第集成運算放大器

1、第第4章章 集成運算放大器集成運算放大器復(fù)合管復(fù)合管4.4集成運算放大器概述集成運算放大器概述4.1差分放大電路差分放大電路4.2集成運放中的電流源集成運放中的電流源4.3集成運放的主要技術(shù)指標(biāo)集成運放的主要技術(shù)指標(biāo) 4.5集成運放的集成運放的電路模型電路模型 4.6集成運放的集成運放的種類和注意事項種類和注意事項4.54.74 .1 集成運算放大器概述集成運算放大器概述4.1.1 4.1.1 集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點（1 1）集成運放各級之間均采用直接耦合方式。因為在集成）集成運放各級之間均采用直接耦合方式。因為在集成 電路中，制作大容量的電容不太方便。電路中，制作大容量

2、的電容不太方便。（2 2）輸入級均采用差分放大電路。主要為抑制直接耦合電）輸入級均采用差分放大電路。主要為抑制直接耦合電 路存在的溫度漂移。路存在的溫度漂移。（3 3）大量采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，以提高其性能。）大量采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，以提高其性能。 （4 4）大量采用電流源結(jié)構(gòu)。一方面，用電流源進(jìn)行直流偏大量采用電流源結(jié)構(gòu)。一方面，用電流源進(jìn)行直流偏 置；另一方面，用電流源作有源負(fù)載代替無源元件（置；另一方面，用電流源作有源負(fù)載代替無源元件（ 電阻電阻R），這樣既可提高放大倍數(shù)，又可減小芯片面積。），這樣既可提高放大倍數(shù)，又可減小芯片面積。（5 5）電路中的二極管，大多采用三極管的結(jié)構(gòu)，把發(fā)射極、）電路

3、中的二極管，大多采用三極管的結(jié)構(gòu)，把發(fā)射極、 基極和集電極適當(dāng)配合使用。主要用作溫度補償或電基極和集電極適當(dāng)配合使用。主要用作溫度補償或電 平偏移。平偏移。4.1.2 4.1.2 集成運放的組成及各部分的作用集成運放的組成及各部分的作用兩個兩個輸入端輸入端一個一個輸出端輸出端若若將將集成運放看成為一個集成運放看成為一個“黑盒子黑盒子”，則可等效為一個雙，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。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，小，溫

4、度漂移小溫度漂移小。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。要求有足夠大大的的電壓電壓放大放大倍數(shù)倍數(shù)。功率級，多采用準(zhǔn)互補輸出級。要求功率級，多采用準(zhǔn)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。為各級為各級放大電路設(shè)置合適放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。采的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。用電流源電路。4.2第第8章章4.3.14.24.2 差分放大電路差分放大電路4.2.1 雙端輸入、雙端輸出差分放大電路雙端輸入、雙端輸出差分放大電路1 1電路組成電路組成2 2靜態(tài)分析靜態(tài)分析eQEBEQbBQEERIVRIV2QCeBEQE

5、EQEIRVVI21QEQBIIBEQCCQCCEQCQCEQVRIVVVV選合適的選合適的VEE和和Re就就可得合適的可得合適的Q點點3 3對差模信號的放大作用對差模信號的放大作用)(2bebBIdrRiv)2/(2LcCOdRRiv)2/(2LcBRRiIdOddvvAbebLcrRRR)2/(bebLrRR)(2bebirRRcoRR24 4對共模信號的抑制作用對共模信號的抑制作用IcI2I1vvv0C2C1Ocvvv0IcOccvvAcdCMRAAK共模抑制比共模抑制比4.2.2 雙端輸入、單端輸出差分放大電路雙端輸入、單端輸出差分放大電路1 1靜態(tài)分析靜態(tài)分析 由于輸入回路沒有變由于

6、輸入回路沒有變化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但與雙端輸出時一樣。但是是VCEQ1 VCEQ2。cQCCCRVV1CQLQCIRV1CQLccLCCLcLQCIRRRRVRRRV1QEQCQCEVVV111BEQCQLccLCCLcLVIRRRRVRRRQEQCQCEVVV222BEQCCQCCVRIV2差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)221IdIIvvv)(2bebBIdrRiv)/(LcCOdRRiv)/(LcBRRiIdOddvvA)(2)/(bebLcrRRRbebLrRR21)(2bebirRRcoRR bebLdrRRA21在電路輸入不變的情在電路輸入不變的情況下，

7、輸出電壓從況下，輸出電壓從C2輸出，輸出， 3共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)IcIIvvv21無無旁路電容旁路電容Ce時：時：ebeL)(1RrRAvebeL)(1RrRAvebebLIcOccRrRRvvA)1 (2cdCMRAAK)(2)1 (2bebebebrRRrR)(beberRR4.2.3 單端輸入差分放大電路單端輸入差分放大電路共模輸入電壓共模輸入電壓差模輸入電壓差模輸入電壓2IcIdOvAvAv4.2.4 具有恒流源的差分放大電路具有恒流源的差分放大電路bebeCMRrRRKEE212R2VRRRV3BE3R2E3C3 RVVII2 C3E2E1III等效電阻等效電阻為無窮大為無窮大

