集成运算放大电路最新课件

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,4,章,集成运算放大电路,教学内容,4.1,集成电路概述,4.2,集成运放中的电流源,4.3,差动放大电路,4.4,集成运算放大器的中间级和输出级,4.5,集成运放的典型电路,4.6,集成运算放大器的主要性能指标,4.7,理想集成运算放大器及传输特性,教学目标,掌握镜像电流源、比例电流源和微电流源电路特点,掌握差动放大电路的组成特点和性能指标计算，,理解集成运算放大器的典型结构，,掌握理想集成运算放大器的性能指标。,4.1,集成电路概述,集成电路,，简称,IC,（,Integrated Circuit,）,。,始于,20,世纪,60,年代初期,，,集成电路按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，集成运算放大器属于模拟集成电路中应用极为广泛的一种，简称集成运放,。,4.1.1,集成电路的特点,1,、电路结构与元件参数具有对称性,2,、用有源器件代替无源器件,3,、采用复合结构的电路,4,、外接部分分立元件、级间采用直接耦合方式,5,、集成电路中使用的二极管，大多采用三极管的结构，将发射极、基极和集电极适当配合使用。,与分立元件组成的放大电路相比，集成电路在电路,设计上具有以下特点,：,4.1.2,集成运算放大器的基本组成,输入级,:,多采用差分放大电路，利用差分放大电路的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比，减小温漂,。,中间级,:,由一级或多级放大电路组成,。,输出级,:,进行阻抗变换，以降低输出电阻，提高集成运,放带负载的能力,。,偏置电路,:,多采用恒流源电路,。,4.2,集成运放中的电流源,1.,镜像电流源,由图可：,由于,VT,1,与,VT,2,结构和参数都比较一致，故可以认为,，,故,，,而,当,2,时,图,4.1,镜像电流源,2.,比例电流源,由图可知，,由于,故,即,当,1,时，有,即,故,由于,所以,图,4.2,比例电流源,3.,微电流源,由图可知,由于二极管方程,所以,故,设,则有,图,4.3,微电流源,4.3,差动放大电路,4.3.1,差分放大电路的常见形式,差分放大电路的常见形式有三种：基本形式、长尾式和恒流源式。,图,4.4,长尾式差分放大电路,图,4.5,基本形式差分放大电路,恒流源式差分放大电路,4.3,差动放大电路,(b)恒流源式差分放大电路等效电路,(a),恒流源式差分放大电路电路,图,4.6,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,图,4.7,长尾式差分放大电路直流通路图,（,a,）,（,b,）,1.,静态分析,由图可知,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,所以有,由此得,由于,故,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,2.,差分放大电路对差模信号的放大作用,差分放大电路的输入信号有两种方式：差模信号输入和共模信号输入。,长尾式差分放大电路，在差模信号输入情况下,电路如图,图,4.8,长尾式差分放大电路的交流通路图,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,2.,差分放大电路对差模信号的放大作用,由图,4.8,可知，长尾式差分放大电路半电路的主要参数如下：,对于双端输入,/,双端输出的差分放大电路，由于,此时，差模电压放大倍数为,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,2.,差分放大电路对差模信号的放大作用,差模输入电阻,差模输出电阻,双端输入双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数等于其半电路的电压放大倍数，即相当于一个单管共射放大电路的放大倍数。其差模输入电阻和输出电阻是半电路差模输入电阻和输出电阻的,2,倍。,3.,差分放大电路对共模信号的抑制作用,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,在共模信号输入情况下，,当双端输入时，由于电路结构的对称性，两个晶体管的集电极电位大小相等，极性相同，即负载,R,L,两端电位相同，故,流过负载,R,L,的电流为零,。,衡量差分放大电路抑制共模信号能力的参数称为共模抑制比,，用,K,CMR,表示，其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用分贝表示，即：,结论：,差分放大电路,具有,抑制零点漂移的,作用。