集成运放内部电路设计.ppt

模拟电子电路及技术基础,孙肖子,西安电子科技大学,模拟电子电路与技术基础课程的特点是“概念性、工程性、实践性“强！,“注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。”,4.1集成运放电路电路概述,集成电路(IC：IntegratedCircuit)是在同一块微小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起，最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整电路。,集成电路分类：通用型运放：专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、低温漂型、低/微功耗型、高压大功率型特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、隔离放大器等。,4.1集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,4.1集成运放电路电路概述,集成运放的组成：,1.输入级输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能力强、静态电流和失调偏差小。,2.中间级提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极),3.输出级提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小非线性失真和增大输出电压的动态范围。,4.偏置电路采用恒流源电路.,4.1集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,4.2集成运放电路中的电流源电路,1.单管电流源电路,2.镜像电流源,镜像电流源的温度补偿作用,多路镜像电流源,多集电极晶体管电流源,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,因为,所以,6.改进型电流源-加射随器隔离的电流源,改进的多输出镜像电流源,4.2.2场效应晶体管组成的电流源,T1一定工作于恒流区,T1、T2的电性能完全相同,MOS多输出电流源电路,例,对于N沟道FET组成的电流镜，宽长比的比值为2：4：101：2：5，所以有,，,P沟道FET电流镜的宽长比的比值为2：10：41：2：5，所以有,4.2.3电流源的主要应用-有源负载,有源负载的特点,(1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。(2)有源负载放大器的增益与电源电压无关。(3)可以大大节约芯片面积。,4.2.3电流源的主要应用-有源负载,有源负载共射放大电路,有源负载射级跟随器,4.3.1零点漂移现象,43差分放大电路,所谓的零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号是一个随时间变化，漂移不定的非零信号,结构特点:,结构高度对称,有两个输入端,两个输出端,4.3.2一般差分放大电路的特性分析,1、抑制零漂原理,2、差模信号和共模信号,两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号,两端输入完全相同的信号称为共模信号,任意信号：当时，称它们为任意信号，任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和,式中,3、差模增益和共模增益,差模电压增益定义,共模电压增益定义,总的输出电压,4、共模抑制比,差模电压增益越大，共模电压增益越小，则共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强，放大电路的性能越优良。,5、典型差分放大电路及四种工作方式,（a）双端输入、双端输出（b）单端输入、双端输出（c）双端输入、单端输出（d）单端输入、单端输出,6、基本工作原理(1)静态分析,(2)动态分析1)双端输入，双端输出工作方式。双端输入，双端输出差模电压增益。,差摸输入交流等效电路小信号等效电路,等效为对地短路,负载电阻,中点的交流信号电位为零,差模输出电阻,差模输入电阻,双端输入，双端输出共模电压增益。,共模输入差分放大电路共模输入信号的交流通路,共模电压增益为,共模抑制比,共模输入电阻,共模输出电阻,2)双端输入，单端输出工作方式。双端输入，单端输出差模电压增益。,双入单出差模交流通路双入单出共模交流通路,其中,差模输入电阻,差模电压增益为,差模输出电阻,双端输入，单端输出共模电压增益,共模放大倍数,一般情况下,且,共模输入电阻,共模输出电阻,3）单端输入的差分放大电路,单端输入单端输出,可看作是任意输入的一个特例,：,差模信号,共模信号,4.3.3带恒流源的差分放大电路,恒流源的动态电阻,4.3.4有源负载的差分放大电路,用镜像电流源作差分放大电路的有源集电极负载电阻，可以使单端输出具有与双端输出相同的差模放大倍数及共模抑制比,4.3.5MOS差分放大器,采用有源负载的MOS差分放大器,差模电压增益,2.共模电压增益,由于电路两边对称,共模增益为0，,趋于无穷大。,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,2.共模电压增益,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,由于电路两边对称，必有,1、有源负载差分放大器的共模增益为0，,2、趋于无穷大,4.3.6差分放大电路的传输特性及应用,1、差分放大器的传输特性,晶体管发射极电流与BE结电压之间的关系,输出电压,1）当,时，差分放大器处于平衡状态,2）差模电压,输入与输出可保持线性关系,时,2、展宽输入动态范围及差分放大器的其它应用,(1)展宽输入动态范围,引入串联电流负反馈电阻R，展宽输入线性动态范围,(2)倒相器,（3）自动增益控制电路,（4）波形变换电路,3双平衡模拟乘法器,当,时,由此可求得输出电压,K称为标度因子,44集成运算放大器的输出电路,1、BJT管输出级,互补原理电路交越失真波形简单互补电路,45集成运算放大器内部电路举例,4.5.1BJT通用运算放大器F007,1、差分输入级,(1)差模输入范围大,(3)电压增益和输入阻抗高。,(2)共模输入范围大，共模抑制比高,、,组成中间电压放大级,2、中间级,3、输出级：互补对称输出级由T14、T18、T19组成。,4、保护电路,D1、D2、R8、R9组成输出级的过载保护电路。,4.5.2C14573集成运算放大电路,C14573是四个