资源描述
一、集成电路的发展下页下页集成电路简称集成电路简称集成电路简称集成电路简称IC(Integrated Circuit)IC(Integrated Circuit)，是是是是2020世纪世纪世纪世纪6060年代初期发展起来的一种半导体器件，年代初期发展起来的一种半导体器件，年代初期发展起来的一种半导体器件，年代初期发展起来的一种半导体器件，它是在半导体制造工艺基础上，它是在半导体制造工艺基础上，它是在半导体制造工艺基础上，它是在半导体制造工艺基础上，将各种元器件和连线等集成在一片硅片上而制成的，将各种元器件和连线等集成在一片硅片上而制成的，将各种元器件和连线等集成在一片硅片上而制成的，将各种元器件和连线等集成在一片硅片上而制成的，因此密度高、引线短、外部接线大为减少，因此密度高、引线短、外部接线大为减少，因此密度高、引线短、外部接线大为减少，因此密度高、引线短、外部接线大为减少，提高了电子设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本，提高了电子设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本，提高了电子设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本，提高了电子设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本，为电子技术的应用开辟了一个新的时代。为电子技术的应用开辟了一个新的时代。为电子技术的应用开辟了一个新的时代。为电子技术的应用开辟了一个新的时代。上页上页首页首页一、集成电路的发展下页集成电路简称IC(Integrated人们经常以电子器件每一次重大变革作为衡量电子技人们经常以电子器件每一次重大变革作为衡量电子技人们经常以电子器件每一次重大变革作为衡量电子技人们经常以电子器件每一次重大变革作为衡量电子技术发展的标志。术发展的标志。术发展的标志。术发展的标志。将将将将1904190419041904年出现的电真空器件称为年出现的电真空器件称为年出现的电真空器件称为年出现的电真空器件称为第一代第一代第一代第一代，1948194819481948年出现的半导体器件称为年出现的半导体器件称为年出现的半导体器件称为年出现的半导体器件称为第二代第二代第二代第二代，1959195919591959年出现的集成电路称为年出现的集成电路称为年出现的集成电路称为年出现的集成电路称为第三代第三代第三代第三代，1974197419741974年出现的大规模集成电路称为年出现的大规模集成电路称为年出现的大规模集成电路称为年出现的大规模集成电路称为第四代第四代第四代第四代。随着集成工艺的发展，电子技术已经日益广泛地应用随着集成工艺的发展，电子技术已经日益广泛地应用随着集成工艺的发展，电子技术已经日益广泛地应用随着集成工艺的发展，电子技术已经日益广泛地应用于人类社会的各个方面。于人类社会的各个方面。于人类社会的各个方面。于人类社会的各个方面。下页下页上页上页首页首页人们经常以电子器件每一次重大变革作为衡量电子技术发展的标志。3 3第五章 集成运算放大电路有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。集成电路的外形集成电路的外形图图 5.1.1集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式双列直插式(b)圆壳式圆壳式(c)扁平式扁平式集成电路的外形图 5.1.1集成电路的外形(a)双列直插式二、集成电路的分类下页下页上页上页1.1.按功能的不同可分为按功能的不同可分为按功能的不同可分为按功能的不同可分为数字集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路（输入量和输出量为高、低两种电平且（输入量和输出量为高、低两种电平且（输入量和输出量为高、低两种电平且（输入量和输出量为高、低两种电平且具有一定逻辑关系的电路），具有一定逻辑关系的电路），具有一定逻辑关系的电路），具有一定逻辑关系的电路），模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路（数字集成电路以外的集成电路统称为（数字集成电路以外的集成电路统称为（数字集成电路以外的集成电路统称为（数字集成电路以外的集成电路统称为模拟集成电路）。模拟集成电路）。模拟集成电路）。模拟集成电路）。2.2.按模拟集成电路的类型可分为按模拟集成电路的类型可分为按模拟集成电路的类型可分为按模拟集成电路的类型可分为集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、集成运算放大器、集成功率放大器、集成高频放大器、集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳集成中频放大器、集成比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成数模和模数转换器以及锁相环等。压器、集成数模和模数转换器以及锁相环等。压器、集成数模和模数转换器以及锁相环等。压器、集成数模和模数转换器以及锁相环等。3.3.按构成有源器件的类型可分为按构成有源器件的类型可分为按构成有源器件的类型可分为按构成有源器件的类型可分为双极型双极型双极型双极型和和和和单极型单极型单极型单极型。首页首页二、集成电路的分类下页上页1.按功能的不同可分为数字集成电三、集成电路的特点1.参数精度不高，受温度影响较大，但对称性好。参数精度不高，受温度影响较大，但对称性好。参数精度不高，受温度影响较大，但对称性好。参数精度不高，受温度影响较大，但对称性好。2.电阻值范围有一定局限性，一般在几十欧到几十千欧电阻值范围有一定局限性，一般在几十欧到几十千欧电阻值范围有一定局限性，一般在几十欧到几十千欧电阻值范围有一定局限性，一般在几十欧到几十千欧之间。之间。之间。之间。3.常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。4.