模拟电路集成运算放大电路(m)

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 集成运算放大器,4.1引言,4.2 通用型集成运算放大器的结构及特点,4.3 集成运算放大器简介,4.4 集成运算放大器中的主要技术指标,4.5 理想运算放大器及其分析特征,4.6专用集成运算放大器简介,集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件， 它以半导体单晶硅为,芯片， 采用专门的制造工艺， 把晶体管、 场效应管、 二极管、 电阻和电容,等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起， 使之具有特定的,功能。 集成电路体积小、 重量轻、 耗电少、 可靠性高， 已成为现代电子器,件的主体。 集成电路分数字与模拟两大类。,模拟集成电路的种类很多， 有集成运算放大器(简称集成运放)， 集成功率放大器， 集成模拟乘法器， 集成锁相环， 集成稳压器等。 在模拟集成电路中， 集成运算放大器是最为重要、 用途最广的一种，,这里主要介绍集成运放的内部电路、 工作原理、 性能指标及常用等效模型。,集成电路体积小、 重量轻、 耗电少、 可靠性高， 已成为现代电子器件的主体。 集成电路分数字与模拟两大类。,4.1引言,集成运算放大器(简称集成运放)，根据集成工艺不同有双极性和单极性之分。,4.2,通用型集成运算放大器的结构及特点,一.,集成运放的总体结构,二.,简单的集成运放,原理电路：,输入级：,差分电路，大大减少温漂。,中间级：,采用,有源负载的共发射极电路，增益大。为提高放大倍数，常用复合管。,输出级：,具有输出电压线性范围宽、输出电阻小（ 带负,载能力强），飞线性失真小。OCL 电路。,偏置电路：,镜像电流源，微电流源。,u,-,u,+,u,o,集成运算放大器符号,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,同相输入端,反相输入端,输出端,（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的， 邻近的器件具有良好的,对称性,， 而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同， 因而特别有,利于实现,需要,对称结构,的,电路,。,三.,集成电路特点,（2）一般采用直接耦合方式,（3）,常采用具有补偿特性的差动放大电路，抑制温漂,（4）三极管（或场效应管）代替电容、电阻和二极管。,集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一定的限制。集成电路中的,电阻是使用半导体材料的体电阻制成,的， 因而,很难制造大的电阻,， 其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的,电容是用PN结的结电容作,的。,（5）适当利用外接分立元件,4.3,集成运算放大器简介,一.,通用型简化电路图,输入极性的判定,采用瞬时极性的方法（板书）,参见p109,三. 通用型集成运放F007,A,B,A,B,分析：,1. 偏置电路：,T,12,、,R,5,和T,11,构成了主偏置电路，产生基准电流,：,其他偏置电流都与基准电流有关。,T,10,、T,11,和,R,4,组成微电流源，通过T,8,和T,9,组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。,T,12,和T,13,管构成多支路电流源。T,13,管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源负载。A路为输出级提供偏置。,2. 输入级：,T,1,、T,2,和 T,3,、T,4,管组成共集一共基复合差动输入电路。,其中T,1,和T,2,管作为射极输出器，输入电阻高。,T,3,和T,4,管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高，可使输入差模信号达到30V以上。,T,5,、T,6,、T,7,和,R,1,、,R,2,、,R,3,组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。,它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。,3. 中间级：,T,16,和T,17,是复合管组成的共射放大电路，T,13,B,作这一级的集电级有源负载。,T,14,和T,20,管组成互补对称输出级，T,18,、T,19,和,R,8,为其提供静态偏置以克服交越失真。,T,15,和,R,9,保护T,14,管，使其在正向电流过大时不致烧坏。 T,21,、T,23,、T,22,管和,R,10,保护 T,20,管在负向电流过大时不致烧坏。,4. 输出级：,5. 相位分析：,用“瞬时极性法”判定，3号腿为同相端；2号腿为反相端。,1.,输入失调电,U,IO,输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。,4.4 集成运算放大器的主要参数,2.,输入失调电压温漂,d,U,IO,/dT,在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。