分析模擬電路

1、電子科大 3021第四章 集成運算放大電路4.1 集成運放的電路概述4.2 集成運放中的電流源4.3 集成運放的電路分析及其性能指標4.4 集成運放的種類、選擇與使用電子科大 30224.1 集成運算放大電路概述集成電路簡稱 IC (Integrated Circuit)集成電路按其功能分類模擬集成電路類型數(shù)字集成電路模擬集成電路集成運算放大器；集成功率放大器；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)壓器；集成數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。電子科大 3023一、集成電路中元件特點尺寸相同且圖形一致的同類晶體管器件參數(shù)對稱性好。如 BJT: b1=b2 , UBE1=UBE2 ,

2、 rbe1= rbe2電阻R =幾十 W 幾十KW ,大阻值電阻占半導(dǎo)體芯片面積大。電容容量一般不超過100pF,大容量電容占半導(dǎo)體芯片面積更大。為了提高集成電路的集成度電路設(shè)計中應(yīng)盡量少用或者不采用電容,電阻。電子科大 30241.差模電壓放大倍數(shù)Aud 2.差模輸入電阻Rid3.輸出電阻RO 0uouPuNOP二、集成運算放大電路模擬集成電路中，發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的IC是集成運算放大器(OperationalAmplifier) 。該電路最初多用于各種模擬信號的運算（如比例、求和、積分、微分）上，故被稱為集成運算放大電路，簡稱集成運放。集成運放內(nèi)部集成了幾拾到幾百支晶體管。其性能接近理想。

3、電子科大 3025三、集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點1、放大器采用直接耦合方式；2、采用差分放大電路（作輸入級）和恒流源電路（作偏置電路或有源負載）；3、允許采用復(fù)雜的電路形式，提高電路性能；4、用有源元件（晶體管或場效應(yīng)管）取代電阻；5、晶體管采用復(fù)合管形式。uouPuNOP電子科大 3026集成運算放大器外形圖電子科大 3027四、集成運放內(nèi)部框圖輸入級中間放大級輸出級uiduo偏置電路基本單元電路：輸入級差動放大電路，要求Ri大，Ad大，Ac?。惠敵黾壔パa推挽電路，要求Ro小，不失真輸出功率大；偏置電路電流源電路，為放大管提供偏置電流。電子科大 3028VCCUom-Uom-VCCuo( V )

4、uid( mV )0最大輸出電壓幅度Uompp13V輸出電壓線性范圍 -UomUom五、集成運放的電壓傳輸特性+VCC-VCC標準運放電源電壓VCC =15Vuouid106uouidAud 集成運放線性放大區(qū)所對應(yīng)的輸入信號范圍很小。電子科大 3029,uroi Iro稱為電流源內(nèi)阻,ro越大恒流特性越接近理想。iu0I實際4.2 集成運放中的電流源一.實際電流源(恒流源)模型實際電流源VCRIiro v+實際電流源模型uiro 電子科大 30210二. 電流源電路的組成電流源電路設(shè)計要求：當RL、 VS及溫度在一定范圍變化時，IL保持不變。IroILRL電流源電路RLVSILro rCEU

5、CE+ C電子科大 30211uCEiCIBICo利用晶體管放大區(qū)的恒流特性實現(xiàn)穩(wěn)流。三.實現(xiàn)恒流的基本思想在晶體管放大區(qū)IB一定時,IC隨UCE變化的幅度很小。晶體管放大區(qū)具有恒流特性。ICrCE越大的晶體管恒流特性越好。ibiuCE-Iicro+uCEUB VCCIL IE 電子科大 30212原始電流源電路由分壓偏置電路構(gòu)成如圖R2R1 R2UB UBERE流 I 變化，必然有：UB 不變RE接入使ro增大，電流源穩(wěn)流特性得到提高。電路缺點：IL受直流電壓源波動影響大；RLRERE接入可增強穩(wěn)流效果。R2如果由于某種原因造成電+VCCILR1UB+VCCIroRLILIL IE 電子科大

6、 30213四. 常用分立元件電流源電路A)基極電壓穩(wěn)定恒流源基極電壓UB=UZ,不受電源電壓變化的影響。VCC UZ UB= UZUZ UBERERL+VCCILRER1VZDZ當VCC、 RL及溫度在一定范圍變化時，IL保持不變。UGS 2電子科大 30214UGS(V)UPB).恒流二極管IDOQIJFETIRS+IDSS-)UPI IDSS(1UGS RS IDZ04電子科大 30215五、集成運算放大器中的電流源鏡像電流源電流源作有源負載微電流源比例電流源多路電流源iro 電子科大 30216i+u-u = rO( i - I )virO集成運放中的電流源電路特點：1、用晶體管或場效

7、應(yīng)管電路組成；2、直流電阻和交流電阻不同。優(yōu)點：既可以提供合適的靜態(tài)電流，又可以有較大的交流電阻。用途：1、設(shè)置集成運放各級放大電路的靜態(tài)工作點。2、作放大電路的有源負載。i+u-I電子科大 302171. 鏡像電流源IR2IC2 IC1b設(shè):b1 =b2 b UBE2 =UBE1IC2 = IC1 IR 2IB IR 2IR =VCC UBER當 b 2時，IC2 IR輸出電流IC2與IR成鏡像關(guān)系。IC2= k IR, k越接近1鏡像誤差越小。基本鏡像電流源電路A)基本鏡像電流源電路+VCCRLRIRIC1IC22IBT1T2電子科大 30218電路簡單，應(yīng)用廣泛。輸出電流小，R必然大；輸