集成电路工艺不适于制造几十皮法以上的电容器，放集成电路工艺不适于制造几十皮法以上的电容器，放集成电路工艺不适于制造几十皮法以上的电容器，放集成电路工艺不适于制造几十皮法以上的电容器，放大级之间通常采用直接耦合方式。大级之间通常采用直接耦合方式。大级之间通常采用直接耦合方式。大级之间通常采用直接耦合方式。5.一般情况下，一般情况下，一般情况下，一般情况下，PNPPNP管只能做成横向的，管只能做成横向的，管只能做成横向的，管只能做成横向的，值较小值较小值较小值较小 （1010）。）。）。）。上页上页首页首页三、集成电路的特点参数精度不高，受温度影响较大，但对称性好。第二节第二节 集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运放的符号集成运放的符号集成运放的符号集成运放的符号集成运放的技术指标集成运放的技术指标集成运放的技术指标集成运放的技术指标下页下页总目录总目录第二节 集成运放的主要技术指标集成运放的符号集成运放的技术一、集成运放的符号A A+-U U-U U+U Uo o下页下页下页下页由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成，由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成，由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成，由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成，因此一般具有两个输入端和一个输出端。因此一般具有两个输入端和一个输出端。因此一般具有两个输入端和一个输出端。因此一般具有两个输入端和一个输出端。反相输入端反相输入端反相输入端反相输入端输入信号与输出信输入信号与输出信输入信号与输出信输入信号与输出信号的相位相反号的相位相反号的相位相反号的相位相反同相输入端同相输入端同相输入端同相输入端输入信号与输出信输入信号与输出信输入信号与输出信输入信号与输出信号的相位相同号的相位相同号的相位相同号的相位相同输出端输出端输出端输出端开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数上页上页首页首页一、集成运放的符号A+-U-U+Uo下页下页由于集成运放的二、集成运放的主要技术指标1.开环差模电压增益开环差模电压增益 A Aodod它的定义是它的定义是它的定义是它的定义是A Aod od=20lg20lg U Uo o U U-U U+下页下页下页下页A Aodod是指运放无外加反馈情况下的直流差模增益，一是指运放无外加反馈情况下的直流差模增益，一是指运放无外加反馈情况下的直流差模增益，一是指运放无外加反馈情况下的直流差模增益，一般用对数表示，单位为分贝。般用对数表示，单位为分贝。般用对数表示，单位为分贝。般用对数表示，单位为分贝。A Aodod是决定运放精度的重要因素，理想情况下希望是决定运放精度的重要因素，理想情况下希望是决定运放精度的重要因素，理想情况下希望是决定运放精度的重要因素，理想情况下希望A Aodod为为为为无穷大。无穷大。无穷大。无穷大。实际集成运放一般实际集成运放一般实际集成运放一般实际集成运放一般A Aodod为为为为100dB100dB左右，左右，左右，左右，高质量的集成运放高质量的集成运放高质量的集成运放高质量的集成运放A Aodod可达可达可达可达140dB140dB以上。以上。以上。以上。上页上页首页首页二、集成运放的主要技术指标1.开环差模电压增益 Aod它2.输入失调电压输入失调电压 U UIoIo3.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 U UIOIOd dU UIoIod dT T它的定义是它的定义是它的定义是它的定义是 UIO UIO=下页下页下页下页U UIoIo的定义是，为了使输出电压为零，在输入端所需要的定义是，为了使输出电压为零，在输入端所需要的定义是，为了使输出电压为零，在输入端所需要的定义是，为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。加的补偿电压。加的补偿电压。加的补偿电压。其数值表征了输入级差分对管其数值表征了输入级差分对管其数值表征了输入级差分对管其数值表征了输入级差分对管U UBEBE失配的程度，在一定失配的程度，在一定失配的程度，在一定失配的程度，在一定程度上也反映温漂的大小。程度上也反映温漂的大小。程度上也反映温漂的大小。程度上也反映温漂的大小。一般运放一般运放一般运放一般运放U UIoIo的值为的值为的值为的值为110mV110mV，高质量的在，高质量的在，高质量的在，高质量的在1mV1mV以下。以下。以下。以下。表示失调电压在规定工作范围内的温度系数，是衡量表示失调电压在规定工作范围内的温度系数，是衡量表示失调电压在规定工作范围内的温度系数，是衡量表示失调电压在规定工作范围内的温度系数，是衡量运放温漂的重要指标。运放温漂的重要指标。运放温漂的重要指标。运放温漂的重要指标。上页上页首页首页2.输入失调电压 UIo3.输入失调电压温漂 UIOd4.4.输入失调电流输入失调电流 I IIOIO5.5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂 I I IOIO即即即即I IIO IO=I IB1 B1-I IB2B2d dI IIoIod dT T I I IOIO的定义是的定义是的定义是的定义是 I IIO IO=下页下页上页上页I IIOIO的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，电流之差，电流之差，电流之差，用以描述差分对管输入电流的不对称情况，一般运放用以描述差分对管输入电流的不对称情况，一般运放用以描述差分对管输入电流的不对称情况，一般运放用以描述差分对管输入电流的不对称情况，一般运放为几十至一百纳安，高质量的低于为几十至一百纳安，高质量的低于为几十至一百纳安，高质量的低于为几十至一百纳安，高质量的低于1nA1nA。代表输入失调电流的温度系数。