集成放大电路优秀文档

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,*,第九章 集成运算放大器,9.2 电流源电路,9.4 功率放大电路,9.5 集成运算放大器,9.3 差分放大电路,9.1 集成放大电路概述,集成,电路,集成制造在一块微小的半导体基片上、完成特定功能的电子电路称为单片集成（Integrated Circuit，IC），半导体基片称为晶圆或衬底或芯片。,9.1 集成放大电路概述,混合集成电路,将单片集成电路和无源元件制作在衬底或印制电路板上的小型化电子电路,。,单片集成电路分类：,按制造工艺分：双极型、单极型和双极单极兼容型集成电路。,按功能分,：,数字,和,模拟,集成电路。,模拟,集成电路又分为：集成,运算,放大器，,集成,功率,放大器，,集成,比较,器，,集成,乘法,器,集成,稳压,器。,本章仅介绍单片集成的,运算放大器,和集成,功率放大器,。,1具有良好的对称性。,由于采用相同的标准工艺，所以容易在同一块硅片上制作性能一致的同类有源元件和同类无源元件。并且工作温度基本相同，元件的温度特性也一致。,9.1.1 单片集成电路中的元件及特点,主要有以下特点,：,（,与分立元件比较）,2电阻和电容的数值有一定限制。,3用有源元件代替大电阻。,由于双极型晶体管（BJT）和场效应管（FET）占用芯片面积小、性能好，常用这些有源元件构成电流源电路，取代大电阻。,为了提高单位面积的元件数，电阻的阻值限制在数十欧姆到几个千欧之间，电容的容量一般小于100pF。,电阻,是用半导体材料的,体电阻,，,电阻和电容的数值越大，占用的芯片面积也越大。,电容,则是PN结的,结电容,或MOS管的,栅极电容,。,2.对于多级直耦放大电路，最末级的温度漂移最严重。因为前级的温度漂移直接耦合到下一级并将其放大，使后级漂移很大。,图9.1.1 集成放大电路组成框图,9.1.2 集成放大电路的组成框图,集成放大电路通常是,直接耦合的放大多级电路,，如图9.1.1所示。,直耦电路的优点：,1.可以放大输入信号的直流分量和低频信号；,2.电路不包含大电容和大电感，适合集成电路工艺制造。,直耦电路的缺点：,1. 静态工作点受信号源内阻和负载的影响，并且随温度变化移动，称为温度,漂移,。,因此，必须,使每级放大电路的静态工作点稳定，特别是输入级。,9.1.2 集成放大电路的组成框图,例如，,电平移动,电路，调节各级电压的配合，达到输入量为零时输出量也近似为零，使信号源和负载中没有由直流电源引起的直流分量；,图9.1.1 集成放大电路组成框图,1.输入级则采用静态工作点很稳定的差分放大电路。此外，还要求输入级的输入电阻大。,2.中间级主要作电压放大，通常是共射放大电路或共源放大电路。,3.输出级要求带负载能力强（输出电阻小）。,为了提高电压增益，常采用复合管放大，以及电流源作集电极（或漏极）负载（称为,有源负载,）。,典型电路是射极输出器或互补对称电路。,此外，集成电路还包含一些辅助电路,。,短路保护电路,，防止输出端对地短接时损坏内部元件；等等,。,9.2,电流源电路,作用：为放大电路提供稳定的偏流、有源负载。,9.2.1 BJT电流源,9.2.2 EFT电流源,电流源：,提供基本恒定电流的电路称为电流源电路。,可以用BJT或EFT组成恒流源电路。,但是，由于每个LM386的最大输出功率是1W，故实际的输出功率只能是2W，,所以，LM741总的差模电压增益为,可见，2管轮流工作半个周期（互补），组合为一个射极输出器（互补射极输出器），消除了单个乙类射极输出器的失真。,LM741的Vicmax是15V。,特点:静态工作点稳定，放大差模信号和抑制共模信号。,6 甲乙类OTL电路,通用型运放的各项参数都比较好，但又不突出，适用于一般应用要求。,两个输入端静态电流之差的绝对值。,因此，在差模输入信号的交流通路中，射极对地等效为虚断和虚短，对差模输入信号没有反馈。