集成运算放大器电路原理.ppt

6.1 集成运放电路特点,特点： （多级放大器：电压增益高、输入电阻高、输出电阻小） (1) 级间采用直接耦合方式。 (2) 尽可能用有源器件代替无源元件。 (3) 利用对称结构改善电路性能。,优缺点：（与分立器件电路相比） 优：性能好，可靠性高、体积小，耗电小，成本低； 缺：高频、高压、大功率,分类： 应用：专用/通用 ； 频率：高/低 ； 工艺：薄膜、厚膜、混合等 速度：高/低 ； BJT/MOS,6.1 集成运放电路特点,现代集成电路是将”设计”与”代工”分离, “无生产线”的集成电路设计公司可独立生存.,电流源:直流偏置电流 +有源负载,半导体晶体管与集成电路：上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命； 1947年，美国Bell Lab的巴丁、布拉顿和肖克莱发明晶体管，现代半导体时代开始，1956-Nobel； 1958年，美国得克萨斯仪器公司基尔比发明了集成电路(1959.2专利)，2000-Nobel 1959年，美国Fairchild电子公司的诺伊斯发明了平面集成电路(1959.7专利) 1960年代初：摩尔定律 基尔比：德州仪器公司，诺伊斯：英特尔公司 得州仪器公司似乎已经走到了英特尔公司的前面。 如果说1990年代主要是微机（PC）发展的时代，那么2000年代是互联网时代。在PC时代，微处理器是微电子产业发展的动力；而在互联网时代，数字信号处理（DSP）和模拟技术则成了主角。DSP是信息设备（如手机）的心脏，它和奔腾芯片的最大差别是速度。得州仪器公司已成为世界上最大的DSP和模拟技术的供应商，他们生产的最快的DSP比奔腾芯片快10倍。目前该公司的股票市值已升至1200亿美元，市场前景看好。,6.2 电流源电路,1.单管电流源电路,晶体管实现恒流特性是有条件的，即晶体管必须工作在放大状态。这对所有的晶体管电流源都适用。,单管电流源电路等效内阻的推导,2. 镜像电流源,小时,误差大,增加射随器(V5), 以减小误差的多路镜像电流源,多集电极晶体管镜像电流源,3.比例电流源,4.微电流电流源,5.威尔逊电流源 负反馈型电流源,所以,5.威尔逊电流源 负反馈型电流源,反馈型电流源：串接电流源,6.有源负载共射极放大器,有源负载,倒相,6.3 差动放大器,6.3.1 直接耦合放大器的”零点漂移”积累现象,6.3.2 差动放大器的工作原理及性能分析,一.直流工作点分析,结构特点:,结构高度对称, 有两个输入端,两个输出端,令:,定义： 差模输入信号 共模输入信号,二. 差模放大特性,1.差模放大倍数,注意信号的 相位关系,单端输出放大倍数,双端输出放大倍数,2.差模输入电阻,3.差模输出电阻,双端输出-,单端输出-,三.共模抑制特牲,1.共模电压放大倍数,双端输出,单端输出,2.共模输入电阻,3.共模输出电阻,双端输出-,单端输出-,4.共模抑制比,双端输出,单端输出,6.3.3 具有恒流源的差动放大电路,1.工作点 2.差模放大倍数 3.共模抑制比 4.差模输入电阻 5.输出电阻,6.3.4 差动放大器的传输特性,目的：,研究差动放大器的线性动态范围和大信号的非线性特性,熟悉差模输入信号与电流分配的关系,了解差动放大器传输特性的应用,简化的差动放大器,公式推导：,可见，差动放大器线性动态范围很小 超过 ,电路进入限幅状态，产生严重 的非线性失真。,i,C1,i,C2,I,0,u,id,传输特性,可见，增益AU正比于恒流源电流I。那么，改变I就可以控制增益。 如果使I受到另外一个信号ub的控制， 那么就可以实现信号的相乘。 即，,扩大线性动态范围的方法加射极负反馈电阻,增益的自动控制,应用：,小信号的线性放大,应用：,利用差分放大器的传输特性可以实现,信号的相乘运算,信号的变换将三角波变成正弦波、方波,信号的整形将不规则的输入波形整形为矩形波,电压比较器,高速电流开关一一ECL逻辑电路,只要 I 不太大，就可保证晶体管在电流最大时不饱和，所以开关速度很快。,6.4 集成运算放大器的输出级电路,NPN与PNP管组成互补对称跟随器, 输出电阻小,带负载能力强.,NPN,PNP,发射结零偏置, 存在交越失真.,为了克服交越失真,要加偏置电路,M,N,M点与N点直流电压差1.4伏, 交流电压可视为相等.,A.B两点交流电位也可视为相同,6.5 集成运放芯片电路举例-F007(LM741),6.7 集成运算放大器的主要性能指标,一、输入失调电压UIO和输入失调电流IIO 输入失调主要反映运放输入级差动电路的对称性。欲使静态时输出端为零电位，运放两输入端之间必须外加的直流补偿电压，称为输入失调电压，用UIO表示；必须外加的直流补偿电流，称为输入失调电流，用IIO表示。,二、失调的温漂 在规定的工作温度范围内，UIO随温度的平均变化率称为输入失调电压温漂，以dUIO /dT表示。 在规定的工作温度范围内，IIO随温度的平均变化率称为输入失调电流温漂，以d IIO /dT表示。,三、输入偏置电流IIB 静态时，输入级两差放管基极电流IB1,IB2的平均值，即,四、开环差模电压放大倍数Aud 无反馈情况下，运放输出电压与输入差模电压之比； 五、共模抑制比KCMR 输入差模电压放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值； 六、差模输入电阻Rid 运放两个差动输入端之间的等效动态电阻； 七、共模输入电阻Ric 运放两个输入端对地之间的等效动态电阻；,八、输出电阻Ro 从运放输出端和地之间看进去的动态电阻； 九、输入电压范围 Udm 当加在运放两个输入端之间的电压差超过某一数值时，输入级的某一侧晶体管将出现发射结反向击穿而不能工作，则输入端之间能承受的最大电压差，称为最大差模输入电压。 当运放输入端所加共模电压超过某一数值时，使放大器不能正常工作，此最大电压值称为最大共模输入电压，Ucm 十、带宽 运放开环电压增益下降到直流增益的0.707倍（3dB）时所对应的频带宽度，称为运放的3dB带宽，BW表示； 运放开环电压增益下降到1时的频带宽度：单位增益带宽BWG,十一、转换速率(压摆率)SR 反映运放对高速变化的输入信号的响应情况。 运放在额定输出电压