一般为每度几纳安，代表输入失调电流的温度系数。一般为每度几纳安，代表输入失调电流的温度系数。一般为每度几纳安，代表输入失调电流的温度系数。一般为每度几纳安，高质量的只有每度几十皮安。高质量的只有每度几十皮安。高质量的只有每度几十皮安。高质量的只有每度几十皮安。首页首页4.输入失调电流 IIO5.输入失调电流温漂 I IO6.6.输入偏置电流输入偏置电流 I IIBIB即即即即I IIO IO=I IB1 B1+I IB2B21 12 2下页下页上页上页I IIBIB 是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，它的值主要决定于集成运放输入级的静态集电极电流及它的值主要决定于集成运放输入级的静态集电极电流及它的值主要决定于集成运放输入级的静态集电极电流及它的值主要决定于集成运放输入级的静态集电极电流及输入级放大管的值。输入级放大管的值。输入级放大管的值。输入级放大管的值。一般集成运放的输入偏置电流愈大，其失调电流愈大。一般集成运放的输入偏置电流愈大，其失调电流愈大。一般集成运放的输入偏置电流愈大，其失调电流愈大。一般集成运放的输入偏置电流愈大，其失调电流愈大。I IIBIB的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置电的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置电的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置电的定义是当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值，流的平均值，流的平均值，流的平均值，首页首页6.输入偏置电流 IIB即IIO=IB1+IB2127.7.差模输入电阻差模输入电阻 r ridid8.8.共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR9.9.最大共模输入电压最大共模输入电压 U UIcmIcm U UIdIdr ridid的定义是的定义是的定义是的定义是r ridid =I IIdId集成运放输入端所能承受的最大共模电压。集成运放输入端所能承受的最大共模电压。集成运放输入端所能承受的最大共模电压。集成运放输入端所能承受的最大共模电压。它的定义是它的定义是它的定义是它的定义是K KCMRCMR =20lg20lgA Aodod A Acdcd下页下页上页上页用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。用以衡量集成运放向信号源索取电流的大小。用以衡量集成运放抑制温漂的能力。用以衡量集成运放抑制温漂的能力。用以衡量集成运放抑制温漂的能力。用以衡量集成运放抑制温漂的能力。首页首页7.差模输入电阻 rid8.共模抑制比KCMR9.最大10.10.最大差模输入电压最大差模输入电压 U UIdmIdm11.-3dB11.-3dB带宽带宽 f fHH12.12.单位增益带宽单位增益带宽 BWBWGG13.13.转换速率转换速率 S SR R集成运放反相输入端与同相输入端之间能够承受的最集成运放反相输入端与同相输入端之间能够承受的最集成运放反相输入端与同相输入端之间能够承受的最集成运放反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。大电压。大电压。大电压。A Aodod下降下降下降下降 3dB 3dB 时的频率。时的频率。时的频率。时的频率。上页上页A Aodod降至降至降至降至 0dB 0dB 时的频率。时的频率。时的频率。时的频率。在额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，在额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，在额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，在额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率，单位为输出电压的最大变化率，单位为输出电压的最大变化率，单位为输出电压的最大变化率，单位为V/V/s s。首页首页10.最大差模输入电压 UIdm11.-3dB带宽 f第三节第三节 集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路差分放大输入级差分放大输入级差分放大输入级差分放大输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级下页下页总目录总目录第三节 集成运放的基本组成部分偏置电路差分放大输入级中间级向各放大级向各放大级向各放大级向各放大级提供合适的提供合适的提供合适的提供合适的偏置电流偏置电流偏置电流偏置电流克服零克服零克服零克服零点漂移点漂移点漂移点漂移提供负载所提供负载所提供负载所提供负载所需功率及效需功率及效需功率及效需功率及效率率率率提供电压提供电压提供电压提供电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数集成运放的基本组成部分输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级偏置电路偏置电路偏置电路偏置电路集成运放的基本组成下页下页上页上页首页首页向各放大级提供合适的偏置电流克服零点漂移提供负载所需功率及效I IB2 B2 I IB1 B1 V VT1 T1 V VT2 T2 U UBE2 BE2 U UBE1 BE1+-+R R+V VCCCC一、偏置电路1.1.镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源V VCC CC-U UBE1BE1R RI IC2 C2 I IREF REF=V VCC CC-U UBE1BE1R RI IREFREF I IC1 C1 2 2I IB BI Ic2c2 I IREFREF-2-2I IB B当当当当 2 2 时时时时下页下页上页上页首页首页优点优点优点优点:结构简单，有温结构简单，有温结构简单，有温结构简单，有温度补偿作用。