模擬電子技術(shù) 第五章課件

第五章集成運(yùn)算放大器1、電流源電路

2、差分放大電路

3、集成運(yùn)算放大器模擬電子技術(shù)第五章集成運(yùn)算放大器——高增益的直接耦合的集成的多級放大器。集成電路的工藝特點(diǎn)：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對稱結(jié)構(gòu)的電路。（2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源負(fù)載。（4）只能制作幾十pF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只有外接。（5）不能制造電感，如需電感，也只能外接。什么是集成運(yùn)算放大器？模擬電子技術(shù)第五章Home5.1.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象

Next零漂：輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。主要原因：溫度變化引起，也稱溫漂。電源電壓波動(dòng)、元件老化等也會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的漂移。溫漂指標(biāo)：溫度每升高1度時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。（2）采用溫度補(bǔ)償。（3）采用差分式放大電路。（1）在電路中引入直流負(fù)反饋。一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移二、抑制零點(diǎn)漂移的方法模擬電子技術(shù)第五章一、電流源電路的特點(diǎn)：這是輸出電流恒定的電路。它具有很高的輸出電阻。1、BJT、FET工作在放大狀態(tài)時(shí)，其輸出電流都是具有恒流特性的受控電流源；由它們都可構(gòu)成電流源電路。2、在模擬集成電路中，常用的電流源電路有：

鏡象電流源、微電流源、多路電流源等3、電流源電路一般都加有電流負(fù)反饋，4、電流源電路一般都利用PN結(jié)的溫度特性，對電流源電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以減小溫度對電流的影響。5.2、電流源電路模擬電子技術(shù)第五章

2、作各種放大器的有源負(fù)載，以提高增益、增大動(dòng)態(tài)范圍。二、電流源電路的用途：1、給直接耦合放大器的各級電路提供直流偏置電流，以獲得極其穩(wěn)定的Q點(diǎn)。

3、由電流源給電容充電，可獲得隨時(shí)間線性增長的電壓輸出。4、電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。5.2、電流源電路模擬電子技術(shù)第五章

一、鏡象電流源三極管T1、T2匹配，則,BE2BE1BE21VVV====bbb

鏡象電流源其中：基準(zhǔn)電流是穩(wěn)定的，故輸出電流也是穩(wěn)定的。模擬電子技術(shù)第五章動(dòng)態(tài)電阻一般ro在幾百千歐以上

一、鏡象電流源模擬電子技術(shù)第五章二、多路鏡像電流源

通過一個(gè)基準(zhǔn)電流源穩(wěn)定多個(gè)三極管的工作點(diǎn)電流，即可構(gòu)成多路電流源。圖中一個(gè)基準(zhǔn)電流IREF可獲得多個(gè)恒定電流IC2、IC3

。

多路鏡像電流源模擬電子技術(shù)第五章三、改進(jìn)型鏡象電流源

精密鏡象電流源和普通鏡象電流源相比，其鏡象精度提高了

倍。

改進(jìn)型鏡像電流源

電路中增加了T3管，

IB3

比鏡象電流源的2IB小β3倍。因此IC2和IREF之間的鏡象精度提高了倍。模擬電子技術(shù)第五章

微電流源

微電流源電路,接入Re2電阻得到一個(gè)比基準(zhǔn)電流小許多倍的微電流源，適用微功耗的集成電路和集成放大器的前置級中。

微電流源IC2

遠(yuǎn)小于IREF

,

當(dāng)R取幾k

時(shí)，

IREF

為mA量級，而IC2可降至

A量級的微電流源。且IC2

的穩(wěn)定性也比IREF

的穩(wěn)定性好。模擬電子技術(shù)第五章

比例式電流源

在鏡象電流源電路的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)發(fā)射極電阻，使兩個(gè)發(fā)射極電阻中的電流成一定的比例關(guān)系，即可構(gòu)成比例電流源。比例式電流源

因兩三極管基極對地電位

e2e1E1E2e2E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRIIRIRIVVRIVRIV?

?

?++因相等，于是有模擬電子技術(shù)第五章動(dòng)態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻為高電流穩(wěn)定威爾遜電流源電路模擬電子技術(shù)第五章有源負(fù)載電路圖5-8有源負(fù)載共射極放大電路0TivovCCV1CIor（b）等效電路CCVRREFI1T1CI2T0T（a）共射極放大電路ivov模擬電子技術(shù)第五章模擬電子技術(shù)第五章5.3差分式放大電路1.電路組成及工作原理電路特點(diǎn)：T1、T2

所在的兩邊電路參數(shù)完全對稱。模擬電子技術(shù)第五章2.抑制零點(diǎn)漂移原理

溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢是相同的，

其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。模擬電子技術(shù)第五章

這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。所以，即使電路處于單端輸出方式時(shí)，仍有較強(qiáng)的抑制零漂能力。2.抑制零點(diǎn)漂移原理模擬電子技術(shù)第五章

1.差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：雙端輸入——從兩輸入端同時(shí)加信號(hào)。單端輸入——僅從一個(gè)輸入端對地加信號(hào)。

2.差動(dòng)放大電路可以有兩個(gè)輸出端。雙端輸出——從C1

和C2輸出。單端輸出——從C1或C2

對地輸出。二.幾個(gè)基本概念模擬電子技術(shù)第五章差模信號(hào)共模信號(hào)

根據(jù)有

共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分

共模信號(hào)大小相等，相位相同；差模信號(hào)大小相等，相位相反。差模信號(hào)共模信號(hào)模擬電子技術(shù)第五章vi1vi2線性放大電路vo放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差差模電壓增益差模信號(hào)差模信號(hào)共模信號(hào)

模擬電子技術(shù)第五章差模信號(hào)：共模信號(hào)：差模電壓增益：共模電壓增益：總輸出電壓：差模信號(hào)共模信號(hào)

模擬電子技術(shù)第五章Homework:

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5-2,5-3

Anyquestionfromyoursideiswelcometodiscuss!

模擬電子技術(shù)第五章工作原理靜態(tài)模擬電子技術(shù)第五章動(dòng)態(tài)僅輸入差模信號(hào)，大小相等，相位相反。大小相等，信號(hào)被放大。相位相反。僅共模信號(hào)：工作原理模擬電子技術(shù)第五章(1)加入差模信號(hào)

所以，Re對差模信號(hào)相當(dāng)于短路。若ui1

,ui2

ib1

,ib2

ie1

,ie2

IRe不變

UE不變模擬電子技術(shù)第五章3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況接入負(fù)載時(shí)以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力<A>雙入、雙出模擬電子技術(shù)第五章3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況<B>雙入、單出接入負(fù)載時(shí)模擬電子技術(shù)第五章3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模情況<C>單端輸入等效于雙端輸入

指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。模擬電子技術(shù)第五章3.主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況<A>雙端輸出

共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益模擬電子技術(shù)第五章<B>單端輸出抑制零漂能力增強(qiáng)3.主要指標(biāo)計(jì)算（2）共模情況模擬電子技術(shù)第五章共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出抑制零漂能力越強(qiáng)單端輸出時(shí)的總輸出電壓模擬電子技術(shù)第五章4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出雙入雙入單入單入模擬電子技術(shù)第五章4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出雙入雙入單入單入模擬電子技術(shù)第五章解:(1)求Q點(diǎn)：HomeNextBack

例5.1如圖所示電路中，已知VCC=VEE=9V，VBE=0.7V，Rc=4.7k

，Rb=Rw=100

，RL=10k

，I=1.2mA，Rw的滑動(dòng)端位于中點(diǎn)，晶體管

=50，rbb’=300，uI=0.02V，求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）差模輸出電壓uO。模擬電子技術(shù)第五章(2)求

uO

：HomeNextBack模擬電子技術(shù)第五章【例5-1】在下圖中，已知三極管的的滑動(dòng)端處于中點(diǎn)，，試估算：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）差模電壓放大倍數(shù)；（3）差模輸入電阻。解（1）靜態(tài)時(shí)，電路完全對稱，交流輸入信號(hào)為零．模擬電子技術(shù)第五章

