模擬電子技術(shù)4

1、第四章集成運(yùn)算放大電路第四章集成運(yùn)算放大電路4.14.1集成運(yùn)算放大電路概述集成運(yùn)算放大電路概述4.24.2集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放中的電流源電路4.34.3集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介4.54.5集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇4.44.4集成運(yùn)放的指標(biāo)及低頻等效電路集成運(yùn)放的指標(biāo)及低頻等效電路4.64.6集成運(yùn)放大的使用集成運(yùn)放大的使用本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1.1.集成電路的特點(diǎn)。集成電路的特點(diǎn)。2.2.偏置電路（電流源）的作用、分類及計(jì)算。偏置電路（電流源）的作用、分類及計(jì)算。3.3.理想集成運(yùn)算放大電路（理想集成運(yùn)算放大電路（ICIC）的性能指標(biāo)。的性能指標(biāo)

2、。本章討論的問(wèn)題：本章討論的問(wèn)題：1.1.什么是集成運(yùn)算放大電路？將分立元件直接耦合放大電路做在一個(gè)什么是集成運(yùn)算放大電路？將分立元件直接耦合放大電路做在一個(gè)硅片上就是集成運(yùn)放嗎？集成運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？硅片上就是集成運(yùn)放嗎？集成運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？2.2.集成運(yùn)放由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？集成運(yùn)放由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？3.3.如何設(shè)置集成運(yùn)放中各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)？如何設(shè)置集成運(yùn)放中各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)？4.4.集成運(yùn)放的電壓傳輸特性有什么特點(diǎn)？集成運(yùn)放的電壓傳輸特性有什么特點(diǎn)？5.5.如何評(píng)價(jià)集成運(yùn)放的性能？有哪些主要指標(biāo)？如何評(píng)價(jià)集成運(yùn)放的性能？有

3、哪些主要指標(biāo)？6.6.集成運(yùn)放有哪些類型？如何選擇？使用時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？集成運(yùn)放有哪些類型？如何選擇？使用時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？4.14.1集成運(yùn)算放大電路概述集成運(yùn)算放大電路概述集成電路簡(jiǎn)稱集成電路簡(jiǎn)稱 IC IC ( (Integrated Integrated CircuitCircuit) )集成電路按集成電路按其功能分其功能分?jǐn)?shù)字集成電路數(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；集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器集成比較器；集成乘法器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓集成

4、穩(wěn)壓器器；集成數(shù)；集成數(shù)/ /?；蚰Ｄ；蚰? /數(shù)轉(zhuǎn)換器等。數(shù)轉(zhuǎn)換器等。集成電路的外形集成電路的外形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4.1.14.1.1集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一一. . 對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。二二. . 集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。三三. . 在芯片上制作三極管比較

5、方便，常常用三極管在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代替代替電阻電阻( (特別是大電阻特別是大電阻) )。四四. . 在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，在芯片上制作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。電路通常采用直接耦合電路方式。五五. . 集成電路中的集成電路中的 NPN NPN 、 PNP PNP管的管的 值差別較大，值差別較大，通常通常 PNP PNP 的的 10 10 。常采用復(fù)合管的形式。常采用復(fù)合管的形式。一、輸入級(jí)一、輸入級(jí)差分電路，大大減少溫漂。差分電路，大大減少溫漂。二、中間級(jí)二、中間級(jí)采用采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，增益大。有源負(fù)載的共發(fā)射

6、極電路，增益大。三、輸出級(jí)三、輸出級(jí) 互補(bǔ)對(duì)稱互補(bǔ)對(duì)稱 電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)四、偏置電路四、偏置電路電流源電路，為各級(jí)提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。電流源電路，為各級(jí)提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸入級(jí)輸入級(jí)偏置電路偏置電路中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)+ + u uo o u uidid4.1.24.1.2集成運(yùn)放電路的組成及其各部分的作用集成運(yùn)放電路的組成及其各部分的作用實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。圖圖 4.1.1 4.1.1集成運(yùn)算的基本組成集成運(yùn)算的基本組成4.1.34.1.3集成運(yùn)放的電壓傳輸特集成運(yùn)放的電壓傳輸特性性