度补偿作用。度补偿作用。度补偿作用。IB2 IB1 VT1 VT2 UBE2 UBE1+-+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2、比例电流源、比例电流源R1R2由图可得由图可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得两两个个三三极极管管的的集集电电极极电电流流之之比比近近似似与与发发射射极极电电阻阻的的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 5.2.3比例电流源比例电流源+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBI下页下页上页上页首页首页优点优点优点优点:结构简单，有温度补偿作用。结构简单，有温度补偿作用。结构简单，有温度补偿作用。结构简单，有温度补偿作用。缺点缺点缺点缺点:V VCCCC变化时，变化时，变化时，变化时，I IC2C2按同样规律变化；无法产生微安按同样规律变化；无法产生微安按同样规律变化；无法产生微安按同样规律变化；无法产生微安极电流极电流极电流极电流下页上页首页优点:结构简单，有温度补偿作用。缺点:VCC变化、微电流源、微电流源 在在镜镜像像电电流流源源的的基基础础上上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引引入入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 22，横向，横向，横向，横向PNPPNP三极管的三极管的三极管的三极管的=2=2 ，电阻，电阻，电阻，电阻R R5 5 =39k=39k 。下页下页上页上页I Ic13 c13 V VT11 T11 V VT10 T10 R R4 4+V VCCCCV VT13 T13 V VT12 T12 R R5 5-V VEEEEI Ic10 c10 I IREF REF 估算基准电流估算基准电流估算基准电流估算基准电流I IREFREF ；分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种分析电路中各三极管组成何种电流源；电流源；电流源；电流源；估算估算估算估算V VT13T13的集电极电流的集电极电流的集电极电流的集电极电流I Ic13 c13；若要求若要求若要求若要求I Ic10 c10=28=28 A A，试估算电，试估算电，试估算电，试估算电阻阻阻阻R R4 4的阻值。的阻值。的阻值。的阻值。首页首页例5.3.1 图示为集成运放LM741偏置电路的一部分，下页下页上页上页I Ic13 c13 V VT11 T11 V VT10 T10 R R4 4+V VCCCCV VT13 T13 V VT12 T12 R R5 5-V VEEEEI Ic10 c10 I IREF REF 解：解：解：解：由图可得由图可得由图可得由图可得 V VT12T12与与与与V VT13T13组成镜像电流源，组成镜像电流源，组成镜像电流源，组成镜像电流源，V VT10T10 、V VT11T11与与与与R R4 4组成微电流源。组成微电流源。组成微电流源。组成微电流源。首页首页下页上页Ic13 VT11 VT10 R4+VCCVT13 下页下页上页上页I Ic13 c13 V VT11 T11 V VT10 T10 R R4 4+V VCCCCV VT13 T13 V VT12 T12 R R5 5-V VEEEEI Ic10 c10 I IREF REF 不能简单认为不能简单认为不能简单认为不能简单认为I Ic13c13 I IREF REF。可认为可认为可认为可认为 I Ic11c11 I IREF REF。首页首页下页上页Ic13 VT11 VT10 R4+VCCVT13 二、差分放大输入级+-u uo o+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 21.1.1.1.基本形式差分放大电路基本形式差分放大电路基本形式差分放大电路基本形式差分放大电路 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。应电阻元件的参数值都相等。两个输入、两个输入、两个输出两个输出两管两管静态工静态工作点相同作点相同（1 1）电路组成）电路组成）电路组成）电路组成下页下页上页上页首页首页二、差分放大输入级+-uo+-+-+-uiduiduid12温度变化时，温度变化时，温度变化时，温度变化时，U UC1 C1 和和和和U UC2 C2 变化一变化一变化一变化一致，致，致，致，u uO O 保持不保持不保持不保持不变。变。变。变。uo=VC1 VC2 =0uo=(VC1+VC1 )(VC2+VC2)=0静态时，静态时，ui1=ui2 =0当温度升高时当温度升高时ICVC （两管变化量相等）（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。抑制作用。抑制作用。抑制作用。下页下页上页上页首页首页+-u uo o+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 2温度变化时，UC1 和UC2 变化一致，uO 保持不变。（2 2）差模输入电压和共模输入电压）差模输入电压和共模输入电压）差模输入电压和共模输入电压）差模输入电压和共模输入电压差模输入电压差模输入电压差模输入电压差模输入电压 u uIdId 两个输入电压大小相等、极性相反。两个输入电压大小相等、极性相反。下页下页上页上页差模输入差模输入差模输入差模输入电压电压电压电压首页首页+-u uo o+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR R2 2R R1 1R Rb1b1R Rb2b2R Rc1c1R Rc2c2VTVT1 1VTVT2 2（2）差模输入电压和共模输入电压差模输入电压 uId 下页下页下页上页上页共模输入电压共模输入电压共模输入电压共模输入电压 u uIcIc 两个输入电压大小相等、极性也相同。