第4章集成运算放大电路 第4章集成运算放大电路 4.1通用型集成运放一般由几部分电路组成,每一部分常采用哪种基本 电路?通常对每一部分性能的要求分别是什么? 解:通用型集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四个部分 组成。 通常,输入级为差分放大电路,中间级为共射放大电路,输出级为互补 电路,偏置电路为电流源电路。 对输入级的要求:输入电阻大,温漂小,放大倍数尽可能大 对中间级的要求:放大倍数大,一切措施几乎都是为了增大放大倍数。 对输出级的要求:带负载能力强,最大不失真输出电压尽可能大 对偏置电路的要求:提供的静态电流稳定。 4.2已知一个集成运放的开环差模增益A。d为100dB,最大输出电压峰 峰值U。p=±14V,分别计算差模输入电压u1(即up-lN)为10μⅴ、100μ V、1mV、1V和-10μV、-100uV、-1mV、一1V时的输出电压uo 解:根据集成运放的开环差模增益,可求出开环差模放大倍数 201g Ad =100dB 当集成运放工作在线性区时,输出电压uo=A。dm1;当Aodl超过±14V 时,lo不是+14V,就是-14V。故u1(即up-lN)为10μV、100μV、lmV、 IV和-10μV、-100μV、一1mV、一1V时,uo分别为lV、10V、14V、14V、 10、-14V、-14V 4.3已知几个集成运放的参数如表P43所示,试分别说明它们各属于哪 种类型的运放 解:A1为通用型运放,A2为高精度型运放,A3为高阻型运放,A4为高 速型运放。 表P43 特性指标| Aod rid U1o hoI-3 dBH CMRS单位增益带宽 单位 dB MQ mv nA nAHz| dBv/uv MHZ 100 2 5|200600 7 0.5 302001240 7 1200.5 100 000 5|0.02003 100 2 65 12.5
第 4 章 集成运算放大电路 - 1 - 第 4 章 集成运算放大电路 4.1 通 用 型 集 成 运 放 一 般 由 几 部 分 电 路 组 成 ， 每 一 部 分 常 采 用 哪 种 基 本 电 路 ？ 通 常 对 每 一 部 分 性 能 的 要 求 分 别 是 什 么 ？ 解 ： 通 用 型 集 成 运 放 由 输 入 级 、 中 间 级 、 输 出 级 和 偏 置 电 路 等 四 个 部 分 组 成 。 通 常 ，输 入 级 为 差 分 放 大 电 路 ，中 间 级 为 共 射 放 大 电 路 ， 输 出 级 为 互 补 电 路 ， 偏 置 电 路 为 电 流 源 电 路 。 对 输 入 级 的 要 求 ： 输 入 电 阻 大 ， 温 漂 小 ， 放 大 倍 数 尽 可 能 大 。 对 中 间 级 的 要 求 ： 放 大 倍 数 大 ， 一 切 措 施 几 乎 都 是 为 了 增 大 放 大 倍 数 。 对 输 出 级 的 要 求 ： 带 负 载 能 力 强 ， 最 大 不 失 真 输 出 电 压 尽 可 能 大 。 对 偏 置 电 路 的 要 求 ： 提 供 的 静 态 电 流 稳 定 。 4.2 已 知 一 个 集 成 运 放 的 开 环 差 模 增 益 Ao d 为 100dB， 最 大 输 出 电 压 峰 - 峰 值 Uo p p＝ ±14V， 分 别 计 算 差 模 输 入 电 压 uI（ 即 u P－ u N） 为 10μ V、 100μ V、 1mV、 1V 和 － 10μ V、 － 100μ V、 － 1mV、 － 1V 时 的 输 出 电 压 uO。 