8、近似為近似為恒流恒流4.3 集成運放中的電流源集成運放中的電流源4.3.1 電流源電流源1. 鏡像電流源鏡像電流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIVV，B0CR2IIIRC1 2II，則若基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RVVI)(BECCRRC12IIC0C1IIC1C2II 2. 比例電流源比例電流源00eBECCRRRVVI0eCCRRV111000eEBEeEBERIVRIV1100eEeERIRI10011eeEERCRRIIII3. 微電流源微電流源eCERIRIVVV1e1BEBE1BE000CEIIRVICCRTBEVVSCeIiSRTSETBEIIVII

9、VVlnln00SCTSETBEIIVIIVV111lnln11lnCReTCIIRVIeCERIRIVVV1e1BEBE1BE0eBE11RVIIEC4.3.2 有源負(fù)載有源負(fù)載11212)/(bebLceceOIOdriRrrivvA112112)/(2bebLcececriRrri1211)/(beLcecerRrr24CCOiii21CCii)(11CCii12Ci)/(21ceceLrrR 若11beLdrRA4.4 復(fù)合管復(fù)合管復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。目的：增大目的：增大，減小前級驅(qū)動電流，改變管子的類型。減小前級

10、驅(qū)動電流，改變管子的類型。 不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管。管。iB方向決定復(fù)方向決定復(fù)合管的類型合管的類型21CCCiii11211)1 (BBii12121)(Bi)(21211BCii21211)1 (bebeberrr4.5 集成運放的主要技術(shù)指標(biāo)集成運放的主要技術(shù)指標(biāo)1. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益Aod20lgAod通用運放的通用運放的Aod可達(dá)可達(dá)100dB以上。以上。2. 差模輸入電阻差模輸入電阻rid性能好的集成運放，輸入電阻在性能好的集成運放，輸入電阻在1M以上。以上。 3. 共模抑制比共模抑制比KCMR 性能好的運放，性能

11、好的運放， KCMR可達(dá)可達(dá)120dB以上。以上。 4. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIO 使使VO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 5. 輸入失調(diào)電壓的溫漂輸入失調(diào)電壓的溫漂 dTdVIO 6. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO21BBIOIII 7. 輸入失調(diào)電流的溫漂輸入失調(diào)電流的溫漂 dTdIIO 8. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB)(2121BBIBIII 9. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓VIc(max) 10. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓VId(max) 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

12、級放大管擊穿11. -3dB帶寬帶寬 fH 通用型運放只有十幾到幾百通用型運放只有十幾到幾百Hz 12. 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR maxdtdvSoR這個指標(biāo)反映了集成運放對于高速變化的輸入信號的響這個指標(biāo)反映了集成運放對于高速變化的輸入信號的響應(yīng)能力。應(yīng)能力。 4.6 4.6 集成運放的電路模型集成運放的電路模型4.6.1 集成運放的開環(huán)電壓傳輸特性集成運放的開環(huán)電壓傳輸特性IodNPodOvAvvAv)(4.6.2 集成運放的理想化模型集成運放的理想化模型(1)odA(2)CMRK(3)idr(5)021BBII(4)0or(6)IOIIOVdTdIIOdTdVIO均為均為0。(7)Hf集成

13、運放的理想化傳輸特性集成運放的理想化傳輸特性4.6.3 理想運放的分析方法理想運放的分析方法 1. 線性區(qū)的分析方法線性區(qū)的分析方法 （1）“虛短虛短”原則原則odONPIAvvvv0NPvv （2）“虛斷虛斷”原則原則idr0II 2. 非線性區(qū)的分析方法非線性區(qū)的分析方法NPvvomOVv（接近（接近+VCC）NPvv omOVv（接近（接近-VCC）在非線性區(qū)，在非線性區(qū)，“虛斷虛斷”原則仍然適用原則仍然適用 NPvv虛短原則不再適用。虛短原則不再適用。4.7 集成運放的種類和使用注意事項集成運放的種類和使用注意事項4.7.1 集成運放的種類集成運放的種類通用型運放的各種參數(shù)指標(biāo)都不算太

