集成运算放大电路(2)ppt课件

1、第第4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路教学内容教学内容 4.1集成电路概述集成电路概述 4.2 集成运放中的电流源集成运放中的电流源 4.3差动放大电路差动放大电路 4.4集成运算放大器的中间级和输出级集成运算放大器的中间级和输出级 4.5集成运放的典型电路集成运放的典型电路 4.6集成运算放大器的主要性能目的集成运算放大器的主要性能目的 4.7 理想集成运算放大器及传输特性理想集成运算放大器及传输特性教学目的教学目的 掌握镜像电流源、比例电流源和微电流掌握镜像电流源、比例电流源和微电流源电路特点源电路特点 掌握差动放大电路的组成特点和性能目掌握差动放大电路的组成特点和性能目的计算，的计

2、算， 了解集成运算放大器的典型构造，了解集成运算放大器的典型构造， 掌握理想集成运算放大器的性能目的。掌握理想集成运算放大器的性能目的。4.1集成电路概述集成电路概述 集成电路，简称集成电路，简称ICIntegrated Circuit。 始于始于20世纪世纪60年代初期，集成电路按其功能可年代初期，集成电路按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，集分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，集成运算放大器属于模拟集成电路中运用极为广成运算放大器属于模拟集成电路中运用极为广泛的一种，简称集成运放。泛的一种，简称集成运放。4.1.1 集成电路的特点集成电路的特点 1、电路构造与元件参数具有对称

3、性、电路构造与元件参数具有对称性 2、用有源器件替代无源器件、用有源器件替代无源器件 3、采用复合构造的电路、采用复合构造的电路 4、外接部分分立元件、级间采用直接耦合方式、外接部分分立元件、级间采用直接耦合方式 5、集成电路中运用的二极管，大多采用三极管、集成电路中运用的二极管，大多采用三极管的构造，将发射极、基极和集电极适当配合运用。的构造，将发射极、基极和集电极适当配合运用。与分立元件组成的放大电路相比，集成电路在电路与分立元件组成的放大电路相比，集成电路在电路设计上具有以下特点：设计上具有以下特点：4.1.2 4.1.2 集成运算放大器的根本组成集成运算放大器的根本组成 输入级输入级:

4、多采用差分放大电路，利用差分放大电路的对多采用差分放大电路，利用差分放大电路的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比，减小温漂。称特性可以提高整个电路的共模抑制比，减小温漂。 中间级中间级:由一级或多级放大电路组成。由一级或多级放大电路组成。 输出级输出级:进展阻抗变换，以降低输出电阻，提高集成运进展阻抗变换，以降低输出电阻，提高集成运 放带负载的才干。放带负载的才干。 偏置电路偏置电路:多采用恒流源电路。多采用恒流源电路。4.2 集成运放中的电流源集成运放中的电流源1.镜像电流源镜像电流源211BEBECBUUUU由图可：由于VT1与VT2构造和参数都比较一致，故可以以为 ，故RUVRUVRU

5、VIBECCBCCCCCR21BBBIII21BCCIII21 ，BBBBCRIIIIII）（2221而当2时, RVIIIICCCCBR21图图4.1 4.1 镜像电流源镜像电流源2.比例电流源比例电流源由图可知，222111RIURIUEBEEBE由于 21BEBEUU2211RIRIEE222111)1 ()1 (RIRIBB故即当1时，有222111RIRIBB2211RIRICC即故1212CCIRRI由于1CRII所以RCIRRI212图图4.2 4.2 比例电流源比例电流源 3.微电流源微电流源由图可知eCeEBEBERIRIUU2221由于二极管方程TBETBEUUSUUSCe

6、IeII) 1(所以SCTBEIIUUln故eCSCSCTBEBERIIIIIUUU2221121)ln(ln21SSII设那么有212lnCCeTCIIRUI图图4.3 4.3 微电流源微电流源 4.3差动放大电路差动放大电路 4.3.1差分放大电路的常见方式差分放大电路的常见方式 差分放大电路的常见方式有三种：根本方式、差分放大电路的常见方式有三种：根本方式、长尾式和恒流源式。长尾式和恒流源式。图图4.4 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 图图4.5 根本方式差分放大电路根本方式差分放大电路 恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路4.3差动放大电路差动放大电路(b)恒流源式差分放大电

7、路等效电路恒流源式差分放大电路等效电路 (a) 恒流源式差分放大电路电路恒流源式差分放大电路电路 图图4.64.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法 图图4.7 长尾式差分放大电路直流通路图长尾式差分放大电路直流通路图a b 1. 静态分析静态分析由图可知4.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法021111RIURIVBQBEQeEQEE所以有eBEQEEBQRRUVI)1 (21111由此得111BQCQII111CCQCCCQRIVU由于eCQEEEQRIVU112故)2(11111eCCQEECCEQCQCEQRRIVVUUU4.3.2 差

