集成运算放大器电路课件

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,*,*,*,第六讲 集成运算放大器电路,第六讲 集成运算放大器电路,1,第一 互补输出级,二、基本电路,三、消除交越失真的互补输出级,四、准互补输出级,五、直接耦合多级放大电路,一、对输出级的要求,第一 互补输出级二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级四、,2,一、对输出级的要求,互补输出级是直接耦合的功率放大电路。,对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；,最大不失真输出电压最大。,射极输出形式,静态工作电流小,输入为零时输出为零,双电源供电时,U,om,的峰值接近电源电压。,单电源供电,U,om,的峰值接近二分之一电源电压。,一、对输出级的要求 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。射,3,二、基本电路,静态时T,1,、T,2,均截止，,U,B,=,U,E,=0,1.特征：T,1,、T,2,特性理想对称。,2.静态分析,T,1,的输入特性,理想化特性,二、基本电路静态时T1、T2均截止，UB=UE=01.,4,3.动态分析,u,i,正半周，电流通路为,+,V,CC,T,1,R,L,地，,u,o,=,u,i,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,u,i,负半周，电流通路为,地,R,L,T,2,-,V,CC,，,u,o,=,u,i,3.动态分析ui正半周，电流通路为 两只管子交替工,5,4.交越失真,消除失真的方法：,设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压,4.交越失真消除失真的方法：信号在零附近两只管子均截止开,6,三、消除交越失真的互补输出级,对偏置电路的要求：有合适的,Q,点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。,如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通状态，那么当有信号输入时两只管子中至少有一只导通，因而消除了交越失真。,二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.8V的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。,三、消除交越失真的互补输出级对偏置电路的要求：有合适的Q点，,7,三、消除交越失真的互补输出级,三、消除交越失真的互补输出级,8,四、准互补输出级,为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。,四、准互补输出级 为保持输出管的良好对称性，输,9,五、直接耦合多级放大电路,1.放大电路的读图方法,（1）化整为零：按信号流通顺序将,N,级放大电路分为,N,个基本放大电路。,（2）识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。,（3）统观总体：分析整个电路的性能特点。,（4）定量估算：必要时需估算主要动态参数。,五、直接耦合多级放大电路 1.放大电路的读图方法（1）,10,高压型 大功率型 高精度型,第一级：双端输入单端输出的差放,开环差模增益 Aod 106dB ,（4）定量估算：必要时需估算主要动态参数。,根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。,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。,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。,双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。,高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，,清华大学 华成英 hchyatsinghua.,（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。,T7的作用：抑制共模信号,用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。,三、消除交越失真的互补输出级,电流放大型：输入量与输出量均为电流,共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。,2.,例题,第一级：双端输入单端输出的差放,第二级：以复合管为放大管的共射放大电路,第三级：准互补输出级,动态电阻无穷大,（1）化整为零，识别电路,高压型 大功率型 高精度型2.例题第一级：双端输入,11,（2）基本性能,输入电阻为2,r,be,、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。,（2）基本性能 输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、,12,（3）判断电路的同相输入端和反相输入端,接法,输入,输出,相位,共射,b,c,反相,共集,b,e,同相,共基,e,c,同相,整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。,同相,输入端,反相,输入端,（3）判断电路的同相输入端和反相输入端接法输入输出相位共射b,13,（4）交流等效电路,可估算低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。,清华大学 华成英 hchya,（4）交流等效电路 可估算低频小信号下的电压放大倍数、,14,第二 集成运算放大电路,一、概述,二、集成运放中的电流源电路,三、集成运放电路分析,四、集成运放的主要性能指标,五、集成运放的种类,第二 集成运算放大电路一、概述二、集成运放中的电流源电路三,15,一、,概述,（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,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。,一、概述（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用,16,根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。,偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。,（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。,（2）多集电极管构成的多路电流源,用于测量放大器、信号发生器。,已知现有集成运放的类型是：,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。,因首先用于信号的运算，故而得名。,已知电路图，分析其原理和功能、性能。,要求输出电压幅值为80的放大器，应选用 。,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。,已知现有集成运放的类型是：,最大共模输入电压 UIcmax 13V,IC9与IC8为镜像关系IC9,设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则,四、集成运放的主要性能指标,+VCCT1RL地，,（1）化整为零，识别电路,五、直接耦合多级放大电路,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。,根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。2.集成运放电路,17,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,R,i,大，,A,d,大，,A,c,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,R,o,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。,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,18,3.,集成运放的符号和电压传输特性,u,O,=,f,(,u,P,-,u,N,),由于,A,od,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(,u,P,u,N,)的数值仅为几十一百多微伏。,在线性区：,u,O,A,od,(,u,P,u,N,),A,od,是开环差模放大倍数。,非线性区,(,u,P,u,N,)的数值大于一定值时，,集成运放的输出不是,U,OM,就是,U,OM,，即集成运放工作在非线性区。,3.集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN),19,二、集成运放中的电流源电路,1.,镜像电流源,T,0,和 T,1,特性完全相同。,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。,电路中有负反馈吗？,基准电流,二、集成运放中的电流源电路1.镜像电流源T0 和 T1,20,2.,微电流源,要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。,设计过程很简单，首先确定,I,E0,和,I,E1,，然后选定,R,和,R,e,。,超越方程,R,e,2.微电流源 要求提供很小的静态电流，又不,21,3.,多路电流源（1）基于比例电流源的多路电流源,根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。,U,BE0,+,I,E0,R,e0,=U,BE1,+,I,E1,R,e1,=U,BE2,+,I,E2,R,e2,=U,BE3,+,I,E3,R,e4,因为,U,BE,相差不多，故,I,E0,R,e0,I,E1,R,e1,I,E2,R,e2,I,E3,R,e3,3.多路电流源（1）基于比例电流源的多路电流源根据所需静,22,（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,S,0,、,S,1,、,S,2,，则,（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,23,（3）,MOS,管多路电流源,根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。,MOS管的漏极电流正比于沟道的宽长比。,设宽长比,W,/,L,=,S,，且T,1,T,4,的宽长比分别为,S,0,、,S,1,、,S,2,、,S,3,，则,基准电流,（3）MOS管多路电流源根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。,24,四、集成运放的主要性能指标,根据所需静态电流，来确定集电结面积。,F007所具有的高性能,uIcmax大：接近电源电压,因为IC10不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2,（3）MOS管多路电流源,根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。,三、消除交越失真的互补输出级,用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。,清华大学 华成英 hchyatsinghua.,Aod是开环差模放大倍数。,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。,放大电路的读图方法,根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。,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。,T7的作用：抑制共模信号,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。,7GHz，SR可达 103V/S。,低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100200W。,作低频放大器，应选用 。,四、集成运放的主要性能指标,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？,静态时,U,IQ,为多少？,为什么要考虑,h,22,?,四、集成运放的主要性能指标4.有源负载 （1）,25,（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,i,O,约为多少？,动态时,i,O,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：,（2）用于差分放大电路电路的输入、输出方式？使单端,26,三、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。,三、集成运放电路分析1.读图方法（1）了解用途：了解要分,27,2.,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。,2.举例：型号为F007的通用型集成运放 对于集成运,28,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,若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，,29,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,U,BE,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