两个输入电压大小相等、极性也相同。+-u uo o+-u uIcIc+V+VCCCCR RR RR Rb bR Rb bR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2共模输入共模输入共模输入共模输入电压电压电压电压首页首页下页上页共模输入电压 uIc +-uo+-uIc+VCCR下页下页上页上页实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意极性的输入电压任意极性的输入电压任意极性的输入电压任意极性的输入电压u uI1I1和和和和u uI2I2 ，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某，都可以将它们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。个差模输入电压和某个共模输入电压的组合。其中差模输入电压其中差模输入电压其中差模输入电压其中差模输入电压u uIdId和共模输入电压和共模输入电压和共模输入电压和共模输入电压u uIcIc的值分别为的值分别为的值分别为的值分别为:例例5.3.2 uI1=5 mV,uI2=1 mV 则则:uId=4 mV uIc=3 mV 首页首页下页上页实际上，在差分放大电路的两个输入端加上任意大小、任意共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数A Ac c =u uo o u uic ic共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比下页下页上页上页差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数差模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数共模放大倍数 K KCMRCMR越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模信号的能力越强。共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比首页首页（3 3）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比）差模电压放大倍数、共模电压放大倍数和共模抑制比 u uo o u ui i差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数 A Ad dA Ad d=共模放大倍数Ac=uouic共模抑制比下页上页差模放大差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数差模电压放大倍数 A Ad d u uo o =u uc1c1 u uc2c2=2=2 u uc1c11 12 2=2 2 A Au1u1 u ui i u uc1c1 =-=-u uc2c2 =1 12 2A Au1u1 u ui i牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，牺牲一个放大管的放大倍数换取对零点漂移的抑制，但不理想，因电路不可能完全对称，但不理想，因电路不可能完全对称，单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。单端输出时失去对零点漂移的抑制能力。下页下页上页上页 u uo o u ui i=A Au1u1A Ad d=首页首页差模电压放大倍数 Aduo=uc1 uc2=+-u uo o+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re e2.2.2.2.长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 引入共模负反馈引入共模负反馈引入共模负反馈引入共模负反馈降低单管零点漂移降低单管零点漂移降低单管零点漂移降低单管零点漂移提高了共模抑制比提高了共模抑制比提高了共模抑制比提高了共模抑制比补偿补偿补偿补偿R Re e 上的直流压降，提上的直流压降，提上的直流压降，提上的直流压降，提供静态基极电流供静态基极电流供静态基极电流供静态基极电流下页下页上页上页(1)(1)电路组成电路组成电路组成电路组成首页首页+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCRRR+-u uo o+-+-+-u uididu uididu uidid1 12 21 12 2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re e(2)(2)静态分析静态分析静态分析静态分析I IBQBQR R +U UBEQBEQ +2 2 I IEQEQR Re e =V VEEEEV VEE EE-U UBEQBEQR R+2(1+2(1+)R Re eV VCCCC-I ICQ CQ R Rc c I IBQ BQ-I IBQ BQ R RI IB BI IB BI IC CI IC CU UC CU UC C+-U UBEBEU UBEBE+-2I2IE EU UB B下页下页上页上页首页首页仿真仿真+-uo+-+-+-uiduiduid1212+VCCRRR（3 3）动态分析动态分析动态分析动态分析A Ad d=u uo o u uI I=A Au1u1Ad=-=-R R+r rbebe（R Rc c/）1 12 2R RL L Rid=2 2（R R+r rbe be）Ro=2 2 R Rc c+-u uo o u uI1I1R RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2 u uI2I2R RR RL L1 12 2R RL L1 12 2+-u ui i u uc2c2 u uc1c1下页下页上页上页+u uI1I1R RR Rc cVTVT1 1R RL L1 12 2 u uc1c1-u uo o=2=2u uc1c1 u ui i=u uI1 I1-u uI2 I2 =2=2u uI1I1首页首页（3）动态分析Ad=uouI=Au1Ad=-例例例例5.3.35.3.35.3.35.3.3在长尾式在长尾式在长尾式在长尾式差分放大电路中常接差分放大电路中常接差分放大电路中常接差分放大电路中常接入调零电阻入调零电阻入调零电阻入调零电阻R R R Rw w w w确保静确保静确保静确保静态时输出为零，如右态时输出为零，如右态时输出为零，如右态时输出为零，如右图所示。