模擬電子技術(shù)第五章

（2）

（3）模擬電子技術(shù)第五章T3、T4組成鏡像電流源，作T1、T2的負(fù)載。同時(shí)可使單端輸出的電壓增益近似為雙端輸出的電壓增益。5.3.2三極管有源負(fù)載差分放大電路模擬電子技術(shù)第五章.帶有源負(fù)載的射極耦合差分式放大電路靜態(tài)IE6

IREFIo

＝IE5模擬電子技術(shù)第五章5.4集成運(yùn)放簡介

5.4.1集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)模擬電子技術(shù)第五章

集成運(yùn)放組成方框圖輸入級：差分電路，大大減少溫漂。中間級：采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，增益大。輸出級：OCL電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)偏置電路：鏡像電流源，微電流源。輸入級偏置電路中間級輸出級+

uouid模擬電子技術(shù)第五章簡單的集成運(yùn)放

原理電路：模擬電子技術(shù)第五章＋－u-－u+uo集成運(yùn)算放大器符號(hào)國際符號(hào)：國內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小反相輸入端同相輸入端輸出端模擬電子技術(shù)第五章運(yùn)算放大器外形圖模擬電子技術(shù)第五章5.4.2集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)1.輸入失調(diào)電壓VIO2.輸入偏置電流IIB3.輸入失調(diào)電流IIO4.溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂

VIO/

T（2）輸入失調(diào)電流溫漂

IIO/

T5.最大差模輸入電壓Vidmax6.最大共模輸入電壓Vicmax7.最大輸出電流Iomax模擬電子技術(shù)第五章5.4.2集成電路運(yùn)算放大器的主要參數(shù)8.開環(huán)差模電壓增益AVO9.開環(huán)帶寬BW

(fH)10.單位增益帶寬

BWG(fT)11.轉(zhuǎn)換速率SRend模擬電子技術(shù)第五章5.4.3通用型集成運(yùn)放F007AB模擬電子技術(shù)第五章AB模擬電子技術(shù)第五章分析：1.偏置電路：T12、R5和T11構(gòu)成了主偏置電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流：

其他偏置電流都與基準(zhǔn)電流有關(guān)。T10、T11和R4組成微電流源，通過T8和T9組成的鏡象電流源為差動(dòng)輸入級提供偏置電流。T12和T13管構(gòu)成多支路電流源。T13管是多集電極三極管，其集電極電流和的大小比例為3:1。B路作為中間級的有源負(fù)載。A路為輸出級提供偏置。模擬電子技術(shù)第五章2.輸入級：T1、T2和T3、T4管組成共集一共基復(fù)合差動(dòng)輸入電路。其中T1和T2管作為射極輸出器，輸入電阻高。

T3

和T4管是橫向PNP管，發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓高，可使輸入差模信號(hào)達(dá)到30V以上。T5、T6、T7

和R1

、R2

、R3組成具有基極補(bǔ)償作用的鏡象電流源，作為差動(dòng)輸入級的有源負(fù)載，可以提高輸入級的增益。它們同時(shí)還有單端輸出轉(zhuǎn)換為雙端增益的功能。模擬電子技術(shù)第五章3.中間級：T16和T17是復(fù)合管組成的共射放大電路，T13B作這一級的集電級有源負(fù)載。T14和T20管組成互補(bǔ)對稱輸出級，T18、T19和R8為其提供靜態(tài)偏置以克服交越失真。T15和R9保護(hù)T14管，使其在正向電流過大時(shí)不致燒壞。T21、T23、T22管和R10保護(hù)T20管在負(fù)向電流過大時(shí)不致燒壞。4.輸出級：5.相位分析：用“瞬時(shí)極性法”判定，3號(hào)腿為同相端；2號(hào)腿為反相端。模擬電子技術(shù)第五章

