电子科大模电第4章 集成运算放大器

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1、第4章 集成运算放大器 教学内容和要求 理解集成运算放大器的电路结构和组成特点 掌握集成运算放大器中的电流源电路 掌握集成运算放大器中的差分放大电路 理解集成运算放大器电路 理解集成运算放大器的性能指标和等效电路 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 4.1 集成运算放大器概述 1、集成运算放大器的电路结构特点 集成电路“管”“路”紧密结合的半导体器件 数字集成电路 模拟集成电路集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 集成电路的工艺实现 晶体管、场效应管占用面积小，电阻、电容、 电感占用面积大 元器件相对误差小，配对性好 第4章 集成运算放大器 直接耦合方式 相对复杂的电路形式，包括

2、有源负载电流源 电路 集成运算放大器的电路结构特点 第4章 集成运算放大器 2、集成运算放大器的电路组成特点 输入级中间级输出级 偏置电路 输入级差分放大电路，两个输入端同相 输入端“+”和反相输入端“-” 中间级共射放大电路或共源放大电路 输出级互补输出级放大电路 偏置电路电流源电路 第4章 集成运算放大器 4.2 集成运算放大器中的电流源电路 1、基本电流源电路 晶体管镜像电流源电路 UCC R IO T0T1 IR 第4章 集成运算放大器 直流通路注意到T0集电结零偏，处于放大与 饱和的临界状态，电流分配关系仍然成立 UCC R IO T0T1 IR 第4章 集成运算放大器 交流通路 R

3、 T0T1 注意到集电结零偏的T0相当于二极管 rbe 第4章 集成运算放大器 R rcerbe 第4章 集成运算放大器 UDD R IO T0T1 IR 场效应管镜像电流源电路 第4章 集成运算放大器 直流通路注意到T0栅漏短接，UDS=UGS，始 终处于放大区 UDD R IO T0T1 IR 第4章 集成运算放大器 交流通路 R T0T1 注意到栅漏短接的T0相当于二极管 第4章 集成运算放大器 R rds 第4章 集成运算放大器 例1，晶体管镜像电流源中，=50，UA=80V。求 uCE从0.7V变化至5V时输出电流iO的变化 5V 9.3k IO T0T1 IR -5V 第4章 集成

4、运算放大器 5V 9.3k IO T0T1 IR -5V 第4章 集成运算放大器 uCE从0.7V变化至5V时输出电流iO从0.96mA变化至 1.01mA 9.3k iO rcerbe iB + _ uCE 第4章 集成运算放大器 晶体管比例电流源电路 R T0T1 Re0Re1 UCC IR IO 第4章 集成运算放大器 R T0T1 Re0Re1 UCC IR IO 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 R iO rcerbe iB + _ uO Re0Re1 第4章 集成运算放大器 iO rce iB + _ uO Re1 第4章 集成运算放大器 晶体管微电流源电路 R T0

5、T1 Re UCC IR IO 第4章 集成运算放大器 R T0T1 Re UCC IR IO 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 R iO rcerbe iB + _ uO Re 第4章 集成运算放大器 iO rce iB + _ uO Re 第4章 集成运算放大器 例2，晶体管微电流源中参考电流IR=1mA，求输 出电流IO=0.012mA时R和Re R T0T1 Re 5V IR IO -5V 第4章 集成运算放大器 R T0T1 Re 5V IR IO -5V 第4章 集成运算放大器 2、多路电流源电路 基于晶体管比例电流源的多路电流源电路 UCC R IO1 T0T1 I

6、R IO2 T2 IOn Tn Re0Re1Re2Ren 第4章 集成运算放大器 UCC R IO1 T0T1 IR IO2 T2 IOn Tn Re0Re1Re2Ren 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 多集电极横向晶体管构成的多路电流源电路 UCC R IO1 IR IO2 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 基于场效应管电流源的多路电流源电路 UDD RIO1 T0T1 IR IO2 T2 IOn Tn 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 3、以电流源为有源负载的放大电路 以电流源为有源负载的共射放大电路 R T2T3 T1+ _ + _ UCC I

