资源描述
模 拟 电 子 技 术,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,*,第四章 集成运算放大电路,主要讲述：,集成运放的,结构特点,、,电路组成,、,主要性能指标,、,种类,及,使用方法,等。,重点掌握：,电路组成,及其,各部分的作用,；,正确理解：,主要参数的物理意义及使用注意事项；,熟悉：,各种电流源的工作原理,和作用；,了解：,通用集成运放,的内部电路及其工作原理。,Home,内容简介,第四章 集成运算放大电路,4.1,集成运算放大电路概述,4.1.1,集成运放的电路结构特点,一、,由于硅片上不能制作大电容，集成运放均采用,直接耦合,方式。,集成运算放大器：,简称,运放,，一种高放大倍数的线性（,直接耦合,集成）电路。,二、,相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也相同，大量采用各种,差分放大电路,(,作输入级,),和,恒流源电路,(,作偏置电路或有源负载,),。,4.1.1,集成运放的电路结构特点,三、,集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。,四、,常用,有源元件,(,晶体管或场效应管,),取代电阻。,五、,集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用,复合形式,，以得到各方面性能俱佳的效果。,输入级,：,前置级，多采用差分放大电路。要求,R,i,大，,A,d,大，,A,c,小，输入端耐压高。,中间级,：,主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。,输出级,：,功率级，多采用准互补输出级。要求,R,o,小，最大不失真输出电压尽可能大。,偏置电路,：,为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。,几代产品中输入级的变化最大！,4.1.2,集成运放电路的组成及其各部分的作用,两个,输入端,一个,输出端,若,将,集成运放看成为一个“黑盒子”，则可,等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。,4.1.3,集成运放的电压传输特性,图,4.1.2,集成运放的符号和电压传输特性,+,V,CC,V,EE,同相端输入电压,反相端输入电压,u,id,=,u,P,U,n,差模输入电压,u,o,=,A,u,d,(,u,p,u,N,) (4-1-2),+,V,CC,V,EE,线性放大区,+U,OM,-U,OM,非线性饱和区,例如：,A,u,d,= 5x10,5,U,OM,=,14V,时。,A,u,d,差模开环电压放大倍数，几十万倍，,线性区非常窄,。,u,p,u,N,=,u,o,/,A,o,d,=14/ 5x10,5,=28(uV),当,2,时，输出电流：,电阻,R,中的电流为基准电流，其表达式为：,4.2 集成运放中的电流源电路,一、镜像电流源,I,C1,的电流值将保持不变。,电流源的作用：,1.,提供合适的静态电流；,2.,作有源负载电阻取代大电阻,I,C0,=,I,C1,镜像电流源,具有温度补偿的作用。,二、比例电流源,（,4.2.6,）,I,C1,和,I,R,呈比例关系,（,4.2.5,）,图,4.2.3,微电流源,三、微电流源,（,4.2.8,）,（,4.2.9,）,（,4.2.7,）,为了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，可对基本镜像电流源电路加以改进。,4.2.2,改进型电流源电路,一、加射极输出器的电流源,利用,T,2,管的电流放大作用，减小了基极电流,I,B0,和,I,B1,对基准电流,I,R,的分流。,若：,=10,，,则：,I,C1,0.982,I,R,。,在,很小时也可认为,I,C1,I,R,。,图,4.2.5,威尔逊电流源,二、威尔逊电流源,T1,管的,c-e,串联在,T2,管的发射极，起,Re,的作用。,在,很小时也可认为：,I,C2,I,R,I,C2,受基极电流影响很小。,图,4.2.6,基于比例电流源的多路电流源,4.2.3,多路电流源电路,图,4.2.7,多集电极管构成的多路电流源,图,4.2.9 F007,中的,电流源电路,微电流源,镜像电流源,例,4.2.1,4.2.4,以电流源为有源负载的放大电路,一、有源负载共射放大电路,有源负载,图,4.2.11,有源负载差分放大电路,二、有源负载差分放大电路,4.3,集成运放电路简介,图,4.3.2 F007,电路中的放大电路部分,图,4.3.3 F324,电路原理图,图,4.3.4 F324,的简化,电路原理图,4.4,集成运放的性能指标及低频等效电路,4.4.1,集成运放的主要性能指标,集成运放的性能参数：,(1),开环,差模增益,A,od,：,在集成运放,无外加反馈,时的差模放大倍数称为开环差模增益，记作,A,od,。,A,od,=,u,O,(u,P,u,N,),，常用分贝,(dB),表示,其分贝数为,20,lg,|,A,od,|,。,通用型集成运放的,A,od,通常在,10,5,左右，即,100dB,左右。