集成运算放大电路简介PPT课件

1、模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件14.3 集成运放电路简介集成运放电路简介典型的集成运放典型的集成运放双极型集成运放双极型集成运放 f007、f324单极型集成运放单极型集成运放 c14573一、引脚一、引脚4.3.1 双极型集成运放双极型集成运放 f007(a)引脚图引脚图12348765(b)连接示意图连接示意图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件2二、电路原理图二、电路原理图图图4.3.1 f007电路原理图电路原理图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件31. 偏置电路偏置电路+vcct8- -veet9t12t13t10t11r4r5i8i3,4ic9ic1

2、0irefic13至输入级至输入级至中间级至中间级和输出级和输出级511be12beeeccref|ruuvvi- - - 基准电流：基准电流：基准电流产生各放基准电流产生各放大级所需的偏置电流。大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：各路偏置电流的关系：irefic11ic10ib3, ib4ic9ic8ic12ic13微电流源微电流源镜像电流源镜像电流源输入级输入级镜像电流源镜像电流源中间级中间级输出级输出级图图 4.3.1-1 f007 的偏置电路的偏置电路模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件42. 输入级输入级 t1、t2、t3、t4 组成共集共基差分放大电路；组成共集共基差分

3、放大电路； t1、t2 基极接收差分输入信号。基极接收差分输入信号。t5、t6有源负载。有源负载。 t4集电极送出单端集电极送出单端输出信号至中间级。输出信号至中间级。 rw调零电阻，调零电阻，r外外接电阻。接电阻。 t7与与r2组成射极输组成射极输出器。出器。 uo+vcc- -veet6r1i3,4ic10ic9r2r3rrwt4t2t7t5t3t1t8t9图图 4. 3. 1-2ui2ui1模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件5若暂不考虑若暂不考虑 t7 和调零电路则电路可简化为：和调零电路则电路可简化为：+vcc- -veei3,4t4t2t3t1i8rcrcui1ui2uo(

4、1)t1、t2共集组态，具有较共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入电高的差模输入电阻和共模输入电压。压。(2)共基组态的共基组态的t3、t4，与有，与有源负载源负载t5、t6组合，可以得到很组合，可以得到很高的电压放大倍数。高的电压放大倍数。(3)t3、t4 共基接法能改善频率响应。共基接法能改善频率响应。(4)该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑制比。抑制比。图图4.3.1-2简化示意图简化示意图 模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件63. 中间级中间级输入来自输入来自t4和和t6集电集电极。极。输出接在输出级的两个输出接在输出

5、级的两个互补对称放大管的基极。互补对称放大管的基极。中间级中间级t16、t17组成组成复合管，复合管，t13作为其有源负作为其有源负载。载。接入接入30pf的校正电容起的校正电容起相位补偿的作用，防止电路相位补偿的作用，防止电路产生自激振荡。产生自激振荡。图图 4.3.1-3 中间级示意图中间级示意图+vcc- -veet15t16ic13r7t17r830pf模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件74. 输出级输出级ic13r8uo+vcc- -veet14uid1r9r10t19t18r7t15d2图图4.3.1-4 f007输出级输出级原理电路原理电路t14、 t18 、t19准互

6、补准互补对称电路；对称电路；d1、 d2 、r9、r10为过为过流保护电路；流保护电路；t15 、r7、r8为输出级为输出级设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。v7 . 0)1(87be15887ce15 rrurrru调节调节 r7、r8 阻值可调节两个功率管之间的电压差。阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为这种电路称为 ube 倍增电路。倍增电路。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件84.3.2 单极型集成运放单极型集成运放3.第二级第二级增强型增强型pmosfet对管对管t3、 t4增强型增强型nmos管管t8构成漏极带构成漏极带有源负载有源负载的的共源放大电路