解 ： 根 据 集 成 运 放 的 开 环 差 模 增 益 ， 可 求 出 开 环 差 模 放 大 倍 数 5 od od 10 20lg 100dB A A 当 集 成 运 放 工 作 在 线 性 区 时 ， 输 出 电 压 uO＝ Ao d uI； 当 Ao d uI 超 过 ±14V 时 ，uO 不 是 ＋ 14V，就 是 － 14V。故 uI （ 即 u P－ uN）为 10μ V、100μ V、1mV、 1V 和 － 10μ V、－ 100μ V、－ 1mV、－ 1V 时 ，uO 分 别 为 1V、10V、14V、14V、 － 1V、 － 10V、 － 14V、 － 14V。 4.3 已 知 几 个 集 成 运 放 的 参 数 如 表 P4.3 所 示 ， 试 分 别 说 明 它 们 各 属 于 哪 种 类 型 的 运 放 。 解 ： A1 为 通 用 型 运 放 ， A2 为 高 精 度 型 运 放 ， A3 为 高 阻 型 运 放 ， A4 为 高 速 型 运 放 。 表 P4.3 特性指标 Aod rid UIO IIO IIB －3dBfH KCMR SR 单位增益带宽 单位 dB MΩ mv nA nA Hz dB V/μV MHz A1 100 2 5 200 600 7 86 0.5 A2 130 2 0.01 2 40 7 120 0.5 A3 100 1000 5 0.02 0.03 86 0.5 5 A4 100 2 2 20 150 96 65 12.5
第4章集成运算放大电路 4.4多路电流源电路如图P4.4所示,已知所有晶体管的特性均相同,UεE 均为0.7V。试求lc1、lc2各为多少。 (+15V) 134kg T 图P4.4 解:因为T1、T2、T3的特性均相同,且UBE均相同,所以它们的基极 集电极电流均相等,设集电极电流为lc。先求出R中电流,再求解lcl、lc2 UDCA-UBEO=10 00uA Ig=Ico+IB3=cot 1+B 3. B(1+B) B+B B2+B+3 当B(1+B)>>3时 c2≈la=100uA 4.5图4.5所示为多集电极晶体管构成的多路电流源。已知集电极C0与 C1所接集电区的面积相同,C2所接集电区的面积是C0的两倍,lco/l=4,e-b 间电压约为0.7V。试求解lC1、lc2各为多少 解:多集电极晶体管集电极电流正比于集电区的面积。 先求出R中电流,再求解lc、lc2 71.5kg 图P4.5
第 4 章 集成运算放大电路 - 2 - 4.4 多 路 电 流 源 电 路 如 图 P4.4 所 示 ，已 知 所 有 晶 体 管 的 特 性 均 相 同 ，UB E 均 为 0.7V。 试 求 IC 1、 IC 2 各 为 多 少 。 图 P4.4 解 ： 因 为 T1、 T2、 T3 的 特 性 均 相 同 ， 且 UB E 均 相 同 ， 所 以 它 们 的 基 极 、 集 电 极 电 流 均 相 等 ， 设 集 电 极 电 流 为 IC。 先 求 出 R 中 电 流 ， 再 求 解 IC 1、 IC 2。 100 CC BE4 BE0 R V U U I R μ A R R I I I I I I I I I 3 (1 ) 3 1 3 2 2 C C C B C0 B3 C0 当 β （ 1＋ β ） ＞ ＞ 3 时 IC1 IC2 I R 100 μ A 4.5 图 4.5 所 示 为 多 集 电 极 晶 体 管 构 成 的 多 路 电 流 源 。 已 知 集 电 极 C0 与 C1 所 接 集 电 区 的 面 积 相 同 ，C2 所 接 集 电 区 的 面 积 是 C0 的 两 倍 ，IC O/IB= 4，e-b 间 电 压 约 为 0.7V。 试 求 解 IC 1、 IC 2 各 为 多 少 解 ： 多 集 电 极 晶 体 管 集 电 极 电 流 正 比 于 集 电 区 的 面 积 。 先 求 出 R 中 电 流 ， 再 求 解 IC 1、 IC 2。 图 P4.5