14、高，但比較均衡。其價格便宜，通用型運放的各種參數(shù)指標(biāo)都不算太高，但比較均衡。其價格便宜，應(yīng)用范圍廣，通用性強，基本上能兼顧到各方面的要求。適用于量應(yīng)用范圍廣，通用性強，基本上能兼顧到各方面的要求。適用于量大面廣，沒有特殊要求的場合。大面廣，沒有特殊要求的場合。 專用型運放在某一項或幾項性能上特別優(yōu)良，而其它參數(shù)一般。適專用型運放在某一項或幾項性能上特別優(yōu)良，而其它參數(shù)一般。適用于對某些性能有特殊要求的場合。用于對某些性能有特殊要求的場合。 1高精度型（儀用型）高精度型（儀用型）具有低失調(diào)、低溫漂、低噪聲和高增益等特點。它一具有低失調(diào)、低溫漂、低噪聲和高增益等特點。它一般用在毫伏級或更低量級的微

15、弱信號檢測、計算及高般用在毫伏級或更低量級的微弱信號檢測、計算及高精度自動控制儀器儀表中。精度自動控制儀器儀表中。 2高速型高速型具有轉(zhuǎn)換速率高、單位增益帶寬寬的特點，具有快速具有轉(zhuǎn)換速率高、單位增益帶寬寬的特點，具有快速跟蹤輸入信號電壓的能力。主要應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集跟蹤輸入信號電壓的能力。主要應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速系統(tǒng)、高速A/DA/D和和D/AD/A轉(zhuǎn)換器、高速采樣轉(zhuǎn)換器、高速采樣保持電路等保持電路等電路中。電路中。 3高輸入阻抗型高輸入阻抗型輸入阻抗高，輸入電流小，其輸入阻抗一般不低于輸入阻抗高，輸入電流小，其輸入阻抗一般不低于10M10M。適用于小電流測量電路、高輸入阻抗測量電路

16、、光電探測適用于小電流測量電路、高輸入阻抗測量電路、光電探測器等電路。器等電路。 4高壓型高壓型具有輸出電壓高或輸出功率大的特點。具有輸出電壓高或輸出功率大的特點。 5大功率型大功率型輸出電流大、電源電壓高、輸出功率大。輸出電流大、電源電壓高、輸出功率大。 6低功耗型低功耗型具有靜態(tài)功耗低（一般在具有靜態(tài)功耗低（一般在5mW5mW以下）、工作電源電壓低等以下）、工作電源電壓低等特點。特點。適用于便攜式儀器或產(chǎn)品、航空航天儀器中使用適用于便攜式儀器或產(chǎn)品、航空航天儀器中使用 。 7多元型多元型在一個芯片上同時集成在一個芯片上同時集成2個或個或2個以上獨立的運放。個以上獨立的運放。 8單電源型單電

17、源型4.7.2 典型集成運放芯片介紹典型集成運放芯片介紹1LM324（通用型四運放）（通用型四運放）2OP07（低失調(diào)單運放）（低失調(diào)單運放）受用戶歡迎的通用型集成運放受用戶歡迎的通用型集成運放輸入失調(diào)電壓非常低（最大輸入失調(diào)電壓非常低（最大25V），無需進(jìn)行外部調(diào)零。），無需進(jìn)行外部調(diào)零。低偏流（低偏流（2nA）其缺點是速度不高，只能用于低頻場合。）其缺點是速度不高，只能用于低頻場合。3LF353（雙電路（雙電路JEFT輸入運算放大器）輸入運算放大器）4ICL7650（斬波穩(wěn)零運算放大器）（斬波穩(wěn)零運算放大器）它的失調(diào)電壓非常低，可用于放大非常微弱的直流信號，它的失調(diào)電壓非常低，可用于放大非

18、常微弱的直流信號，因此常用于測試設(shè)備中。因此常用于測試設(shè)備中。其特點是工作電壓高，頻率響應(yīng)快。其特點是工作電壓高，頻率響應(yīng)快。 5AD508（高精度運放）（高精度運放）AD508是美國模擬器件公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，是一種高精度是美國模擬器件公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，是一種高精度運算放大器，其運算精度高達(dá)運算放大器，其運算精度高達(dá)0.003%。4.7.3 集成運放的使用注意事項集成運放的使用注意事項1集成運放的選用集成運放的選用首先，根據(jù)信號源是電壓源還是電流源、信號源內(nèi)阻的首先，根據(jù)信號源是電壓源還是電流源、信號源內(nèi)阻的大小、信號的幅值及頻率范圍等，選擇運放的輸入電阻、大小、信號的幅值及頻率范圍等，選擇運放的輸入電阻、單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率等符合要求的參數(shù)。單位增益帶寬、轉(zhuǎn)換速率等符合要求的參數(shù)。其次，根據(jù)精度和靈敏度要求，選擇開環(huán)電壓增益、失其次，根據(jù)精度和靈敏度要求，選擇開環(huán)電壓增益、失調(diào)電壓、失調(diào)電流、轉(zhuǎn)換速率；根據(jù)環(huán)境溫度變化范圍，調(diào)電壓、失調(diào)電流、轉(zhuǎn)換速率；根據(jù)環(huán)境溫度變化范圍，選擇失調(diào)電壓溫漂、失調(diào)電流溫漂等