7、圖 4.1.2集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性u(píng) uO O= =f(uf(uP P-u-uN N) )+ +A Aododu uP Pu uN Nu uO Ou uO Ou uP P-u-uN N集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端分別為同相輸入端集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端分別為同相輸入端u uP P和反向輸入端和反向輸入端u uN N。電壓傳輸特性電壓傳輸特性輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即之間存在線性放大關(guān)系，即)(odONPuuAu集成運(yùn)放的工作區(qū)域集成運(yùn)放的工作區(qū)域線性區(qū)域：線性區(qū)域：A Aodod為差模開環(huán)放大倍數(shù)為差模開環(huán)放大倍數(shù)非線性區(qū)域：非線性區(qū)域：輸出電

8、壓只有兩種可能的情況：輸出電壓只有兩種可能的情況：+ +U UOMOM或或- -U UOMOMU UOMOM為輸出電壓的飽和電壓。為輸出電壓的飽和電壓。u uO Ou uP P-u-uN N+ +U UOMOM- -U UOMOM4.2集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放電路中的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管除了作為集成運(yùn)放電路中的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管除了作為放大管外，還構(gòu)成放大管外，還構(gòu)成電流源電路電流源電路，為各級(jí)提供合為各級(jí)提供合適的靜態(tài)電流適的靜態(tài)電流; ;或作為或作為有源負(fù)載有源負(fù)載取代高阻值電阻取代高阻值電阻，從而增大放，從而增大放大電路的電壓放大倍數(shù)。大電路的電壓放大倍數(shù)。4.2.14.2.1基本電流源

9、電路基本電流源電路一、鏡像電流源一、鏡像電流源 ( (電流鏡電流鏡 Current MirrorCurrent Mirror) )+ +V VCCCCR RI IREFREF+ + +T T1 1T T2 2I IC2C2I IB1B1I IB2B22 2I IB BI IC1C1U UBE1BE1U UBE2BE2RUVI1BECCREF 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流由于由于 U UBE1BE1 = = U UBE2BE2，T T1 1與與 T T2 2 參數(shù)基本相同，則參數(shù)基本相同，則I IB1B1 = = I IB2B2 = = I IB B；I IC1C1 = = I IC2C2 = = I IC

10、 C C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C II當(dāng)滿足當(dāng)滿足 2 2 時(shí)，則時(shí)，則RUVII1BECCREF2C 圖圖 4.2.1 4.2.1+ +V VCCCCR RI IREFREF+ + +T T1 1T T2 2I IC2C2I IB1B1I IB2B22 2I IB BI IC1C1U UBE1BE1U UBE2BE2二、比例電流源二、比例電流源R R1 1R R2 2由圖可得由圖可得U UBE1BE1 + + I IE1E1R R1 1 = = U UBE2BE2 + + I IE2E2R R2 2由于由于 U UBE1 BE1 U UBE2 BE

11、2 ，則則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 4.2.2比例電流源三、微電流源三、微電流源 在鏡像電流源的基在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻礎(chǔ)上接入電阻 R Re e。+ +V VCCCCR RI IREFREFT T1 1T T2 2I IC2C22 2I IB BI IC1C1R Re eR Re e 引入引入R Re e使使 U UBE2 BE2 略小略小于于U UBE1BE1，則則

12、 I IC2C2 非常小非常小，即在即在 R Re e 值不大的情況下，得到一值不大的情況下，得到一個(gè)比較小的輸出電流個(gè)比較小的輸出電流 I IC2C2 。圖圖 4.2.3 4.2.3 微電流源微電流源+ +V VCCCCR RI IREFREFT T1 1T T2 2I IC2C22 2I IB BI IC1C1R Re e基本關(guān)系基本關(guān)系e2Ce2E2BE1BERIRIUU 因二極管方程因二極管方程TTUUUUIIIBEBEeeSSC )1(eCSCSCBEBERIIIIIUUUT2221121)ln(ln e2C2C1CTlnRIIIU 若若 I IC1C1和和 I IC2C2 已知，可