,由于输入级静态电流很小，rbe较大，使差模输入电阻可达2M。,对于要求输入电阻大、输出电阻小的应用，可选用双极型单极型兼容型的运放。,根据功率守恒原则，电源发出的功率PV等于输出功率和T1、T2管的损耗PT1、PT2之和。,用LM386组成的OTL电路如图9.,I,REF,称为基准电流,。,（1）电路的构成,设T,1,和T,2,特性一致（,1,=,2,=，I,CEO1,=I,CEO2,，V,BE1,=V,BE2,）。,(a) 电路 (b) 电路符号,I,o,（2）工作原理,由电路得V,BE1,=V,BE2,，所以I,B1,=I,B2,，,I,C1,=I,C2,，即T,1,和T,2,的集电极电流相等，互为镜像。,温度补偿作用：,(a) 电路 (b) 电路符号,I,o,即温度升高引起电流源电流的增加量被电路的,自动补偿,引起的减少量抵消，输出电流基本不随温度变化。,计算输出电阻r,o,等效电路如图(c)所示。图中,左半部分电路无独立信号源，故,i,c2,i,t,+,_,R,e,r,ce2,r,be2,i,b2,i,b2,r,be1,i,b1,i,b1,v,t,r,ce1,r,o,(c) 交流等效电阻计算电路,b1,c2,c1,b2,2. 微电流源,（1）电路的构成,（2）工作原理,利用T,1,和T,2,的基射电压差在射极电阻上产生微电流输出，即,晶体管的发射结电流方程和电压方程分别为,式中，,I,S,是发射结反向饱和电流,，基射电压,v,BE,V,T,=26mV。,设T,1,和T,2,特性一致，则,在式中，可先确定I,REF,和I,O,，然后计算R,e,。,在微电流源电路中，,R,e,引入负反馈,，温度补偿作用比镜像,电流源更好。,R,e,+,_,R,r,ce2,r,be2,i,b2,i,b2,r,be1,i,b1,i,b1,i,t,v,t,r,ce1,r,o,R,e,r,o1,v,e,交流等效电阻计算电路,计算输出电阻,（略：）,r,o1,是除T,2,外基极回路的等效电阻。,，所以,由于,上式中，第2项远远大于1，,故微电流源的交流等效电阻很大,。,R,e,设T,1,、T,2,和T,3,特性一致，则,威尔逊电流源的输出电阻可按计算镜像电流源输出电阻的方法计算，表达式如下,3.威尔逊（Wilson）电流源,图9.2.3 威尔逊电流源,4.多路电流源:,图9.2.4 多路电流源,V,CC,I,C1,T,1,T,0,T,2,T,3,T,4,R,e1,R,e2,R,e3,R,e4,R,I,REF,I,C2,I,C3,I,C4,上式说明电流源按射极电阻比例输出基本恒定的电流，所以,也称为多路比列电流源。,如果全部射极电阻为零，则是多路镜像电流源。也可以将微电流源和镜像电流源组合成多路电流源。,设各管的,，,v,BE,相同,图9.2.4 多路电流源,V,CC,I,C1,T,1,T,0,T,2,T,3,T,4,R,e1,R,e2,R,e3,R,e4,R,I,REF,I,C2,I,C3,I,C4,上式中,同样，可以用PNP管组成电流源，电路形式和原理与NPN管相似，不再赘述。,每路电流源的输出电阻为（,略,）,在总电源电压大于2个场效应管的开启电压（V,DD,+V,SS,2V,T,）的情况下，则T,1,、T,2,和T,3,工作在恒流区。,9.2.2 FET电流源,1MOS管镜像电流源,将FET偏置在恒流状态.,由MOS管的转移特性方程，得,所以，,再由电路得,输出电阻等于的T,2,输出电阻，即,由电路，得,图9.2.5 MOS管镜像电流源,I,D1,I,D3,设T,1,、T,2,和T,3,的特性一致,与BJT管一样，也可以用NMOS管组成威尔逊电流源。其电路形式与BJT管威尔逊电流源相似。,图9.2.6 MOS管多路电流源,同样，可以用PMOS管组成电流源，电路形式和原理与NMOS管相似。,设T,0,和T,1,的特性一致，则,9.3 差分式放大电路,特点:,静态工作点稳定，放大差模信号和抑制共模信号。