第七章 集成运算放大器
引言,
§ 7.1集成运放的主要技术参数：
§ 7.2集成运放的一般结构
§ 7.3集成运算放大器的应用
§ 7.4 集成运放在电压比较器中的作用
休息 1 休息 2
返回
§ 7.5 信号产生电路与有源滤波器
第七章 集成运算放大器
(Integrated operational Amplifier)
引言,
集成电路 ( I C, I n t e g r a t e d c a r n e t ), 一个基片上集成几百个，上万，百万，超
亿个模拟或数字电路。
数字 IC,集成度高，可达上千万，超亿个元件的集成度。
IC 分类,
通用
线性：集成运放 专用：（闭环运用时能精确实现各种模拟运算）
模拟 IC, 非线性：模拟相乘器
数－模,数－模 ( D / A )
模－数 ( D / A ) 转换器
与分立元件电路相比，集成电路具有性能好，可靠性高，体积小,
耗电小，成本低等优点。目前集成运放种类繁多，指标性能不同，通常
把它们划分为通用型和专用型两种。
通用型集成运放：性能参数比较均匀，适合于多种领域的一般要求
专用型运放：根据某些特殊要求，着重提高其中一项或几项性能指标的运放。
本章重点讨论双极型集成运放的组成原理及性能参数，研究通用集成
运放的基本应用电路。
休息 1 休息 2
返回
§ 7.1集成运放的主要技术参数
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数
7, 1, 2 集成运放的交流参数
休息 1 休息 2
返回
集成运放的电路符号：
基本引出端：反相输入端
同相输入端
正电源端
负电源端
输出端
2iu
1iu
CE?
CE?
0u
附加引出端：调零端：一般为二个端子
相位补偿端
1 输入失调电压 IOU,反映了运放输入级差动电路的 对称性
输入 =0, ? 输出 ? 0, ? 失调
使输出 =0, ? 输入附加电压 IOU （静态的直流补偿电压）
2 温度漂移系数 IOU?,输入失调电压 IOU 的温度变化率
12
1IO2IOIOV
TT
)T(U)T(U
T
U
IO ?
???
?
??
3 输入偏置电流
静态输出电压 =0 时 ? 输入偏置电流的平均值 )( 2B1BI II21I ???
1BI
2BI IOU
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数 休息 1 休息 2
返回
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数
4 输入失调电流 0II 及温漂系数 0II?
2B1B0I III ?? TI 0I0II ??? ?
5 差模开环电压增益
)(u
)(u
A
id
0
ud 差模输入
输出
?
（无反馈情况下）
6 共模抑制比 C M RK
dc
dd
C M R A
AK
?
?? 其中：
ddA ? 为差模输入－差模输出电压增益
dcA ? 为共模输入－差模输出电压增益
7 电源电压抑制比 SV RK
定义：输入失调电压随电源电压的变化率
1
cvd
0
1
c
vd
0
S V R EA
U
E
A
u
K
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
8 最大差模输入电压 id mU
运放两输入端所允许的最大电压差，超过 id mU,运放输入级对管将被反向
击穿，甚至损坏。
休息 1 休息 2
2iu
1iu
CE?
CE?
0u
1BI
2BI IOU
9 最大共模模输入电压 ic mU
C M RK 下降 6 d B （ 1 / 2 倍）时的共模输入电压
1 0 输出峰－峰电压 popU ?, 输出摆幅
返回
7, 1, 2 集成运放的交流参数
0dB
-3dB
1 开环带宽 BW
下降 - 3 d B 所对应的频宽
2 单位增益带宽 GBW
开环增益下降到 1 时的带宽
3 转换速率 RS
额定负载及输入为阶跃大信号时，
输出电压的最大变化率
t
uS 0
R ?
??
BW
GBW
0u?
0u
t
f
A
t?
休息 1 休息 2
4 全功率带宽 pBW
om
R
p V2
SBW
??