13、求出已知，可求出 R Re e。圖 4.2.3微電流源EE2E14.2.2 4.2.2 改進(jìn)型電流源電路改進(jìn)型電流源電路問(wèn)題：基本電流源電路在問(wèn)題：基本電流源電路在 很小時(shí)，很小時(shí)， I IR R和和 I IC2C2相差很大。相差很大。為了減小基極電流的影響，提高輸出電流與基為了減小基極電流的影響，提高輸出電流與基準(zhǔn)電流的傳輸精度，穩(wěn)定輸出電流，可對(duì)基本準(zhǔn)電流的傳輸精度，穩(wěn)定輸出電流，可對(duì)基本電流源電路進(jìn)行改進(jìn)。電流源電路進(jìn)行改進(jìn)。一、加射極輸出器一、加射極輸出器 的電流源的電流源R RI IC2C2V VCCCCT T3 3T T2 2T T1 1R Re3e3I IC1C1I IREFRE

14、FI IB B 由于增加了由于增加了T T3 3，使使I IC2C2更加接近更加接近I IREFREF（如何證明）如何證明）I IC2C2=I=IC1C1=I=IREFREF-I-IB3B3=I=IREFREF-I-IE3E3/(+1)/(+1)REFREFCCREFBIIIIIII) 1(11) 1(212222REF如1010 I IC2C2=0.982 I=0.982 IREFREF 增加電阻R Re2e2目的是使I IE3E3增大。圖圖4.2.44.2.4加射極輸出器的電流加射極輸出器的電流源源R RI IC2C2V VCCCCT T3 3T T2 2T T1 1I IC1C1I IR

15、EFREFI IB3B3R Re2e2二、威爾遜電流源二、威爾遜電流源T T1 1管的管的c-ec-e串聯(lián)在串聯(lián)在T T2 2管的發(fā)射極，其管的發(fā)射極，其作用與典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的作用與典型的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的R Re e相同。相同。圖圖4.2.54.2.5威爾遜電流源威爾遜電流源RR22CII2221I）（公式推導(dǎo)（略）公式推導(dǎo)（略）當(dāng)1010 I IC2C2=0.984 I=0.984 IR R可見，在可見，在很小時(shí)，也可認(rèn)為很小時(shí)，也可認(rèn)為I IC2C2= I= IR R 。 I IC2C2受基極電流影響很小。受基極電流影響很小。R RI IR RI IC2C2+ +V VCCCCI

16、 IC0C0I IC C問(wèn)題：?jiǎn)栴}：I IR R如何計(jì)算？如何計(jì)算？4.2.34.2.3多路電流源多路電流源電路圖電路圖公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)I IC C= I= IE E I IREFREF- I- IB B/(+1)/(+1)當(dāng)當(dāng)較大時(shí)較大時(shí)I IC C=I=IREFREF由于各管的由于各管的 U UBEBE大致相等，大致相等，I IE ER RE EIIREFREFR RE E=I=IE1E1R RE1E1=I=IE2E2R RE2E2=I=IE3E3R RE3E3I IC2C2IIE2E2=I=IREFREFR RE E/R/RE2E2I IC3C3IIE3E3=I=IREFREFR RE

17、E/R/RE3E3I IC1C1IIE1E1=I=IREFREFR RE E/R/RE1E1所以所以T T1 1I IC1C1I IC2C2I IC3C3R Re1e1R Re2e2R Re3e3T T2 2T T3 3I IC CT TI IB BR RI IREFREFV VCCCCT T0 0R Re eI IE E圖圖4.2.64.2.6基于圖基于圖4.244.24的多路電流源的多路電流源多集電極管構(gòu)成的多集電極管構(gòu)成的多路電流源多路電流源圖圖4.2.74.2.7多集電極管構(gòu)成的多路電流多集電極管構(gòu)成的多路電流源源當(dāng)基極電流一定時(shí)，集電極電流之比當(dāng)基極電流一定時(shí)，集電極電流之比等于它們

18、的集電區(qū)面積之比。等于它們的集電區(qū)面積之比。MOSMOS管多路電流源管多路電流源圖圖4.2.84.2.8MOSMOS管多路電流源管多路電流源設(shè)溝道寬長(zhǎng)比設(shè)溝道寬長(zhǎng)比W/LW/LS S漏極電流之比正比于溝道的寬長(zhǎng)漏極電流之比正比于溝道的寬長(zhǎng)比。比。例例4.2.14.2.1圖4.2.9所示電路是F007的電流源部分。其中T T1010與與T T1111為縱向縱向NPN管； T T1212與與T T1313是橫向橫向PNP管，它們的為5，b-e間電壓值約為0.7V，試求各管的集電極電流。圖圖4.2.94.2.9F007F007中的電流源電中的電流源電路路解解511BE12BECCCCREFRUUVV