,通常用作直接耦合多级放大电路的输入级。,图9.3.1 共射差分放大电路,9.3 1 共射差分放大电路的组成和工作原理,1电路组成,电路从T,1,和T,2,的基极输入两个电压,信号：,v,i,1,，,v,i,2,；从T,1,和T,2,的集电极输出电压信号：,v,O,=v,C1,-v,C2,。这种连接方式称为,双端输入双端输出。,图中I,O,是电流源.,要求电路参数对称,双端输出电压为零，即,v,O,=V,C1,-V,C2,=0,，,接入负载对静态工作点没有影响。,图9.3.1 共射差分放大电路,2工作原理,（,1）静态工作点的稳定性,即,v,i1,=,v,i2,=0时，由电路得,/,=,=,=,2,1,I,I,I,I,C,B,B,B,2,1,=,=,=,1,1,I,I,I,I,O,C,C,C,=,=,=,=,2,1,V,V,V,V,V,on,BE,E,E,E,-,-,=,=,=,2,1,I,R,V,V,V,V,C,c,CC,C,C,C,-,静态工作点的计算,差分放大电路,实现了零输入时零输出,，输入输出不含电源引起的直流分量,即温度引起的集电极电流增加量被电路自动的负反馈引起的减少量抵消，,静态工作点基本不变,。,I,B1,和,I,B2,2r,o,I,C,I,C1,和,I,C2,输入特性,T,V,E,V,BE,I,C1,和,I,C2,当温度升高时，引起集电极电流增加I,C,。考虑到,电流源的动态电阻r,o,，下述自动的负反馈过程为真,图9.3.1 共射差分放大电路,图9.3.2 共射差分放大电路的共模输入,v,i1,= v,ic,v,i2,= v,ic,(a) 共模输入 （b） 交流通路,v,i1,= v,ic,v,i2,= v,ic,r,o,输入,共模信号,v,i1,=,v,i2,=,v,ic,时，,则有下述过程（,图(b)是交流通路，r,o,是电流源的动态电阻）。,输出共模信号,v,oc,为零，抑制了共模信号输出。,（2）共模信号的抑制,0,2,1,=,-,=,c,c,oc,v,v,v,2,1,=,c,c,v,v,2,1,=,c,c,i,i,2,1,=,b,b,i,i,ic,v,共模信号增加和温度升高对电路的影响相同，故共模信号属于无用信号。,输入,差模信号，即,v,i1,=-,v,i2,=,v,id,/2,。在电路参数对称以及T,1,和T,2,特性一致的情况下，则有下述过程,此外，差模信号引起差分管2射极电流,交流分量变化趋势相反,，即,i,e1,-,i,e2,，,射极电位的交流分量,近似,为零,。即,因此，在差模输入信号的交流通路中，,射极对地等效为虚断和虚短，对差模输入信号没有反馈。,(a) 差模输入,v,e,0,（b） 交流通路,（3）差模信号的放大,1,0,c,v,1,2,1,2,c,c,c,od,v,v,v,v,=,-,=,2,2,2,0,0,0,c,c,b,v,i,i,1,0,b,i,0,id,v,v,v,c,2,c,1,-,=,在(b)中，因,v,e,0,，差放电路可分解为2个相对独立的共射放大电路，称为,差放电路的半电路,。如图(c)，交流等效电路如(d)图。,3动态分析,（1）输入差模信号,差模输入电阻,（c)半边交流电路,+,T,1,R,C1,v,v,o1,i1,I,c1,v,e,0,图9.3.3,（b） 交流通路,（d)双管交流等效电路,i,b,be,r,R,C,i,c,i,b,-,+,v,i2,i,b,be,r,R,C,-,+,v,i,1,i,c,i,b,-,+,o,2,v,+,o,1,v,-,差模输出电阻,是半电路输入电阻的2倍。,同样是半电路输出电阻的2倍。