1 1第三节 集成运放的基本组成部分第三节第三节 集成运放的根本组成局部集成运放的根本组成局部偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路差分放大输入级差分放大输入级差分放大输入级差分放大输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级下页下页总目录总目录推出推出2 2第三节 集成运放的基本组成部分向各放大级向各放大级向各放大级向各放大级提供适宜的提供适宜的提供适宜的提供适宜的偏置电流偏置电流偏置电流偏置电流克服零克服零克服零克服零点漂移点漂移点漂移点漂移提供负载所提供负载所提供负载所提供负载所需功率及效需功率及效需功率及效需功率及效率率率率提供电压提供电压提供电压提供电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数集成运放的根本组成局部输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路集成运放的基本组成下页下页上页上页首页首页3 3第三节 集成运放的基本组成部分I IB2 B2 I IB1 B1 VTVT1 1 VTVT2 2 U UBE2 BE2 U UBE1 BE1+-+R R+V VCCCC一、偏置电路1.1.镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源V VCC CC-U UBE1BE1R RI IC2 C2 I IREF REF=V VCC CC-U UBE1BE1R RI IREFREF I IC1 C1 2 2I IB BI IC2C2 I IREFREF-2-2I IB B当当当当 2 2 时时时时下页下页上页上页首页首页4 4第三节 集成运放的基本组成部分I IB2 B2 I IB1 B1 2 2I IB BVTVT1 1 VTVT2 2 R RR R1 1R R2 2+V VCCCCU UBE1 BE1 U UBE2BE22.2.比例电流源比例电流源比例电流源比例电流源U UBE1 BE1+I IE1E1R R1 1=U UBE2 BE2+I IE2E2R R2 2I IE1E1R R1 1 I IE2E2R R2 2I IC2C2 R R1 1R R2 2I IC1C1R R1 1R R2 2I IREFREFI IREF REF I IC2 C2 I Ic1 c1 U UBE2 BE2 U UBE1 BE1+-+I IE1 E1 I IE2 E2 下页下页上页上页首页首页5 5第三节 集成运放的基本组成部分I IREF REF I IB2 B2 I IB1 B1 I Ic1 c1 2 2I IB BVTVT1 1 VTVT2 2 R RR Re e+V VCCCC3.3.微电流源微电流源微电流源微电流源U UBE1BE1 U UBE2BE2 =I IE2E2R Re eI IC2 C2 U UBE2 BE2 U UBE1 BE1+-+I IC2C2R Re eU UBEBE U UT T ln nI IC CI IS SU UBE1BE1 U UBE2BE2 U UT T (ln nI IC1C1I IS1S1I IC2C2I IS2S2 ln n)I IC2 C2 R Re eU UT T ln nI IC1C1I IC2C2 I IC2 C2 R Re eI IE2 E2 下页下页上页上页首页首页6 6第三节 集成运放的基本组成部分 例例例例5.3.1 5.3.1 图示为集成运放图示为集成运放图示为集成运放图示为集成运放LM741LM741偏置电路的一局部，偏置电路的一局部，偏置电路的一局部，偏置电路的一局部，假设假设假设假设VCC=VEE=15V VCC=VEE=15V，所有三极管的，所有三极管的，所有三极管的，所有三极管的UBE=0.7V UBE=0.7V，其，其，其，其中中中中NPNNPN三极管的三极管的三极管的三极管的22，横向，横向，横向，横向PNPPNP三极管的三极管的三极管的三极管的=2=2，电阻，电阻，电阻，电阻R5=39k R5=39k。下页下页上页上页I IC13 C13 VTVT11 11 VTVT10 10 R R4 4+V VCCCCVTVT13 13 VTVT12 12 R R5 5-V VEEEEI IC10 C10 I IREF REF 估算基准电流估算基准电流估算基准电流估算基准电流IREF IREF；分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种电流源；电流源；电流源；电流源；估算估算估算估算VT13VT13的集电极电流的集电极电流的集电极电流的集电极电流IC13 IC13；假设要求假设要求假设要求假设要求IC10=28AIC10=28A，试估，试估，试估，试估算电阻算电阻算电阻算电阻R4R4的阻值。的阻值。的阻值。的阻值。首页首页7 7第三节 集成运放的基本组成部分下页下页上页上页+V VCCCCI Ic13 c13 VTVT11 11 VTVT10 10 R R4 4VTVT13 13 VTVT12 12 R R5 5-V VEEEEI Ic10 c10 I IREF REF 解：解：解：解：由图可得由图可得由图可得由图可得 VTVT1212与与与与VTVT1313组成镜像电流源，组成镜像电流源，组成镜像电流源，组成镜像电流源，VTVT1010 、VTVT1111与与与与R R4 4组成微电流源。组成微电流源。组成微电流源。组成微电流源。