19、I0.730.73mAmA410C10TlnRIIIUCRI IC10C1028uA28uA2R12C13CIII0.520.52mAmA4.2.4 4.2.4 以電流源為有源負(fù)載的放大電路以電流源為有源負(fù)載的放大電路 在集成運(yùn)放中，常用電流源電路取在集成運(yùn)放中，常用電流源電路取代代R RC C或或R Rd d ，這樣在電源電壓不變的情況下，既這樣在電源電壓不變的情況下，既可獲得合適的靜態(tài)電流，對(duì)于交流信號(hào)，又可可獲得合適的靜態(tài)電流，對(duì)于交流信號(hào)，又可獲得很大的等效獲得很大的等效R RC C或或R Rd d的。的。 晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管是有源元件，晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管是有源元件，又可作為負(fù)載，故稱為有

20、源負(fù)載。又可作為負(fù)載，故稱為有源負(fù)載。一、有源負(fù)載共射放大電路一、有源負(fù)載共射放大電路1.1.電路圖電路圖2.2.靜態(tài)分析（求參考電流，略）靜態(tài)分析（求參考電流，略）3.3.動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析UAbe1bLce2ce11)/(rRRrrT TR Rb1b1R Rb2b2r rce2ce2bebL1rRRUA二、有源負(fù)載差分放大電路二、有源負(fù)載差分放大電路利用鏡像電流源利用鏡像電流源 可以使可以使單端輸出單端輸出差分放大電路的差模放大倍數(shù)提高差分放大電路的差模放大倍數(shù)提高到接近到接近雙端輸出雙端輸出的情況。的情況。2.2.靜態(tài)分析靜態(tài)分析1.1.電路圖電路圖3.3.動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析放大電路采用放大

21、電路采用差分輸入、單端輸出差分輸入、單端輸出；工作電流由恒流源工作電流由恒流源 I I 決定；輸出決定；輸出電流電流 i io o = = i ic4c4 i ic2c2 = 2 = 2 i ic4c4 R Rc cT T1 1T T2 2R Rc c+ +u uo oR RR Ru uI Iu uI2I2+ +V VCCCCV VEEEEI IR R+ +圖圖4.2.114.2.11有源負(fù)載差分放大電路有源負(fù)載差分放大電路4.34.3集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介典型的集成運(yùn)放典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放 F007F007CMOS CMOS 集成運(yùn)放集成運(yùn)放 C14573C1

22、4573一、引腳一、引腳4.3.14.3.1雙極型集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放 F007F007F007 F007 的引腳及連接示意圖的引腳及連接示意圖( (a a) )( (b b) )連連接示接示意圖意圖1 12 23 34 48 87 76 65 5二、電路原理圖二、電路原理圖圖圖 4.3.1 4.3.1F007 F007 電路原理圖電路原理圖1. 1. 偏置電路偏置電路+ +V VCCCCT T8 8 V VCCCCT T9 9T T1212T T1313T T1010T T1111R R4 4R R5 5I I8 8I I3,43,4I IC9C9I IC10C10I IREFREFI I

23、C13C13至輸入級(jí)至輸入級(jí)至中間級(jí)至中間級(jí)511BE12BEEECCREFRUUVVI 基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級(jí)所需的偏置電流。大級(jí)所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系：各路偏置電流的關(guān)系：I IREFREFI I1111I IC10C10I I3, 43, 4I IC9C9I IC8C8I IC12C12I IC13C13微電流源微電流源鏡像電流源鏡像電流源輸入級(jí)輸入級(jí)鏡像電流源鏡像電流源中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)圖圖 4.3.1-1 4.3.1-1F007 F007 的偏置電路的偏置電路2. 2. 輸入級(jí)輸入級(jí)T T1 1、T T2 2、T T3 3、T T4