图所示。图所示。图所示。静态分析：静态分析：静态分析：静态分析：I IBQBQ=V VEE EE-U UBEQBEQR R+(+(1 1+)（2 2R Re e+0.50.5 Rw)U UCQCQ=V VCCCC-I ICQ CQ R Rc cI ICQCQ I IBQ BQ U UBQBQ=-=-I IBQ BQ R RI IBQBQR R +U UBEQBEQ +I IEQ EQ（2 2 R Re e +0.50.5 Rw)=V VEEEE下页下页上页上页+-u uo ou uI2I2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re e接Rw的长尾式差分放大电路R Rw wR RL Lu uI1I1首页首页例5.3.3在长尾式差分放大电路中常接入调零电阻Rw确保动态分析：动态分析：动态分析：动态分析：+u uI1I1R RR Rc cVTVT1 1R RL L1 12 2 u uc1c1-0.50.5R Rw wA Ad d=u uo o u uI I=A Au1u1A Ad d=-=-R R+r rbe be+（R Rc c/）1 12 2R RL L R Ro o=2 2 R Rc c u uI1I1=（R R+r rbebe）i ib b+0.50.5R Rw w i ie e u uc1c1=（R Rc c/）1 12 2R RL L i ib b（1 1+）R Rw w2 2R Ridid=2 2 R R+r rbe be+（1 1+）R Rw w2 2 下页下页上页上页+-u uo o u uI1I1R RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2 u uI2I2R R交流通路R RL L1 12 2R RL L1 12 20.50.5R Rw w0.50.5R Rw w首页首页动态分析：+uI1RRcVT1RL12uc1-0.5Rw3.3.3.3.恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路用恒流三极管代替阻值很大的长尾电阻用恒流三极管代替阻值很大的长尾电阻Re，既可有效抑制零漂，又便于集成。既可有效抑制零漂，又便于集成。（1 1）电路组成电路组成电路组成电路组成+-u uo ou uI2I2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER RL Lu uI1I1I I简化表示法下页下页上页上页恒流源式差分放大电路+-u uo ou uI2I2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re eR Rb1b1R RL Lu uI1I1R Rb2b2VTVT3 3首页首页3.恒流源式差分放大电路（1）电路组成+-uouI2+V(2)(2)静态分析静态分析静态分析静态分析通常可从确定恒流三极管的电流开始。通常可从确定恒流三极管的电流开始。恒流源式差分放大电路+-u uo ou ui2i2+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEER Re eR Rb1b1R RL Lu ui1i1R Rb2b2VTVT3 3U URb1 Rb1=R Rb1b1R Rb1 b1+R Rb2b2(V VCC CC+V VEE EE)I ICQ3 CQ3 I IEQ3EQ3=R Re eU URb1 Rb1 U UBEQ3BEQ3I ICQ1 CQ1=I IEQ2EQ2 1 12 2I ICQ3CQ3 I IBQ1 BQ1=I IBQ2BQ2 I ICQ1CQ1U UBQ1 BQ1=U UBQ2BQ2=-=-I IBQ1 BQ1 R R U UCQ1 CQ1=U UCQ2CQ2=V VCC CC -I ICQ1CQ1R RC C下页下页上页上页首页首页仿真仿真(2)静态分析恒流源式差分放大电路+-uoui2+VCCR+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwui1R1VT3VDz 例例例例5.3.45.3.4 估算图示电路的静态工作点和差模电压放估算图示电路的静态工作点和差模电压放估算图示电路的静态工作点和差模电压放估算图示电路的静态工作点和差模电压放大倍数大倍数大倍数大倍数A Ad d 。下页下页上页上页首页首页+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRU UB1B1=-I IB1B1R RI IE3E3I IC3C3I IC1C1I IC2C2U UC1C1U UC2C2I IB1B1I IB1B1解：静态工作点解：静态工作点解：静态工作点解：静态工作点下页下页上页上页+-uouI2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwuI1R1VT3VDz1 12 2I IC3C3I IC1 C1=U UC1C1=V VCC CC -I ICQCQR RC C I ICQ1CQ1I IB1B1 =U Uz z-U UBE3BE3R Re eI IE3E3 =首页首页仿真仿真UB1=-IB1RIE3IC3IC1IC2UC1UC2Ad=-=-R R+r rbe be+R Rc c （1 1+）R Rw w2 2解：差模电压放大倍数解：差模电压放大倍数解：差模电压放大倍数解：差模电压放大倍数下页下页上页上页+-uoui2+VCCRRRcRcVT1VT2-VEEReRwui1R1VT3VDz恒流源式差放恒流源式差放恒流源式差放恒流源式差放的交流通路与的交流通路与的交流通路与的交流通路与长尾式电路的长尾式电路的长尾式电路的长尾式电路的交流通路相同交流通路相同交流通路相同交流通路相同二者的差模电二者的差模电二者的差模电二者的差模电压放大倍数、压放大倍数、压放大倍数、压放大倍数、差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻和输出电阻均和输出电阻均和输出电阻均和输出电阻均相同相同相同相同首页首页Ad=-R+rbe+Rc（1+）Rw2解4.4.4.4.