在输入正弦大信号，指定失真度条件下，
使运放输出电压中达到最大值时的信号
频率，表征了运放处理交流大信号的能力。 返回
7, 1, 2 集成运放的交流参数
5 建立时间 s e tt
规定负载，输入阶跃大信号条件下，运放
输出电压达到某一特定值范围所需时间。
6 等效输入噪声电压 ne 和电流 ni
零输入时，输出端的噪声等效到输入端的值
7 差模输入电阻 idR
两个差动输入端之间的等效交流电阻
8 共模输入电阻 icR
每个输入端对地之间的动态电阻
9 输出电阻 0R
输出端对地之间的动态电阻。
sett
0u
t
休息 1 休息 2
返回
§ 7.2 集成运放的一般结构
7, 2, 1 一般结构
7, 2, 2 典型集成运放电路 741
休息 1 休息 2
返回
7, 2, 1 一般结构
集成运放实际上是一个高增益的多级直接耦合放大器，集成运放
大体上由输入级，中间级，输出级和偏置电路四部分组成。
1 输入级：一般由差动放大电路构成
2 中间级：由一至二级直接耦合放大电路组成，主要承担放大
作用，还含有电平移位和双端－单端变换电路。
3 输出级：一般为互补推挽射级跟随器，以提高集成运放负载能力，
常还含有保护电路。
4 偏置电路：由电流源电路组成，为各级放大器设置合适的静态
工作点。
休息 1 休息 2
输出极输入极 中间极
偏置电路
u-
u+
uo输入极 中间极 输出极
偏置电路
返回
EC
-EC
7, 2, 2 典型集成运放电路 741
1 输入级：由 81 TT ? 构成共集 - 共基串接差动输入级。
其中,21,TT 为共集组态,43,TT 为共基组态，共同组成一对共集 - 共基组
态差放,75 ~ TT 构成系数为 1 的比例电流源，为组合差放管的有源负载,8T
为偏置电流源，该输入级特点,
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
① 利用 N PN 管 1T 和 2T β 大和横向 PN P 管 43,TT e 结击穿电压高的
优点，有好的 频率特性，并完成电平移位功能，输入级电流增益高,
差模输入电压范围大 。
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
1CI
IC8
IC2
IC3
② 具有共模负反馈作用，提高了共模抑制比,
如设：共模信号输入
????????? )(
219821 CCCCCC
IIIIII
输出共模电流受到抑制
???????
4C3C9C10C4B3B
IIIIII )()(
IB3+IB4 IC10
9CI
IC4
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
6CI?
16BI?
3CI?
mI
4CI??
?5CI?
③ 采用
765
,,TTT 有源负载，可实现双端 — 单端输出的转换,
设差模输入信号
41643
3
4
||||
CBCC
C
C
IIII
I
I
???????
?
?
?
??
?
? 6CI??
= 43454 2 CCCCC IIIII ?????????