8、出電流大，R上功耗大。具有一定的溫度補償作用：RLIRIC1+VCCIC2R2IBT1T2當溫度升高時 IC1 IC1 IC1 IR UR UB IB 電路缺點：當BJT的b值較小時，電流源的鏡像誤差較大。若b =10時，k= 0.833。IR kIR IRbb 2IC2鏡像電流源的特點： IC0 IR IB2 IR 1 b IR IR IC1 IR1電子科大 30219B). 加射極輸出器的電流源1 b (1 b)bIR2(1 b)bIE22IB1 2IC1IC1IC1 kIR IR該電流源的鏡像誤差較小，若b=10時，k= 0.98。電流源的電源內(nèi)阻 ro= rce1 。IRIC0+VCC

9、IC1RIB2T0RLT2IE2T1)(1 ) b 2b 2電子科大 30220B).威爾遜(Wilson)電流源由于BJT參數(shù)對稱IB1=IB2=IB，IC1= IC2= IC。IC1= IR- IB3= IR - IC3/bIE3= IC2+ 2IB= IC1( 1+2/b )= ( IR- IC3/b ) ( 1+2/b )IC3又有 IE312IC3IC3 1(IR 22) IC3由于增加了T3，使IC3 IR IC3(1更加接近IR。RIR2IBIC1T1T2IC3+VCCIB3電子科大 302212、比例電流源+VCCIREF2IBIB1+UBE1IB2+UBE2RIC2VT1R1

10、IC2VT2R2由圖可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于 UBE1 UBE2 ，則IE1R1 IE2R2忽略基極電流，可得IREFR1R2R1R2IC2IC1 兩個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。比例電流源電子科大 30222為了減小IC2的值，可在鏡象電流源電路中的T2發(fā)射極串入一電阻RE2，便構(gòu)成微電流源。由電路可得3、微電流源鏡象電流源電路適用于較大工作電流（毫安數(shù)量級）的場合，若需要減小恒流值（例如微安級），可采用微電流源電路。UEB1= UEB2+ IE2RE2UBE1 UBE2RE2IC2 IE2 UBERE2由于UE

11、B很小，所以IC2也很小RLIRIC1+VCCIC2R2IBT1T2RE2IE IS(e 1) IS(e)IC IE ISe , UBE UT ln(電子科大 30223)ICIS由PN結(jié)方程：UBE UBEUT UTUBEUT)IC2IS)UT ln()IC1ISIC1IC2UT ln(UT ln()IRIC2則：IC2RE UT ln(IC2=28A,RE3K。 UBE1 UBE2設(shè)：IC1IRRLIRIC1R2IBT1+VCCIC2T2RE2若IR=0.73mA,電子科大 302243. 多路電流源在模擬集成電路中，經(jīng)常用到多路電流源，下圖為一種典型的多路電流源。T1、T2、T3的基極是

12、并聯(lián)在一起的。該電路用一個基準電流IR獲得了多個輸出電流。IRIC1=IC2=IC3=IC4VCCIRIC2IC3IC4IC1T1T2T3T4b1=b2=b3=b4UBE1= UBE2= UBE3= UBE4IR =VCC 2UBERuo b(RC / RL)電子科大 30225六、電流源作有源負載共射電路的電壓增益為：Au = ui rbe圖示電路中用電流源代替RC，使RLro/RC。 rbe rbe ro RL ; ro/RLRL RC/RL; Au結(jié)論：用電流源代替RC，使Au AuICuiRL uoVCCRB+VCC T2ICRuOui T1電子科大 30226VCC UBERbRLr

13、beIC IL = IR =動態(tài)時：Au T3IR+ RL有源負載CE電路1)、有源負載CE放大電路為了得到較大的電壓放大倍數(shù)，集成運放的中間級常采用有源負載電路。圖示電路中采用PNP管T2、T3構(gòu)成鏡像電流源。T1為放大管，T2為有源負載代替RC。靜態(tài)時：差模輸入電壓時：電子科大 30227iC1iC2+VCCT1+T3iC3T4iC4iO uOT2 VEE靜態(tài)時：IC1=IC2=I/22)、有源負載的差分放大電路該電路采用差分輸入、單端輸出；工作電流由恒流源 I 決定。uiiC2= - iC1iC3 iC1， iC4= iC3 iC1iO= iC4- iC2 2iC1該電路有相當于雙端輸出

14、時的iO ，在集成運放中的應(yīng)用十分廣泛。電子科大 302284.3 集成運放電路簡介一、集成運放的發(fā)展第一代：基本沿用了分立元件放大電路的設(shè)計思想。典型產(chǎn)品：uA709;F003第二代：普遍采用了有源負載。典型產(chǎn)品：uA741;F007第三代：輸入級采用了超管，版圖設(shè)計上考慮了熱效應(yīng)的影響 。典型產(chǎn)品：AD508;F1556第四代：采用了斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術(shù)。典型產(chǎn)品：HA2900;5G7650電子科大 30229R1T1T1T5T3 T4T6T9T8T7T11T10R3R42.4kR6R2R881kR710kR97kR10R5R14300 R131.4k300R11400R12400-VEE=-6VVCC=+6V一、集成運放LM733內(nèi)部電路電子科大 30230二、通用型集成運放uA741(F007）uA741是通用高增益運算放大器,早些年最常用的運放之一。應(yīng)用非常廣泛,它采用雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。用雙電源供電,也可作單電源接法。工作電壓22V；差分電壓輸入電壓18V；允許功耗500mW。價 格：￥1.0元電子科大 30231中