24、 4 組成共集組成共集 - - 共基差分放大電路；共基差分放大電路；T T1 1、T T2 2 基極接收差分輸入信號(hào)?；鶚O接收差分輸入信號(hào)。T T5 5、T T6 6 有源負(fù)載；有源負(fù)載； T T4 4 集電極送出單集電極送出單端輸出信號(hào)至中間級(jí)。端輸出信號(hào)至中間級(jí)。 u uO OR RW W 調(diào)零電阻，調(diào)零電阻，R R 外接電阻。外接電阻。 T T7 7 與與R R2 2 組成射極組成射極輸出器。輸出器。 + +V VCCCC V VEEEET T6 6R R1 1I I3,43,4I IC10C10I IC9C9R R2 2R R3 3R RR RW WT T4 4T T2 2T T7 7

25、T T5 5T T3 3T T1 1T T8 8T T9 9圖圖 4. 3. 1-2 4. 3. 1-2u uI2I2u uI1I1若暫不考慮若暫不考慮 T T7 7 和調(diào)零電路則電路可簡(jiǎn)化為：和調(diào)零電路則電路可簡(jiǎn)化為：+ +V VCCCC V VEEEEI I3,43,4T T4 4T T2 2T T3 3T T1 1I I8 8R RC CR RC Cu uI1I1u uI2I2u uO O(1). (1). T T1 1、T T2 2 共集組態(tài)，具共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸有較高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。入電壓。(2). (2). 共基組態(tài)的共基組態(tài)的 T T3 3、T

26、 T4 4，與與有源負(fù)載有源負(fù)載 T T5 5、T T6 6 組合，可以得到組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。很高的電壓放大倍數(shù)。(3). (3). T T3 3、T T4 4 共基接法能改善頻率響應(yīng)。共基接法能改善頻率響應(yīng)。(4). (4). 該電路具有共模負(fù)反饋，能減小溫漂，提高共該電路具有共模負(fù)反饋，能減小溫漂，提高共模抑制比。模抑制比。圖圖 4.3.1.2 4.3.1.2 簡(jiǎn)化示意圖簡(jiǎn)化示意圖 3. 3. 中間級(jí)中間級(jí)圖圖 4.3.1-3 4.3.1-3中間級(jí)示意圖中間級(jí)示意圖+ +V VCCCC V VEEEET T1515T T1616I IC13C13R R7 7T T1717R

27、 R8 83030pFpF輸入來(lái)自輸入來(lái)自 T T4 4 和和 T T6 6集集電極；電極；輸出接在輸出級(jí)的兩個(gè)輸出接在輸出級(jí)的兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱放大管的基極?；パa(bǔ)對(duì)稱放大管的基極。中間級(jí)中間級(jí) T T1616、 T T1717 組組成復(fù)合管，成復(fù)合管， T T13 13 作為其有作為其有源負(fù)載。源負(fù)載。8 8、9 9兩端外接兩端外接3030pF pF 校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。4. 4. 輸出級(jí)輸出級(jí)I IC13C13R R8 8u uo o+ +V VCCCC V VEEEET T1414u uI ID D1 1R R9 9R R1010T T1919T T1818R

28、R7 7T T1515D D2 2圖圖 4.3.1-4 4.3.1-4F007 F007 輸出級(jí)原輸出級(jí)原理電路理電路T T1414、 T T1818 、T T1919 準(zhǔn)準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路；互補(bǔ)對(duì)稱電路；D D1 1、 D D2 2 、R R9 9、R R1010 過(guò)載保護(hù)電路；過(guò)載保護(hù)電路；T T1515 、R R7 7、R R8 8 為功為功率管提供靜態(tài)基流。率管提供靜態(tài)基流。V7 . 0)1(87BE15887CE15 RRURRRU調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) R R7 7、R R8 8 阻值可調(diào)節(jié)兩個(gè)功率管之間的電壓差。阻值可調(diào)節(jié)兩個(gè)功率管之間的電壓差。這種電路稱為這種電路稱為 U UBEBE 倍增電路。