第4章集成运算放大电路 =201A(其中UB=0.7V) R Ico=BIR 16q1A 1+B Ici=lco =1601 A Ic2=21co =3201 A 46电路如图P4.6所示,T管的低频跨导为gm,T1和T2管d-s间的动态 电阻分别为rdst和rds2。试求解电压放大倍数A2=△uo/△u的表达式。 解:由于T2和T3所组成的镜像电流源是以T1为放大管的共射放大电路 的有源负载,T1、T2管d-s间动态电阻分别为rdst、rss2,所以电压放大倍数 Au的表达式为 ∥ △ Au m(1∥ra3) 4.7电路如图P4.7所示,T1与T2管特性相同,它们的低频跨导为gm T3与T4管特性对称;T2与T4管d-s间动态电阻为rs2和rds4。试求出两电路 的电压放大倍数A2=△uo/△(u1-l12)的表达式 解:在图(a)(b)所示电路中 (a) 图 P4.7 图(a)所示电路的电压放大倍数
第 4 章 集成运算放大电路 - 3 - 2 320μ A 160μ A 160μ A 1 200μA ( 0.7V) C2 C0 C1 C0 C0 C0 C B C0 EB CC EB I I I I I I I I I I I U R V U I R R R 其中 图 P4.6 4.6 电 路 如 图 P4.6 所 示 ，T 管 的 低 频 跨 导 为 gm，T1 和 T2 管 d-s 间 的 动 态 电 阻 分 别 为 r d s 1 和 r d s 2。 试 求 解 电 压 放 大 倍 数 Au=△ uO /△ uI 的 表 达 式 。 解 ： 由 于 T2 和 T3 所 组 成 的 镜 像 电 流 源 是 以 T1 为 放 大 管 的 共 射 放 大 电 路 的 有 源 负 载 ， T1、 T2 管 d-s 间 动 态 电 阻 分 别 为 r d s 1、 r d s 2， 所 以 电 压 放 大 倍 数 Au 的 表 达 式 为 ( ) ( ) m ds1 ds2 I D ds1 ds2 I O g r r u i r r u u Au ∥ ∥ 4.7 电 路 如 图 P4.7 所 示 ， T1 与 T2 管 特 性 相 同 ， 它 们 的 低 频 跨 导 为 gm； T3 与 T4 管 特 性 对 称 ；T2 与 T4 管 d-s 间 动 态 电 阻 为 r d s 2 和 r d s 4。试 求 出 两 电 路 的 电 压 放 大 倍 数 Au=△ uO/△ (uI 1－ uI 2 )的 表 达 式 。 解 ： 在 图 （ a）（ b） 所 示 电 路 中 图 P4.7 图 （ a） 所 示 电 路 的 电 压 放 大 倍 数
第4章集成运算放大电路 △io=△in2-△i4≈△iD2-△iD1=-2△iD △(u1-l2) A gn(a2∥rsa4) 同理,图(b)所示电路的电压放大倍数 An≈gn(ra2∥r4) 4.8电路如图P4.8所示,具有理想的对称性。设各管β均相同。 (1)说明电路中各晶体管的作用 (2)若输入差模电压为(u1-u12),则由此产生的差模电流为△ip,求 解电路电流放大倍数A1的近似表达 式 解:(1)图示电路为双端输入、 单端输出的差分放大电路。T1和T T和T,分别组成的复合管为放大管,a2T Ts和T6组成的镜像电流源为有源负 (2)由于用Ts和T6所构成的镜 像电流源作为有源负载,将左半部分 放大管的电流变化量转换到右边,故 输出电流变化量及电路电流放大倍数 图P4.8 分别为 2(1+B)B A1=≈2(1+B)B
