运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。

1. 第四章 集成运算电路 运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。 运算放大器外形图

2. 运算放大器外形图

3. 4.1 集成运算放大电路概述 集成电路: 将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。 —— IC 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 优点: 分类: 模拟集成电路、数字集成电路 小、中、大、超大规模集成电路 INTEGRATED CIRCUITS  

4. 运算放大器的符号和型号 (a) 国家标准符号 (b)原符号 数字序号 (与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。) 其它例如:集成功率放大器的型号命名 CD－－－－ 集成稳压器的型号命名 CW－－－－

5. IC 4.1.1 集成运放的电路结构特点 1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。 2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。 3、几十PF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。 4、二极管一般用三极管的发射结构成。

6. 4.1.2 集成运放的组成及其各部分的作用 方框图 集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。

7. 1.输入级—— 要使用高性能的差分放大电路，它必 须对共模信号有很强的抑制力，而且 采用双端输入双端输出的形式。 2.中间放大级——要提供高的电压增益，以保证运放的 运算精度。中间级的电路形式多为差 分电路和带有源负载的高增益放大器。 3.互补输出级——由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流 具体电路参阅功率放大器。 4.偏置电流源——可提供稳定的几乎不随温度而变 化的偏置电流，以稳定工作点。

8. 同相输入端 up un uo Aod 反相输入端 4.1.3 集成运放的电压传输特性

9. uo 同相输入端 up un uo Aod up-un 反相输入端 4.1.3 集成运放的电压传输特性

10. 4.2.集成运放中的电流源电路 (1)电流源电路是一个电流负反馈电路， 并利用PN结的温度特性，对电流源电路进行温度补偿， 以减小温度对电流的影响。 (2)电流源电路用于模拟集成放大器中 以稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。 (3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 动态范围大的特性。

11. (4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。(4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 (5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 (6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 镜象电流源、精密电流源、 微电流源、多路电流源等。

12. (a) (b) 三极管电流源 三极管基本电流源设计思想 用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可构成一个基本的电流源电路。分压偏置基本放大电路就具有这一功能，其电路如图所示。 分压偏置电路对工作点具有稳定作用，也就是对IO有稳定作用，具有稳流特性。电压源的内阻小，电流源的内阻大，内阻越大稳流特性越好。

13. 4.2.1 基本电流源电路 T1 T2 三极管 、 匹配， b = b = b 1 2 = = V V V , 则 1 BE 2 BE BE 镜象电流源 镜象电流源电路如图所示， 它的特点是工作三极管的集电极电流 是电流源电路的镜象(电流相等）。 一、镜象电流源

14. 恒流特性 无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。 （三极管工作状态）

15. 交流电阻 由于T2的集电极电流基本不变。所以交流量  一般Ro在几百千欧以上

16. 二 比例电流源 在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。

17. 微电流源 3 微电流源 微电流源电路如图5所示，通过接入Re电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用微功耗的集成电路中。 由图可得：

18. I I 与 的关系如下 o R V / V » » I I I e BE T 1 R E1 S1 V / V = » » I I I I e BE T 2 o C2 E2 S2 I I D = - = - o R (ln ln ) V V V V BE BE1 BE2 T I I S1 S2 = I I 一般有 ，所以 S1 S2 D V V I = = BE T R I ln o R R I e2 e2 o I I R = R o e2 ln I V o T D << V I I I I 因 小， 。同时 的稳定性也比 好。 BE o R o R

19. 由于 很小， 所以IC2也很小

20. 4.2.2 改进型电流源电路 一、加射级输出器的电流源 精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其精度提高了 倍。电路如图4所示。 由于有T3存在，IB3和将比镜象电流源的2IB小β3倍。因此IC2和IREF更加接近。

21. Ico IR Ic Ie2 Ic2 二、威尔逊电流源 注意电流方向

22. 4.2.3 多电流源 通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点 电流，即可构成多路电流源。图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。

23. 镜像电流源 镜像电流源 镜像电流源 4.2.4 以电流源作有源负载的放大电路 一、有源负载共射级放大电路 共射电路的电压增益为： 对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻， 因此增益为 放大管 比用电阻Rc就作负载时提高了。