29、倍增電路。4.3.2.4.3.2.單極型集成運(yùn)放單極型集成運(yùn)放T T2 2+ +v vDDDD- -v vssssu ui1i1u ui2i2v vGS3GS3v vGS4GS4u uoD1oD1u uoD2oD2v vGS1GS1v vGS2GS2T T3 3T T1 1T T4 4i iD3D3i iD4D4i iD1D1i iD2D2I IREFREFT TREFREFT T5 5T T6 6T T7 7I ID5D5I ID6D6I I0 0v vGS7GS7v vGS6GS6v vGS5GS5v vGSRGSR一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)雙入雙出差分式放大電路雙入雙出差分式放大電路耗盡型

30、耗盡型NMOSFETNMOSFET對(duì)管對(duì)管T T1 1、 T T2 2有源負(fù)載有源負(fù)載增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOSFETNMOSFET對(duì)管對(duì)管T T3 3T T4 4偏置電路偏置電路T TREFREF、T T5 5、T T6 6 T T7 7組成。組成。二、工作原理二、工作原理電路的基準(zhǔn)電流電路的基準(zhǔn)電流I IREFREF I ID5D5 I ID6D6 I I0 0靜態(tài)分析靜態(tài)分析 I ID1D1 I ID2D2 I I0 0/2 /2 輸出電壓輸出電壓 U UoQoQ U UoD1QoD1Q- - U UoD2Q oD2Q 0 0動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 u uo o u uoD1oD1- u- uoD2

31、 oD2 差模電壓增益差模電壓增益 A AVDVD u uo o / u / uidid - g - gm m (r (rds1ds1/ r/ rds3ds3). ). 4.44.4集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路一、開環(huán)差模電壓增益一、開環(huán)差模電壓增益 A Aodod一般用對(duì)數(shù)表示，定義為一般用對(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 A Aod od 為無(wú)窮大；為無(wú)窮大； 實(shí)際情況實(shí)際情況 A Aodod 為為 100 140 100 140 dBdB。4.4.14.4.1集成運(yùn)放的主要性能指集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)標(biāo)二、

32、輸入失調(diào)電壓二、輸入失調(diào)電壓 U UIOIO三、輸入失調(diào)電壓溫漂三、輸入失調(diào)電壓溫漂 U UIOIO 定義：定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放：一般運(yùn)放：U UIOIO 為為 1 10 1 10 mVmV；高質(zhì)量運(yùn)放：高質(zhì)量運(yùn)放：U UIOIO 為為 1 1 mV mV 以下。以下。定義：定義：TUUddIOIO 一般運(yùn)放為一般運(yùn)放為 每度每度 10 20 10 20 V 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 0.5 V V 以下以下；四、輸入失調(diào)電流四、輸入失調(diào)電流 I IIOIO五、輸入失調(diào)電流溫漂五、

33、輸入失調(diào)電流溫漂 I IIOIO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 一般運(yùn)放為一般運(yùn)放為 幾十幾十 一百納安；高質(zhì)量的低于一百納安；高質(zhì)量的低于 1 1 nAnA。定義：定義：TIIddIOIO 一般運(yùn)放為一般運(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。六、輸入偏置電流六、輸入偏置電流 I IIBIB七、差模輸入電阻七、差模輸入電阻 r ridid八、共模抑制比八、共模抑制比 K KCMRCMR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

34、電流的平均值。平均值。)(21B2B1IBIII 定義：定義：IdIdidIUr 一般集成運(yùn)放為幾兆歐。一般集成運(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 80 dB dB 以上，高質(zhì)量的可達(dá)以上，高質(zhì)量的可達(dá) 160 160 dBdB。九、最大共模輸入電壓九、最大共模輸入電壓 U UIcmIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。輸入端所能承受的最大共模電壓。十、最大差模輸入電壓十、最大差模輸入電壓 U UIdmIdm 反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。電壓。十一、十一、 3 3 dBdB帶寬帶寬

35、f fH H表示表示 A Aodod 下降下降 3 3 dB dB 時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放 f fH H 只有幾赫至幾千赫。只有幾赫至幾千赫。十二、十二、 單位增益帶寬單位增益帶寬f fc c A Aodod 降至降至 0 0 dB 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)等于 1 1 。十三、十三、 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SRSR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 / V / s s 。在實(shí)際工作中，輸入信號(hào)的變化率一般不要

