第四章 集成運算放大器

模擬電子技術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：小規模集成電路（100個元件以內）SSI中規模集成電路（100----1000個元件）MSI大規模集成電路（1000---100000個元件）LSI超大規模集成電路（100000個以上元件）VLSI。現在集成度已達到數千億。在一小塊硅片上做出許多個元件并將其聯結成電路。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）元器件參數對稱穩定（4）所制阻值不能太大（幾十千歐以內）（5）往往用三極管或場效應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、輸出級構成。輸入級采用差動放大器，中間級由一般放大器構成，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成最簡單差分放大器當雙端輸出信號時，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）電壓放大倍數差模放大倍數UO1=Au1Uid1=Au1Ui/2

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

UO2)/(Uid1-

Uid2)=

UO/Ui=Au1

共模放大倍數AC=(UO1-

UO2)/UiC

共模抑制比

KCMR=Ad/AC（4）長尾式差動放大電路靜態分析：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差模動態分析：恒流源不起作用，可認為不存在（短路），分析結果同常尾差放。（6）單端輸入方式等效為雙端差摸輸入工作方式。其結果與差模雙端輸入結果相同。（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導通、T2截止，ui負半周T1截止、T2導通。為互補對稱電路。詳見第九章。（2）復合三極管為提高三極管的放大倍數，將兩只三極管連結起來，組成復合三極管。三極管復合的原則是各極電流方向一致。

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

rbe≈

rbe1+

(1+β1)rbe2異類型復合：β≈β1β2、

rbe≈

rbe1（3）過載保護電路當負載電流過大時，流經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）開環電壓放大倍數Auo＝∞（2）差摸輸入電阻Rid＝∞（3）輸出電阻Ro＝0（4）共摸抑制比CMRR＝∞（5）工作性能穩定