第讲-集成运算放大电路3(共34张PPT)

第四章集成运算放大电路4.1集成运算放大电路概述4.2集成运放中的电流源电路4.3集成运放电路简介4.4集成运放的性能指标及低频等效电路4.5集成运放的种类及选择4.6集成运放的使用1第1页，共34页。第十四讲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2第2页，共34页。4.1概述（1）制造工艺→一致性、对称性好——受温度影响小。大量采用差分电路和恒流源电路。（2）连线短，焊点少——可靠性高。（3）充分利用复杂电路形式（容易做到）提高各方面性能，采用复合管、有源负载。（4）集成大R、C难——有源器件（T）代替R、直接耦合方式（R—10～50KΩ；C—0.1pF～50pF）

1.集成电路的特点集成电路——“管”、“路”一体的半导体器件，具有特定功能。集成运算放大电路(集成运放)——高性能的直接耦合多级放大电路。首先用于信号的运算——“运放”。3第3页，共34页。2.集成运放电路的组成及各部分作用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。4第4页，共34页。

四个组成部分的作用输入级（前置级）——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——多采用共射/源放大电路。主放大级，要求有足够的放大能力。

输出级（功率级）——采用准互补输出电路。要求Ro小，输出电压动态范围宽、失真小。偏置电路——采用电流源电路。为各级电路设置合适的静Q点。要求IC/ID小、稳定。5第5页，共34页。

Aod高达几十万倍→线性区很窄、输入电压(uP－uN)很小(几十～一百多μV)线性区：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是开环差模放大倍数。非线性区(饱和区)

饱和区：uO=±UOM

（uP>uN为+UOM，uP<uN为－UOM）uO=f(uP-uN)3.集成运放的符号和电压传输特性UOM-UOM线性区(放大区)uP—同相端：uO与uP同相uN—反相端：uO与uN反相(1)符号(2)传输特性6第6页，共34页。4.2集成运放的偏置电路——电流源电路1.镜像电流源T0和T1特性一致

充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。基准电流—“镜像”IR——基准电流；IC(IC1)——工作电流（偏置电流）*镜像电流源的温度补偿作用：温度↑→IC1↑、IC0↑→IR↑→UR↑→UB↓→IC1↓7第7页，共34页。2.微电流源当IC0≈IR一定时，由所需IC1计算Re值：Re镜像电流源简单，但要求IC1小（μΑ量级）时→R大，集成困难！为使IC1为弱电流，且R不大→Re——微电流源因为UBE1＜UBE0IC1＜IC0当IC0＞＞IB0+IB1时，IC0≈IR即IC1＜IR=（VCC-UBEO）/RIR可大→R就可小一些(几十μΑ）8第8页，共34页。3.比例电流源UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1因为UBE0=UBE1则IE0Re0=IE1Re1所以IC1≈IE1=(Re0/Re1)IE0IE0≈IC0≈IR(IC0＞＞IB0+IB1)9第9页，共34页。3.多路电流源

（1）基于比例电流源的多路电流源当

IE0(≈IR)确定之后，根据所需电流选取合适Re即可。

UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re3因为UBE近似相等，故IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re310第10页，共34页。（2）多集电极管构成的多路电流源当IC0(=IR)确定之后，根据所需静态电流，来确定集电结面积(设计制造)。设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则11第11页，共34页。（3）MOS管多路电流源MOS管漏极电流正比于沟道的宽长比。设宽长比W/L=S，且T1～T4的宽长比分别为S0、S1、S2、S3，则基准电流当ID0(=IR)确定之后，根据所需静态电流，来确定沟道尺寸(设计制造)。12第12页，共34页。哪只管子为放大管？其集电极静态电流约为多少？静态时UIQ为多少？(IBQ1Rb+UBEQ1)为什么要考虑h22?（RL为后级Ri，一般很大）1.有源负载共射放大电路当RL<<(rce1//rce2)时，Au=……为什么采用有源负载？有何特点？4.3集成运放的中间极(要求Au大，Ri高)

