模拟电子技术基础第5章.ppt

第五章集成运算放大器、5.1差分放大器、5.2集成运算放大器的单位电路、5.3集成运算放大器简介、5.4集成运算放大器的主要参数、5.5特殊集成运算放大器、集成运算放大器3354高增益的直接耦合集成多级放大器。集成电路的过程特性：(1)组件具有良好的一致性和各向同性偏差，对于实现需要对称结构的电路尤其有用。(2)集成电路的芯片面积小，强度高，功耗极小，低于毫瓦。(3)制造大阻力不容易。如果需要很大的阻力，则经常使用主动载荷。(4)只能制造数十pF以下的小电容。因此，集成放大器使用直接耦合方法。如果需要大电容，则只有外部连接。(5)不能制造电感，如果需要电感，只能外形。什么是集成运算放大器？直接耦合放大电路的特殊问题零点漂移，零点漂移现象：零点漂移原因：零点漂移测量方法：温度变化引起。由于温度的变化，如果一级放大器的静态工作点发生了微小的变化，则此变化量将由后面的电路逐步放大，最终在输出端产生更大的电压漂移。零点漂移也称为温度漂移。输入ui=0会产生电压，输出会慢慢变更。将输出漂移电压转换为电压增益对输入部的计算。例如，如果输出具有1V漂移电压。等效输入具有100uV的漂移电压。假设第一层是核心。3 .零点漂移减少措施，温度补偿为非线性元件，使用差动放大电路，等效100uV，漂移1v，5.1差动放大电路，即1=2=ube 1=ube 2=Uber be 1=rbe 2=rber C1=差动放大电路通常有两个输入端。双端输入在两个输入点同时进行，其中一个输入仅在一个输入端添加信号。差分放大器电路可能有两个输出端。双向输出从C1和C2输出。单个纵断面输出从C1或C2对输出。2 .一些基本概念，3 .差异和共同模式信号；差异模式信号：共同模式信号：差异模式电压增益：共同模式电压增益：总输出电压：4。共同模式抑制比，3 .差动放大电路的基本工作原理，1 .静态工作点的计算：忽略Ib，支援：Ub1=Ub2=0V，2。抑制零漂移原理：Uo=UC1-UC2=0，Ui1=ui2=0时温度变化：UC1=UC2，setti C1，ic2uc1，UC2 Uo=UC1-0由于回路的动态分析，Re等于使公差信号短路。Ui1、ui2ib 1、ib2ie 1和ie 2 ire保持不变。uic=0。由于Ui1=-ui2，设置Ui1，ui2u1，UO2，查找差分模式电压比例。电路对称幂uo1uom 2=uo1UO2=2 u1，差模电压放大，差模输入电阻，输出电阻，(2)添加共模信号，ui1=ui2=uic，uid=，设置ui1，ui2，uo1，uo2。由于Ui1=ui2，uo1=uom2=0(理想化)。共模电压放大，4 .差动放大器的输入输出方式，差动放大器共4种输入输出方式：1。双纵断面输入，双纵断面输出(双输入)2。双纵断面输入，单纵断面输出(双输入)3。单一纵断面输入，双纵断面输出(单一输入双输出)4。单端输入，单端输出(单输入单输出)主要讨论问题包括差动模式电压放大，共模电压放大差分模式输入电阻，1 .双端输入双端输出，(1)差模电压放大，(2)共模电压放大，(3)差模输入电阻，(4)输出电阻，(2)。双端输入单端输出，此方法适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)差分模式电压放大，(2)差分模式输入电阻，(3)输出电阻，(4)共模电压放大，ui1=ui2=uic，设置ui1，ui2ie 1，ie 1IRe (=2ie 1)，绘制共同模式等效电路，动画演示，共同模式电压放大要求：3。单端输入双端输出，单端输入等效双端输入： re T2发射器上的相同电阻可将re视为开路。ui1=-ui2=ui/2，双纵断面输入双纵断面输出计算：动画演示，4。单个纵断面输入单个纵断面输出，注意放大倍数的正号：T1的默认输入信号设置，u11输出为负号；从Uo2输出到固定号码。相同双输入电压放大计算：(1)与单或双纵断面输入无关，与单或双纵断面输入无关：差分放大器动态参数计算概要，双纵断面输出时：与单或双纵断面输入无关：双纵断面输出时：在单纵断面输出时：(3)与单或双纵断面输入无关，单端输出时，双端输出时，(4)输出电阻，(5)共模抑制比，共模抑制比KCMR是差分放大器的重要指标。或双端输出时，KCMR为无限，单端输出时的通用模式抑制比：动画演示、5。具有恒流源的差动放大电路，根据共模抑制比公式：增加Re，提高共模抑制比。为此，可以用恒流源T3替代Re。等效交流电阻，直流电阻不大。恒流源不影响差分模式放大，减少共模放大，增加共模抑制比。恒流源的作用，具有恒流源的差分放大电路的计算：静态工作点：动态：恒流源等效电阻：1。无论镜像电流源、基准电流：T2的负载如何，IC2的电流值都保持不变。5.2集成运算放大器的单元电路，I .电流源电路，因为：所以：2。微电流源，(1)因为电流小(因为UBE小)。微电流源特性：(2)电流稳定性(电流负反馈)，3。多通道电流源，2。差分输入级别，1 .主动负载差分放大器，T3，T4构成T1，T2的负载的镜像电流源。此外，单端输出的电压增益与双端输出的电压增益相似。2 .共同集-共同基本差分输入级，特征：(1)输入阻抗高。(2)T3、T4是可以承受数十伏反向电压的水平PNP管。3.输出级别，工作方式：ui为0.5周，T1管工作，T2管阻塞，输出uo为正；Ui负半周，T2管作业，T1管阻塞；输出uo为负数。