差分放大电路的输入、输出接法差分放大电路的输入、输出接法差分放大电路的输入、输出接法差分放大电路的输入、输出接法（1 1）差分输入、双端输出差分输入、双端输出差分输入、双端输出差分输入、双端输出下页下页上页上页+-u uo o+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEEu ui iI I+-首页首页4.差分放大电路的输入、输出接法（1）差分输入、双端输出下（2 2）差分输入、单端输出差分输入、单端输出差分输入、单端输出差分输入、单端输出将双端信号转化为单端信号。将双端信号转化为单端信号。下页下页上页上页首页首页+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEEu ui iI I+-+-u uo o（2）差分输入、单端输出将双端信号转化为单端信号。下页上（3 3）单端输入、双端输出单端输入、双端输出单端输入、双端输出单端输入、双端输出将单端信号转化为双端输出。将单端信号转化为双端输出。下页下页上页上页+-u uo o+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEEu ui iI I+-首页首页（3）单端输入、双端输出将单端信号转化为双端输出。下页上（4 4）单端输入、单端输出单端输入、单端输出单端输入、单端输出单端输入、单端输出抑制零漂能力较强抑制零漂能力较强,可使输入、输出电压反相或同相。可使输入、输出电压反相或同相。+-u uo o+V+VCCCCR RR RR Rc cR Rc cVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEEu ui iI I+-下页下页上页上页首页首页仿真仿真（4）单端输入、单端输出抑制零漂能力较强,+-uo+VC结论：结论：结论：结论：1.1.双端输出时双端输出时双端输出时双端输出时A Ad d A Au1u1R Ro o=2 2 R Rc c理想情况下理想情况下理想情况下理想情况下K KCMRCMR=2.2.单端输出时单端输出时单端输出时单端输出时Ad =Au11 12 2R Ro o=R Rc cK KCMRCMR不如双端输出时高，不如双端输出时高，不如双端输出时高，不如双端输出时高，可选择从不同的三极管输出，使可选择从不同的三极管输出，使可选择从不同的三极管输出，使可选择从不同的三极管输出，使ui与与与与uo反相或同相。反相或同相。反相或同相。反相或同相。3.单端输入时单端输入时单端输入时单端输入时4.两个三极管仍基本工作在差分状态。两个三极管仍基本工作在差分状态。两个三极管仍基本工作在差分状态。两个三极管仍基本工作在差分状态。R Ridid 2 2（R R+r rbe be）下页下页上页上页首页首页结论：Ad Au1Ro=2 Rc理想情况下KCMR=三、中间级1.1.有源负载有源负载有源负载有源负载要求有较高的电压增益和输入电阻，向输出级提供较要求有较高的电压增益和输入电阻，向输出级提供较大的推动电流，实现差分与单端信号间的转换。大的推动电流，实现差分与单端信号间的转换。I IVTVT2 2 R RVTVT3 3 VTVT1 1 u ui i u uo o-+-+V VCCCC放大管放大管放大管放大管用三极管代替负载用三极管代替负载用三极管代替负载用三极管代替负载电阻电阻电阻电阻R RC C ，组成有，组成有，组成有，组成有源负载，获得较高源负载，获得较高源负载，获得较高源负载，获得较高的电压放大倍数的电压放大倍数的电压放大倍数的电压放大倍数下页下页上页上页首页首页三、中间级1.有源负载要求有较高的电压增益和输入电阻，向输2.2.复合管复合管复合管复合管集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而的电流放大系数，以便提高本级的电压放大倍数，而且能够大大提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍且能够大大提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍且能够大大提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍且能够大大提高本级的输入电阻，以免对前级放大倍数产生不良影响。数产生不良影响。数产生不良影响。数产生不良影响。V VT T1 1V VT T2 2VTVT3 3 R RVTVT4 4 u ui i u uo o-+-+V VCCCCI IREFREF根据基准电流根据基准电流根据基准电流根据基准电流I IREFREF ，即可确定放大管的即可确定放大管的即可确定放大管的即可确定放大管的工作电流。工作电流。工作电流。工作电流。下页下页上页上页首页首页2.复合管集成运放的中间级采用复合管时，不仅可以得到很高的+V+VCCCCVTVT1 1VTVT2 2-V-VEEEEu ui iI I+-VTVT4 4VTVT3 3下页下页上页上页 i iC2C2 -i iC4C4 i iC3C3 i iC4C4 i iC1C1 i iC3C3 i iC1C1 =-i iC2C2 i iOO =i iC4C4 -ic ic2 2 =2 2 i iC4C4放大管放大管放大管放大管 足够大足够大足够大足够大i iC3C3i iC1C1i iC2C2i iC4C4i iOO电路虽然采用单端输出接法，却可以得到相当于双电路虽然采用单端输出接法，却可以得到相当于双电路虽然采用单端输出接法，却可以得到相当于双电路虽然采用单端输出接法，却可以得到相当于双端输出时的输出电流变化量。