清华模电4章集成运算放大电路

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1、4.1集成运算放大电路概述4.2集成运放中的电流源电路4.3集成运放电路简介4.4集成运放的性能指标及低频等效电路4.5集成运放的种类及选择4.6集成运放的使用第4章集成运算放大电路4.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路是以半导体单晶硅为芯片，采用专门制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容等元件及它们的连线组成的完整电路制作在一起，使之具有特定功能。最初用于模拟信号运算如比例，求和等，简称集成运放。集成运放：电压增益高输入电阻大输出电阻小集成运放的特点：1采用直接耦合方式(硅片上不能制作大电容)2大量采用差放电路(作输

2、入级)和恒流源电路(作偏置电路或有源负载)。3允许采用复杂的电路形式提高性能4常用有源元件取代电阻(硅片上不宜制作高阻值电阻)5采用晶体管和场效应管的复合形式以得到各方面性能俱佳的效果。4.1.2集成运放电路组成及各部分的作用输入级：一般是双端输入的差分放大电路，它的好坏直接影响集成运放的性能参数(如输入电阻、共模抑制比等)。一般要求输入电阻大、差模放大倍数高，抑制共模信号能力强。中间级：主要是放大作用，多采用共射或共源放大电路，经常用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载，Au可达千倍以上。输出级：应具有输出电阻小、输出电压线性范

3、围宽，非线性失真小等特点。多采用互补对称输出电路。偏置电路：用于设置各级放大电路的静态工作点，采用电流源电路4.1.3集成运放的符号和电压传输特性uo=Aod(uP-uN)差模开环放大倍数Aod，通常非常高可达几十万倍。对理想运放：Aod→∞Rid→∞Ro=0线性区非线性区从外部看，可认为集成运放是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好抑制温漂的差分放大电路。4.2集成运放中的电流源电路基本电流源：镜像电流源比例电流源微电流源改进型电流源电路：加射极输出器的电流源威尔逊电流电流源电路可以为各级提

4、供合适的静态电流，或作为有源负载，提高放大电路的放大能力。镜像电流源Ic1与Ic0成镜像关系当R和VCC确定时，IC1也就随之确定。因为：所以：镜像电流源具有一定的温度补偿作用。不足：在VCC一定时，若要求IC1较大，IR就较大，R的功耗也就大，不适于集成电路。比例电流源IC1与IR成比例关系UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1因为所以改变Re0Re1就可改变IC1IR的比例关系Re0Re1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微电流源由于△uBE很小，只有几十毫伏，甚至更小，因此只要用几千欧的Re就可

5、得到几十微安的IC1用较小阻值的电阻获得较小的输出电流此式是关于IC1的超越方程，但实际设计时，IC1和IR是已知的只需求解R和Re1的值。加射极输出器的电流源改进型电流源电路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，稳定输出电流利用T2管的电流放大作用，使得镜像电流源中原来基极电流IB0和IB1对基准电流IR的分流，变成只有原分流的1/β2，使IC1和IR可以保持良好的镜像关系威尔逊电流源T1管的作用与工作点稳定电路的Re相同。因为c-e间等效电阻非常大，所以可以使IC2高度稳定。UBE1=UBE0IB1=IB0IC

6、2≈IE2≈IC1≈IC0≈IR4.2.3多路电流源电路集成运放是一个多级放大电路，需要多路电流源分别给各级提供合适的静态电流。利用一个基准电流去获得多个不同的输出电流，以适应个电路需要。下面是基于比例电流源的多路电流源。IR为基准电流。UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re3IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3当IE0确定后，各级只要选择合适的电阻就可以得到所需电流。基于比例电流源的多路电流源多集电极管构成的多路电流源T多为横向PNP型管。当基极电流一定时，

7、集电极电流之比等于它们的集电区面积之比。ID正比于沟道宽长比S4.4集成运放的性能指标及低频等效电路1开环差模增益Aod：无外加反馈时的差模电压放大倍数。一般Aod在105~107之间，即100dB左右，高增益运放可达140dB以上2共模抑制比KCMR：KCMR=20lg(Aod/Aoc)单位分贝(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。3.差模输入电阻rid：双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。4.输入失调电压UIO输入电压为零时，在输入端所加的补偿电压。是表征运放内部电路对称性

8、的指标。值越小，对称性越好。5.输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。6.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。最大差