,负载开路的差模电压增益为,（d)双管交流等效电路,i,b,be,r,R,C,i,c,i,b,-,+,v,i2,i,b,be,r,R,C,-,+,v,i,1,i,c,i,b,-,+,o,2,v,+,o,1,v,-,差模电压增益,带负载的差模电压增益为,（c)半边交流电路,+,T,1,R,C1,v,v,o1,i1,I,c1,v,e,0,（b） 交流通路,带载的共模电压增益为,（2）输入共模信号,v,i1,= v,ic,v,i2,= v,ic,r,o,交流通路,负载开路的共模电压增益,为:,对于任意的2个输入信号,v,i1,和,v,i2,，定义差模输入信号和共模输入信号依次如下：,则任意的2个输入信号均可表示为,差模信号和共模信号的代数和,由叠加原理，总的输出电压为,定义共模抑制比为,（3）同时输入差模信号和共模信号,即共模信号等效为对差模信号的干扰信号（误差信号），所以希望,共模抑制比越大越好,。,理想的双端输出,差放电路，,共模电压增益为零，共模抑制比为无穷大,，即共模信号对差模信号没有干扰。,例9.1 差分放大电路如图所示。设T,1,和T,2,特性一致，,1,=,2,=,3,=50；r,ce3,=50k，r,z,=100，R,L,=50k。（1）确定电路的静态工作点；（2）求电路的动态特性。,电流源的电流为,图9.3.4 例9.1 图,R,L,R,b,R,b,解 （1）静态分析,图9.3.4 例9.1 图,R,L,R,b,R,b,T,1,、T,2,和T,3,的输入电阻为,由式（9.2.5），,电流源的输出电阻为：,（因为此时R,L,中没有电流）,在交流回路中，R,b,与T,1,和T,2,的输入电阻r,be,串联，所以用R,b,+r,be,替代r,be，,即,差模输入电阻,为,差模电压增益为,差模输出电阻为,差分对管的静态电流越小，差模输入电阻越大。,（2）动态分析,图9.3.4 例9.1 图,R,L,R,b,R,b,由于电路参数对称和双端输出，所以共模电压增益为0。,计算表明：,差模电压增益远远大于共模电压增益；,共模输入电阻远远大于差模输入电阻；,共模和差模信号的输出电阻相同；,图9.3.5 单端输入双端输出方式,R,L,9.3.2 共射差分放大电路的输入输出方式和动态性能,双端输入:,在两个输入端同时输入电压信号,（,v,i1,0和,v,i2,0）,.,单端输入:只在任何一个输入端输入电压信号（,v,i1,0和,v,i2,=0） 或者（,v,i1,=0和,v,i2,0）,双端输出:负载跨接于两个输出端之间,（浮地负载）,.,单端输出:负载连接在任何一个输出端与参考电位之间,（接地负载）,则称为单端输出。,输入输出方式分为：,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种,v,i1,0和,v,i2,=0，负载R,L,跨接于两个集电极之间。,图9.3.5 单端输入双端输出方式,R,L,1.,单端输入双端输出,方式的,动态性能,输入信号可分解为差模信号（,v,id,=,v,i1,）和共模信号（,v,ic,=,v,i1,/2）。,静态工作点的,计算,亦相同,，不再赘述,动态性能相同,单端输入双端输出,双端输入双端输出,图9.3.6 双端输入单端输出方式,R,L,v,i1,0和,v,i2,0，负载电阻R,L,接在集电极C,1,和地之间。,（但是，T,1,的集电极静态电位却不同，修正为下式,2.,双端输入单端输出,方式的,动态性能,1）静态时,，由于T,1,和T,2,的输入回路参数对称，仍有,2）当输入差模信号时,，由于T,1,和T,2,的参数对称，差分对管射极电流的变化量,大小相等，符号相反,，射极仍然是,虚短和虚断,。,输出电阻为,差模电压增益为,单端输出的电压增益近似是双端输出的一半。,若R,L,接在C,2,与地之间（,输入信号和输出信号不在同一个管子的电极上,），,则单端输出的差模电压增益表达式中没有“” 。,v,e,0,9.3.7（a）差模输入信号交流通路,R,L,因此，,差模输入电阻,与双端输入双端输出方式,相同,，为,共模抑制比,为,v,e,0,9.3.7（a）差模输入信号,交流通路,R,L,由图9.3.6电路，得,共模电压增益,为,共模输入电阻:,与双端输入双端输出方式相同.