集成运算放大电路简介.ppt

4 3集成运放电路简介 典型的集成运放 双极型集成运放F007 F324 单极型集成运放C14573 一 引脚 4 3 1双极型集成运放F007 二 电路原理图 图4 3 1F007电路原理图 1 偏置电路 至输入级 至中间级和输出级 基准电流 基准电流产生各放大级所需的偏置电流 各路偏置电流的关系 IREF IC11 IC10 IB3 IB4 IC9 IC8 IC12 IC13 微电流源 镜像电流源 输入级 镜像电流源 中间级 输出级 图4 3 1 1F007的偏置电路 2 输入级 T1 T2 T3 T4组成共集 共基差分放大电路 T1 T2基极接收差分输入信号 T5 T6有源负载 T4集电极送出单端输出信号至中间级 RW调零电阻 R外接电阻 T7与R2组成射极输出器 若暂不考虑T7和调零电路则电路可简化为 1 T1 T2共集组态 具有较高的差模输入电阻和共模输入电压 2 共基组态的T3 T4 与有源负载T5 T6组合 可以得到很高的电压放大倍数 3 T3 T4共基接法能改善频率响应 4 该电路具有共模负反馈 能减小温漂 提高共模抑制比 图4 3 1 2简化示意图 3 中间级 输入来自T4和T6集电极 输出接在输出级的两个互补对称放大管的基极 中间级T16 T17组成复合管 T13作为其有源负载 接入30pF的校正电容起相位补偿的作用 防止电路产生自激振荡 4 输出级 图4 3 1 4F007输出级原理电路 T14 T18 T19准互补对称电路 D1 D2 R9 R10为过流保护电路 T15 R7 R8为输出级设置合适的静态工作点 调节R7 R8阻值可调节两个功率管之间的电压差 这种电路称为UBE倍增电路 4 3 2单极型集成运放 3 第二级 增强型PMOSFET对管T3 T4 增强型NMOS管T8构成漏极带有源负载的共源放大电路 双端输入 单端输出的MOS差分放大电路 2 第一级 T1 T2 T7构成多路电流源 1 偏置电路 电容C起相位补偿作用 由于第二级电路从T8的栅极输入 其输入电阻非常大 所以使第一级具有很强的电压放大能力 图4 3 5C14573电路图 4 4集成运放的性能指标及低频等效电路 一 开环差模电压增益Aod 一般用对数表示 定义为 单位 分贝 理想情况下Aod为无穷大 通用型集成运放的Aod为65 100dB 4 4 1集成运放的主要性能指标 二 输入失调电压UIO 三 输入失调电压温漂 UIO 定义 为了使输出电压为零 在输入端所需要加的补偿电压 一般运放 UIO为1 10mV 高质量运放 UIO为1mV以下 定义 一般运放为每摄氏度10 20 V 高质量运放为每摄氏度0 5 V以下 四 输入失调电流IIO 五 输入失调电流温漂 IIO 一般运放为几十 一百nA 高质量的低于1nA 定义 一般运放为每摄氏度几nA 高质量的每摄氏度几十pA 六 输入偏置电流IIB 七 差模输入电阻rid 八 共模抑制比KCMR 定义 输出电压等于零时 两个输入端偏置电流的平均值 定义 一般集成运放为几兆欧 定义 多数集成运放在80dB以上 高质量的可达160dB 九 最大共模输入电压UIcmax 输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最大共模信号 十 最大差模输入电压UIdmax 不至于使PN结反向击穿所允许的最大差模输入电压 十一 3dB带宽fH 表示使Aod下降3dB时的信号频率 一般集成运放fH只有几赫兹至几千赫兹 F007C的fH仅为7Hz 十二 单位增益带宽fc 使Aod降至0dB时的信号频率 此时开环差模电压放大倍数Aod等于1 十三 转换速率SR 额定负载条件下 输入一个大信号时 输出电压的最大变化率 单位为V s 在实际工作中 输入信号的变化率一般不要大于集成运放的SR值 其他技术指标还有 最大输出电压 静态功耗及输出电阻等 4 4 2集成运放的低频等效电路 考虑各种失调因素的等效电路图 不考虑各种失调因素的电路图 若将集成运放理想化 第一代产品 利用少量横向PNP管 构成以电流源作偏置电路的三级直接耦合放大电路 第二代产品 采用了有源负载 简化了电路设计 使开环增益明显提高 各方面性能指标比较均衡 第三代产品 输入级采用超 管 值高达1000 5000倍 版图设计考虑了热效应的影响 减小了失调电压 失调电流及它们的温漂 增大了共模抑制比和输入电阻 第四代产品 采用了斩波稳零和动态稳零技术 使各性能指标参数更加理想化 一般情况下不需要调零就能正常工作 大大提高了精度 4 5集成运放的种类及选择 4 5 1集成运放的发展概况 4 5集成运放的种类及选择 4 5 2集成运放的种类 一 按工作原理分类 1 电压放大型 F007 F324 C145732 电流放大型 LM3900 F19003 跨导型 LM3080 F30804 互阻型 AD8009 AD8011 二 按可控性分类 1 可变增益运放 VCA610 AD5262 选通控制运放 OPA676 1 高精度型 性能特点 漂移和噪声很低 开环差模增益和共模抑制比很高 误差小 F5037 2 低功耗型 性能特点 静态功耗一般比通用型低1 2个数量级 不超过毫瓦级 工作电源电压很低 有较高的开环差模增益和共模抑制比 TLC2552 三 按性能指标分类 分为通用型和特殊型两类 3 高阻型 F3130 性能特点 通常利用场效应管组成差分输入级 输入电阻高达1012 高阻型运放可用在测量放大电路 采样 保持电路 带通滤波器 模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中 4 高速型 F3554 大信号工作状态下具有优良的频率特性 转换速率可达几十至几百V s 甚至高达1000V s 单位增益带宽可达10MHz 甚至几百MHz 性能特点 常用在A D和D A转换器 有源滤波器 高速采样 保持电路 模拟乘法器和精度比较器等电路中 5 高压型 性能特点 输出电压动态范围大 电源电压高 功耗大 6 大功率型 性能特点 可提供较高的输出电压较大的输出电流 负载上可得到较大的输出功率 4 5 3运放的选择 一 信号源的性质 二 负载的性质 三 精度要求 四 环境条件 从性能价格比方面考虑 应尽量采用通用型运放 只有在通用型运放不满足应用要求时才采用特殊型运放 4 6集成运放的使用 一 集成运放的外引线 管脚 二 参数测量 4 6 1使用时必做的工作 三 调零或调整偏置电压 四 消除自激振荡 简易测试法 电源端加上去耦电容 外接频率补偿电容C 4 6 2保护措施 一 输入保护 a 防止输入差模信号幅值过大 b 防止输入共模信号幅值过大 图4 6 2输入保护措施 二 电源端保护 保护元件 D1 D2 三 输出保护 保护元件 稳压管DZ1 DZ2 图4 6 4电源端保护 图4 6 3利用稳压管保护运放 复习 1 集成电路的组成 2 集成电路中的电流源 镜像电流源 比例电流源 微电流源 加射极输出器的电流源 威尔逊电流源 多路电流源 MOS管多路电流源 MOS管多路电流源