反映集成運(yùn)放性能的好壞有幾十個(gè)參數(shù)，一種運(yùn)放要想在各種指標(biāo)上都達(dá)到很高的性能是不容易的，也是不必要的。通用型運(yùn)放，各種參數(shù)指標(biāo)都不算太高，但比較均衡，適用于量大面廣，沒有特殊要求的場合。特殊類型的集成運(yùn)放，在某一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)上有很高的性能，而其他參數(shù)一般。用戶可以從特殊類型集成運(yùn)放的系列中進(jìn)行選擇，以滿足某些方面的特殊要求。5.4.4特殊集成運(yùn)算放大器模擬電子技術(shù)第五章

1.高輸入阻抗型

這種類型的集成運(yùn)放差模輸入電阻往往大于109W，輸入偏置電流通常為pA數(shù)量級。這種類型的集成運(yùn)放，輸入級經(jīng)常采用結(jié)型場效應(yīng)管JFET與BJT相結(jié)合構(gòu)成差動(dòng)輸入級，稱為BiFET，或采用超管與BJT結(jié)合的電路，構(gòu)成差動(dòng)輸入級。其典型產(chǎn)品有5G28、F3140、ICH8500A、LF356、CA3130、AD515、LF0052等。

模擬電子技術(shù)第五章2.高精度、低漂移型要求集成運(yùn)放具有很低的漂移量和很高的精度。一般ΔUIO/ΔT<2mV∕℃,ΔIIO/ΔT<200PA∕℃,KCMR≥110dB。

大多選用匹配特性優(yōu)良的差動(dòng)對管，還采用熱匹配設(shè)計(jì)和低溫度系數(shù)的精密電阻。在工藝上采用精密的光刻和離子注入工藝，盡可能地提高對管的匹配性。典型產(chǎn)品有LH0044、AD707、OP-77、OPA177等。另外，還有的運(yùn)放采用了調(diào)制型的斬波穩(wěn)零技術(shù)，以得到更低的漂移特性。其產(chǎn)品有ICL7650、AD508、OP-27等。模擬電子技術(shù)第五章3.高速型

高速運(yùn)放一般要求轉(zhuǎn)換速率SR大于幾十伏∕微秒，單位增益帶寬BW>10MHZ。主要應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高速A∕D和D∕A轉(zhuǎn)換器，高速鎖相環(huán)及視頻放大系統(tǒng)中，性能優(yōu)良的高速運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率已可達(dá)到幾千伏∕微秒。高速型運(yùn)放的典型產(chǎn)品有mA715、LH002、AD845、AD9618、SL541等。模擬電子技術(shù)第五章4.低功耗型要求其功耗為微瓦數(shù)量級。電流幾十微安，電源電壓在幾伏以下。典型產(chǎn)品有CA3078、mPC253、ICL7641等。

5.大功率型

大功率型集成運(yùn)放的電源電壓為正負(fù)幾十伏，輸出電流幾十安培，輸出功率為幾十瓦左右。典型產(chǎn)品有LH0021、MCEL165、HA2645、LM143、ICH8515等。模擬電子技術(shù)第五章5.4.5集成運(yùn)放的選擇和使用1.使用時(shí)必做的工作

金屬殼封裝和雙列直插式雙列直插式有8、10、12、14、16腳

使用時(shí)要辨認(rèn)管腳，正確連線。

一、集成運(yùn)放的外引腳

二、參數(shù)測量

使用時(shí)要用萬用表進(jìn)行簡易測量，判斷是否有短路和斷路現(xiàn)象。模擬電子技術(shù)第五章

三、調(diào)零或調(diào)整偏置電