（,略,）,输出电阻,仍是:,3. 单端输入单端输出方式的,动态性能,输入信号分解为差模信号,（,v,id,=,v,i1,）和,共模信号（,v,ic,=,vi1,/2,）。,图9.3.5 双端输入单端输出方式,R,L,如图,v,i1,0和,v,i2,=0,，则是单端输入单端输出电路。,综上所述,（1）输入方式仅影响差模输入信号和共模输入信号的大小（见式（9.3.10），不影响差分放大电路的性能参数；,（2）4种方式的输入电阻相同；,（3）电压增益和输出电阻则与输出方式有关；单端输出时，差模增益和输出电阻是双端输出的一半。,因此，,动态性能,与双端输入单端输出的动态性能相同，,静态工作点的计算,亦相同，不再赘述。,例9.2 有源负载共射差放电路如图(a)所示。试求电路的差模电压增益、差模输入电阻和输出电阻的表达式。（,略,）,解：T,1,和T,2,作差放，T,3,和T,4,是T,1,和T,2,的有源负载，且T,3,和T,4,的集电极电流互为镜像。,当差模输入时，,差分对管的发射极交流电位近似为零,。,小信号等效电路如图(b)。,I,O,(a),r,be1,r,be2,r,ce2,r,be3,r,be4,r,ce4,i,b2,i,b1,i,b3,i,b4,i,b1,i,b2,i,b3,i,b4,v,id,/2,+,-,-v,id,/2,+,-,v,e,0,e,v,o2,(b),由于r,be,远远小于r,ce,，故2者并联可忽略r,ce,。,由图(b) 得,上式说明，差模电压增益等于半电路的电压增益。虽然电路是单端输出，但其,电压增益却与双端输出的表达式相同,。,r,be1,r,be2,r,ce2,r,be3,r,be4,r,ce4,i,b2,i,b1,i,b3,i,b4,i,b1,i,b2,i,b3,i,b4,v,id,/2,+,-,-v,id,/2,+,-,v,e,0,e,v,o2,（b）,负载开路的差模电压增益为,因此，有源负载,将双端输出转换为单端输出,，,并保持增益表达式与双端输出相同,。此外，,有源负载的交流等效电阻大，可以有效地提高增益。,差模输入电阻,为,当输入信号为零时，,i,b1,=,i,b2,=0，使,i,b4,=0。所以，,输出电阻较大,。,r,be1,r,be2,r,ce2,r,be3,r,be4,r,ce4,i,b2,i,b1,i,b3,i,b4,i,b1,i,b2,i,b3,i,b4,v,id,/2,+,-,-v,id,/2,+,-,v,e,0,e,v,o2,（b）,输出电阻,图9.3.9 共射差分放大电路,当输入信号,大范围变化,时，不能用小信号模型分析晶体管的特性。而是利用晶体管的,电流方程,推导输出电压与输入电压的函数关系，即传输特性。,由BJT发射结的电流方程,并考虑到T,1,和T,2,特性一致，得,所以，,9.3 3 共射差分放大电路的,电压传输特性(,略讲,),由电路，得,图9.3.9 共射差分放大电路,再由电路，得,当输入共模信号时，,v,BE1,=,v,BE2,。,v,O,=,0，即抑制共模信号。,th(x),是非线性的双曲正切函数。,当输入差模信号时，,v,BE1,-v,BE2,=,v,id,。由上式，得,由上式可绘出差分放大电路的传输特性曲线，如图9.3.10的实线所示。,忽略上式中的2次以上高次项，输入输出电压近似为线性关系，即,因为,所以，,图9.3.9 共射差分放大电路,0,2 4 6 8 10 12,0.2,-12,-10 -8,-6 -4,-2,0.4,0.6,0.8,1.0,-0.2,-0.4,-0.6,-0.8,-1.0,I,O,R,e,=10V,T,图9.3.10 差放电路的传输特性,电压增益与使用小信号模型获得的相同,。,当,时，,综上所述，,差分放大电路的线性区很窄。,在室温下，线性区约为,为了扩展线性区，可在差分对管的射极分别接入一个电阻，如图9.3.11所示。,th(2),1，传输特性曲线进入饱和区。