[物理]集成運(yùn)算放大電路ppt課件

1、本章目錄本章目錄第第5章集成運(yùn)算放大電路章集成運(yùn)算放大電路集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)5.1集成運(yùn)放的主要技術(shù)目的集成運(yùn)放的主要技術(shù)目的5.2集成運(yùn)放的根本組成部分集成運(yùn)放的根本組成部分5.3集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路5.4理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器5.5各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)5.6集成運(yùn)放運(yùn)用中的幾個(gè)詳細(xì)問題集成運(yùn)放運(yùn)用中的幾個(gè)詳細(xì)問題5.7掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；了解：差分放大電路的組成和任務(wù)原理；差分放大電了解：差分放大電路的組成和任務(wù)原理；差分放大電路四種輸入輸出方式時(shí)差分放大電路

2、的性能特點(diǎn)；路四種輸入輸出方式時(shí)差分放大電路的性能特點(diǎn)；各種電流源的任務(wù)原理；集成運(yùn)算放大器的主要技各種電流源的任務(wù)原理；集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)目的的含義；理想運(yùn)放的概念，正確了解術(shù)目的的含義；理想運(yùn)放的概念，正確了解“虛短虛短和和“虛斷的含義。虛斷的含義。了解：集成運(yùn)放內(nèi)部構(gòu)造的特點(diǎn)，各個(gè)根本組成部分了解：集成運(yùn)放內(nèi)部構(gòu)造的特點(diǎn)，各個(gè)根本組成部分的作用；不同類型集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)；集成運(yùn)放的作用；不同類型集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)；集成運(yùn)放運(yùn)用過程中的詳細(xì)問題。運(yùn)用過程中的詳細(xì)問題。集成電路簡稱集成電路簡稱 IC (Integrated Circuit)集成電路按集成電路按其功能分其功能分?jǐn)?shù)字集成

3、電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路模擬集成模擬集成電路類型電路類型集成運(yùn)算放大器；集勝利率放大器；集成運(yùn)算放大器；集勝利率放大器；集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓集成比較器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓器；集成數(shù)器；集成數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。數(shù)轉(zhuǎn)換器等。5.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)集成電路的外形集成電路的外形圖圖 4.1.1集成電路的外形集成電路的外形(a)(a)雙列直插式雙列直插式(b)(b)圓殼式圓殼式(c)(c)扁平式扁平式集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1. 對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路

4、。對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2. 集成電路中電阻，其阻值范圍普通在幾十歐到幾十集成電路中電阻，其阻值范圍普通在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想方法。千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想方法。3. 在芯片上制造三極管比較方便，經(jīng)常用三極管替在芯片上制造三極管比較方便，經(jīng)常用三極管替代電阻代電阻(特別是大電阻特別是大電阻)。4. 在芯片上制造比較大的電容和電感非常困難，電在芯片上制造比較大的電容和電感非常困難，電路通常采用直接耦合電路方式。路通常采用直接耦合電路方式。5. 集成電路中的集成電路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差別較大，值差別較大，通常通常 P

5、NP 的的 10 。+A反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸輸 出出 端端圖圖 5.2.1運(yùn)算放大器的符號(hào)運(yùn)算放大器的符號(hào)5.2集成運(yùn)放的主要技術(shù)目的集成運(yùn)放的主要技術(shù)目的uo+Au+u 1、開環(huán)差模電壓增益、開環(huán)差模電壓增益 Aod普通用對(duì)數(shù)表示，定義為普通用對(duì)數(shù)表示，定義為 UUUAlg20-Ood單位：分貝單位：分貝理想情況理想情況 Aod 為無窮大；為無窮大； 實(shí)踐情況實(shí)踐情況 Aod 為為 100 140 dB。2、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓 UIO定義：定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電壓。普通運(yùn)放：普通運(yùn)放：U

