端和反相输入端。中间级由一级或两级有源负载放大器构成，以提高运放的输出功率和带负载能力。输入级：是提高运算放大器质量的关键部分。要求：输入电阻高，能减少零漂和抑制干扰信号。电路形式：采用具有恒流的差动放大电路，降低零漂，提高KCMR。并且通常在低电流状态，以获得较高的输入阻抗。中间级：进行电压放大，获得运放的总增益。要求：Au高，同时向输出级提供较大的推动电流。电路形式：带有恒流源负载的共射

6、电路，Au高达几千倍以上。输出级：与负载相接。要求：其输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，并有过载保护措施。电路形式：一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，也可以作为有源负载提高电压增益，输入级设置一个电流值低而又十分稳定的偏置电流。电路形式：各种恒流源组成。5.2电流源电路5.2.1镜像电流源（又称电流源）（电路图见书193页）T0、T1完全对称UBE0=UBE1（均记作UBE）故IB0=IB1=IB，IC0=IC1，则IREF：参考电

7、流或基准电流，IC1：输出电流，当>>1时，有IC1≈IREF由于T0的基极和集电极相连，故：由上式可以看出，当VCC、R确定值时，IREF就确定了，因此IC1也随之而定。电路如同一面镜子，IREF在“镜子”里所成的“象”为IC1，故称为镜象电流源。这种偏置电路的优点是结构简单，而且有一定的温度补偿作用。（如F007中：T8，T9和T12，T13）5.2.2比例式电流源电路如果要求电流源输出电流与参考电流保持一定的比例关系，则可采用比例式电流源电路，它可由三极管或场效应管组成。三极管比例式电流源电路如图所示。可以看出，当

8、较大时，IE0≈IC0≈IREF，IE1≈IC1。因此当Re1与Re0相差不太大时，可以认为UBE1≈UBE0，则有IE1Re1≈IE0Re0≈IREFRe0可见，只要改变Re0与Re1比例，就可得到与IREF不同比例的IC1，这也是得名比例式电流源电路的原因。由于Re1的存在，比例式电流源电路的输出