,0,2 4 6 8 10 12,0.2,-12,-10 -8,-6 -4,-2,0.4,0.6,0.8,1.0,-0.2,-0.4,-0.6,-0.8,-1.0,I,O,R,e,=10V,T,图9.3.10 差放电路的传输特性,图9.3.11 共射差分放大电路,R,e,R,e,射极电阻对差模信号引入串联负反馈，从而扩展线性区。如图9.3.10的虚线所示。,FET的栅极输入电流近似为零，使FET差放电路的静态输入电流近似为零，,动态输入电阻很大,。,图9.3.12 (a)是 MOS管电路，图(b)是JFET管电路。T,1,和T,2,为放大管；T,3,及其外围元件组成是电流源电路，向T,1,和T,2,输出恒定的静态电流。,9.3 4 共源差分放大电路（略）,R,D,图9.3.12 共源差分放大电路,参照BJT差放电路的分析方法，并考虑场效应管的特点，可以分析电路的性能，见表113.2。,表9.3.2 共源,差分,放大电路的主要特性,输入输出方式,双端输入双端输出,单端输入双端输出,双端输入单端输出,单端输入单端输出,差模电压增益,共模电压增益,0,共模抑制比,输出电阻,差模输入电阻,共模输入电阻,备注,r,o,是电流源的输出电阻,补充：,反馈组态判断举例（交流）,电压,并联,负,反馈,9.4.1 功率放大电路概述,9.4 功率放大电路,能够,向负载提供足够信号功率,的放大电路称功率放大电路，或功率放大器，简称为功放。,由于功率放大器的输出电压幅度和输出电流幅度都很大，才能向负载提供足够的功率。这就产生了一些特殊问题。,（5）电路分析方法,（1）功放管工作在接近极限状态,（2）非线性失真较大,（3）功率转换效率,（4）功放管的散热和保护,1. 功率放大电路的概念及其一般问题,输出信号功率源自直流电源发出的功率,，前者与后者比值的百分数称为功率转换效率。,加散热片和过流保护。,采用图解法,分析电路(因为工作在大信号状态)。,2. 功率放大电路的类型,（b）乙类,（d）丙类,（c）甲乙类,0,2,t,i,C,i,C,v,CE,Q,0,I,CEO,=,i,C,0,I,C,t,2,i,C,v,CE,Q,0,I,CEO,0,R,Tc,+R,Ts,。当忽略管壳至周围环境的热阻时，可求出散热回路的总热阻,P,C,是管芯耗散功率(热源)，,R,Tj,是管芯至管壳的热阻（可从手册中查出），,R,Ta,是管芯至环境的热阻，,R,Tc,是管壳至散热片的热阻（与有否垫片、接触面积、紧固程度等有关），,某功放电路中采用3DD100低频大功率管，由晶体管手册查出，最大允许功耗P,CM,=20W，最高允许结温T,jM,=178,0,C，R,Tj,=3,0,C/W，若要求环境温度为40,0,C，R,Tc,=1,0,C/W，试问应选用热阻为多大的散热片？,R,Ts,=R,T,-R,Tj,-R,Tc,=（6.75-3-1）,00,C/W,由式（9.4.16）得散热片的热阻为,0,C/W的散热片。,解：,由式9.4.15 可得总热阻为,由于集成运放通常不直接驱动终端负载，故不必像集成功率放大器那样输出较大功率，但要求输出电阻小，增益和输入电阻大，频率特性好。,9.5 集成运算放大器（,略讲,）,利用运放的高增益和对其引入的反馈，极易组成,各种模拟信号处理电路,，故由此而得名。,分类：有双极型、单极型及双极单极兼容型产品。,当输入信号为零时，ib1= ib2=0，使ib4=0。,信号：vi1，vi2；,注意1端和8端只能外接阻容串联支路（或电容支路），否则将影响功放的静态工作点。,2电阻和电容的数值有一定限制。,保证器件安全工作或保证器件特性的极限参数既是绝对最大额定值。,运放在没有外加反馈和连接给定负载的情况下，输出电压与输入共模电压之比定义为开环共模电压增益。,采用图解法分析电路(因为工作在大信号状态)。,中间级主要作电压放大，通常是共射放大电路或共源放大电路。,在信号的正半周，T1工作，由电路得交流负载线方程,2 共射差分放大电路的共模输入,在1端和8端外接阻容串联支路，则可调整电压增益。