第 4 章 集成运算放大电路 - 4 - ( ) 2 ( ) 2 I1 I2 O m I1 I2 D1 m O D2 D4 D2 D1 D1 D1 D2 D3 D4 u u i g u u i g i i i i i i i i i i ( ) ( ) ( ) ( ) m ds2 d 4 I1 I2 O ds2 ds4 I1 I2 s O u g r r u u i r r u u u A ∥ ∥ 同 理 ， 图 （ b） 所 示 电 路 的 电 压 放 大 倍 数 ( ) u m ds2 ds4 A g r ∥r 4.8 电 路 如 图 P4.8 所 示 ， 具 有 理 想 的 对 称 性 。 设 各 管 β 均 相 同 。 （ 1） 说 明 电 路 中 各 晶 体 管 的 作 用 ； （ 2）若 输 入 差 模 电 压 为（ uI 1－ uI 2），则 由 此 产 生 的 差 模 电 流 为 △ iD，求 解 电 路 电 流 放 大 倍 数 Ai 的 近 似 表 达 式 。 解 ：（ 1） 图 示 电 路 为 双 端 输 入 、 单 端 输 出 的 差 分 放 大 电 路 。 T1 和 T2、 T3 和 T4 分 别 组 成 的 复 合 管 为 放 大 管 ， T5 和 T6 组 成 的 镜 像 电 流 源 为 有 源 负 载 。 （ 2） 由 于 用 T5 和 T6 所 构 成 的 镜 像 电 流 源 作 为 有 源 负 载 ， 将 左 半 部 分 放 大 管 的 电 流 变 化 量 转 换 到 右 边 ， 故 输 出 电 流 变 化 量 及 电 路 电 流 放 大 倍 数 图 P4.8 分 别 为 2(1 ) 2(1 ) I O O I i i A i i i
第4章集成运算放大电路 4.9电路如图P4.9所示,具有理想的对称性。回答题4.8所提的问题。 图P4.9 解:(1)图示电路为双端输入、单端输出的差分放大电路。T1和T2、T3 和T3分别组成的复合管为放大管,Ts5和T6组成的镜像电流源为有源负载 (2)由于用Ts和T6所构成的镜像电流源作为有源负载,将左半部分放 大管的电流变化量转换到右边,故输出电流变化量及电路电流放大倍数分别 (1+B)B A=≈2(1+B)B 4.10电路如图P4.10所示,T1与T2管的特性相同,所有晶体管的B均相 同,Ret远大于二极管的正向电阻。当u11=n2=0V时,uo=0V D - 图P4.10 (1)求解电压放大倍数的表达式; (2)当有共模输入电压时,o=?简述理由 解:(1)在忽略二极管动态电阻的情况下
第 4 章 集成运算放大电路 - 5 - 4.9 电 路 如 图 P4.9 所 示 ， 具 有 理 想 的 对 称 性 。 回 答 题 4.8 所 提 的 问 题 。 图 P4.9 解 ：（ 1）图 示 电 路 为 双 端 输 入 、单 端 输 出 的 差 分 放 大 电 路 。T1 和 T2、T3 和 T3 分 别 组 成 的 复 合 管 为 放 大 管 ， T5 和 T6 组 成 的 镜 像 电 流 源 为 有 源 负 载 。 （ 2） 由 于 用 T5 和 T6 所 构 成 的 镜 像 电 流 源 作 为 有 源 负 载 ， 将 左 半 部 分 放 大 管 的 电 流 变 化 量 转 换 到 右 边 ， 故 输 出 电 流 变 化 量 及 电 路 电 流 放 大 倍 数 分 别 为 2(1 ) 2(1 ) I O O I i i A i i i 4.10 电 路 如 图 P4.10 所 示 ，T1 与 T2 管 的 特 性 相 同 ，所 有 晶 体 管 的 β 均 相 同 ， Rc 1 远 大 于 二 极 管 的 正 向 电 阻 。 当 uI 1＝ uI 2＝ 0V 时 ， uO＝ 0V。 图 P4.10 （ 1） 求 解 电 压 放 大 倍 数 的 表 达 式 ； （ 2） 当 有 共 模 输 入 电 压 时 ， uO=？ 简 述 理 由 。 解 ：（ 1） 在 忽 略 二 极 管 动 态 电 阻 的 情 况 下