模拟电子电路集成运算放大器电路(4)

1、第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 434差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性 由图可知 21EEiiI图416简化的差动放大器RCRCuidV1V2uo UEEIUCCiC2iC1TBETBETBETBEUuSUuSEUuSUuSEeIeIieIeIi/2/12211) 1() 1()1 ()1 (121121TBEBEUuuCEEEeiiiiI第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路)2()()2(221)2(22221)1 ()1 ()1 ()1 (210/22/2/

2、2/2/1221211212112TidccCCTidUuCTidUuUuUuUuUuCUuuCEEEUuuCEEEUuIthRRiiuUuthIIeIiUuthIIeeeeIIeIieiiiiIeiiiiITidTidTidTidTidTidTBEBETBEBE同理第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路IeeeeIiTidTidTidTidUuUuUuUuC22211IeeeeeeTidTidTidTidTidTidUuUuUuUuUuUu)(2)()(222222TidTidTidTidUuUuUuUueeeeII222222)2(

3、22TidUuthII第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 图417差动放大器的传输特性曲线(a)电流传输特性曲线；(b)电压传输特性曲线 )2(221)2(221/2/1TidUuCTidUuCUuthIIeIiUuthIIeIiTidTid第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 图417差动放大器的传输特性曲线(a)电流传输特性曲线；(b)电压传输特性曲线 )2()(210TidccCCUuIthRRiiu第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算

4、放大器电路集成运算放大器电路一、两管集电极电流之和恒等于一、两管集电极电流之和恒等于I二、传输特性具有非线性特性二、传输特性具有非线性特性 uid=0时，差动电路处于静态，这时iC1=iC2=ICQ=I/21.在静态工作点附近，当|uid|UT，即室温下， uid在26mV以内时，传输特性近似为一段直线;2.当| uid |4 UT,即uid超过100mV时，传输特性明显弯曲，而后趋于水平。)2(221)2(221/2/1TidUuCTidUuCUuthIIeIiUuthIIeIiTidTid第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路三、差

5、动放大器的增益与三、差动放大器的增益与I成正比成正比1122mQidCmguig因为iC= ii2=ii2=2iTmmUIgg221TuidCmUIdudigid4011故 IURRgATCCmud2QidCmuigCmQidCCQidoudRgdudiRduduA双端输出时跨导CCTidccCCRiUuIthRRiiu)2()(210)2(221)2(221/2/1TidUuCTidUuCUuthIIeIiUuthIIeIiTidTid此方法繁琐!第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路三、差动放大器的增益与三、差动放大器的增益与I成正

6、比成正比QidoudduduATCQUuUuTCQTidTCQidoTidcUIReeUIRUuchUIRduduUuIthRuTidTid21)2(121)2(121)2(22220第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路21() (), (),shxchxchxshxthxch x222111() () ()111arshxarchxarthxxxx,22)()()2()(chxeeeeeeshxxxxxxx,2)2()(shxeeeechxxxxx1)1( )1ln()(222xxxxxxarshx11)11 (11 222xxxx

7、x)., 1 (,11)( ),1ln(22xxarchxxxarchx) 1 , 1(,11)( ,11ln212xxarthxxxarthx常用双曲函数)()(chxshxthxxchxchxshxchxchchxshxchxshx222221 )()( 第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路idYuKuYYugI -实现了两个模拟信号电压相乘实现了两个模拟信号电压相乘YTCgURK2idYYTCidudouugURuAu2推推 广广第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路4-

8、4 集成运算放大器的输出级电路集成运算放大器的输出级电路UCCUoT1T2RL UCCUi 图421 互补对称型射极输出器 图421中, V1,V2是两个特性相同的异型输出管，其中V1为NPN管， V2为PNP管，它们分别与负载RL构成射极输出器。 第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路4-4 集成运放的输出级电路互补对称电路互补对称电路+UCCR1特点：T1和T2两个晶体管特性相同且轮流导通，提高输出功率。 互补对称电路结构对称，采 用正负对称电源，静态时无直流电压输出，负载可直接接到发射极，实现了直接耦合。电路为射级输出器，输出电阻

9、小，带负载能力强。第4章UCCUoT1T2RL UCCUi第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路ic1（2）动态分析：）动态分析：ui 0VV1截止，截止，V2导通导通ui 0VV1导通，导通，V2截止截止iL= ic1 ;ui-UCCV1V2uo+UCCRLiLiL=ic2V1、V2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为式，称为乙类放大乙类放大。（1）静态分析：）静态分析：ui = 0V V1、V2均不工作均不工作 uo = 0Vic2HOME第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4

10、章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:ui-UCCV1V2uo+UCCRLiL死区电压死区电压uiuouou o tttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真。为交越失真。交越失真交越失真HOME第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路ui-UCCV1V2uo+UCCRLiL(1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在

11、交越失真。存在交越失真。 乙类放大的特点：乙类放大的特点：HOME第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 图422 交越失真产生的原因及波形第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路电路的改进电路的改进1. 克服交越失真克服交越失真交越失真产生的原因：交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在在于晶体管特性存在非线性，非线性，ui uT时晶体管截止。时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路克