首页首页8 8第三节 集成运放的基本组成部分下页下页上页上页I IC13 C13 VTVT11 11 VTVT10 10 R R4 4+V VCCCCVTVT13 13 VTVT12 12 R R5 5-V VEEEEI IC10 C10 I IREF REF 不能简单认为不能简单认为不能简单认为不能简单认为I Ic13c13 I IREF REF。可认为可认为可认为可认为 I IC11C11 I IREF REF。首页首页9 9第三节 集成运放的基本组成部分二、差分放大输入级+-u uOO+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 21.1.1.1.根本形式差分放大电路根本形式差分放大电路根本形式差分放大电路根本形式差分放大电路 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。应电阻元件的参数值都相等。两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管静态工静态工作点相同作点相同1 1电路组成电路组成电路组成电路组成下页下页上页上页首页首页1010第三节 集成运放的基本组成部分温度变化时，温度变化时，温度变化时，温度变化时，u uC1 C1 和和和和u uC2 C2 变化一变化一变化一变化一致，致，致，致，u uO O 保持不变。保持不变。保持不变。保持不变。uO=uC1 uC2 =0uo=(uC1+uC1 )(uC2+uC2)=0静态时，静态时，ui1=ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC 两管变化量相等两管变化量相等 对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。抑制作用。抑制作用。抑制作用。下页下页上页上页首页首页+-u uOO+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 21111第三节 集成运放的基本组成部分2 2差模输入电压和共模输入电压差模输入电压和共模输入电压差模输入电压和共模输入电压差模输入电压和共模输入电压差模输入电压差模输入电压差模输入电压差模输入电压 u uIdId 两个输入电压大小相等、极性相反。两个输入电压大小相等、极性相反。下页下页上页上页差模输入差模输入差模输入差模输入电压电压电压电压首页首页+-u uOO+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 21212第三节 集成运放的基本组成部分下页下页上页上页共模输入电压共模输入电压共模输入电压共模输入电压 u uIcIc 两个输入电压大小相等、极性也相同。两个输入电压大小相等、极性也相同。+-u uOO+-u uIcIc+V+VCCCCR RR RR Rb bR Rb bR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2共模输入共模输入共模输入共模输入电压电压电压电压首页首页1313第三节 集成运放的基本组成部分下页下页上页上页实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压任意极性的输入电压任意极性的输入电压任意极性的输入电压u uI1I1和和和和u uI2I2 ，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。其中差模输入电压其中差模输入电压其中差模输入电压其中差模输入电压u uIdId和共模输入电压和共模输入电压和共模输入电压和共模输入电压u uIcIc的值分别为的值分别为的值分别为的值分别为:例例5.3.2 uI1=5 mV,uI2=1 mV 那么那么:uId=4 mV uIc:uId=4 mV uIc=3 mV=3 mV 首页首页1414第三节 集成运放的基本组成部分差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数 A Ad d u uOO =u uC1C1 u uC2C2=2=2 u uC1C11 12 2=22A Au1u1 u uIdId u uC1C1 =-=-u uC2C2 =1 12 2A Au u1 1 u uIdId牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，但不理想，因电路不可能完全对称，但不理想，因电路不可能完全对称，单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。下页下页上页上页3 3差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比 u uOO u uIdId=A Au u1 1A Ad d=首页首页1515第三节 集成运放的基本组成部分共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数A Ac c =u uo o u uic ic共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比下页下页上页上页差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数 K KCMRCMR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比首页首页1616第三节 集成运放的基本组成部分+-u uOO+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re e2.2.2.2.长尾式差分放大电路长尾式差分放大电