第四章集成運算放大電路PPT課件

1、第四章 集成運算放大電路4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 集成運放中的電流源集成運放中的電流源4.3 4.3 集成運放的電路分析及其性能指標集成運放的電路分析及其性能指標4.14.1 概述一、集成運放的特點一、集成運放的特點二、集成運放電路的組成二、集成運放電路的組成三、集成運放的電壓傳輸特性三、集成運放的電壓傳輸特性 一、集成運放的特點（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大電路和電流源電路。差分放大電路和電流源電路。（2 2）用復雜電路實現(xiàn)高性能的放大電路，因為電路的復雜）用復雜電路實現(xiàn)高性能的放大電路，因為電路

2、的復雜化并不帶來工藝的復雜性。化并不帶來工藝的復雜性。（3 3）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。的大電阻。（4 4）采用復合管。）采用復合管。 集成運算放大電路，簡稱集成運放，是一個高性能的直接集成運算放大電路，簡稱集成運放，是一個高性能的直接耦合多級放大電路。因首先用于信號的運算，故而得名。耦合多級放大電路。因首先用于信號的運算，故而得名。二、集成運放電路的組成兩個兩個輸入端輸入端一個一個輸出端輸出端 若將集成運放看成為一個若將集成運放看成為一個“黑盒子黑盒子”，則可等效為一個，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大

3、電路。雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。集成運放電路四個組成部分的作用前置級，多采用差分放大電路。要求前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，輸入端耐壓高。小，輸入端耐壓高。主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。的放大能力。功率級，多采用準互補輸出級。要求功率級，多采用準互補輸出級。要求Ro小，最小，最大不失真輸出電壓盡可能大。大不失真輸出電壓盡可能大。為各為各級放大電路設置級放大電路設置合適的靜態(tài)工作合適的靜態(tài)工作點。采用電流源點。采用電流源電路。電路。三、集成運放的電壓傳輸特性 由于由于Aod高達幾十萬倍，所以

4、集成運放工作在線性區(qū)時的高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓最大輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN) Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。是開環(huán)差模放大倍數(shù)。非線非線性區(qū)性區(qū) (uPuN)的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是UOM , 就是就是UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。，即集成運放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)4.24.2 集成運放中的電流源一、鏡像電流源一、鏡像電流源二、微電流源二、微電流源三、多路電流源三、多路電流源四、有源負載四、有源負載一、鏡像電

5、流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，則若在電流源電路中充分利用集成運放中晶體管性能的一致性。在電流源電路中充分利用集成運放中晶體管性能的一致性。電路中有負反電路中有負反饋嗎？饋嗎？基準電流基準電流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III二、微電流源eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBE)(E1E0SEe eUUUUUIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E設計過程很簡單，首先確定設計過程很簡單，首先確定IE0和和IE1

6、，然后選定，然后選定R和和Re。超越超越方程方程Re要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。三、多路電流源 根據(jù)所需靜態(tài)電流，來根據(jù)所需靜態(tài)電流，來選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。 根據(jù)所需靜態(tài)電流，來根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定集電結面積。確定集電結面積。 根據(jù)所需靜態(tài)電流，根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定溝道尺寸。來確定溝道尺寸。四、有源負載哪只管子為放大管？哪只管子為放大管？其集電結靜態(tài)電流約為多少？其集電結靜態(tài)電流約為多少？靜態(tài)時靜態(tài)時UIQ為多少？為多少？為什么要考慮為什么要考慮 h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu用于共射放大

7、電路2. 用于差分放大電路電路的輸入、輸出方式？電路的輸入、輸出方式？如何設置靜態(tài)電流？如何設置靜態(tài)電流？靜態(tài)時靜態(tài)時iO約為多少？約為多少？動態(tài)時動態(tài)時iO約為約為多少？多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使單端輸出電路使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出時似等于雙端輸出時的差模放大倍數(shù)。的差模放大倍數(shù)。0 C2C4Oiii靜態(tài)：靜態(tài)：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，動態(tài)：動態(tài)：4.34.3 集成運放的電路分析及其性能指標二、讀圖舉例二、讀圖舉例三、集成運放的性能指標三、集成運放的性能指標一、讀圖方法一、讀圖方法一、讀

