集成运算放大电路优秀课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,集成运算放大电路,5.1集成放大电路的特点,5.2集成运放的基本组成部分,5.3集成运放的典型电路,5.4集成运放的主要技术指标,5.5理想运算放大器,5.6各类集成运放的性能特点,5.7集成运放使用中的几个具体问题,本章重点和考点：,1、集成电路的组成及特点。,2、集成运放电路的理想性能指标、F007的应用,3、偏置电路-电流源电路的作用,4、差分放大电路的组态、分析与定性计算,5.1集成放大电路的特点,集成电路简称 IC,(,Integrated Circuit,),集成电路按其功能分,数字集成电路,模拟集成电路,模拟集成电路类型,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；,集成稳压器,；集成数/模和模/数转换器等。,集成电路的外形,图 4.1.1集成电路的外形,(,a,),双列直插式,(,b,),圆壳式,(,c,),扁平式,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。,集成电路的工艺特点：,（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路-差分放大电路。,（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。,（3）不易制造大电阻。需大电阻时，往往使用有源负载（三极管）。,（4）不能制作几十pF以上的大电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。不能制造电感，如需电感，也只能外接。,（5） 集成电路中的 NPN 、 PNP管的,值差别较大，通常 PNP 的, 10 。,什么是集成运算放大器？,5.2集成运放的主要技术指标,集成运算放大器的符号,+,A,反相输入端,同相输入端,输 出 端,一、开环差模电压增益,A,od,一般用对数表示，定义为,单位：分贝,理想情况,A,od,为无穷大； 实际情况,A,od,为 100 140 dB。,图 5.2.1运算放大器的符号,二、输入失调电压,U,IO,三、输入失调电压温漂,U,IO,定义：,为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。,一般运放：,U,IO,为 1 10 mV；,高质量运放：,U,IO,为 1 mV 以下。,定义：,一般运放为 每度 10 20,V,；,高质量运放低于每度 0.5,V 以下,；,四、输入失调电流,I,IO,五、输入失调电流温漂,I,IO,当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即,定义：,一般运放为 几十 一百纳安；高质量的低于 1 nA。,定义：,一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。,六、输入偏置电流,I,IB,七、差模输入电阻,r,id,八、共模抑制比,K,CMR,定义：,输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。,定义：,一般集成运放为几兆欧。,定义：,多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达 160 dB。,九、最大共模输入电压,U,Icm,输入端所能承受的最大共模电压。,十、最大差模输入电压,U,Idm,反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。,十一、,-,3 dB带宽,f,H,表示,A,od,下降 3 dB 时的频率。一般集成运放,f,H,只有几赫至几千赫。,十二、 单位增益带宽,BW,G,A,od,降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于 1 。,十三、 转换速率,S,R,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 V /,s 。,在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的,S,R,值。,其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。,5.3集成运放的基本组成部分,实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。,图 5.3.1集成运算的基本组成,输入级,中间级,输出级,偏置电路,一、输入级,差分电路，大大减少温漂。,二、中间级,采用,有源负载的共发射极电路，增益大。,三、输出级,互补对称 电路，带负载能力强,四、偏置电路,电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。,一、镜像电流源,(,电流镜 Current Mirror,),+V,CC,R,I,REF,+,+,VT,1,VT,2,I,C2,I,B1,I,B2,2,I,B,I,C1,U,BE1,U,BE2,基准电流,由于,U,BE1,=,U,BE2,，VT,1,与 VT,2,参数基本相同，则,I,B1,=,I,B2,=,I,B,；,I,C1,=,I,C2,=,I,C,所以,当满足, 2 时，则,图 5.3.2,优点：结构简单，有温度补偿作用,缺点： 1. 受电源波动影响大； 2.电流最低至mA级。,5.3.1偏置电路恒流源电路,向各放大级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。,+V,CC,R,I,REF,+,+,VT,1,VT,2,I,C2,I,B1,I,B2,2,I,B,I,C1,U,BE1,U,BE2,二、比例电流源,R,1,R,2,由图可得,U,BE1,+,I,E1,R,1,=,U,BE2,+,I,E2,R,2,由于,U,BE1,U,BE2,，则,忽略基极电流，可得,两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。,图 5.3.3比例电流源,三、微电流源,在镜像电流源的基础上接入电阻,R,e,。,+V,CC,R,I,REF,VT,1,VT,2,I,C2,2,I,B,I,C1,R,e,R,e,引入,R,e,使,U,BE2,U,BE1,，且,I,C2, 0，VT,1,导通，VT,2,截止,i,C1,：+,V,CC, VT,1,R,L, 地,u,I,u,-,时，,u,O,= +,U,OPP,当,u,+,u,-,时,u,O,=,-,U,OPP,1.,u,O,的值只有两种可能,在非线性区内，,(,u,+,-,u,-,),可能很大，即,u,+,u,-,。,“,虚短,”,不存在,2. 理想运放的输入电流等于零,“,虚断,”,实际运放,A,od, ，当,u,+,与,u,-,差值比较小时，仍有,A,od,(,u,+,-,u,-,),U,OPP,，运放工作在线性区。,例如：F007 的,U,opp,=, 14 V,，,A,od,2 10,5,，线性区内输入电压范围,u,O,u,+,-,u,-,O,实际特性,非线性区,非线性区,线性区,但线性区范围很小。,图 5.5.2集成运放的传输特性,5.6各类集成运放的性能特点(自学了解）,一、高精度型,性能特点：,漂移和噪声很低，开环增益和共模抑制比很高，误差小。,二、低功耗型,性能特点：,静态功耗一般比通用型低 1 2 个数量级,(,不超过毫瓦级,),，要求电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。,三、高阻型,性能特点：,通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达 10,12,。,高阻型运放可用在测量放大器、采样-保持电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。,四、高速型,大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至高达 1 000 V/,s,，单位增益带宽可达 10 MHz，甚至几百兆欧。,性能特点：,常用在A / D 和 D / A 转换器、有源滤波器、高速采样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。,五、高压型,性能特点：,输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。,六、大功率型,性能特点：,可提供较高的输出电压较大的输出电流，负载上可得到较大的输出功率。,5.7集成运放使用中的,几个具体问题,5.7.1集成运放参数的测试,5.7.2使用中可能出现的异常现象,1. 不能调零,调零电位器故障；,电路接线有误或有虚焊；,反馈极性接错或负反馈开环；,集成运放内部损坏；,重新接通即可恢复为输入信号过大而造成,“,堵塞,”,现象,原因,2. 漂移现象严重,存在虚焊点,运放产生自激振荡或受强电磁场干扰,集成运放靠近发热元件,输入回路二极管受光照射,调零电位器滑动端接触不良,集成运放本身损坏或质量不合格,原因,3. 产生自激振荡,消振措施,按规定部位和参数接入校正网络,防止反馈极性接错,避免负反馈过强,合理安排接线，防止杂散电容过大,5.7.3集成运放的保护,1. 输入保护,(,a,) 反相输入保护,(,b,) 同相输入保护,+V,+,A,R,1,VD,1,VD,2,R,F,R,-,V,u,O,u,I,保护元件,保护元件,u,O,+,A,R,1,R,F,VD,1,VD,2,u,I,保护元件,图 5.7.1输入保护,2. 电源极性错接保护,保护元件：VD,1 、,VD,2,3. 输出端错接保护,保护元件：稳压管 VD,Z1,、VD,Z2,+,A,VD,1,VD,2,+,A,R,1,VD,Z1,VD,Z2,R,F,u,O,u,I,图 5.7.3利用稳压管保护运放,图 5.7.2电源接错保护,