,4.3.2,差分放大电路的基本分析方法,4.,对任意输入信号的放大特性,如果在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、任意极性的输入电压,u,i1,和,u,i2,，这时可以将他们认为是某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,u,id,和共模输入电压,u,ic,的值分别为,当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有,例,4.1,：,电路如图例,4.1,所示,设,V,CC,=V,EE,=,12V,三极管的,1,=,2,=,=,50,R,c1,=,R,c2,=,R,c,=30k,R,W,=500,R,e,=27k,R,1,=,R,2,=,R,=10k,设,R,W,滑动变阻器的滑动端调至在中点位置。,估算该放大电路的静态工作点。,(2),当在输出端接,RL,=20k,的负载时,求差模电压放大倍数。,(3),估算差模输入电阻和输出电阻。,图,4.9,例,4.1,的图,解：,(1),求解静态工作点：,设,U,BE,=0.7V,，则有,故,(2),当在输出端接,R,L,=20k,的负载时,图,4.9,所示电路图的,交流通路图如图,4.10,所示。,图,4.10,图,4.9,所示电路交流通路图,由图,4.10,可知，电路的,差模电压,放大倍数为,:,式中,则,(3),输入输出电阻,例,4.2,一个双端输入，双端输出的差分放大电路，两个输入端的电压分别为, 求差模输入信号电压 和共模输入电压 ；, 设差模电压增益 为,80dB,，求当共模抑制比为无穷大和,100dB,时的输出电压 各为多少？,解：,(1),差模输入电压和共模输入电压,(2),输出电压,当 时,则输出电压为：,当 时,则输出电压为：,4.3.3,差分放大电路的几种接法,差分放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，,即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。,4.3.3,差分放大电路的几种接法,图,4.11,差分放大电路的四种接法,4.4,集成运算放大器的中间级和输出级,1.,集成运算放大器的中间级,中间级的主要任务是为整个电路提供足够大的电压放大倍数。,一般采用有源负载的共射放大电路。为了提高放大倍数，并减小对输入级的影响，放大管往往采用复合管。,有源负载是指利用双极型三极管或场效应管充当负载电阻。,例,4.3,电路如图,4.12,所示,设,V,CC,=V,EE,=,12V,1,=,2,=50,R,c1,=,R,c2,=100k,R,W,=200,R,3,=33k,R,2,=6.8k,R,1,=2.2k,R,s1,=,R,s2,=10k,，设,R,W,滑动变阻器的滑动端调至在中点位置。 ,(1),求静态工作点。,(2),求差模电压放大倍数。 ,(3),当,R,L,=100k,时,求差模电压放大倍数。 ,(4),若输出端从,V,T1,管集电极输出,求差模电压放大倍数。,图,4.12,题,4.3,电路图,解：,(1),静态工作点,:,设,U,BE3,=0.7V,则,（所以一般估算时,认为,U,B,0,。）,(2),差模电压放大倍数,:,其中,(3),当,R,L,=100 k,时：,其中,故,(4),当单端输出时,(,从,V,1,管,c1,极输出,):,4.4,集成运算放大器的中间级和输出级,1.,集成运算放大器的中间级,-,复合管,图,4.13,复合管及其等效类型,2.,集成运算放大器的输出级,4.4,集成运算放大器的中间级和输出级,集成运放的输出级主要是提供足够的输出功率以满足负载的需求，多采用互补电路。,图,4.14,互补型射随器,图,4.15,交越失真产生的原因及波形,2.,集成运算放大器的输出级,4.4,集成运算放大器的中间级和输出级,图,4.16,克服交越失真的互补电路,(a),二极管偏置方式,(b),模拟电压源偏置方式,4.5,集成运放的典型电路,图,4.17,通用的集成电路,F007,电路原理图,4.6,集成运算放大器的主要性能指标,1.,运算放大器的符号,图,4.18,运算放大器的符号,2.,运算放大器的性能指标,4.6,集成运算放大器的主要性能指标,开环差模电压放大倍数,A,od:,指集成运放在无外加反馈,回路的情况下的差模电压放大倍数,差模输入电阻,r,id,和,输出电阻,r,o,共模抑制比,K,CMR,输入失调电压温漂和输入失调电流温漂,输入失调电压,U,IO,和,输入失调电流,I,IO,最大差模输入电压,U,id max,和,最大共模输入电压,U,ic max,输入偏置电流,I,IB,4.7,理想集成运算放大器及传输特性,1.,理想集成运算放大器的概念,理想集成运算放大器简称理想运放,，可以认为是实际运放的理想模型，,就是将集成运放的各项指标理想化,，即认为集成运放的各项指标如下：,(1),开环差模电压增益,A,od,=,；,(2),差模输入电阻,r,id,=,；,(3),输出电阻,r,o,=0,；,(4),共模抑制比,K,CMR,=,；,(5),失调电压,U,IO,失调电流,I,IO,，以及它们的温度系数均为,0,；,(6),转换速率,SR,=,；,(7) -3dB,带宽,f,h,=,；,(8),干扰或噪声均为,0,。,2.,理想运放的特性,-,线性区,4.7,理想集成运算放大器及传输特性,图,4.19,理想运放,工作在线性区,的,特点,（,a,）“虚短”示意图,（,b,）“虚断”示意图,4.7,理想集成运算放大器及传输特性,2.,理想运放的特性,-,非线性区,图,4.20,集成运放的传输特性,