集成运算放大电路4.15.ppt

第7章 集成运算放大电路,7.1 集成运算放大电路简介,集成电路将整个电路中的元器件制作在一块半导体 基片上，构成特定功能的电子电路,具有体积小、重量轻、性能好、功耗低、可靠性高等特点。,集成电路,模拟集成电路,数字集成电路,集成运算放大电路的主要特点,（1）集成运放级间采用直接耦合的方式。 （2）高阻值电阻多采用晶体管等有源器件组成的恒流源电路代替。 （3）多采用复合管、共射-共基等组合电路以提高电路性能。 （4）同一片内的元件的相对误差小，温度均一性好，容易制作较为理想的差分放大电路和电流源等对称结构的电路。,集成运算放大器结构框图及电路符号,输入级：输入电阻高、放大倍数大、可以抑制零点漂移,中间级: 也称为电压放大级：很高的电压放大倍数,输出级: 也称为功放级：低的输出电阻,偏置电路：一般采用电流源电路,电流源的特点：直流电阻小、交流电阻大,7.2 集成电路中的电流源,7.2.1 镜像电流源电路,镜像电流源电路结构图,IO随IR的变化而变化 IO如同IR的镜像,7.2.2 比例式电流源电路,比例式电流源,7.2.3 微电流源电路,微电流源,7.2.4 电流源作有源负载,电流源作有源负载,用具有直流电阻小，交流电阻大电流源取代RC。,直流电阻小、交流电阻大,VT1放大管 VT2和VT3镜像电流源，称为有源负载,7.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,零点漂移现象,输入电压为零，而输出电压偏移 原来的静态值的变化 ，简称零漂,产生零漂的原因,电源电压的波动,元器件老化,温度的变化,温漂,温漂指标,7.3 差分放大电路,温度升高1，输出漂移电压 按放大电路的总电压增益Av 折合到输入端的等效输入漂移电压,7.3.2 基本差分式（长尾式）放大电路的结构,由两个完全对称的共发射极电路组成,VT1VT2特性相同,RC1=RC2, 共用一个RE,两个输入端，两个输出端。 双端输出：两个集电极之间输出 单端输出：从其中任意一个集电极输出,静态时：ui1=ui2=0, VBQ1=VBQ2=0, VEQ=-0.7V,7.3.3 差分式放大电路的性能分析,1差分式放大电路在差模信号作用下的性能分析,2差分式放大电路在共模信号作用下的性能分析,3共模抑制比,4差分放大电路在任意信号作用下的分析, 双端输入、双端输出工作方式,1差分式放大电路在差模信号作用下的性能分析,两个输入端ui1,ui2之间输入信号uid。 两个输入端ui1,ui2对地输入大小相等，相位相反的信号 ui1=-ui2=uid/2称为差模信号,输入电阻是从电路的两个输入端看进去的等效电阻 输出电阻是从电路的两个输出端看进去的等效电阻 差模电压放大倍数与单级共射放大电路放大倍数相等,对差模信号而言REE视为短路, 双端输入、单端输出工作方式,单端输出工作方式： 输出电压取自其中一个三极管的集电极 (uo1或uo2),电路的差模输入电阻,电路的差模输出电阻,VT1输出：,VT2输出：,2. 差分式放大电路在共模信号作用下的性能分析,基本差分放大电路输入共模信号,两个输入端输入大小相等、相位相同的信号称为共模信号,（1）双端输出工作方式,（2）单端输出工作方式,共模输出电阻,共模电压增益,共模输入电阻,3 共模抑制比:,具有恒流源的差分放大电路,单端输入ui1=ui,ui2=0,4.差分式放大电路在任意信号作用下的分析,VT3VT4组成镜像电流源,7.4 功率放大电路,一个实用的多极放大电路一般包括输入级、中间级和输出级。输出级的目的是输出一定信号的功率去驱动负载，如收音机中的扬声器、继电器中的电感线圈等。这类能够为负载提供足够大的功率的放大电路称为功率放大电路。,7.4.1 功率放大电路概述,功率放大电路的特点,（1）要求输出足够大的功率,（2）效率要高,（3）非线性失真小,（4）功放管的散热和保护问题,2.功率放大电路类型,功率放大电路类型,（1）甲类功放,（2）乙类功放,（3）甲乙类功放,甲类( = 2 ),乙类( = ),甲乙类( 2 ),Q,Q,Q,乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。,甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。,甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。,类型与效率,输入电压的正半周： VCCT1RL地,输入电压的负半周： 地RL T2 VCC,两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。,静态时，UEQ UBQ0。,(OCL Output Capacitorless),7.4.2 双电源互补对称功率放大电路 OCL电路,7.4.2 双电源互补对称功率放大电路的交越失真及消除,1. 交越失真现象,乙类双电源互补对称电路,2、交越失真的消除,甲乙类互补对称功放电路,7.4.2 双电源互补对称功率放大电路,分析计算,（）输出功率Po,（2）直流电源供给功率PV,（3）转换效率,7.4.2 双电源互补对称功率放大电路,4. 功放管的选择,OTL电路,输入电压的正半周： VCCT1CRL地 C 充电。,输入电压的负半周： C 的 “”T2地RL C “ ” C 放电。,C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。 OTL电路低频特性差。,因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。, OTL电路(Output Transformerless ),消除交越失真的单电源互补对称功率放大电路,7.4.3 其他类型的互补功率放大电路 复合管互补对称电路,复合管的接法,其他类型的互补功率放大电路 复合管互补对称电路, 复合后的管子的类型与前级VT1相同； 复合后的电流放大系数近似等于两管的 1 2相乘； 两只晶体管正确连接成复合管，必须保证每只晶体管各电极的电流都能顺着各自的正常工作方向流动，且保证每管工作在放大状态，否则将是错误的。,复合管（达林顿管）的构成原则：,复合管构成的准互补对称OCL电路,准互补对称功放电路,LM386 集成功放及其应用:,1. 典型应用参数：,直流电源：,4 12 V,额定功率：,660 mW,带 宽：,300 kHz,输入阻抗：,50 k,引脚图,3. 典型应用电路,输出电容(OTL),频率补偿，抵消电 感高频的不良影响防止自激等,调节电压放大倍数,TDA2040 集成功放及其应用 :,特点：,输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护,参数：,直流电源： 2.5 20 V,开环增益：80 dB,功率带宽：100 kHz,输入阻抗：50 k,输出功率：22 W (RL = 4 ),双电源(OTL)应用,大电容滤除低频成分,小电容滤除高频成分,单电源(OTL)应用：,30 dB,7.5.1 通用型集成运算放大器,F007（uA741）集成运放的内部电路图,F007 （uA741）的外形结构和引脚排列图,F007 （uA741）运放的外部接线图,运算放大器符号,7.5.2 集成运放的主要参数(一),1开环差模电压增益Aod,2差模输入电阻rid,3共模抑制比KCMR,4最大差模输入电压UIDM,5最大共模输入电压UICM,7.5.2 集