第六章 6[2].3-6.5集成运算放大器

第六章集成运算放大器,6.3电流源电路6.4集成运算放大器介绍6.5集成运放的性能指标,6.3电流源电路,6.3.1镜像电流源电路,图614镜像电流源及等效电路,因为V1管的集电极和基极之间短路,所以V1管仅仅相当于一个由其发射结构成的二极管,将其记作VDE1,因此,图6-14(a)可以等效为图6-14(b)。由第一章公式(1-1)可知,PN结的伏安特性方程为。所以流过V1管与V2管发射结的电流分别为,当2时,又因为,所以当UCCUBE2时,当2,UCCUBE2时,则,6.3.2威尔逊电流源,图615威尔逊电流源及等效电路,当(2+2+2)2时,当=20时,威尔逊电流源的输出电流Io与参考电流IR之间的相对误差是：,而图6-14的输出电流Io与参考电流IR之间的相对误差是：,6.3.3比例电流源,图616比例电流源,由于V1与V2的发射结都处于导通状态,其伏安特性曲线十分陡峭(因为发射区都是重掺杂的),发射结正偏压的微小变化,就会导致发射极电流的显著变化,所以,当IE1与IE2相差不大(小于10倍)时,对应的发射结正偏压UBE1与UBE2相差十分微小。因此,在的范围内,可以近似认为UBE1=UBE2，代入公式(6-47)得,(6-47),当1时,所以在的范围内,当时,上式不再成立,可用下式估算,6.3.4微电流源,图617微电流源,由电路图可知,调节Re2的值,使UBE21,所以,因为IB2IE2IE1，所以,把IoIE2,IRIE1代入IE2IE1得IoIR。正确地选取Re2的值,可以使Io达到微安量级,而此时IR仍然很大,所以限流电阻R=(UCC-UBE1)/IR不会太大。可见,该电路能够在R不太大的条件下,获得微小的输出电流。,定量分析如下：,式中UT是温度电压当量；IS1与IS2分别是V1与V2发射结的反向饱和电流,由于V1与V2特性相同,所以,(6-54),代入公式(6-54)得,因为IE2Io,IE1IR,代入上式得,由电路图可得,(6-55),(6-56),【例4】在图6-17电路中,UCC=15V,IR=1mA,Io=IC2=10A,常温下,UT=26mV,请确定Re2及R的值。解：由公式(6-55)得,由公式(6-56)得,6.3.5多路电流源,图618多路电流源,6.3.6作为有源负载的电流源电路,图619有源负载共射放大器,【例5】图6-20是集成运放F007中的一部分电路,它们组成电流源电路(各元器件的编号均与F007电路图中的编号相同),试计算各个管子的电流,其中V12和V13是横向PNP管,12=13=2。V10和V11是NPN型管。解流过电阻R5的电流就是参考电流IR,即,V10、V11构成微电流源,根据式(6-55)得,即,IC10的单位为微安,利用作图法或试探法求得IC1028A。V12和V13组成镜像电流源,由于较小,则利用式(640)得,图6-20F007中的电流源电路,6.4集成运算放大器介绍,集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路。为了抑制零点漂移,所以对温漂影响最大的第一级毫无例外地采用了差动放大电路。为了提高放大倍数,中间级一般采用有源负载的共射放大电路。输出级为功率放大电路,为提高此电路的带负载能力,多采用互补对称输出级电路(第九章讲)。,图621F007的电路原理图,6.4.1偏置电路,图6-22F007的偏置电路,6.4.2输入级,图623的输入级,F007,V8和V9不仅是镜像电流源,而且还与V10、V11组成微电流源构成共模负反馈环节以稳定IC1、IC2,从而提高整个电路的共模抑制比。其过程如下:,6.4.3中间级,图624F007的中间级,6.4.4输出级和过载保护,图6-25F007的输出级,6.5集成运放的性能指标,1.开环差模电压放大倍数Aod,Aod是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压放大倍数,即,对于集成运放而言,希望Aod大,且稳定。目前高增益集成运放的Aod可高达140dB(107倍).理想集成运放,2.最大输出电压Uop-p,最大输出电压是指在额定的电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰一峰值。如果F007电源电压为土15V时的最大输出电压为土10V，按Aod=105计算，输出为土10V时，输入差模电压Uid的峰一峰值为土01mV。输入信号超过土0.1mV时，输出恒为土10V，不再随Uid变化，此时集成运放进入非线性工作状态。用集成运放的传输特性曲线表示上述关系，如图626所示。,集成运放的性能指标,图626集成运放的传输特性,集成运放的性能指标,3.差模输入电阻ridrid的大小反映了集成运放输入端，向差模输入信号源索取电流的大小。要求rid愈大愈好,一般集成运放rid为几百千欧至几兆欧,故输入级常采用场效应管来提高输入电阻rid。F007的rid=2M。,理想集成运放,集成运放的性能指标,4.输出电阻roro的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。有时只用最大输出电流Iomax表示它的极限负载能力。理想集成运放5.共模抑制比CMRR共模抑制比反映了集成运放对共模输入信号的抑制能力,其定义同差动放大电路一样。CMRR愈大愈好。理想集成运放,集成运放的性能指标,6.最大差模输入电压Uidmax从集成运放输入端看进去,一般都有两个或两个以上的发射结相串联,若输入端的差模电压过高,会使发射结击穿。NPN管e结击穿电压仅有几伏,PNP横向管的e结击穿电压则可达数十伏,如F007的Uidmax为30V。,集成运放的性能指标,7.最大共模输入电压Uicmax输入端共模信号超过一定数值后,集成运放工作不正常,失去差模放大能力。F007的Uicmax值为13V。8.输入失调电压UIOUIO指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压(去掉外接调零电位器),它的大小反映了电路的不对称程度和调零的难易。对集成运放我们要求输入信号为零时,输出也为零,但实际中往往输出不为零,将此电压折合到集成运放的输入端的电压,常称为输入失调电压UIO。其值在110mV范围,要求愈小愈好。,集成运放的性能指标,(1)输入偏置电流IIB输入偏置电流是指输入差放管的基极(栅极)偏置电流,(2)输入失调电流IIOF007的IIB=200nA,IIO为50100nA。,9.输入偏置电流IIB和输入失调电流IIO,集成运放的性能指标,IIB愈小愈好。,IIO愈小愈好。,它们可以用来衡量集成运放的温漂特性。通过调零的办法可以补偿UIO、IIB、IIO的影响,使直流输出电压调至零伏,但却很难补偿其温度漂移。低温漂型集成运放可做到0.9V/以下,可做到0.009A/以下。F007的,10.输入失调电压温漂和输入失调电流温漂,集成运放的性能指标,在第三章“频率特性”中我们已讲过,随着输入信号频率上升,放大电路的电压放大倍数将下降,当Aod下降到中频时的0.707倍时为截止频率,用分贝表示正好下降了3dB,故对应此时的频率fh称为上限截止频率,又常称为-3dB带宽。当输入信号频率继续增大时,Aod继续下降；当Aod=1时,与此对应的频率fc称为单位增益带宽。F007的fc=1MHz。,集成运放的性能指标,11.-3dB带宽fh,频带宽度是在小信号的条件下测量的。在实际应用中,有时需要集成运放工作在大信号情况(输出电压峰值接近集成运放的最大输出电压Uop-p),此时用转换速率表示其特性,集成运放的性能指标,12.转换速率SR,SR愈大，其输出电压的变化率愈大，所以SR大的集成运放才可能允许在较高的工作频率下输出较大的电压幅度。,直流