8、分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法2. 差分放大电路对差模信号的放大作用差分放大电路对差模信号的放大作用差分放大电路的输入信号有两种方式：差模信号输入和共差分放大电路的输入信号有两种方式：差模信号输入和共模信号输入。模信号输入。长尾式差分放大电路，在差模信号输入情况下电路如图图图4.8 长尾式差分放大电路的交流通路图长尾式差分放大电路的交流通路图4.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法2. 差分放大电路对差模信号的放大作用差分放大电路对差模信号的放大作用由图4.8可知，长尾式差分放大电路半电路的主要参数如下：1111111111)2/()(RrRRRrI

9、RIuuAbeLCbeBLCioubeirRR110CRR 对于双端输入对于双端输入/双端输出的差分放大电路，由于双端输出的差分放大电路，由于01020102uuuu1212iiidiuuuu此时，差模电压放大倍数为此时，差模电压放大倍数为111111)2/(22RrRRAuuuuAbeLCuiodioud4.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法2. 差分放大电路对差模信号的放大作用差分放大电路对差模信号的放大作用差模输入电阻差模输入电阻)(2211beidirRRR差模输出电阻差模输出电阻10022CddRRR 双端输入双端输出差分放大电路的差模电压双端输入双端输出差

10、分放大电路的差模电压放大倍数等于其半电路的电压放大倍数，即相当放大倍数等于其半电路的电压放大倍数，即相当于一个单管共射放大电路的放大倍数。其差模输于一个单管共射放大电路的放大倍数。其差模输入电阻和输出电阻是半电路差模输入电阻和输出入电阻和输出电阻是半电路差模输入电阻和输出电阻的电阻的2倍。倍。3. 差分放大电路对共模信号的抑制造用差分放大电路对共模信号的抑制造用4.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法 在共模信号输入情况下，当双端输入时，由于电路构造在共模信号输入情况下，当双端输入时，由于电路构造的对称性，两个晶体管的集电极电位大小相等，极性一的对称性，两个晶体管的集电

11、极电位大小相等，极性一样，即负载样，即负载RL两端电位一样，故流过负载两端电位一样，故流过负载RL的电流为零。的电流为零。 衡量差分放大电路抑制共模信号才干的参数称为共模抑衡量差分放大电路抑制共模信号才干的参数称为共模抑制比，用制比，用KCMR表示，其定义为差模电压放大倍数与共表示，其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，普通用分贝表示，即：模电压放大倍数之比，普通用分贝表示，即：ucudCMRAAKlg20 结论：差分放大电路具有抑制零点漂移的作用。结论：差分放大电路具有抑制零点漂移的作用。4.3.2 差分放大电路的根本分析方法差分放大电路的根本分析方法4. 对恣意输入信号的放大特性

12、对恣意输入信号的放大特性 假设在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、假设在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、恣意极性的输入电压恣意极性的输入电压ui1和和ui2，这时可以将他们以为是，这时可以将他们以为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合，其中某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压差模输入电压uid和共模输入电压和共模输入电压uic的值分别为的值分别为21iiiduuu)(2121iiicuuu 当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有21idiciuuu22idiciuuu 例例4.1：电路如图例：电路如图例4.1所

13、示所示, 设设VCC=VEE=12V,三极管的三极管的1=2=50, Rc1=Rc2= Rc =30k, RW =500, Re=27k, R1= R2= R=10k, 设设RW滑动变滑动变阻器的滑动端调至在中点位置。阻器的滑动端调至在中点位置。估算该放大电路估算该放大电路的静态任务点。的静态任务点。 (2) 当在输出端当在输出端接接RL=20k的的负载时负载时,求差模求差模电压放大倍数。电压放大倍数。 (3) 估算差模输估算差模输入电阻和输出电入电阻和输出电阻。阻。图图4.9 例例4.1的图的图解：解：(1)求解静态任务点：求解静态任务点：EEeEQEQWBEBQVRIIRURI221设设U

14、BE=0.7V，那么有，那么有mAmARRRUVIWeBEEEBQ004. 0)5 . 05 . 0272(51107 . 012)5 . 02)(1 (故故mAmAIIBQCQ2 . 0004. 050VRIVUCCQCCCQ6302 . 012VRIUBQBQ04. 010004. 0(2) 当在输出端接当在输出端接RL=20k的负载时的负载时,图图4.9所示电路图的所示电路图的交流通路图如图交流通路图如图4.10所示。所示。图图4.10 图图4.9所示电路交流通路图所示电路交流通路图 由图由图4.10可知，电路的差模电压可知，电路的差模电压放大倍数为放大倍数为: 2)1 (1WbeLud

15、RrRRA式中式中kRRRLCL5 . 710/302/kImVrrEQbbbe93. 602. 0265130026)1 (16 .125 . 05 . 05193. 6105 . 750udA那么那么(3) 输入输出电阻输入输出电阻kkRRkRrRRCOWbeid6030224 .59)5 . 05 . 05193. 610(22)1 ( 2 例例4.2一个双端输入，双端输出的差分放大电路，两一个双端输入，双端输出的差分放大电路，两个输入端的电压分别为个输入端的电压分别为 求差模输入信号电压求差模输入信号电压 和共模输入电压和共模输入电压 ； 设差模电压增益设差模电压增益 为为80dB，求

