集成运算放大电路--课件

第4章 集成运算放大电路4.1 概述4.2 集成运放中的电流源电路4.3 集成运放电路分析PPT课件4.1 4.1 概述概述（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。用差分放大电路和电流源电路。（2 2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。并不增加制作工序。（3 3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。作的大电阻。（4 4）采用复合管。）采用复合管。1.集成运放的特点集成运放的特点 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。PPT课件2.集成运放电路的组成集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。一个双端输入、单端输出的差分放大电路。PPT课件集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用输入级：输入级：输入级：输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大，Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。中间级：中间级：中间级：中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。的放大能力。输出级：输出级：输出级：输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最小，最大不失真输出电压尽可能大。大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：偏置电路：偏置电路：偏置电路：为各为各级放大电路设置级放大电路设置合适的静态工作合适的静态工作点。采用电流源点。采用电流源电路。电路。PPT课件3.集成运放的符号和电压传输特性集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN)由于由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM,就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。PPT课件4.2 4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路1.镜像电流源镜像电流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。电路中有负电路中有负反馈吗？反馈吗？基准电流基准电流4.2.1 4.2.1 基本电流源电路基本电流源电路PPT课件2.2.比例电流源比例电流源PPT课件3.微电流源微电流源 要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IE0和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。超越超越方程方程RePPT课件4.2.2 改进型电流源电路改进型电流源电路1.1.加射极输出器的电流源加射极输出器的电流源T0、T1和T2特性完全相同PPT课件为增大为增大T2管的管的值，增加值，增加Re2即使即使很小很小，IC1与与IR保持很好的镜像关系。保持很好的镜像关系。PPT课件2.2.威尔逊电流源威尔逊电流源T0、T1和和T2特性完全相同特性完全相同对对A点：点：PPT课件对对B点：点：PPT课件4.2.3 2.3 多路电流源多路电流源根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re4因为因为UBE相差不多，故相差不多，故IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3（1）基于比例电流源的多路电流源）基于比例电流源的多路电流源PPT课件（2 2）多集电极管构成的多路电流源）多集电极管构成的多路电流源根据所需静态电流，来确定集电结面积。根据所需静态电流，来确定集电结面积。设三个集电区的面积分别为设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则，则PPT课件（3 3）MOS管多路电流源管多路电流源根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。MOS管的漏极管的漏极电流正比于沟道电流正比于沟道的宽长比。的宽长比。设宽长比设宽长比W/L=S，且，且T1T4的宽长比分别为的宽长比分别为S0、S1、S2、S3，则，则基准电流基准电流PPT课件4.2.4 以电流源为以电流源为有源负载的放大电路有源负载的放大电路哪只管子为放大管？哪只管子为放大管？其集电极静态电流约为多少？其集电极静态电流约为多少？静态时静态时UIQ为多少？为多少？为什么要考虑为什么要考虑 h22?（1）用于共射放大电路）用于共射放大电路PPT课件共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：比用电阻比用电阻Rc作负载时提高了。作负载时提高了。PPT课件（2）用于差分放大电路）用于差分放大电路电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iO约为多少？约为多少？动态时动态时iO约为约为多少？多少？使单端输出电路使单端输出电路的差模放大倍数近的差模放大倍数近似等于双端输出时似等于双端输出时的差模放大倍数。的差模放大倍数。静态：静态：动态：动态：PPT课件这时，这时，电压放大倍数为电压放大倍数为结论结论：利用镜像电流源作有源负载，不但可将：利用镜像电流源作有源负载，不但可将T1管管的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将使所的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将使所有变化电流流向负载有变化电流流向负载RL。PPT课件4.3 集成运放电路分析1.读图方法读图方法（1 1）了解用途：）了解用途：）了解用途：）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。指标。（2 2）化整为零：）化整为零：）化整为零：）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。电路。（3 3）分析功能：）分析功能：）分析功能：）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。定性分析每一部分电路的基本功能和性能。（4 4）统观整体：）统观整体：）统观整体：）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。能和性能。（5 5）定量计算：）定量计算：）定量计算：）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。参数。已知电路图，分析其原理和功能、性能。已知电路图，分析其原理和功能、性能。PPT课件2.举例：举例：型号为型号为F007的通用型集成运放的通用型集成运放 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。PPT课件 若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路PPT课件双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真的除交越失真的准准互补输出级互补输出级三级放大电路三级放大电路简化电路简化电路分解电路分解电路PPT课件输入级的分析输入级的分析 T3、T4为横向为横向PNP型管，输型管，输入端耐压高。共集形式，输入入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。幅值大。共基形式频带宽。共集共集-共基形式共基形式Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9因为因为IC10不变不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出PPT课件输入级的分析输入级的分析T7的作用：的作用：抑制共模信号抑制共模信号 T5、T6分别是分别是T3、T4的有源的有源负载，而负载，而T4又是又是T6的有源负载。的有源负载。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电输入端耐压高，并完成电平转换（即对平转换（即对“地地”输出）。输出）。PPT课件中间级的分析中间级的分析 中间级是主放大器，它中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。了增大放大倍数。F007的中间级是以复合的中间级是以复合管为放大管、采用有源负管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。部流入输出级。中间级中间级输出级输出级PPT课件输出级的分析输出级的分析D1和和D2起过流保护作用，未过起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。流时，两只二极管均截止。iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1导通，导通，为为T14基极分流，从而保护基极分流，从而保护了了T14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高PPT课件判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端PPT课件F007所具有的高性能所具有的高性能Ad较大：放大差模信号的能力较强较大：放大差模信号的能力较强Ac较小：抑制共模信号的能力较强较小：抑制共模信号的能力较强rid较大：从信号源索取的电流小较大：从信号源索取的电流小ro小：带负载能力强小：带负载能力强Uom大：其峰值接近电源电压大：其峰值接近电源电压输入端耐压高：使输入端不至于击穿的差输入端耐压高：使输入端不至于击穿的差模电压大。模电压大。uIcmax大：接近电源电压大：接近电源电压PPT课件4.4 4.4 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 指标参数指标参数指标参数指标参数 F007F007典型值典型值典型值典型值 理想值理想值理想值理想值 开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB PPT课件4.4 4.4 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 指标参数指标参数指标参数指标参数 F007F007典型值典型值典型值典型值 理想值理想值理想值理想值 UIO的温漂的温漂dUIO/dT()几几V/0UIO的温漂的温漂dUIO/dT()几几V/0输入失调电流输入失调电流 IIO 20nA 0IIO的温漂的温漂dIIO/dT()几几nA/0 使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。PPT课件4.4 4.4 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 指标参数指标参数指标参数指标参数 F007F007典型值典型值典型值典型值 理想值理想值理想值理想值最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR 0.5V/S 能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V超过此值输入级差分管将损坏。超过此值输入级差分管将损坏。上限截止频率。上限截止频率。对大信号的反应速度对大信号的反应速度PPT课件4.4 4.4 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标 指标参数指标参数指标参数指标参数 F007F007F007F007典型值典型值典型值典型值 理想值理想值理想值理想值开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压输入失调电压 UIO 1mV 0UIO的温漂的温漂d UIO/dT()几几V/0输入失调电流输入失调电流 IIO(IB1-IB2)20nA 0UIO的温漂的温漂d UIO/dT()几几nA/0 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR(=duO/dtmax)0.5V/S PPT课件