单端输出电流是单管的 2 倍，得到和双端输出相同的效果,返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
2,中间级,16T 为射级输
出缓冲级,17T 构成以 AT 13
为有源负载的共射放大器。 C
BCA
T13等效电路
T13A
B
E
CBCA
T13
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
3,输出级,23T 构成以 BT 13 为有源负载的射随器作为输出级的
推动级，为消除交叉失真，在 T 23 射级电路中接有 81819,,RTT,
作为 2614 TT,的甲乙类偏置电路,2614 TT,为互补推挽射级输
出器。 休息 1 休息 2
- C
返回
EC
-EC- C
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
4,保护电路,15T 为 14T 的正向输出过载保护电路,15T 对 14T 有分流作
用,242221,,TTT 为 26T 的负向输出过载保护电路对 26T 有分流作用,23T
的一个发射级构成对 16T 基级的分流，防止 17T 饱和，从而保护 26T 管。
休息 1 休息 2返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
5,偏置电路：
13512
,,TRT
为偏置电流源，产生参考电
流 mAI
m
7.0? 。
101112
,TTT ? 组成微电流源。
9810
,TTT ? 镜像电流源为差
动输入级提供偏流
?? ?20
8C
I
另外为了保护 741 在负反馈应用
时的稳定性，在
16
T 基极和
17
T 集电极之间
接了内补偿电容，由于 米勒效应,30 pF 的
电容起到了一个大电容的补偿 作用。 ① 引脚
和 ⑤ 引脚外接调零电位器。
6
2
3
7
4
51
Im
Ic8
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
例 1 集成运算放大器的组成
输出极输入极 中间极
偏置电
路
u-
u+
uo输入极 中间极 输出极
偏置电
路
集成运算放大器的内部电
路大多为直接耦合多级放
大器。一般由 四部分电路
组成,右图中的电路为单
片中增益集成运算放大器
M C 1 5 3 0 的内部电路图。
（ 1 ） 输入级,T 2, T 3 构成
差动输入级,R 2, R 3 为集
电极负载,T 1, R 1, R 4,
R 5, D 1, D 2 构成射极恒流
电路，提供偏置电流。
（ 3 ）输出级,T 8 前置功放，
R 11 为负载电阻。 T 9 构成射
极输出器,T
1 0
,D
4
为有源
负载。
注意,许多集成运放的输出
级是由互补推挽电路构成。
（ 2 ）中间放大级：
T
4
,T
5
,R
7
构成双端输入，
单端输出的差动放大器。
T
6
构成射随器,T
7
, D
3
，
R
8
为有源负载。 R
9
为直流
电平移位作用，使运放实
现零输入时零输出。
（ 4 ）偏置电路：
T 1, R 1, R 4, R 5, D 1, D 2
D 3, T 7, R 8
T 1 0, D 4
为多级放大器提供偏置电流，
设置稳定合适的静态工作点。
电路仿真
继续
休息 1 休息 2
返回
引言,
§ 7.1集成运放的主要技术参数：
§ 7.2集成运放的一般结构
§ 7.3集成运算放大器的应用
§ 7.4 集成运放在电压比较器中的作用
休息 1 休息 2
返回
§ 7.5 信号产生电路与有源滤波器
第七章 集成运算放大器
(Integrated operational Amplifier)
引言,
集成电路 ( I C, I n t e g r a t e d c a r n e t ), 一个基片上集成几百个，上万，百万，超
亿个模拟或数字电路。
数字 IC,集成度高，可达上千万，超亿个元件的集成度。
IC 分类,
通用
线性：集成运放 专用：（闭环运用时能精确实现各种模拟运算）
模拟 IC, 非线性：模拟相乘器
数－模,数－模 ( D / A )
模－数 ( D / A ) 转换器
与分立元件电路相比，集成电路具有性能好，可靠性高，体积小,
耗电小，成本低等优点。目前集成运放种类繁多，指标性能不同，通常
把它们划分为通用型和专用型两种。
通用型集成运放：性能参数比较均匀，适合于多种领域的一般要求
专用型运放：根据某些特殊要求，着重提高其中一项或几项性能指标的运放。
本章重点讨论双极型集成运放的组成原理及性能参数，研究通用集成
运放的基本应用电路。
休息 1 休息 2
返回
§ 7.1集成运放的主要技术参数
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数
7, 1, 2 集成运放的交流参数
休息 1 休息 2
返回
集成运放的电路符号：
基本引出端：反相输入端
同相输入端
正电源端
负电源端
输出端
2iu
1iu
CE?
CE?
0u
附加引出端：调零端：一般为二个端子
相位补偿端
1 输入失调电压 IOU,反映了运放输入级差动电路的 对称性
输入 =0, ? 输出 ? 0, ? 失调
使输出 =0, ? 输入附加电压 IOU （静态的直流补偿电压）
2 温度漂移系数 IOU?,输入失调电压 IOU 的温度变化率
12
1IO2IOIOV
TT
)T(U)T(U
T
U
IO ?