24. 二、有源负载差分放大电路

25. 4.3 集成运放电路简介

26.  u－ － u－ A0 uo － uo ＋ ＋ u+ u+ ＋ 3.3.2 运放的特点和符号 理想运放： 运放的特点： ri  ri 高:几十k 几百k KCMMRR  KCMRR很大 ro  0 ro 小：几十 ~ 几百 Ao   A o 很大:104以上~ 107 运放符号：

27.  u－ A0 － uo ＋ u+ ＋ 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’或‘IN+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标 有‘+’号。实际的运算放大器通 常必须有正、负电源端，有的 品种还有补偿端和调零端。

28. T4 T3 T5 T2 T1 IS 基本原理框图 4.3.1 双极型集成运放 +UCC uo 反相端 u－ u＋ 同相端 -UEE 输入级 中间级 输出级

29. T4 反相端 T3 T5 u－ T2 T1 u＋ 同相端 IS 与uo反相 uo 与uo同相

30. +UCC T4 uo 反相端 T3 T5 u－ T2 T1 u＋ 同相端 -UEE IS 输入级 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR ,输入阻抗 ri尽可能大。 要求：

31. +UCC T4 uo 反相端 T3 T5 u－ T2 T1 u＋ 同相端 -UEE 输入级 IS 中间级 足够大的电压放大倍数

32. +UCC T4 uo 反相端 T3 T5 u－ T2 T1 u＋ 同相端 -UEE 中间级 输入级 IS 输出级 主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。

33. 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.4.1 运算放大器的主要参数 运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。 静态技术指标 动态技术指标

34. 1.开环差模电压放大倍数Avd：(open loop voltage gain)运放在无外加反馈条件下，输出电压的变化量与输入电压的变化量之比。 100dB 2.共模抑制比KCMR：(common mode rejection ratio)与差分放大电 路中的定义相同，是差模电压增益 Avd与共 模电压增益 Avc之比，常用分贝数来表示。 KCMR=20lg(Avd / Avc )(dB) 80dB 3.差模输入电阻rid：(input resistance)输入差模信号时，运放的输 入电阻。 MΩ 4.4.1集成运放的主要性能指标

35. 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。 在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。 4 输入失调电压VIO .输入失调电压温漂dVio /dT 输入失调电压Vio：(input offset voltage)输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。 5. 输入失调电流IIO .输入失调电流温漂dIio /dT 输入失调电流Iio：(input offset current)在 零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之 差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

36. 7、最大共模输入电压Vicmax (maximum differential mode input voltage)运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。 (maximum common mode input voltage)在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。 8. 最大差模输入电压Vidmax 6. 输入偏置电流IIB input bias current 运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。

37. 9. –3dB带宽BW(fH) －3dB带宽f H： (-3dB band width) 运算 放大器的差模电压放大倍数在高频段下降3dB 所定义的带宽 f H。 10. 单位增益带宽BWG (fT) 单位增益带宽f c (BWG)——(unit gain band width) Avd下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽 f c。

38. 11. 转换速率SR 转换速率S R (压摆率)—(slew rate)反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为

39. 12. 最大输出电流Iomax 13、等效输入噪声电压Vn——(noise voltage)输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。

40. 4.4.2集成运放的低频等效电路

41. 4.5 集成运放的种类及选择 为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。 根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。

42. 通 用 型 通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用Ⅰ型运放已很少使用了。以典型的通用型运放CF741 (A741)为例，输入失调电压1～2mV、输入失调电流20nA、差模输入电阻2M，开环增益100dB、共模抑制比90dB、输出电阻75、共模输入电压范围13V、转换速率0.5V/s。

43. 高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR。例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357

44. 高精度(低漂移型） 用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 例如： OP177 CF714

45. 高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。 例如：AD549 CF155/255/355

46. 低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 例如： OP22 正常工作静态功耗可低至36W。 OP290 在0.8V电压下工作，功耗为24 W。 CF7612 在5V电压下工作，功耗为50 W。

47. 功 率 型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。 例如： LM12 TP1465

48. 4.6 集成运放的使用 4.6.1 使用时必做的工作 4.6.2 保护措施 4.6.3 输出扩展