*T1——采用复合管的共射放大电路13第13页，共34页。IIO的温漂dIIO/dT(℃)几十nA/℃0用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。=UBE3+IE3Re3UBE0+IE0Re0其集电极静态电流约为多少？偏置电路——采用电流源电路。rid2MΩ∞单VCC（3～30V）±22V(741E)1．熟悉集成运放的特点、基本组成及各部分的作用。跨导型：输入量为电压，输出量均为电流高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod>105dB。判断同相输入端和反相输入端2.有源负载差分放大电路①电路的输入、输出方式？②如何设置静态电流？③静态时iO约为多少？④动态时ΔiO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：△iO约为单端输出时的两倍14第14页，共34页。4.4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。15第15页，共34页。2.例题1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16第16页，共34页。选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信输出级（功率级）——采用准互补输出电路。（1）制造工艺→一致性、对称性好——受温度影响小。输入级（前置级）——采用差分放大电路。其集电极静态电流约为多少？双VCC±1.为什么要考虑h22?（RL为后级Ri，一般很大）（2）多集电极管构成的多路电流源rid2MΩ∞判断同相输入端和反相输入端输入失调电流IIO20nA0用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。当IC0≈IR一定时，由所需IC1计算Re值：第十四讲集成运算放大电路（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。（2）基本性能输入电阻为2rbe、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。17第17页，共34页。（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bc反相共集be同相共基ec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18第18页，共34页。（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。19第19页，共34页。2.例题2：F007通用型集成运放首先找出偏置电路，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。20第20页，共34页。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21第21页，共34页。输入级的分析

T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。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Q点的稳定：T（℃）↑→IC1↑IC2↑→IC8↑IC9与IC8为镜像关系→IC9↑因为IC10不变→IB3↓IB4↓→IC3↓IC4↓→IC1↓IC2↓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22第22页，共34页。输入级的分析T7的作用：抑制共模信号

T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载。作用？+++++++_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）。23第23页，共34页。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24第24页，共34页。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25第25页，共34页。判断同相输入端和反相输入端26第26页，共34页。4.5集成运放的主要性能指标

指标参数F007典型值理想值Aod(开环)>94dB(5*104)∞rid2MΩ∞

KCMR>80dB∞

UIO(失调电压)

<2mV0UIO的温漂dUIO/dT(℃)20μV/℃027第27页，共34页。最大共模输入电压UIcmax±13V-3dB带宽fH

*7Hz∞转换速率SR

0.5V/μS∞能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。最大差模输入电压UIdmax±30V超过输入差分管损坏上限截止频率指标参数F007典型值理想值输入失调电流IIO20nA0IIO的温漂dIIO/dT(℃)几十nA/℃0*实际电路中引入负反馈→f达数百kHz输入偏置电流IIB=1/2(IB1+IB2)nA对大信号的反应速度28第28页，共34页。CA741/LM741/MC1741—单运放：VCC=±18V(741C)；±22V(741E)F324/LM324—四运放：双VCC±1.5V～±15V；单VCC（3～30V）C14573—CMOS四运放：电源+VDD、-VSS:5V≤(VDD-VSS)≥15V可单电源供电，正、负均可；也可双电源供电，并允许正、负电源不对称。通用型集成运放29第29页，共34页。4.6集成运放的种类按工作原理电压放大型：输入量与输出量均为电压电流放大型：输入量与输出量均为电流跨导型：输入量为电压，输出量均为电流互阻型：输入量为电流，输出量均为电压按可控性可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信号控制那个通道的信号放大30第30页，共34页。(续)集成运放的种类按性能指标高阻型：rid，可高于109Ω。用于测量放大器、信号发生器。高速型：

fH和SR高，fH可达1.7GHz，SR可达103V/μS。

用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod>105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型：工作电源电压低（几伏）、静态功耗小，100～200μW。