12、服交越失真的措施：克服交越失真的措施：R1V1V2R2+UCC-UCCULuiiLRLV1V2 静态时静态时 V1、V2两管发射结电位两管发射结电位分别为二极管分别为二极管V1、 V2的的正向导通压降，致使两管正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。均处于微弱导通状态。 电路中增加电路中增加 R1、V1、V2、R2支路。支路。0V+0.7V-0.7V第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路R1V1V2R2+UCC-UCCULuiiLRLV1V2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙

13、类放大甲乙类放大” ” 。 动态时动态时 设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周，正半周，VB上升，上升， V2 截止，截止，V1 基极电位进一步提高，进基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；入良好的导通状态；负半周，负半周，VB下降，下降，V1截止，截止，V2 基极电位进一步降低，进入基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越死区电压的影响，去掉交越失真。失真。B第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 图423克服交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式；(b)模拟电压源偏

14、置方式0.70-0.70.6-0.1-0.80.80.1-0.6第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 可见，UAB是某一倍数的UBE4,所以该电路也称为U UBEBE的倍增电路的倍增电路。调整R1,R2的比值，可以得到所需的偏压值。由于R1从集电极反接到基极，具有负反馈作用，因而使A、B间的动态电阻很小，近似为一个恒压源 )1 ()1 (214212222421422114114RRURRRIURIUIIIRIRIURIUUBEABBEBBECEAB所以，而时，当忽略RCV1V2V3UCCUiAI1I2R1R2BRL UEEV4第第4

15、章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路45 集成运放电路举例集成运放电路举例1. 1. 集成运放的基本结构集成运放的基本结构iu差动输入级差动输入级中间放大级中间放大级输出级输出级偏置电路偏置电路ou输入级输入级：由可以抑制零点漂移的：由可以抑制零点漂移的差动放大器差动放大器组成组成中间级中间级：采：采共射电路共射电路可获较大的可获较大的 输出级输出级：射极跟随器射极跟随器，增加带负载能力，增加带负载能力偏置电路偏置电路：供给各级电路合理的偏置电流：供给各级电路合理的偏置电流uA( (差动放大器差动放大器) )( (共射电路共射电路) )(

16、(射极跟随器射极跟随器) )第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路2.2.集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：1 1）. . 电路元件制作在一个芯片上，元件电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。参数偏差方向一致，温度均一性好。2 2）. . 电阻元件由硅半导体构成，范围在电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到几十到2020千欧，精度低。高阻值电阻用千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。三极管有源元件代替或外接。3 3）. . 几十几十 pF pF 以下的小电容用以下的小电容用PNPN结的结

17、结的结电容构成、大电容要外接。电容构成、大电容要外接。4 4）. . 二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路3 举例(a) -UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2

18、= 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB为减小为减小IB， 提高输入电阻，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管采用复合三极管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3R

19、E2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL差动放大器差动放大器第第2级级差动放大器差动放大器+3. 举例举例(b)极极性性判判断断第第1级级第第3级级第第4级级互补对称射互补对称射极跟随器极跟随器单管放大单管放大器器第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 4. 集成运算放大器集成运算放大器F007 1). 双极型集成运放F007是一种通用型运算放大器。是目前使用最为普遍的集成运放之一。2). F007由三级放大电路和电流源等组成.第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电

20、路集成运算放大器F007 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。 若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。流往往是偏置电路中的基准电流。6823第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路51112RUUUUIBEBEEECCR34910IIICC第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路双端输入、单端输出双端输入、单端输出共集共集-共基放

21、大电路共基放大电路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真的准除交越失真的准互补输出级互补输出级三级放大电路三级放大电路8623第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 T5、T6和和T7组成系数为组成系数为1 的比例的比例电流源电流源,分别作组合差放管的有源负分别作组合差放管的有源负载。载。C21CB3BC10C9C8C21C)()C(IIIIIIIIITQ、不变因为、点稳定：4 T3、T4为横向为横向PNP型管，输入型管，输入端耐压高。共集形式，输

22、入电阻大，端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。形式频带宽。电平转换。输入端耐压高，并完成小，共模输入范围大，大，大，cdi AAR输入级: T1T7,其中T7为T5、T6提供偏置第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 输出级分析D1和D2起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。79O114BE1DRURiUUiO1增大到一定程度，D1导通，为T14基极分流，从而保护T14。iO1iO268182RURiUUO2BEDiO2增大到一定程度，D2导通，为T18、 T19复合管基极分流，从而保护T18 、 T19复合管。8R6第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 图424 F007电路原理图 第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路第第4章章 集成运算放大器电路集成运算放大器电路 小结: 参照图424，整个电路由四部分组成1.偏置电路：由V8V13, R4 , R5组成2.输入级：V1V7,其中V7为V5、V6提供偏置3.中间级：V16、V174.输出级： V14