8、圖方法了解要分析的電路的應用場合、用途和技術了解要分析的電路的應用場合、用途和技術指標。指標。將整個電路圖分為各自具有一定功能的基本將整個電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。電路。定性分析每一部分電路的基本功能和性能。定性分析每一部分電路的基本功能和性能。電路相互連接關系以及連接后電路實現(xiàn)的功電路相互連接關系以及連接后電路實現(xiàn)的功能和性能。能和性能。必要時可估算或利用計算機計算電路的主要必要時可估算或利用計算機計算電路的主要參數(shù)。參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。二、舉例：F007通用型集成運放通用型集成運放 對于集成運放電路，應首先找出偏置電路，

9、然后根據(jù)信對于集成運放電路，應首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。 若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個電流往往是偏置電路中的基準電流。這個電流往往是偏置電路中的基準電流。找出偏置電路雙端輸入、單端雙端輸入、單端輸出差分放大電輸出差分放大電路路以復合管為放大管、以復合管為放大管、恒流源作負載的共恒流源作負載的共射放大電路射放大電路用用UBE倍增電路消倍增電路消除交越失真的除交越失真的準準互補輸出級互補輸出級三級放大電路三級放大電路簡化電路分解電路輸

10、入級的分析 T3、T4為橫向為橫向PNP型管，輸型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。幅值大。共基形式頻帶寬。共集共集-共基形式共基形式Q點的穩(wěn)定：點的穩(wěn)定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9與與IC8為鏡像關系為鏡像關系IC9，因，因IC10不變不變 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2從基極輸入、射極輸出從基極輸入、射極輸出T3和和T4從射極輸入、集電極輸出從射極輸入、集電極輸出輸入級的分析T7的作用：的作用：抑制共模信號抑制共模信號 T5、T6分別是分別是T3、T4

11、的有源負的有源負載，而載，而T4又是又是T6的有源負載，增的有源負載，增大電壓放大倍數(shù)。大電壓放大倍數(shù)。作用？作用？+_放大差模信號放大差模信號+_特點：特點：輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉換（即對并完成電平轉換（即對“地地”輸輸出）。出）。中間級的分析 中間級是主放大器，它中間級是主放大器，它所采取的一切措施都是為所采取的一切措施都是為了增大放大倍數(shù)。了增大放大倍數(shù)。 F007的中間級是以復合的中間級是以復合管為放大管、采用有源負管為放大管、采用有源負載的共射放大電路。由于載的共射放大電路。由于

12、等效的集電極電阻趨于無等效的集電極電阻趨于無窮大，故動態(tài)電流幾乎全窮大，故動態(tài)電流幾乎全部流入輸出級。部流入輸出級。中間級中間級輸出級輸出級輸出級的分析 D1和和D2起過流保護作用，未起過流保護作用，未過流時，兩只二極管均截止。過流時，兩只二極管均截止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1導導通，為通，為T14基極分流，從而?；鶚O分流，從而保護護了了T14。準互補輸出級，準互補輸出級，UBE倍增電路消除交越失真。倍增電路消除交越失真。中間級中間級輸出級輸出級電流采樣電阻電流采樣電阻特點：特點：輸出電阻小輸出電阻小最大不失真輸出電壓高最大不失真輸出電壓高判斷同

13、相輸入端和反相輸入端判斷同相輸入端和反相輸入端 輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。能力強、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。三、集成運放的主要性能指標 開環(huán)差模增益開環(huán)差模增益 Aod 106dB 差模輸入電阻差模輸入電阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 輸入失調電壓輸入失調電壓 UIO 1mV 0 UIO的溫漂的溫漂d UIO/dT() 幾幾V/ 0 輸入失調電流輸入失調電流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0 UIO的溫漂的溫漂d UIO/dT() 幾幾nA/ 0 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓 UIcmax 13V 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓 UIdmax 30V -3dB帶寬帶寬 fH 10Hz 轉換速率轉換速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 20lgAod使使uO為為0在輸入端所加的補償電壓在輸入端所加的補償電壓超過此值不能正常放大超過此值不能正常放大差模信號差模信號超過此值輸入級放大管擊穿超過此值輸入級放大管擊穿討論1. 輸入級采用什么措施增大放大倍數(shù)？輸入級采