第7章 集成运算放大器

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1、第7章集成运算放大器7.1概述7.2差动放大电路7.3电流源电路7.4集成运算放大电路介绍7.5集成运放的性能指标与选择7.6信号的运算与处理电路小结7.1概述集成运算放大器简称集成运放，它是一种直接藕合的多级放大器。由于最初用于模拟计算机的运算放大(如比例、求和、求差、积分、微分……)，故被称为运算放大器，简称集成运放。由于集成工艺的特点，集成运算放大电路与分立元件组成的具有同样功能的电路相比，具有如下特点:(1)由于集成工艺不能制作大容量的电容，所以集成运放均采用直接藕合方式。(2)为提高集成度和集成电路的

2、性能，一般集成电路的功耗要小，所以集成运放各级的偏置电流通常较小。(3)因为制作不同形式的集成电路，只是所用的掩模不同，增加元件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。下一页7.1概述(4)集成电路中大量使用有源器件组成的有源负载(activecomponent)，以获得大电阻，提高放大电路的放大倍数。(5)尽管各元件参数的绝对精度差，但它们的相对精度好，故对称性能好，特别适宜制作对称性要求高的电路。(6)集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成

3、运放中常采用复合管形式，以弥补单管因工艺差异造成的性能差异，得到各方面性能俱佳的效果。图7-1是典型集成运放的原理框图，它由四大部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。当输人短路时，但输出端却存在随时间缓慢变化的电压，如图7-2所示。这种输入电压为零，输出电压偏离零值的变化称为“零点漂移”，简称“零漂”。上一页返回7.2差动放大电路7.2.1基本形式差动放大电路的基本形式如图7-3所示。输入信号有两种类型—差模信号(difference-modesignal)和共模信号(common-modesignal

4、)，而差分放大电路对两种信号的放大作用是不同的。1.共模信号及共模电压放大倍数Aue所谓共模信号是指在差动放大管T1和T2的基极接入幅度相等、极性相同的信号，如图7-4(a)所示，即Uie1=Uie2由于该电路从两管集电极共模输出电压为零，所以Aue=Uoe/Uie下一页7.2差动放大电路7.2.1基本形式2.差模信号及差模电压放大倍数Aud差模信号是指在差动放大管T1与T2的基极分别加人幅度相等而极性相反的信号，如图7-4(b)所示，即Uid1=-Uid2基本差动电路存在如下问题:(1)电路难以绝对对称，所以

5、使输出仍然存在零漂。(2)由于每一管子没有采取消除零漂的措施，所以当温度变化范围十分大时，有可能使差动放大管进人截止或饱和状态，使放大电路失去放大能力。(3)在实际工作中，常常需要对地输出，即从C1或C2对地输出，而这时零漂与单管放大电路一样。为此提出典型差动放大电路(图7-5)。下一页上一页7.2差动放大电路7.2.2典型差动放大电路典型差动放大电路又称为射极藕合差动放大电路，如图7-5所示。1.静态工作点下一页上一页7.2差动放大电路7.2.2典型差动放大电路2.对共模信号的抑制作用由于是同向，故流过Re的

6、共模信号电流是Ie1+Ie2=2Ie，对每一管而言，可视为在射极接入电阻2Re，如图7-6所示。3.对差模信号的放大作用差模信号引起两管电流反向变化，即一管电流上升则另一管电流下降。其等效电路如图7-7所示。下一页上一页7.2差动放大电路7.2.2典型差动放大电路4.共模抑制比KCMRR的定义如:差动放大器的差模电压放大倍数与共模电压放大倍数的绝对值之比称为差动放大器的共模抑制比。下一页上一页7.2差动放大电路7.2.2典型差动放大电路5.差动放大电路对任意信号的响应设差动放大电路的两个任意信号为Ui1和Ui2

7、，则差模输入电压Uid为下一页上一页7.2差动放大电路7.2.2典型差动放大电路6.其他指标(1)差模输入电阻rid。(2)差模输出电阻rod。(3)差模输出电阻rie。如图7-8所示。下一页上一页7.2差动放大电路7.2.3恒流源差动放大电路恒流源就具备这种特性：交流电阻r很大，而直流电阻R很小。恒流源的电流、电压特性如图7-10所示。从图7-10中可分别表示出交流电阻r和直流电阻R。R=U/I至于交流电阻r，由于对于恒流源而言，不沦电压的变化量△U为多少，电流的变化量△I总是为零，所以交流电阻r为将典型差动

8、放大电路中的Re用恒流源代替，即得到恒流源差动放大电路，如图7-11(a)所示。恒流源电路的等效输出电阻与求放大电路的输出电阻相同，其等效电路如图7-11(b)所示。下一页上一页7.2差动放大电路7.2.3恒流源差动放大电路下一页上一页7.2差动放大电路7.2.4差动放大电路的四种接法1.双端偷入、双端偷出前面的分析均是以此种形式为主进行分析。如图7-12(a)所示，根据前面分析的差模