,F007C,的,A,od,大于,94dB,。,(2),共模抑制比,K,CMR,：,差模放大倍数,与,共模放大倍 数,之比的,绝对值，,即,:,K,CMR,= |,A,od,A,oc,|,，,也常用分贝表示，,其数值为,20,lgK,CMR,。,F007C,的,K,CMR,大于,80dB,。,A,od,94dB,，,A,oc,14dB,。,(3),差模输入电阻,r,id,：,集成运放在输入差模信号时的输入电阻。,r,id,愈大，从信号源索取的电流愈小。,F007C,的,r,id,大于,2M,。,u,o,u,o,u,id,i,-,u,+,r,id,A,u,d,u,id,R,o,i,+,(4),输入失调电压,U,IO,及其温漂,d,U,IO,d,T,：,由于集成运放的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入电压为零时，,u,O,并不为零。,U,IO,是使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压，,其数值是,u,I,= 0,时，输出电压折合到输入端电压的负值，即,U,IO,愈小，表明电路参数对称性愈好。对于有外接调零电位器的运放，可以通过改变电位器滑动端的位置使得零输入时输出为零。,dU,IO,dT,是,U,IO,的温度系数,，是衡量运放温漂的重要参数，其值愈小，表明运放的温漂愈小。,F007C,的,U,IO,2mV;,dU,IO,dT,V,CC,集成运放输出级不是正向饱和，就是负向饱和，已不工作在线性区。,因此，要使集成运放工作在线性区，则必须调零。,u,o,=,A,o,d,(,u,p,u,N,) (4.1.2),输入失调电流,I,IO,及其温漂,dI,IO,dT,：,I,IO,=| I,B1,I,B2,|,，,I,IO,反映输入级差放管输人电流的不对称程度。,dI,IO,dT,与,dU,IO,dT,的含义相类似，只不过研究的对象为,I,IO,。显然，,I,IO,和,dI,IO,dT,愈小，运放的质量愈好。,(6),输入偏置电流,I,IB,：,是,输入级差放管的基极,(,栅极,),偏置电流的平均值，,即,I,IB,愈小，信号源内阻对集成运放静态工作点的影响也就愈小；而且通常,I,IB,愈小，往往,I,IO,也愈小。,最大共模输入电压,U,Icmax,：,为使,输入级能正常工作的情况下允许输入的最大共模信号。,当共模输入电压高于此时，集成运放便不能对差模信号进行放大；因此，实际应用时，要,特别注意,输入信号中,共模信号,部分的,大小,。,(8),最大差模输入电压,U,Idmax,：,当集成运放所加差模信号大到一定程度时，输入级至少有一个,PN,结承受反向电压，,U,Idmax,是不至于使,PN,结反向击穿所允许的最大差模输入电压,。当输入电压大于此值时，输入级将损坏。运放中,NPN,型管的,b,e,间耐压值只有几伏，而横向,PNP,型管的,b,e,间耐压值可达几十伏。,F007C,中输入级采用了横向,PNP,型管，因而,U,ldmax,可达,30V,。,(9),3dB,带宽,f,H,：,f,H,是使,A,od,下降,3dB(,即下降到约,0.707,倍,),时的信号频率。,由于集成运放中，晶体管,(,或场效应管,),数目较多，因而极间电容就较多；又因为那么多元件制作在一小块硅片上，分布电容和寄生电容也较多；因此，当信号频率升高时，这些电容的容抗变小，使信号受到损失，导致,A,oa,数值下降且产生相移。,由于各种电容的作用，特别是电路中加了相位补偿电容后，使得,F007C,的,f,H,仅为,7Hz,。 ，,在实用电路中，因为引入负反馈，展宽了频带，所以上限频率可达数百千赫以上。,(10),单位增益带宽,f,c,：,f,c,是使,A,od,下降到零分贝,(,即,A,od,=,1,，失去电压放大能力,),时的信号频率，,与晶体管的特征频率,f,t,相类似。,(11),转换速率,SR,：,SR = | d,u,O,d t |,max,，,表示集成运放对信号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅值信号作用时工作速度的参数，常用每微秒输出电 压变化多少伏来表示。当输入信号变化斜率的绝对值小于,SR,时，输出电压才能按线性规律变化。信号幅值愈大、频率愈高，要求集成运放的,SR,也就愈大。,理想运放的,A,od,、,K,CMR,、,r,id,、,f,H,等参数值均为无穷大,;,而,U,IO,和,dU,Io,dT,、,I,IO,和,dI,IO,dT,、,I,IB,等参数值均为零。,1,),A,ud,6,),U,IO, 0，,I,IO, 0,4,),K,CMR, ,5,),f,H, ,2,),r,id, ,3,),r,o,0,在近似分析时，常把集成运放,理想化,4.4.2,集成运放的低频等效电路,集成运放特点：,1),电压增益高,2),输入电阻大,3),输出电阻小,A,ud,r,id, ,r,o,0,小 结,本讲主要介绍了以下基本内容：,集成运放的结构特点。,集成运放的组成及各部分作用。,电流源电路。,集成运放的基本工作原理。,集成运放的主要参数及低频等效电路。,作业：,P202 4.1, 4.2,，,4.10,4.11,4.13,
展开阅读全文