端输出时的输出电流变化量。端输出时的输出电流变化量。端输出时的输出电流变化量。有源负载有源负载有源负载有源负载有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路首页首页+VCCVT1VT2-VEEuiI+-VT4VT3下页上页四、输出级集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以满足负载的需要，满足负载的需要，满足负载的需要，满足负载的需要，同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。同时还应具有较低的输出电阻，以增强带负载能力。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。有较高的输入电阻，以免影响前级的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。一般不要求输出级提供很高的电压放大倍数。应设法尽可能减小输出波形的失真。应设法尽可能减小输出波形的失真。应设法尽可能减小输出波形的失真。应设法尽可能减小输出波形的失真。应有过载保护，以防止在输出端意外短路或负载电流应有过载保护，以防止在输出端意外短路或负载电流应有过载保护，以防止在输出端意外短路或负载电流应有过载保护，以防止在输出端意外短路或负载电流过大时烧毁功率三极管。过大时烧毁功率三极管。过大时烧毁功率三极管。过大时烧毁功率三极管。下页下页上页上页首页首页四、输出级集成运放输出级的主要作用是提供足够的输出功率以满足1.1.互补对称电路互补对称电路互补对称电路互补对称电路下页下页上页上页集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称电路。电路。电路。电路。为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的为了避免产生交越失真，实际上通常采用甲乙类的OCLOCL或或或或OTLOTL互补对称电路。互补对称电路。互补对称电路。互补对称电路。当集成运放的输出功率比较大时，常常采用由两个或当集成运放的输出功率比较大时，常常采用由两个或当集成运放的输出功率比较大时，常常采用由两个或当集成运放的输出功率比较大时，常常采用由两个或两个以上三极管组成的复合管所构成的互补对称电路两个以上三极管组成的复合管所构成的互补对称电路两个以上三极管组成的复合管所构成的互补对称电路两个以上三极管组成的复合管所构成的互补对称电路或准互补对称电路，以免要求前级放大级提供的推动或准互补对称电路，以免要求前级放大级提供的推动或准互补对称电路，以免要求前级放大级提供的推动或准互补对称电路，以免要求前级放大级提供的推动电流太大。电流太大。电流太大。电流太大。首页首页1.互补对称电路下页上页集成运放的输出级基本上都采用各种形2.2.过载保护电路过载保护电路过载保护电路过载保护电路V VD D3 3 、V VD D4 4 和和 R Re1e1 、R Re2e2组成过载保护电路。组成过载保护电路。工作电流正常时，工作电流正常时，V VD D3 3 、V VD D4 4 截止。截止。若若V VT T1 1正向电流增大，正向电流增大，V VD D3 3导通，将导通，将V VT T1 1的基流分流，的基流分流，若若V VT T2 2 反向电流增大，反向电流增大，V VD D4 4导通，将导通，将V VT T2 2的基流分流。的基流分流。+V VCCCC-V VCCCCu uI I+-R RL Lu uo oR Rb2b2R Rb1b1VDVD2 2VDVD1 1V VT T2 2V VT T1 1 二极管过载保护电路二极管过载保护电路二极管过载保护电路二极管过载保护电路VDVD3 3VDVD4 4R Re2e2R Re1e1下页下页上页上页首页首页2.过载保护电路VD3、VD4 和 Re1、Re2V VT T3 3 、V VT T4 4 和和 R Re1e1 、R Re2e2组组成过载保护电路。成过载保护电路。其工作原理与二极管过其工作原理与二极管过载保护电路类似。载保护电路类似。+V VCCCC-V VCCCCu uI I+-R RL Lu uo oR Rb2b2R Rb1b1VDVD2 2VDVD1 1V VT T2 2V VT T1 1 三极管过载保护电路三极管过载保护电路三极管过载保护电路三极管过载保护电路VTVT3 3VTVT4 4R Re2e2R Re1e1下页下页上页上页首页首页VT3、VT4 和 Re1、Re2组成过载保护电路。第五节第五节 各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点通用型集成运放的特点通用型集成运放的特点通用型集成运放的特点通用型集成运放的特点专用型集成运放的特点专用型集成运放的特点专用型集成运放的特点专用型集成运放的特点下页下页总目录总目录第五节 各类集成运放的性能特点通用型集成运放的特点专用型集一、通用型集成运放的特点通用型集成运放已经经历了四代的更替，各项技术通用型集成运放已经经历了四代的更替，各项技术通用型集成运放已经经历了四代的更替，各项技术通用型集成运放已经经历了四代的更替，各项技术指标不断得到改进。指标不断得到改进。指标不断得到改进。指标不断得到改进。第一代第一代第一代第一代集成运放以集成运放以集成运放以集成运放以A709A709（我国的（我国的（我国的（我国的FC3FC3）为代表，）为代表，）为代表，）为代表，基本上沿袭了数字集成电路的制造工艺，基本上沿袭了数字集成电路的制造工艺，基本上沿袭了数字集成电路的制造工艺，基本上沿袭了数字集成电路的制造工艺，但也开始少量采用例如横向但也开始少量采用例如横向但也开始少量采用例如横向但也开始少量采用例如横向PNPPNP管等特殊元件，管等特殊元件，管等特殊元件，管等特殊元件，采用了微电流的恒流源、共模负反馈等电路，采用了微电流的恒流源
展开阅读全文