清华模电4章集成运算放大电路.ppt

4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路 4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.5 集成运放的种类及选择 4.6 集成运放的使用,第 4 章 集成运算放大电路,4.1 集成运算放大电路概述,集成运算放大电路是以半导体单晶硅为芯片，采用专门制造工艺将晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容等元件及它们的连线组成的完整电路制作在一起，使之具有特定功能。最初用于模拟信号运算如比例，求和等，简称集成运放。 集成运放：电压增益高 输入电阻大 输出电阻小,集成运放的特点： 1 采用直接耦合方式(硅片上不能制作大电容) 2 大量采用差放电路(作输入级)和恒流源电路(作偏置电路或有源负载)。 3 允许采用复杂的电路形式提高性能 4 常用有源元件取代电阻(硅片上不宜制作高阻值电阻) 5 采用晶体管和场效应管的复合形式以得到各方面性能俱佳的效果。,4.1.2 集成运放电路组成及各部分的作用,4.1.3 集成运放的符号和电压传输特性,uo=Aod(uP-uN) 差模开环放大倍数Aod，通常非常高可达几十万倍。对理想运放：Aod Rid Ro=0,从外部看，可认为集成运放是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好抑制温漂的差分放大电路。,4.2 集成运放中的电流源电路,基本电流源： 镜像电流源 比例电流源 微电流源 改进型电流源电路： 加射极输出器的电流源 威尔逊电流,电流源电路可以为各级提供合适的静态电流，或作为有源负载，提高放大电路的放大能力。,镜像电流源 Ic1与Ic0成镜像关系,当R和VCC确定时， IC1也就随之确定。,加射极输出器的电流源,改进型电流源电路,减小基极电流的影响，提高输出电流与基准电流的传输精度，稳定输出电流,利用T2管的电流放大作用，使得镜像电流源中原来基极电流IB0和IB1对基准电流IR的分流，变成只有原分流的1/2，使IC1和IR可以保持良好的镜像关系,威尔逊电流源,T1管的作用与工作点稳定电路的Re相同。因为c-e间等效电阻非常大，所以可以使IC2高度稳定。,UBE1=UBE0 IB1=IB0 IC2IE2 IC1 IC0 IR,多集电极管构成的多路电流源,4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路,4.输入失调电压UIO 输入电压为零时，在输入端所加的补偿电压。是表征运放 内部电路对称性的指标。值越小，对称性越好。,最大差模输入电压UIdmax 使PN结不发生反向击穿所允许的最大差模电压，大于此值，输入级将损坏。,7.最大共模输入电压UIcmax 输入级正常放大差模信号时允许输入的最大共模信号,集成运放的低频等效电路,4.5 集成运放的种类及选择,按供电方式：双电源供电、单电源供电 按集成度分：单运放、双运放、四运放 按制造工艺：双极型、CMOS型和BiMOS型 按工作原理分类： 1 电压放大型：F007、F324、C14573等 2 电流放大型：LM3900 F1900 3 跨导型：将输入电压转化为输出电流 LM3080 F3080 4 互阻型：将输入电流转化为输出电压 AD8009 AD8011,按可控性分类： 1可变增益运放：电压控制增益的放大电路 数字编码信号控制开环差模增益 2 选通控制运放：输入为多通道，输出为一个通道，利用输入逻辑信号的选通作用来确定电路对那个通道的输入信号进行放大。 按性能指标分：通用型、特殊型 特殊型：1 高阻型：测量放大、信号发生或采样保持电路 2 高速型：单位增益带宽和转换速率高 A/D转换 D/A转换、锁相环的视频放大电路 3 高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益等 对微弱信号的精密测量和运算，高精密仪器中 4 低功耗型：用于能源有严格限制的情况,集成运放的选择： 1 信号源的性质 根据信号源是电压源还是电流源，内阻大小、输入信号幅值及频率的变化范围等，选择运放的rid、-3dB带宽、转换速率SR等参数 2 负载的性质 根据负载电阻大小，确定所需运放的输出电压和输出电流幅值。 3 精度要求 根据精度要求选择运放的Aod、UIO、IIO、SR等参数 4 环境条件 根据环境温度变化范围，选择运放失调电压及失调电流的温漂dUIO/dT dIIO/dT,4.6 集成运放的使用,1 外引线(管脚)：集成运放有金属壳封装和双列直插式封装，使用前需查手册，认清各管脚，正确连线。管脚编号一般逆时针排列。 2 参数测量：用简易测试法判断其好坏，对管脚测试有无短路、断路。(用万用表) 3 调零或调整偏置电压：由于失调电压的存在，输入为零时输出往往不为零，对内部无自动稳零措施的运放需外加调零电路；对单电源供电的运放，还需在输入加直流偏置电压，设置合适的静态输出电压，以便能放大正负两个方向的变化信号。 4 消除自激振荡。加电容 5 必要的保护措施： 内部都有补偿电容、部分产品内部有稳零措施。,输入保护措施,输出保护电路,电源端保护,本章小结,1直流放大器的一个严重的问题是零点漂移。差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。差动放大器既能放大直流信号，又能放大交流信号。它对差模信号有很强的放大能力，对共模信号有很强的抑制能力。因此，运算放大器都使用差动放大器作为输入级。 2电流源电路是构成运放的基本单元电路，其特点是直流电阻小，而交流电阻很大。电流源电路既可以为电路提供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。,3集成运放的主要品种是BJT集成运放、FET集成运放 以及由这两种工艺结合而得到的BiMOS和BiCMOS集成 运放。集成运放的参数有几十个之多，正确掌握了它的 主要参数的物理意义，才能在使用中恰当地选择元器件。 4除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。 5集成运放是模拟集成电路的典型组件。在实际的电路 分析中，应掌握其电压传输特性。并根据不同的使用情 况选择不同的运放模型。,