6、IO 為為 1 10 mV；高質(zhì)量運(yùn)放：高質(zhì)量運(yùn)放：UIO 為為 1 mV 以下。以下。將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。3、輸入失調(diào)電壓溫漂、輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO 定義：定義：TUUddIOIO 普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 每度每度 10 20 V；高質(zhì)量運(yùn)放低于每度高質(zhì)量運(yùn)放低于每度 0.5 V 以下；以下；4、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流 IIO當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流之差，即之差，即定義：定義：B2B1IOIII 輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 幾十幾十 一百一百nA；高質(zhì)量的低于；高

7、質(zhì)量的低于 1 nA。5、輸入失調(diào)電流溫漂、輸入失調(diào)電流溫漂 IIO定義：定義：TIIddIOIO 普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。6、輸入偏置電流、輸入偏置電流 IIB定義：定義：輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 7、差模輸入電阻、差模輸入電阻 rid8、共模抑制比、共模抑制比 KCMR定義：定義：IdIdidIUr 普通集成運(yùn)放為幾兆歐。普通集成運(yùn)放為幾兆歐。定義：定義：ocodCMRlg20AAK 多數(shù)集成運(yùn)放在多數(shù)集成運(yùn)放在 80 dB 以上，

8、高質(zhì)量的可達(dá)以上，高質(zhì)量的可達(dá) 160 dB。9、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓 UIcm輸入端所能接受的最大共模電壓。輸入端所能接受的最大共模電壓。10、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓 UIdm 反相輸入端與同相輸入端之間可以接受的最大電壓。反相輸入端與同相輸入端之間可以接受的最大電壓。11、 - 3 dB帶寬帶寬 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 時(shí)的頻率。普通集成運(yùn)放時(shí)的頻率。普通集成運(yùn)放 fH 只需幾赫至幾千赫。只需幾赫至幾千赫。12、 單位增益帶寬單位增益帶寬 BWGAod 降至降至 0 dB 時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于倍數(shù)等

9、于 1 。13、 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SR 額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號(hào)時(shí)，額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號(hào)時(shí)，輸出電壓的最大變化率。單位為輸出電壓的最大變化率。單位為 V / s 。在實(shí)踐任務(wù)中，輸入信號(hào)的變化率普通不要大于集在實(shí)踐任務(wù)中，輸入信號(hào)的變化率普通不要大于集成運(yùn)放的成運(yùn)放的 SR 值。值。其他技術(shù)目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸其他技術(shù)目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。出電阻等。本質(zhì)上是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路5.3集成運(yùn)放的根本組成部分集成運(yùn)放的根本組成部

10、分輸入級(jí)對(duì)整個(gè)運(yùn)算輸入級(jí)對(duì)整個(gè)運(yùn)算放大器的性能目的放大器的性能目的影響較大，通常采影響較大，通常采用差動(dòng)放大器，以用差動(dòng)放大器，以減小零點(diǎn)漂移；減小零點(diǎn)漂移；中間放大級(jí)主要完中間放大級(jí)主要完成電壓放大義務(wù)，成電壓放大義務(wù)，要求有高的電壓增要求有高的電壓增益，普通采用帶有益，普通采用帶有源負(fù)載的共射極電源負(fù)載的共射極電壓放大器。壓放大器。偏置電路主要為各偏置電路主要為各級(jí)放大器提供適宜級(jí)放大器提供適宜的靜態(tài)任務(wù)電流，的靜態(tài)任務(wù)電流，它與分立元件的偏它與分立元件的偏置電路有較大區(qū)別。置電路有較大區(qū)別。輸出級(jí)的義務(wù)是輸出級(jí)的義務(wù)是進(jìn)展功率放大，進(jìn)展功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載任務(wù)，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載任務(wù)，普通采用互