7、R uI RLuO Rb 第4章 集成运算放大器 rcerberce + _ + _ RL iB1 uOuI Rb 习题：(p215)4.3、4.4 第4章 集成运算放大器 4.3 集成运算放大器中的差分放大电路 1、电流源差分放大电路 R -UEE UCC RcRc + _ + _ + uO _ uI1uI2 第4章 集成运算放大器 静态工作点 IR UCC RcRc RL 第4章 集成运算放大器 IR Uon IB UCC RcRL IB Uon UCC 第4章 集成运算放大器 静态工作点附近小信号分析 共模输入 RcRc + + _ rce uOc _ uIc RL iIc 第4章 集成

8、运算放大器 + _ Rcrbe + _ rce RL Rcrbe + _ Rs 第4章 集成运算放大器 + _ uId RcRc + uOd _ RL 差模输入 第4章 集成运算放大器 + _ Rcrbe + _ RL Rcrbe + _ Rs 第4章 集成运算放大器 单端输入共模分量输入+差模分量输入 RcRc rce + _ + _ + uOc _ RL 第4章 集成运算放大器 RcRc + _ + uOd _ RL + _ 第4章 集成运算放大器 例1，电流源差分放大电路中，b=100， rbb=0， rce=100kW。求Aud和KCMR 47k 15V 20k20k -15V uO

9、+ _ + uI1 _ + uI2 _ 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 2、有源负载电流源差分放大电路 R UCC -UEE uI2uI1 uO + + _ _ 第4章 集成运算放大器 有源负载在其中的作用 双端输出效应单端输出的电压放大倍数等同 于双端输出的电压放大倍数 第4章 集成运算放大器 共模输入时的输出电流 IC+iC IC+iC0 IC+iC R UCC -UEE uI2uI1 uO + + _ _ 第4章 集成运算放大器 第4章 集成运算放大器 差模输入时的输出电流 IC+iC IC-iC-2iC IC-iC R UCC -UEE uI2uI1 uO + + _

10、_ 第4章 集成运算放大器 习题：(p182)3.9、 (p215)4.5 第4章 集成运算放大器 4.4 集成运算放大器电路 1、晶体管集成运算放大器电路 F007电路 输入级T1T2T3T4共集-共基差分放大电路， T5T6T7有源负载 中间级T16T17复合管共射放大电路，T12T13有 源负载 输出级T14T15T18T19准互补输出级UBE倍增电 路 第4章 集成运算放大器 偏置电路T8T9T10T11电流源电路 过流保护电路R9R10D1D2 第4章 集成运算放大器 F324电路(1/4) 输入级T1T2T3T4共集-共射差分放大电路， T5T14T15T16共集输出有源负载 中间

11、级T6T7共集-共射放大电路，T11T17有源 负载 输出级T8T9T10准互补输出电路(交越失真) 偏置电路IRT11T12T13T18T19T20电流源电路 过流保护电路R2T21 第4章 集成运算放大器 2、场效应管集成运算放大器电路 C14573电路(1/4) 输入级T3T4共源差分放大电路，T5T6有源负 载 中间级/输出级T8共源放大电路(大电阻负载) ，T7有源负载 偏置电路外接R、T1T2T7电流源电路 第4章 集成运算放大器 4.5 集成运算放大器的性能指标和等效电路 1、分类 按工作原理 电压放大型 互阻放大型 跨导放大型 电流放大型 第4章 集成运算放大器 按性能指标 通

12、用型 特殊型 高精度型 高阻型 高速型 低功耗型 第4章 集成运算放大器 2、主要性能指标 差模电压增益Aud 典型值100dB 共模抑制比KCMR 差模输入电阻Rid 典型数量级M 输出电阻Ro 输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT 输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT 输入偏置电流IIB 第4章 集成运算放大器 最大共模输入电压UIcmax 最大差模输入电压UIdmax 带宽fH 单位增益带宽fc 转换速率SR 第4章 集成运算放大器 3、等效电路 一般模型 Rid Ro uO Audo(u+-u-) + _ + + _ _u- u+ + _ + _U IO IIB IIB 第4章 集成运算放大器 Rid Ro uOAudo(u+-u-) + _ + + _ _ u- u+ 简化模型 不反映输入失调电压、输入失调电流和输入偏置电 流，共模抑制比取极限值KCMR 第4章 集成运算放大器 差模输入电阻和输出电阻取极限值Rid， Ro0 理想模型 uOAudo(u+-u-) + _ + + _ _ u- u+