2010秋《低频电子线路》(19)集成运放内部电路和性能指标

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,?低频电子线路?,(19),山东大学 信息科学与工程学院,刘志军,9/29/2024,1,上节课,运放的功放级,功率放大器,9/29/2024,2,本次课,6.5 集成运放电路举例,6.7 集成运算放大器的主要性能指标,包括 2.5.3 有限的压摆率,9/29/2024,3,集成运放的特点及构成,以具有代表意义的,通用型模拟集成运算放大器为例,。,介绍通用型模拟集成运算的,结构、原理、应用、特点,等。,9/29/2024,4,模拟集成电路特点,从制造工艺来看：,采用直接耦合的电路结构不宜做大电容和电感；,输入级及其它常用差动电路利用对称性做补偿；,大量采用恒流源电路做偏置和有源负载，做晶体管比做电阻等元件还容易。也常常采用组合电路形式。,9/29/2024,5,集成电路的优点,有体积小、功耗小、功能强、可靠性好的优点，故得到广泛应用开展。,9/29/2024,6,集成运放的组成框图,集成运放一般由四局部组成,输入级,中间级,输出级,偏置电路,9/29/2024,7,运放框图介绍,输入级,中间级,输出级,偏置级,9/29/2024,8,输入级特点,一般采用差动电路对称性 、抑制温漂和噪声。,这是芯片性能好坏的关键。,9/29/2024,9,中间级特点,一般采用,复合管,和,带有源负载的共射放大电路,。,主要,为,获得电压增益,，起到,主要的放大作用。,9/29/2024,10,输出级特点,主要考虑 功率输出带载能力强和过载保护。,9/29/2024,11,偏置级特点,为各级提供适宜的静态工作点往往采用各种电流源 ,保证各级能够稳定工作。,9/29/2024,12,6.5,集成运放电路举例,将以通用型集成运放为例，介绍模拟集成电路的构造、特点、性能技术指标和应用。,具体介绍A741F007、 5G24等型号均为此管。,9/29/2024,13,集成运放组成框图,中间级,输出级,偏置级,输入级,9/29/2024,14,1A741特点,双极集成工艺,第二代产品比较成熟,通用型经典产品,9/29/2024,15,主要缺点,带宽很窄，频率特性差。,只能用于低频频率很低的信号。,9/29/2024,16,2内部结构和工作原理,集成运放内部电路，一般分为以上提到的四局部。,结构特点：大量采用电流源电路有源负载，稳定偏置。,9/29/2024,17,集成运放内部电路图,见书P140、图,9/29/2024,18,输入级分析,输入级为,差动组合放大器,；,管子：VT,1,VT,8,；,主要任务：,输入阻抗高，,共模抑制。,9/29/2024,19,输入级分析,VT1、VT3和VT2、VT4，,共集共基CCCB差放组合电路。,其中VT1、VT3,纵向NPN管，CC电路，可提高输入阻抗，值大。,VT2、VT4,横向PNP管， CB电路，有利提高差模输入电压。,9/29/2024,20,输入级分析,VT5、VT6、VT7为比例电流源。,组成差放的有源负载，可提高增益单端输出相当双端输出。,完成双端单端化输出转换。,同时具有共模拟制作用。,9/29/2024,21,输入级分析,9/29/2024,22,中间级分析,主要性能是通过放大而获得增益。,主要由VT16和VT17组成,可接成复合管形式注意电路图有误。,VT13A多集电极电流源做有源负载,提高增益,9/29/2024,23,电路图,9/29/2024,24,输出级分析,由VT23多发射极是功放推动级,为CC电路，VT13B是有源负载；,VT14、VT20是互补对称功放级实际是射随器。,以上共同组成带推动级的功放电路。,请问：功放级是OTL还是OCL？,注意：“互补指NPN、 PNP类型互补，是两个CC射随器，“对称指两个管子参数一致。,9/29/2024,25,电路图,9/29/2024,26,保护电路工作原理,R,9,、VT,15,组成,限流保护,电路,。,当正向电流过大时,，,保护功放输出管。,R,9,为例说明,保护时VT,15,由,截止到导通。,9/29/2024,27,电路图,9/29/2024,28,保护电路分析,R,10,截流保护。,负向电流大时，R,10,压降大，使VT,21,导通，同时使VT,24,、VT,22,均导通，,从而降低VT,16,、VT,17,基极电压，使Vc,17,电位和Ve,23,上升，,使VT,20,的基极电位抬高，使管子截止。因此是截流保护。,9/29/2024,29,电路图,9/29/2024,30,保护电路分析,推动管保护VT16、VT17,VT23的发射级之一，对此管也有过流保护作用。,当VT16基流过大时，会使VT17饱和；,UB23UE23 ，,由连线可分流一局部IB16电流；,因而是过流保护。,9/29/2024,31,电路图,9/29/2024,32,偏置电路,偏置电路主要依托,电流源,起作用。,偏置电路有哪些电流源?,9/29/2024,33,电流源,看电路图分析，,请问,?,找一找,该芯片电路包括几套电流源？,分别属于什么电流源？,9/29/2024,34,电路图,9/29/2024,35,偏置电路分析,VT10、VT11是参考电流源微电流源。,提供全局的 基准电流,改变R5，可进行调整基准和整机电流大小。