两个管道交替工作，在载荷阻力RL上获得完整的正弦波。1 .互补对称射极输出电路，输入输出波形，死区电压，2。克服交叉失真的互补对电路，静态情况下T1，T2两管发射结电压分别为二极管D1，D2的正向传导压降，因此，为了消除交叉失真，两管均处于弱传导状态。电路中D1，D2，工作原理：5.3集成运算放大器简介，1。集成运算放大器总体结构，2 .简单集成运算放大器，原理电路：集成运算放大器符号，国际符号：国内符号：集成运算放大器特性：高电压增益，输入电阻，小输出电阻，3。通用集成运算放大器F007，分析：1。偏置电路：T12，R5和T11形成基本偏置电路，基准电流：其他偏置电流与基准电流相关。T10、T11、R4构成微电流源，通过由T8和T9组成的镜像电流源为差分输入级别提供偏置电流。T12和T13管道构成多分支电流源。T13管是收集器电流和大小比为333333691的多收集器晶体管。b路用作中间阶段的主动负荷。a道路提供了输出级别的偏移。2 .输入级别：T1、T2和T3、T4管道由总基本复合差分输入回路组成。其中T1和T2管是四极输出装置，输入电阻高。T3和T4管道是发送节点反向击穿电压高的横向PNP管，使输入差分模式信号超过30V。T5、T6、T7和R1、R2、R3是差分输入级别的活动负载，由具有基本校准功能的镜像电流源组成，可以提高输入级别的增益。还具有将单端输出转换为双端增益的功能。，3 .中级：T16和T17是由复合管道组成的空腔辐射放大电路，T13B是此级别的集电极级主动负载。T14和T20管道构成了在T18、T19和R8中提供静态偏移的互补对称输出级别，以克服交叉失真。T15和R9可保护T14管道，使其在正向电流过大时不会燃烧。T21、T23、T22和R10可以保护T20管，使其在负电流过大时不会燃烧。4 .输出级别：5 .相位分析：用瞬时极性法确定，3号桥是同相端；2号桥是车站。1 .输入偏移UIO输入电压为零时，输出电压除以电压增益后转换为输入端子的偏移电压。表示运算放大器内部电路对称性的指标。5.4集成运算放大器主要参数，2 .输入偏移电压温度漂移dUIO/dT输入在指定操作温度范围内，随着温度变化的偏移电压与温度变化的比率。4 .输入偏移电流IIO: 0输入时的差异输入水平的差异与管道基准电流的差异，表征差异等级输入电流不对称的程度。3 .偏置电流输入IIB:两个输入部偏置电流的平均计算，用于在输入电压为零时测量差动放大与管道输入电流的大小。5 .偏移电流温度漂移dIIO/DT:输入在指定操作温度范围内，偏移电流与温度变化的比率。6 .在最大差分模式输入电压Uidmax运行时，如果两个输入端能够承受的最大差分模式输入电压超过，差分管道将发生反向屈服现象。7 .最大共模输入电压Vicmax确保了运算放大器工作条件下共模输入电压的允许范围。当共模电压超过此值时，输入差分对管道发生饱和，放大器失去共模抑制功能。8 .开环差动模式电压放大Aod:无反馈时的差动模式电压增益。一般Aod约为100-120 db时，高增益op放大器可超过140dB。9 .差分输入电阻rid:双极管输入水平约为105 106欧姆，fet输入水平大于109欧姆。10 .公共模式抑制是kcmr: kcmr=20lg (avd/AVC) (db)的典型值大于80dB，性能最高为180dB。11 .-3dB带宽fH:降低计算放大器差分模式电压比例较高的频带中定义为3dB的带宽fH。12 .转换速度SR(变压速度):反映运算放大器对快速变化的输入信号的响应。转换速度SR的表达式有几十个反映集成运算放大器性能好坏的参数，一个运行时间在各种指标上实现高性能是不容易和不必要的。公用型运算放大器，各种参数指标都不是很高，但比较均衡，适用于有很多面，没有特殊要求的情况。在特定参数或多个参数上发挥高性能的特殊类型的集成运算放大器。用户可以从专门类型的集成运算放大器系列中选择，以满足特定方面的特殊要求。5.5特殊集成运算放大器，1 .集成运算放大器差分模式输入电阻的高类型，通常输入偏置电流大于109W。这种集成运算放大器，输入级经常使用BiFET或超级管与BJT相结合的电路，将构成差分输入级的接合fet jft与BJT相结合。其代表性产品有5G28、F3140、ICH8500A、LF356、CA3130、AD515、LF0052等。2 .需要高精度、低漂移、低漂移和高精度的集成op放大器。一般 uio/ t2mv/c， iio/ t 10 MHz。主要用于高速数据采集系统、高速a/d和d/a转换器、高速锁相环和视频放大系统，高性能高速运算放大器转换速度可达数千伏/微秒。高速运算放大器的典型产品包括mA715、LH002、AD845、AD9618、SL541等。4 .需要低功耗、微瓦级的功耗。电流是数十微秒，电源电压在几伏以下。代表性产品有CA3078、mPC253、ICL7641等。5 .大功率，大功率集成运算放大器电源电压为正负数十伏，输出电流数十安培，输出功率数十瓦特左右。典型产品包括LH0021、MCEL165、HA2645、LM143、ICH8515等。1.直接耦合放大器的严重问题是零漂。差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。差动放大器可以放大直流信号和交流信号。它对差分信号有很强的放大能力，对共模信号有很强的抑制能力。因此，运算放大器都使用差