???
?
??
3 输入偏置电流
静态输出电压 =0 时 ? 输入偏置电流的平均值 )( 2B1BI II21I ???
1BI
2BI IOU
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数 休息 1 休息 2
返回
7, 1, 1 集成运放的直流和低频参数
4 输入失调电流 0II 及温漂系数 0II?
2B1B0I III ?? TI 0I0II ??? ?
5 差模开环电压增益
)(u
)(u
A
id
0
ud 差模输入
输出
?
（无反馈情况下）
6 共模抑制比 C M RK
dc
dd
C M R A
AK
?
?? 其中：
ddA ? 为差模输入－差模输出电压增益
dcA ? 为共模输入－差模输出电压增益
7 电源电压抑制比 SV RK
定义：输入失调电压随电源电压的变化率
1
cvd
0
1
c
vd
0
S V R EA
U
E
A
u
K
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
8 最大差模输入电压 id mU
运放两输入端所允许的最大电压差，超过 id mU,运放输入级对管将被反向
击穿，甚至损坏。
休息 1 休息 2
2iu
1iu
CE?
CE?
0u
1BI
2BI IOU
9 最大共模模输入电压 ic mU
C M RK 下降 6 d B （ 1 / 2 倍）时的共模输入电压
1 0 输出峰－峰电压 popU ?, 输出摆幅
返回
7, 1, 2 集成运放的交流参数
0dB
-3dB
1 开环带宽 BW
下降 - 3 d B 所对应的频宽
2 单位增益带宽 GBW
开环增益下降到 1 时的带宽
3 转换速率 RS
额定负载及输入为阶跃大信号时，
输出电压的最大变化率
t
uS 0
R ?
??
BW
GBW
0u?
0u
t
f
A
t?
休息 1 休息 2
4 全功率带宽 pBW
om
R
p V2
SBW
??
在输入正弦大信号，指定失真度条件下，
使运放输出电压中达到最大值时的信号
频率，表征了运放处理交流大信号的能力。 返回
7, 1, 2 集成运放的交流参数
5 建立时间 s e tt
规定负载，输入阶跃大信号条件下，运放
输出电压达到某一特定值范围所需时间。
6 等效输入噪声电压 ne 和电流 ni
零输入时，输出端的噪声等效到输入端的值
7 差模输入电阻 idR
两个差动输入端之间的等效交流电阻
8 共模输入电阻 icR
每个输入端对地之间的动态电阻
9 输出电阻 0R
输出端对地之间的动态电阻。
sett
0u
t
休息 1 休息 2
返回
§ 7.2 集成运放的一般结构
7, 2, 1 一般结构
7, 2, 2 典型集成运放电路 741
休息 1 休息 2
返回
7, 2, 1 一般结构
集成运放实际上是一个高增益的多级直接耦合放大器，集成运放
大体上由输入级，中间级，输出级和偏置电路四部分组成。
1 输入级：一般由差动放大电路构成
2 中间级：由一至二级直接耦合放大电路组成，主要承担放大
作用，还含有电平移位和双端－单端变换电路。
3 输出级：一般为互补推挽射级跟随器，以提高集成运放负载能力，
常还含有保护电路。
4 偏置电路：由电流源电路组成，为各级放大器设置合适的静态
工作点。
休息 1 休息 2
输出极输入极 中间极
偏置电路
u-
u+
uo输入极 中间极 输出极
偏置电路
返回
EC
-EC
7, 2, 2 典型集成运放电路 741
1 输入级：由 81 TT ? 构成共集 - 共基串接差动输入级。
其中,21,TT 为共集组态,43,TT 为共基组态，共同组成一对共集 - 共基组
态差放,75 ~ TT 构成系数为 1 的比例电流源，为组合差放管的有源负载,8T
为偏置电流源，该输入级特点,
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
① 利用 N PN 管 1T 和 2T β 大和横向 PN P 管 43,TT e 结击穿电压高的
优点，有好的 频率特性，并完成电平移位功能，输入级电流增益高,
差模输入电压范围大 。
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
1CI
IC8
IC2
IC3
② 具有共模负反馈作用，提高了共模抑制比,
如设：共模信号输入
????????? )(
219821 CCCCCC
IIIIII
输出共模电流受到抑制
???????