16、当共模抑制比为，求当共模抑制比为无穷大和无穷大和 100dB 时的输出电压时的输出电压 各为多少？各为多少？V0005. 51iuV9995. 42iuiduicudAu解：解：(1)差模输入电压和共模输入电压差模输入电压和共模输入电压V001. 0V9995. 4V0005. 521iiiduuuV5V9995. 4V0005. 5212121iiicuuu (2)输出电压 当 时 那么输出电压为：CMRK410dB80udA0CMRKAAuducVVAuAuuucicudidO1010001. 045CMR10100dBK当 时那么输出电压为：410dB80udA1 . 0CMRKAAud

17、ucVVVAuAuuucicudidO5 .101 . 0510001. 044.3.3差分放大电路的几种接法差分放大电路的几种接法 差分放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，差分放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。输入、双端输出；单端输入、单端输出。4.3.3差分放大电路的几种接法差分放大电路的几种接法图图4.11 差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法4.4集成运算放大器的中间级和输出级集成运算放大器的中间级和输出级1. 集成运算放大器的中间级集成

18、运算放大器的中间级 中间级的主要义务是为整个电路提供足够大的电中间级的主要义务是为整个电路提供足够大的电压放大倍数。压放大倍数。 普通采用有源负载的共射放大电路。为了提高放普通采用有源负载的共射放大电路。为了提高放大倍数，并减小对输入级的影响，放大管往往采大倍数，并减小对输入级的影响，放大管往往采用复合管。用复合管。 有源负载是指利用双极型三极管或场效应管有源负载是指利用双极型三极管或场效应管充任负载电阻。充任负载电阻。 例例4.3 电路如图电路如图4.12所示所示, 设设VCC=VEE=12V,1=2=50, Rc1=Rc2=100k, RW =200, R3=33k, R2=6.8k, R

19、1=2.2k, Rs1=Rs2=10k，设，设RW滑动变阻器的滑动端调至滑动变阻器的滑动端调至在中点位置。在中点位置。 (1) 求静态任务点。 (2) 求差模电压放大倍数。 (3) 当RL=100k时, 求差模电压放大倍数。 (4) 假设输出端从VT1管集电极输出, 求差模电压放大倍数。 图图4.12 题题4.3电路图电路图 解：解： (1) 静态任务点静态任务点: VVVVRRRUEEEECCR13. 612248 . 62 . 22 . 2)(2111设UBE3=0.7V, 那么VRIVUUIIIIAIIIAmAKRVUUICCCCCCcEcEEEEEEBERE15. 41000785.

20、012,5 .7821157157. 033127 . 013. 6)(112133221132113mVRIUUAIIIsBBBCBB7 .15101057. 157. 1505 .784611112121VUUUUVUUUUECCECEBEBEE866. 4)716. 0(15. 4716. 07 . 0107 以普通估算时所以普通估算时, 以为以为UB0。 (2) 差模电压放大倍数差模电压放大倍数: 2)1 (1111WbesLudRrRRAcLRR 其中8 .1541 . 05119170785. 0265130026)1 (111u

21、dEbbbeAkIrr (3) 当当RL=100 k时：时： 56.511 . 05119.17103 .33503 .3350/1002/1udLcLAkRRR2)1 (211WbesLudRrRRA单kRRRLcL50/其中其中故故 71.381 . 05119.1710505021udA(4) 当单端输出时当单端输出时(从从V1管管c1极输出极输出): 4.4集成运算放大器的中间级和输出级集成运算放大器的中间级和输出级1. 集成运算放大器的中间级集成运算放大器的中间级-复合管复合管图图4.13复合管及其等效类型复合管及其等效类型212111)1 (BCII211)1 (bebeberrr

22、2.集成运算放大器的输出级集成运算放大器的输出级4.4集成运算放大器的中间级和输出级集成运算放大器的中间级和输出级 集成运放的输出级主要是提供足够的输出功率集成运放的输出级主要是提供足够的输出功率以满足负载的需求，多采用互补电路。以满足负载的需求，多采用互补电路。图图4.14 互补型射随器互补型射随器图图4.15 交越失真产生的缘由及波形交越失真产生的缘由及波形2.集成运算放大器的输出级集成运算放大器的输出级4.4集成运算放大器的中间级和输出级集成运算放大器的中间级和输出级 图图4.16 抑制交越失真的互补电路抑制交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式二极管偏置方式 (b)模拟电压源偏置方模拟电压源偏置方式式 4.5集成运放的典型电路集成运放的典型电路图图4.17通用的集成电路通用的集成电路F007电路原理图电路原理图4.6集成运算放大器的主要性能目的集成运算放大器的主要性能目的1. 运算放大器的符号运算放大器的符号图图4.18 运算放大器的符号运算放大器的符号2. 运算放大器的性能目的运算放大器的性能目的4.6集成运算放大器的主要性能目的集成运算放大器的主要性能目的 开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aod: 指集成运放在无外加反响指集成运放在无外加反响 回路的情况下的差模电压放大倍数回路的