第四章 集成運算放大器

模擬電子技術(shù)前進第四章集成運算放大器集成電路、差動放大器、集成運算放大器。本章主要內(nèi)容：返回前進4.1集成電路概念1．集成電路分類（1）按元器件集成度分為：小規(guī)模集成電路（100個元件以內(nèi)）SSI中規(guī)模集成電路（100----1000個元件）MSI大規(guī)模集成電路（1000---100000個元件）LSI超大規(guī)模集成電路（100000個以上元件）VLSI?，F(xiàn)在集成度已達到數(shù)千億。在一小塊硅片上做出許多個元件并將其聯(lián)結(jié)成電路。1．集成電路分類（2）按制造工藝分為：膜集成電路、半導(dǎo)體集成電路和混合集成電路三種。（3）按有源器件類型分為：雙極性集成電路、單極性集成電路和混合型集成電路三種。（4）按電路功能分為：模擬集成電路、數(shù)字集成電路、接口集成電路和特殊集成電路四種。2．常見芯片封裝形式3．集成電路特點（1）集成電路為多級直接耦合放大器（2）由于體積所限，只能集成電阻、晶體管等器件，不能集成電容、電感等較大體積器件（3）元器件參數(shù)對稱穩(wěn)定（4）所制阻值不能太大（幾十千歐以內(nèi)）（5）往往用三極管或場效應(yīng)管代替大電阻集成運算放大器是常用的模擬集成電路。4.2集成運放基本組成部分電路由輸入級、中間級、輸出級構(gòu)成。輸入級采用差動放大器，中間級由一般放大器構(gòu)成，輸出級多為功率輸出器，偏置電路則由電流源組成。1．偏置電路

（1）鏡像電流源IR=(VCC－UBE1)/RIB1=IB2=IB

則IC2=IC1=IR－2IB=IR－2IC/βIC2=IR/(1+2/β)≈IR=(VCC－UBE1)/RIC2、IR之間的關(guān)系如同鏡像一樣。1．偏置電路

（2）比例電流源IE1R1=IE2R2IC1R1≈IC2R2IC2=IC1R1/R2≈1RR1/R2

IC2、IR之間有比例關(guān)系。1．偏置電路

（3）微電流源UBE1－UBE2=IE2RE≈IC2RE由二極管方程IE≈IC=IS（e在RE不大的情況下，得到很小的電流IC2UBE1－UBE2=IE2RE≈IC2REIE≈IC=IS（eUBE/UT－1）≈ISeUBE/UTIS1=IS2則UTlgIC1/IC2≈IC2RE

當(dāng)IC1和RE已知時，可求出IC2——IC2可以很小。2．差分輸入級（1）基本差動放大器由雙管構(gòu)成最簡單差分放大器當(dāng)雙端輸出信號時，零點漂移為零。RB較大，常忽略。（2）兩種輸入信號差摸信號Ud：一對大小相等、極性相反的信號。共摸信號UC:一對大小相等、極性相同的信號。差摸工作方式共摸工作方式（3）電壓放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)UO1=Au1Uid1=Au1Ui/2

UO2=Au2Ui2=Au1Uid2=-Au1Ui/2Ad=(UO1-

UO2)/(Uid1-

Uid2)=

UO/Ui=Au1

共模放大倍數(shù)AC=(UO1-

UO2)/UiC

共模抑制比

KCMR=Ad/AC（4）長尾式差動放大電路靜態(tài)分析：短路交流，可得到IBRS+UBE+(1+β)IB(2RE+RW/2=VEE)可計算出IB而IC=βIB則UC=VCC-ICRC差模動態(tài)分析：將雙管拆分為單管問題。Uo1=-βRL’Uid/[RS+rie+(1+β)RW/2]=-Uo2Aud=-βRL’/[RS+rie+（1+β）RW/2]

Aud1=Aud/2Rid=

RS+rie+(1+β)RW/2

RO=

2RCRO1=

RC

共模動態(tài)分析：將雙管拆分為單管問題。Uo1=Uo2=-βRL’Uic/[RS+rie+(1+β)(RW/2+2RE)]Auc=（Uo1–

Uo2）/Uic=0Auc1=Uo1–/Uic≈-

RC/

2RE

共模抑制比CMRR

=

Ad/Ac雙端輸出CMRR

=

Ad/Ac=

Ad/0=

∞單端輸出CMRR1=

Ad1/Ac1

≈

βRE/(RS+rie)

（5）帶恒流源差動放大電路靜態(tài)分析：UB≈﹣R1VCC/(R1+

R2)

則

UE3=UB–UBE3≈UBIC3≈IE3=VE3/R3IC1≈IC2≈IC3/2IB1=IB2IC1/βUC1=UC2=VCC–IC1RC差模動態(tài)分析：恒流源不起作用，可認為不存在（短路），分析結(jié)果同常尾差放。（6）單端輸入方式等效為雙端差摸輸入工作方式。其結(jié)果與差模雙端輸入結(jié)果相同。（7）四種輸入-輸出方式雙端輸入—雙端輸出雙端輸入—單端輸出單端輸入—雙端輸出單端輸入—單端輸出3．功率輸出級（1）功率放大器ui正半周T1導(dǎo)通、T2截止，ui負半周T1截止、T2導(dǎo)通。為互補對稱電路。詳見第九章。（2）復(fù)合三極管為提高三極管的放大倍數(shù)，將兩只三極管連結(jié)起來，組成復(fù)合三極管。三極管復(fù)合的原則是各極電流方向一致。

有四種復(fù)合方式（2）復(fù)合三極管復(fù)合三極管類型同第一只管子。同類型復(fù)合：β≈β1β2、

rbe≈

rbe1+

(1+β1)rbe2異類型復(fù)合：β≈β1β2、

rbe≈

rbe1（3）過載保護電路當(dāng)負載電流過大時，流經(jīng)三極管的電流也增大，會燒壞管子。為此，增加過載保護電路——將增大的電流分流，以保護管子。常用的電路有二極管保護和三極管保護兩種電路。1.理想運放特性（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo＝∞（2）差摸輸入電阻Rid＝∞（3）輸出電阻Ro＝0（4）共摸抑制比CMRR＝∞（5）工作性能穩(wěn)定