4C3C9C10C4B3B
IIIIII )()(
IB3+IB4 IC10
9CI
IC4
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
6CI?
16BI?
3CI?
mI
4CI??
?5CI?
③ 采用
765
,,TTT 有源负载，可实现双端 — 单端输出的转换,
设差模输入信号
41643
3
4
||||
CBCC
C
C
IIII
I
I
???????
?
?
?
??
?
? 6CI??
= 43454 2 CCCCC IIIII ?????????
单端输出电流是单管的 2 倍，得到和双端输出相同的效果,返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
2,中间级,16T 为射级输
出缓冲级,17T 构成以 AT 13
为有源负载的共射放大器。 C
BCA
T13等效电路
T13A
B
E
CBCA
T13
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
3,输出级,23T 构成以 BT 13 为有源负载的射随器作为输出级的
推动级，为消除交叉失真，在 T 23 射级电路中接有 81819,,RTT,
作为 2614 TT,的甲乙类偏置电路,2614 TT,为互补推挽射级输
出器。 休息 1 休息 2
- C
返回
EC
-EC- C
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
4,保护电路,15T 为 14T 的正向输出过载保护电路,15T 对 14T 有分流作
用,242221,,TTT 为 26T 的负向输出过载保护电路对 26T 有分流作用,23T
的一个发射级构成对 16T 基级的分流，防止 17T 饱和，从而保护 26T 管。
休息 1 休息 2返回
EC
-EC
7, 1, 2 典型集成运放电路 741
5,偏置电路：
13512
,,TRT
为偏置电流源，产生参考电
流 mAI
m
7.0? 。
101112
,TTT ? 组成微电流源。
9810
,TTT ? 镜像电流源为差
动输入级提供偏流
?? ?20
8C
I
另外为了保护 741 在负反馈应用
时的稳定性，在
16
T 基极和
17
T 集电极之间
接了内补偿电容，由于 米勒效应,30 pF 的
电容起到了一个大电容的补偿 作用。 ① 引脚
和 ⑤ 引脚外接调零电位器。
6
2
3
7
4
51
Im
Ic8
休息 1 休息 2
返回
EC
-EC
例 1 集成运算放大器的组成
输出极输入极 中间极
偏置电
路
u-
u+
uo输入极 中间极 输出极
偏置电
路
集成运算放大器的内部电
路大多为直接耦合多级放
大器。一般由 四部分电路
组成,右图中的电路为单
片中增益集成运算放大器
M C 1 5 3 0 的内部电路图。
（ 1 ） 输入级,T 2, T 3 构成
差动输入级,R 2, R 3 为集
电极负载,T 1, R 1, R 4,
R 5, D 1, D 2 构成射极恒流
电路，提供偏置电流。
（ 3 ）输出级,T 8 前置功放，
R 11 为负载电阻。 T 9 构成射
极输出器,T
1 0
,D
4
为有源
负载。
注意,许多集成运放的输出
级是由互补推挽电路构成。
（ 2 ）中间放大级：
T
4
,T
5
,R
7
构成双端输入，
单端输出的差动放大器。
T
6
构成射随器,T
7
, D
3
，
R
8
为有源负载。 R
9
为直流
电平移位作用，使运放实
现零输入时零输出。
（ 4 ）偏置电路：
T 1, R 1, R 4, R 5, D 1, D 2
D 3, T 7, R 8
T 1 0, D 4
为多级放大器提供偏置电流，
设置稳定合适的静态工作点。
电路仿真
继续
休息 1 休息 2
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