36、大于集在實(shí)際工作中，輸入信號(hào)的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的成運(yùn)放的 SRSR 值。值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。出電阻等。4.4.24.4.2集成運(yùn)放的低頻等效電集成運(yùn)放的低頻等效電路路考慮各種失考慮各種失調(diào)因素時(shí)等調(diào)因素時(shí)等效電路圖效電路圖不考慮各種失調(diào)因素的電路圖不考慮各種失調(diào)因素的電路圖4.54.5集成運(yùn)放的種類及選集成運(yùn)放的種類及選擇擇4.5.14.5.1集成運(yùn)放的發(fā)展概況集成運(yùn)放的發(fā)展概況4.5.24.5.2集成運(yùn)放的種類集成運(yùn)放的種類一、按工作原理分類一、按工作原理分類1.1.電壓放大型電壓放大型F007F00

37、7、F324F3242.2.電流放大型電流放大型LM3900LM3900、F1900F19003.3.跨導(dǎo)型跨導(dǎo)型LM3080LM3080、F3080F30804.4.互阻型互阻型AD8009AD8009、AD8011AD8011二、按可控性分類二、按可控性分類1.1.可變?cè)鲆孢\(yùn)放可變?cè)鲆孢\(yùn)放2.2.選通運(yùn)放選通運(yùn)放1.1.高精度型高精度型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 漂移和噪聲很低，開環(huán)增益和共模抑漂移和噪聲很低，開環(huán)增益和共模抑制比很高，誤差小。制比很高，誤差小。（F5037F5037）2.2.低功耗型低功耗型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 靜態(tài)功耗一般比通用型低靜態(tài)功耗一般比通用型低 1 2 1 2 個(gè)數(shù)

38、個(gè)數(shù)量級(jí)量級(jí)( (不超過(guò)毫瓦級(jí)不超過(guò)毫瓦級(jí)) )，要求電壓很低，要求電壓很低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。（TLC2552TLC2552）三、按性能指標(biāo)分類三、按性能指標(biāo)分類3.3.高阻型高阻型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻高達(dá)入電阻高達(dá) 10 101212 。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣- -保保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。（F3130F3130）4.4.高

39、速型高速型大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至高達(dá)高達(dá) 1 000 1 000 V/V/ s s，單位增益帶寬可達(dá)單位增益帶寬可達(dá) 10 10 MHzMHz，甚至幾百兆歐。甚至幾百兆歐。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：常用在常用在A / D A / D 和和 D / A D / A 轉(zhuǎn)換器、有源轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣濾波器、高速采樣- -保持電路、模擬乘保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。法器和精度比較器等電路中。（F3554F3554）5.5.高壓型高壓型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 輸出電壓

40、動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。功耗大。6.6.大功率型大功率型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。4.5.34.5.3運(yùn)放的選擇運(yùn)放的選擇（略）（略）4.6集成運(yùn)放的使用集成運(yùn)放的使用一、集成運(yùn)放的外引線（管腳）一、集成運(yùn)放的外引線（管腳）二、使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象二、使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象1. 1. 不能調(diào)零不能調(diào)零調(diào)零電位器故障；調(diào)零電位器故障；電路接線有誤或有虛焊；電路接線有誤或有虛焊；反饋極性接錯(cuò)或負(fù)反饋開環(huán)；反饋極性接錯(cuò)或負(fù)反饋開環(huán)；集

41、成運(yùn)放內(nèi)部損壞；集成運(yùn)放內(nèi)部損壞；重新接通即可恢復(fù)為輸入信號(hào)過(guò)大而重新接通即可恢復(fù)為輸入信號(hào)過(guò)大而造成造成“堵塞堵塞”現(xiàn)象現(xiàn)象原因原因4.6.14.6.1使用時(shí)必做的工作使用時(shí)必做的工作2. 2. 漂移現(xiàn)象嚴(yán)重漂移現(xiàn)象嚴(yán)重存在虛焊點(diǎn)存在虛焊點(diǎn)運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾集成運(yùn)放靠近發(fā)熱元件集成運(yùn)放靠近發(fā)熱元件輸入回路二極管受光照射輸入回路二極管受光照射調(diào)零電位器滑動(dòng)端接觸不良調(diào)零電位器滑動(dòng)端接觸不良集成運(yùn)放本身?yè)p壞或質(zhì)量不合格集成運(yùn)放本身?yè)p壞或質(zhì)量不合格原因原因3. 3. 產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩消振消振措施措施按規(guī)定部位和參數(shù)接入校正網(wǎng)絡(luò)按規(guī)定部位和參數(shù)接