,4.,输入失调电流,I,IO,：,在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.,输入偏置电流,I,IB,：,输入电压为零时，,运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,5.,输入失调电流温漂,d,I,IO,/,DT,:,在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。,6.,最大差模输入电压,U,idmax,运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.,最大共模输入电压,V,icmax,在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。,8.,开环差模电压放大倍数,A,o,d,：,无反馈时的差模电压增益。,一般,A,od,在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,9.,差模输入电阻,r,id,：,双极型管输入级约为10,5,10,6,欧姆，场效应管输入级可达10,9,欧姆以上。,10.,共模抑制比,K,CMR,：,K,CMR,=20lg(,A,v,d,/,A,v,c,),(dB),其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。,11.3dB,带宽,f,H,：,运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽,f,H,。,12.,转换速率,S,R,(,压摆率,),：,反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率,S,R,的表达式为,等效电路,u,+, 同相端输入电压,u,-, 反相端输入电压,u,id,差模输入电压,u,id,=,u,u,+,A,u,d,开环差模电压放大倍数,u,o,=,A,u,d,(,u,+,u,),4.5 理想运算放大器及其分析,u,o,u,id,u,i,+,u,+,u,o,R,id,A,u,d,u,id,R,o,i,1,),A,ud,2. 运放特性的理想化,6,),U,IO, 0，,I,IO, 0,理想运放,的性能指标,：,4,),K,CMR, ,5,),BW, ,2,),R,id, ,3,),R,o,0,传输特性,理想,线,性,区,O,u,id,u,o,U,omax,U,omax,实际,u,o,u,id,u,i,+,u,+,u,o,R,id,A,u,d,u,id,R,o,i,3. 理想运放工作在线性区的两个特点,1,),u,+,u,(虚短),证：,u,o,=,A,u,d,(,u,+,u,) =,A,u,d,u,id,u,+,u,=,u,o,/,A,u,d,0,2,),i,+,i,0,(虚断),证：,i,+,=,u,id,/,R,id,0,同理,i,0,u,o,u,id,u,i,+,u,+,u,o,R,id,A,u,d,u,id,R,o,i,5. 理想运放工作在非线性区的两个特点,1,),u,+,u,时，,u,o,=,U,omax,u,+,u,时,u,o,=,U,Omax,2,),i,+,i,0,(虚断),4. 集成运放工作在线性去的电路特征,负反馈保证集成运放工作在线性区,开环或引入正反馈可使集成运放工作在非线性区,反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。,通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，适用于量大面广，没有特殊要求的场合。,特殊类型的集成运放，在某一个或几个参数上有很高的性能，而其他参数一般。用户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些方面的特殊要求。,4.6 专用集成运算放大器简介,1.高输入阻抗型,这种类型的集成运放差模输入电阻往往大于10,9,W,，输入偏置电流通常为pA数量级。,这种类型的集成运放，输入级经常采用结型场效应管JFET与BJT相结合构成差动输入级，称为BiFET，或采用超管与BJT结合的电路，构成差动输入级。,其典型产品有5G28、F3140、ICH8500A、LF356、CA3130、AD515、LF0052等。,2.高精度、低漂移型,要求集成运放具有很低的漂移量和很高的精度。一般,U,IO,/,T, 2,m,V,I,IO,/,T 10MHZ。,主要应用在高速数据采集系统、高速AD和DA转换器，高速锁相环及视频放大系统中，性能优良的高速运放转换速率已可达到几千伏微秒。,高速型运放的典型产品有,m,A715、LH002、AD845、AD9618、SL541等。,4.低功耗型,要求其功耗为微瓦数量级。电流几十微安，电源电压在几伏以下。,典型产品有CA3078、,m,PC253、ICL7641等。,5. 大功率型,大功率型集成运放的电源电压为正负几十伏，输出电流几十安培，输出功率为几十瓦左右。,典型产品有LH0021、MCEL165、HA2645、LM143、ICH8515等。,1集成运放是一个高增益、直耦的多级放大器。主要品种有BJT集成运放、FET集成运放、BiMOS集成运放等。本章重点介绍了BJT集成运放F007。应熟悉集成运放的结构特点及主要参数。,2除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。,本章小结,练习P,119，,第912题,