,9/29/2024,36,偏置电路分析,VT8、VT9 组成镜像电流源由VT10带动，给差动输入级做偏置供电。,VT5、VT6组成比例电流源，做差放级的有源负载。,9/29/2024,37,偏置电路分析,VT12、VT13由VT11带动组成镜像源，为多输出电流源。,分别为中间级做VT17的有源负载和输出级供给VT14、VT20两处供电。,9/29/2024,38,电路图,9/29/2024,39,U,BE,扩展电路,由VT,18,、VT,19,、R,8,组成。,用于,消除功放输出的交越失真,。,9/29/2024,40,电路图,9/29/2024,41,补偿电容,C1为补偿电容频率补偿，是密勒电容补偿。,防止自激。,9/29/2024,42,电路图,9/29/2024,43,静态分析,整个电路应该保持静态平衡零输入时零输出。,VT5、VT6可外接调零电路RP。,一个好的运放器件，应该无需调零。,9/29/2024,44,F007管脚和电源,注意管脚位置和电源位置。,2,3,1,4,5,6,7,+15V,-15V,+,_,9/29/2024,45,电路图,9/29/2024,46,动态分析,自行判断信号流向从输入到输出的信号流通路径。,可以使用电路组态哪进哪出的方法。,9/29/2024,47,F007电路原理图(本书,9/29/2024,48,6.7,集成运放的主要性能指标,输入失调电压UIO和输入失调电流IIO以及失调的温漂dIio/Dt，dIio/dT,输入偏置电流IiB,开环差模电压增益Aud,共模拟制比KCMR,差模输入阻抗Rid,共模输入阻抗Ric,输出电阻Ro,输入电压范围Udm、Ucm,带宽BW,转换速率压摆率SR,静态功耗Pc,9/29/2024,49,输入失调电压V,IO,和输入失调电压温度系数,反映制造中电路的对称程度UBE和电位配合性能好坏。,参数值越小越好1v20mv之间,9/29/2024,50,输入,偏置电流I,IB,反映差分对管,1,和,2,大小,，,一般在nAuA量级。,9/29/2024,51,输入失调电流I,IO,及温度系数,反映,1,、,2,的对称程度,，,和I,IB,有关。,9/29/2024,52,差模开环电压增益,A,ud,表示运放,放大能力,，,一般在 80180,dB,。,9/29/2024,53,共模抑制比K,CMR,表示运放,共模拟制能力,，,一般大于100,dB,有的达180,dB,.,9/29/2024,54,最大差模输入电压,差模输入时，输入端,所能承受的最大输入电压值。,9/29/2024,55,最大共模输入电压,接成电压比较器时，产生1%跟随误差时的输入电压值。,或定义KCMR下降6dB时所加共模电压值。,一般在几伏几十伏。,9/29/2024,56,集成运放主要频率参数,开环带宽BW和单位增益带宽GBW小信号时,转换速率/压摆率SR大信号时,建立时间tset,差模和共模输入阻抗,9/29/2024,57,差模和共模入阻,同差放参数含义。,9/29/2024,58,开环带宽BW和单位增益带宽,G,BW,在,小信号时衡量,。,是对器件,增益和频率特性的综合衡量,。,9/29/2024,59,建立时间,t,set,在运放闭环电压增益为1，规定负载并输入阶越大信号条件下，运放输出电压到达某一特定值范围所需时间。,9/29/2024,60,转换速率/压摆率SR 见P62,指在大信号时的反响速度。,反映运放输出对高速变化的输入信号的响应情况。一般接成跟随器形式进行测试。,SR大说明运放高频特性好。,9/29/2024,61,A741,典型参数,见书,P145,9/29/2024,62,特殊型集成运放简介,通用型指运放一般指标比较均衡。,特殊型指运放某些指标特别优越。,如高入阻、高精度、微功耗、低噪声、宽带、高速、高压、大功率等类型。,9/29/2024,63,集成运放的选择应用1,如没有特殊要求或一般应用，那么选用通用性集成运放系列即可，如741、324系列。,9/29/2024,64,集成运放的选择应用2,如系统要求精密、温漂小、噪声干扰低，那么选择高精度、低漂移、低噪声的集成运放。,如对于微弱信号检测、精密测量等自动化仪表或高精度稳压电源方面的应用。,9/29/2024,65,集成运放的选择应用3,如运放要求输入阻抗高、输入偏流小，那么要选择高输入阻抗的集成运放。,常用于取样/保持、峰值检波、高质量积分器、光电检测等应用电路中。,9/29/2024,66,集成运放的选择应用4,假设系统对功耗有严格要求，那么要选择低功耗集成运放。,9/29/2024,67,集成运放的选择应用5,假设系统工作频率高，或信号为窄脉冲，那么要选择宽带、高速集成运放电路。,9/29/2024,68,9/29/2024,69,9/29/2024,70,运放的选择,见P65,表2.5.2 常用集成运算放大器型号及参数举例,通用741系列,通用324系列4运放,高速318系列,低功耗/高精度/低漂移/高输入阻抗的OP07/OP77系列,高精度/低噪声/低漂移/低偏流的O27/OP37系列,9/29/2024,71,本节课作业,6-9,6-12,6-13。,9/29/2024,72,下节预习,4.5 场效应管,5.5 场效应管放大器,9/29/2024,73,本节课结束174,谢谢！,9/29/2024,74,9/29/2024,75,