11、補(bǔ)對(duì)普通采用互補(bǔ)對(duì)稱的功率放大器。稱的功率放大器。17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置電路輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)5.3.1偏置電路偏置電路向各放大級(jí)提供適宜的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)任向各放大級(jí)提供適宜的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。務(wù)點(diǎn)。 各個(gè)放大級(jí)對(duì)偏置電流的要求各不一樣。對(duì)于輸入級(jí)，各個(gè)放大級(jí)對(duì)偏置電流的要求各不一樣。對(duì)于輸入級(jí)，通常要求提供一個(gè)比較小通常要求提供一個(gè)比較小(普通為微安

12、級(jí)普通為微安級(jí))的偏置電流，而且的偏置電流，而且應(yīng)該非常穩(wěn)定，以便提高集成運(yùn)放的輸入電阻，降低輸入偏應(yīng)該非常穩(wěn)定，以便提高集成運(yùn)放的輸入電阻，降低輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等。置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等。 在集成運(yùn)放中，常用的偏置電路有以下幾種：在集成運(yùn)放中，常用的偏置電路有以下幾種： 鏡像電流源、比例電流源和微電流源。鏡像電流源、比例電流源和微電流源。1、鏡像電流源、鏡像電流源那么基準(zhǔn)電那么基準(zhǔn)電流流特點(diǎn)：T1T2參數(shù)完全一樣， UBE1 = UBE2IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = ICIIIIICREFBREFC22整理得整理得II211REFC普通普通

13、2 時(shí)，那么時(shí)，那么RVIICCREFC輸出電流輸出電流IC2看作是看作是IREF的的鏡像，因此稱為鏡像電流源。鏡像，因此稱為鏡像電流源。RUVI1BECCREF T1集電極電流集電極電流+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2圖圖 5.3.1鏡像電流源鏡像電流源優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單；構(gòu)造簡單；有一定的溫度補(bǔ)償作用。有一定的溫度補(bǔ)償作用。+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2IC1IC1IREFIB1UBEURIC自動(dòng)穩(wěn)定過程如下：自動(dòng)穩(wěn)定過程如下：RCCBEUVUII211REFC缺陷：不適用于直流電源在大缺陷：不

14、適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。RVIICCREFC+VCCRIREF+ T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例電流源、比例電流源R1R2由圖可得基極電位由圖可得基極電位UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，那么那么22E11ERIRI 忽略基極電流，可得忽略基極電流，可得REF211C212CIRRIRRI 兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。阻值成反比，故稱為比例電流源。圖圖 5.3.2比例電流源比例電流源優(yōu)

15、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單；構(gòu)造簡單；有較好的溫度補(bǔ)償作用。有較好的溫度補(bǔ)償作用。l假設(shè)輸入級(jí)要求提供假設(shè)輸入級(jí)要求提供A級(jí)的偏置電流，那么所用的級(jí)的偏置電流，那么所用的電阻將到達(dá)兆歐級(jí)，在集成電路中無法實(shí)現(xiàn)。電阻將到達(dá)兆歐級(jí)，在集成電路中無法實(shí)現(xiàn)。缺陷：缺陷：+VCCRIREF+ T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2R1R2l不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。3、微電流源、微電流源 在模擬集成電路中，器件的任務(wù)電流很小，普通在A級(jí)以下。假設(shè)用以上電流源，要求電阻到達(dá)幾百千歐以上，這在集成電路中是很難到達(dá)的。可以在鏡像電流源的根底上接

16、入電阻 Re2。+VCCRIREF T1 T2IC22IBIC1Re2222/eBEECRUII由于由于UBE很小，所以很小，所以IC2也很小，因此稱為微電流源。也很小，因此稱為微電流源。圖圖 5.3.3微電流源微電流源引入引入Re2后，后，UBE2 UBE1，IC2Uim ，即，即u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +UOPP uId-Uim ，即，即 u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +Uopp u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = Uopp u+ u uo +UoppUopp理想特性理想特性實(shí)踐特性實(shí)踐特性 O掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；掌握：差動(dòng)放大電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的分析方法；了解：差分放大電路的組成和任務(wù)原理；差分放大電了解：差分放大電路的組成和任務(wù)原理；差分放大電路四種