42、入校正網(wǎng)絡(luò)防止反饋極性接錯(cuò)防止反饋極性接錯(cuò)避免負(fù)反饋過(guò)強(qiáng)避免負(fù)反饋過(guò)強(qiáng)合理安排接線，防止雜散電容過(guò)大合理安排接線，防止雜散電容過(guò)大4.6.24.6.2保護(hù)措施保護(hù)措施一、輸入保護(hù)一、輸入保護(hù)( (a a) )防止輸入差模信號(hào)防止輸入差模信號(hào)幅值過(guò)大幅值過(guò)大 ( (b b) )防止輸入共模信號(hào)防止輸入共模信號(hào)幅值過(guò)大幅值過(guò)大 + +V V+ +A AR R1 1D D1 1D D2 2R RF FR R V Vu uO Ou uI I保護(hù)元件保護(hù)元件保護(hù)元件保護(hù)元件u uO O+ +A AR R1 1R RF FD D1 1D D2 2u uI I保護(hù)元件保護(hù)元件圖圖 4.6.1 4.6.1輸入

43、保護(hù)措施輸入保護(hù)措施二、二、 電源極性錯(cuò)接保護(hù)電源極性錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：保護(hù)元件：D D1 1 、D D2 2三、三、 輸出端錯(cuò)接保護(hù)輸出端錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：穩(wěn)壓管保護(hù)元件：穩(wěn)壓管 D DZ1Z1、D DZ2Z2+ +A AD D1 1D D2 2+ +A AR R1 1D DZ1Z1D DZ2Z2R RF Fu uO Ou uI IR 圖圖 4.6.2 4.6.2利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放圖圖 4.6.3 4.6.3電源接錯(cuò)保護(hù)電源接錯(cuò)保護(hù)四、輸出限流保護(hù)四、輸出限流保護(hù)+ +A AT T1 1T T2 2- -V VEEEER R2 2R R3 3R R4 4R R1 1T T4

44、 4R R5 5T T3 3+ +V VCCCCC C1 1C C1 1C C2 2保護(hù)元件：保護(hù)元件： T T1 1 、T T2 2( (b b) )保護(hù)管工作特性保護(hù)管工作特性正常工作時(shí)工作點(diǎn)在正常工作時(shí)工作點(diǎn)在 A A；工作電流過(guò)大，工作點(diǎn)經(jīng)工作電流過(guò)大，工作點(diǎn)經(jīng)B B 移到移到 C C 或或 D D 點(diǎn)。點(diǎn)。( (a a) )電電 路路 圖圖B BC CD DA AI IC CU UCECEO O圖圖 輸出限流保護(hù)輸出限流保護(hù)4.6.34.6.3輸出電壓與輸出電流的擴(kuò)輸出電壓與輸出電流的擴(kuò)展展一、提高輸出電壓一、提高輸出電壓采用在運(yùn)放輸出端再接一級(jí)由較高電壓電源供電的電路，來(lái)輸出電壓幅

45、值。采用在運(yùn)放輸出端再接一級(jí)由較高電壓電源供電的電路，來(lái)輸出電壓幅值。+ +u uN Nu uP PA A圖圖4.6.44.6.4提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的電路u uO O+ +V VCCCC(+30V)(+30V)- -V VCCCC(-30V)(-30V)T T1 1T T2 2R R1 1R R2 2R R3 3R R4 4b b1 1b b2 2e e1 1e e2 2二、增大輸出電流二、增大輸出電流在運(yùn)放的輸出端加一級(jí)射極輸出器或互補(bǔ)輸出級(jí)。在運(yùn)放的輸出端加一級(jí)射極輸出器或互補(bǔ)輸出級(jí)。復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)1.1.差分放大電路的類別差分放大電路的類別基本差分放大電路基本差分放大電路長(zhǎng)尾差分放大電路長(zhǎng)尾差分放大電路恒流源式差分放大電路恒流源式差分放大電路2.2.差分放大電路的接法差分放