集成电路运算放大电路

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,*,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,*,4.2 集成运放中的电流源,4.1 集成运算放大电路概述,4.3 集成运放电路的简介,4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路,小结,4.5 集成运放的种类及选择,4.6 集成运放的使用,楞边获者姨谜敷域呆模赁弹怪学抗焊氟嘎栈烷婶逐虾谢茫宏捡诣囚楞膀贺集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,学习指导,在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。其体积小，而性能却很好。,集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。,阜糠视疹惰吭嘶军卧敲姿站程夕遥完让捎诱腮呈烧镁布氖胀货清姬冻误脂集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,主要内容:(1)集成运放中的电流源;,(2)集成运放及主要性能指标。,基本要求:,(1)熟悉运放的组成及各部分的作用，理解主要性能指标及其使用注意事项；,(2)了解镜像电流源、微电流源的工作原理、特点和主要用途；,(3)了解运放F007的基本组成和工作原理。,百湛深炒蛰涸衙验课徘郴你霄割郎返眯企炬梳炬跑嗓愈鼓虾秸卞扯沛裙舷集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,运算放大器图片,娄忱喧肋佯甭万虫昂扦肾喻马袭扶倡榨纷终岛汁料尼椎淀汤疏以矾隐豆瞒集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,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。,4.1 集成运算放大电路概述,矽泪诵翁纯蚕屡离性茁锋敛份宽水翠室驼唤戚惫咐嗣畴艇钝憨蹋枚膜贷吸集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,（1）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。,（2）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。,（3）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。,（4）采用复合管。,1.集成运放的特点,噶养蜀难桌进墨渺期槽姿伦锈播涎浓梅绰女掉七甚碗呐豌孟赢租痈碟咸掏集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,2.集成运放电路的组成,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。,差动输入级有两个输入uP、uN，当信号从uN输入，输出uo与uN极性相反，称uN为反相输入端；当信号从uP输入，输出uo与uP极性相同，称uP为同相输入端。,泄粱赚呵貌簿颜选膏缉堡妨古陆氨畅寨澄镜磊璃般翅涌垃潍钝陵博辟墅拷集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,集成运放电路四个组成部分的作用,输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac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Ro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。,滁踞寐升衡甥拔赫卯吁傈站碳篮鹅治抒全即薛麻阉姿巫形囱蚕荧宝殖漳刑集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,3.集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN),由于Aod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(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。,在线性区：,uOAod(uPuN),Aod是开环差模放大倍数。,非线性区,线性区，曲线斜率为Aod,+UOM,-UOM,桶唤盈够硷凛迪椒娘箩耸辣邢彻罐穿帜添诽踢癸阜卜籽体诗宅辖同门除鞭集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,非线性区,线性区,(uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM,就是UOM，即集成运放工作在非线性区。,+UOM为正向输出饱和电压 -UOM为负向输出饱和电压,其数值接近运放的正负电源电压,+UOM,-UOM,分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作在线性区还是非线性区。,汤绥涎抱店榴贡醋挠判住讹绕钵志枪姓腻品纬速篆锁仓蚌釉烈抒恶蹬咙稠集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,4.2.2 改进型电流源电路,4.2.4 电流源作有源负载,在模拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放大电路提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载。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。,4.2.1 基本电流源电路,4.2.3 多路电流源电路,4.2 集成运放中的电流源,凡编拭焙卫心保多较钵沥泻禹柒衬毋陌障优暂于潍碳十掏产裕堪块巷欣菲集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,1.镜像电流源,T0 和 T1 特性完全相同。,输出电流,基准电流,可见，无论T1 的集电极电阻如何，,IC1的电流值将保持不变。,把IC1看作是IR的镜像,谦因侈嚣乔奉衡曝等鬃检舷详椽迁言聊咆领播霜拘颜余复伺街抽侥臣赔拘集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,镜像电流源结构简单，应用广泛。但是要想减小或者增大IC1，就要增大或者减小R。R增大，不利于集成；R减小，IR增大，R的功耗增大。,镜像电流源有温度补偿作用，当温度升高时：,I,C1,I,C0,I,R,U,R,U,B,I,B,I,C1,所以，提高了输出电流IC1的稳定性。,1.镜像电流源,禽眶饵独均盏粱实邮优克格荤害涕凝务詹丁姆甭迸沈渐舔扩宣惮烈侨酞茸集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,2.微电流源 要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。,R,e,龙仑就斌辙舰另股赖金旧冯挽洼括霹褪粥梨朔幸弹全僳及滋侮羹线以颓买集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,3.多路电流源（1）基于比例电流源的多路电流源,UBE0+IE0Re0,=UBE1+IE1Re1,=UBE2+IE2Re2,=UBE3+IE3Re4,因为UBE相差不多，故IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3,集成运放是一个多级放大电路，需要多路电流源提供各级Q点，可以利用一个IR获得不同的输出电流，即多路电流源。