,集成功率放大器，,通用型运放的各项参数都比较好，但又不突出，适用于一般应用要求。,某功放电路中采用3DD100低频大功率管，由晶体管手册查出，最大允许功耗PCM=20W，最高允许结温TjM=1780C，RTj=30C/W，若要求环境温度为400C，RTc=10C/W，试问应选用热阻为多大的散热片？,电容则是PN结的结电容或MOS管的栅极电容。,上述可知，单极型运放的输入MC14573总差模电压增益为电阻特别大，功耗低，电路简单。,集成放大器的符号和外形,运算放大器外形图,P,N,O,_,v,i,1,v,o,v,i,2,+,(a),+,(a) 国家标准符号,(b)原符号(旧符号),(b),v,o,+,_,v,i,1,v,i,2,+,A,运放由电流源偏置电路、差分输入级、中间放大级和互补输出级组成，如图中的分块虚线所示。,图9.5.1 集成运算放大器LM741电路原理图,9.5.1 双极型集成运算放大器LM741,由电路，得基准电流,PNP管T,12,和T,13,组成镜像电流源。由（9.2.1）式，得,NPN管T,10,和T,11,组成为微电流源。由（9.2.4）式，得,解为,PNP管T,8,和T,9,组成镜像电流源。由（9.2.1）式，得,电流源偏置电路,图9.5.2 输入级交流通路,NPN管T,1,和T,2,组成共集差分放大电路，T,8,是电流源，射极双端输出；PNP管T,3,和T,4,组成共基差分放大电路，T,5,、T,6,和T,7,以及R,1,、R,2,和R,3,组成有源负载，实现双端输出到单端输出的转换。,2. 差分放大输入级,由于输入级静态电流很小，r,be,较大，使差模输入电阻可达2M。,差模信号时输入级的交流通路如图9.5.2所示，R,i2,是中间级的输入电阻。电路是一个,共集共基组合,差分放大电路。,T,1,、T,2,、T,3,、T,4,、T,5,和T,6,的静态电流近似,等于T,8,静态电流的一半,，即14A。,差模输入电阻是半电路输入电阻的2倍，即,差模电压增益等于半电路的电压增益。考虑到R,i2,远远小于本级的输出电阻，则差模电压增益为,图9.5.2 输入级交流通路,NPN管T,16,和T,17,构成复合管共射极放大电路，电流源T,13,是其有源负载。由于T,13,的输出电阻r,ce13,远远大于R,7,、R,8,和T,15,组合支路的动态电阻，电压增益为,R,i3,是输出级的输入电阻。,3. 中间放大级,中间放大级的输入电阻为,图9.5.1 集成运算放大器LM741电路原理图,另外，电容C作相位补偿，避免自激振荡。,4. 输出级,R,7,、R,8,和T,15,组合支路是输出级的偏置电路。偏置电路的电压为,远远小于的T,13,输出电阻rce,13,。,偏置电压与发射结成正比，故称V,BE,倍增电路。在集成电路中，电阻比值是较准确的，故可以较准确设定倍增电路的端电压。,甲乙类互补对称电路的输出电阻近似为,甲乙类互补对称电路的输出电阻近似为,甲乙类互补对称电路的电压增益近似为1。所以，LM741总的差模电压增益为,电压增益可达106dB。负号说明,v,i1,与输出电压,v,o,同相、,v,i2,与输出电压,v,o,反相，即3端是同相输入端，2端是反相输入端。,输出电阻小于200。,5限流保护电路,二极管D,1,、D,2,和电阻R,9,、R,10,是过流保护电路。,正常工作时，R,9,和R,10,上的电压很小，D,1,、和D,2,均截止，不影响电路的正常工作。,过流时，,在输出电流的,正半周,，R,9,上的电压明显增大，致使D,1,导通，从T,14,的基极分流，限制T,14,的集电极电流，保护T,14,管。,在输出电流的,负半周,，R,10,上的电压明显增大，使D,2,导通，从T,18,的基极分流，限制T,19,的集电极电流，保护T,19,管。,在LM741电路中，通过PNP管和NPN管的配合，使得在零输入电压时