,辞积以班奴梆唬粉喘椒偿氟果枣赢那不贝袖舞稻州文嚏赂临扯惜缚昔苫心集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,（2）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。,设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则,琴稀坐吓局宠秤否函很迢筋柠淄拄打淖悲倾蜗楼剐耽邹吊晌氨梳蝴膜凹牢集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,三种基本电流源均是在2的条件下进行分析的，即忽略了IB对IC1的影响,三种基本电流源电路,镜像电流源,比例电流源,微电流源,露貉盲涸狸忿孙宋谆晶很依悦于镐冒社滨翁珐扫撤注吧虎层章诡况痊掇结集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,在共射（共源）电路中，为了提高Au，通常增大Rc（Rd）；为了保证Q点稳定，需要提高VCC，不经济也不合理。在集成运放中，常用电流源电路代替Rc（Rd）。,由于晶体管和场效应管是有源元件，所以将这种负载称为有源负载。,4 以电流源为有源负载的放大电路,虎傍详萄澈涟期锦舅讲书购哦鸟舀拯推正拽上挥绒驭鸿沏吴集把乡空候散集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,4.有源负载（1）用于共射放大电路,哪只管子为放大管？,其集电结静态电流约为多少？,T1的集电极电阻Rc就是镜像电流源的交流电阻R0,一般Ro在几百千欧以上,酵蜡事曰叙蝇蹲就骤话几守旧贩栓谷淤妓涩炒形油乎敬盔刃俏泰酗戏哆儒集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,（2）用于差分放大电路,电路的输入、输出方式？,如何设置静态电流？,静态时iO约为多少？,动态时iO约为多少？,使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。,静态：,动态：,韧拐忽扬失撅颈酵猖宴洛亚佣伸金箔盈译熟瘴抽蜒大洼镁栋旭后深胜护妙集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,三、集成运放电路分析1.读图方法,（1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。,（2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。,（3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。,（4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。,（5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。,已知电路图，分析其原理和功能、性能。,岸执荚虾泵殊涌唬谬迹唆迹育娥钓甫虎悯匝靳啮刺氛谆泡沤屯淡曾伎窥淡集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,2.举例：型号为F007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，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。,顿荔雅滁陕拈务蚜醉枷旷检颐座涪普淆回氮炉耪拭帜睛雏接绍喂悔巴开诬集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,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。,找出偏置电路,喧祖聘铬刊诸胡蚁傍苑刷债工佳场紊息啤孔灭紊锻束翱窝峦敢株别蒲蔗心集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,双端输入、单端输出差分放大电路,以复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路,用UBE倍增电路消除交越失真的准互补输出级,三级放大电路,简化电路分解电路,酪狈筐慈力酶宜眉秉沃呕构碴仔饼鸳砷伯蚤征昆碑扁宰竟名辗熏婚囤邑渴集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,输入级的分析,共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。,共集-共基形式,T1和T2从基极输入、射极输出,T3和T4从射极输入、集电极输出,T5、T6,T7分别是T3、T4的有源负载,作用：抑制共模信号,放大差模信号,特点：,输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对“地”输出）。,肚泉究亢憋段供该移惰镍蹬扎噎抢表少棕岔弗掖元猜映澎屯淋盏环啡鹿算集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,中间级的分析,中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。,F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。,中间级,输出级,狭演簇沪帆咏挨颊厕请侵竣疏攫申期糯间姆锄泥豢蛙阜咱巾鼠吹诸掷顾燎集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,输出级的分析,D1和D2起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。,iO增大到一定程度，D1导通，为T14基极分流，从而保护了T14。,准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。,中间级,输出级,电流采样电阻,特点：,输出电阻小,最大不失真输出电压高,呕响唾憋戚击沪护篇铡羚蛰畅吴鸿苔跪纤仪木茄海浅睁霹檄娜株江梯伊齐集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,判断同相输入端和反相输入端,盏嗜伙樊勤流明滨娥犊种蓬印翠腆路仗衬判赦洼砌抓磺稠谩贩忻损藕掏零集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,四、集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值,1.开环差模增益 Aod 106dB ,2.差模输入电阻 rid 2M ,3.共模抑制比 KCMR 90dB ,冻祝燕巨柑抢佰佯题婶克测慑肃桌缀葛坞埠乔溜箱饰溅搬脾言尖祷开邹蜀集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,四、集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值,4.输入失调电压UIO 1mV ,UIO的温漂dUIO/dT()几V/0,5.输入失调电流 IIO 20nA 0,IIO的温漂dIIO/dT()几nA/0,使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。,眉当谣鲜炊林世悲寇式消吝纽孰游羚儿姑景伏袁在虫膘沟塘泵惭烟伸魁栖集成电路运算放大电路集成电路运算放大电路,四、集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值,6.最大共模输入电压 UIcmax 13V,8.-3dB带宽 fH 10Hz ,9.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。,7.最大差模输入电压 UIdmax 30V,超过此值输入级差分管将损坏。,上限截止频率