7、共源放大电路。双端输入、单端输出的双端输入、单端输出的mos差分差分放大电路。放大电路。2.第一级第一级t1、t2 、t7构成构成多路电流源。多路电流源。1.偏置电路偏置电路电容电容c起起相位补偿相位补偿作用。作用。 由于第二级电路从由于第二级电路从t8的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第一级具有很强的电压放大能力。一级具有很强的电压放大能力。图图4.3.5 c14573电路图电路图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件94.4 集成运放的性能指标及低频等效电路集成运放的性能指标及低频等效电路一、开环差模电压增益一、开环差模电压增益 aod一般用对

8、数表示，定义为一般用对数表示，定义为)(lg20npouuu单位：分贝单位：分贝理想情况下理想情况下aod为无穷大；为无穷大；通用型集成运放的通用型集成运放的aod为为65100db。4.4.1 集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标)(=npooduuua模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件10二、输入失调电压二、输入失调电压 uio三、输入失调电压温漂三、输入失调电压温漂 uio 定义：定义：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。补偿电压。一般运放：一般运放：uio 为为 1 10 mv；高质量运放：高质量运放：uio 为为 1

9、 mv 以下。以下。定义：定义：tuuddioio 一般运放为一般运放为 每摄氏度每摄氏度 10 20 v；高质量运放为高质量运放为 每摄氏度每摄氏度 0.5 v 以下以下。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件11四、输入失调电流四、输入失调电流 iio五、输入失调电流温漂五、输入失调电流温漂 iio当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即之差，即定义：定义：b2b1io=iii一般运放为一般运放为 几十几十 一百一百na；高质量的低于；高质量的低于 1 na。定义：定义：tiiddioio 一般运放为一般运放为 每摄氏度几每摄氏度几na；高

10、质量的每摄氏度几十；高质量的每摄氏度几十pa。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件12六、输入偏置电流六、输入偏置电流 iib七、差模输入电阻七、差模输入电阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 kcmr定义：定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。平均值。)+(21=b2b1ibiii即即定义：定义：ididid=iur一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：ocodlg20aa或或多数集成运放在多数集成运放在 80 db 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160 db。ocodcmr=aak模拟电子技术多媒体课件

11、模拟电子技术多媒体课件13九、最大共模输入电压九、最大共模输入电压 uicmax 输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最大共模信号。大共模信号。十、最大差模输入电压十、最大差模输入电压 uidmax不至于使不至于使pn结反向击穿所允许的最大差模输入电压。结反向击穿所允许的最大差模输入电压。十一、十一、 3 db带宽带宽 fh表示表示 使使aod下降下降3db时的信号频率。一般集成运放时的信号频率。一般集成运放 fh 只有几赫兹至几千赫兹。只有几赫兹至几千赫兹。f007c 的的 fh 仅为仅为 7 hz。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件1

12、4十二、十二、 单位增益带宽单位增益带宽 fc 使使aod降至降至0db时的信号频率，此时开环差模电压放时的信号频率，此时开环差模电压放大倍数大倍数 aod 等于等于1。十三、十三、 转换速率转换速率 sr额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的最大变化率。单位为最大变化率。单位为 v / s 。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的成运放的 sr 值。值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。出电阻等。模拟电子技术多媒体课件模拟

13、电子技术多媒体课件154.4.2 集成运放的低频等效电路集成运放的低频等效电路考虑各种失考虑各种失调因素的等调因素的等效电路图效电路图不考虑各种失调因素的电路图不考虑各种失调因素的电路图若将集成运放理想化，若将集成运放理想化，0oid rr，则则模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件16 第第一代产品：一代产品：利用少量横向利用少量横向pnp管，构成以电流源作偏置管，构成以电流源作偏置电路的三级直接耦合放大电路。电路的三级直接耦合放大电路。 第二代产品：第二代产品：采用了有源负载，简化了电路设计，使开环采用了有源负载，简化了电路设计，使开环增益明显提高，各方面性能指标比较均衡。增益明显提

14、高，各方面性能指标比较均衡。 第三代产品：第三代产品：输入级采用超输入级采用超管，管，值高达值高达10005000倍，版倍，版图设计考虑了热效应的影响，减小了失调电压、失调电流及图设计考虑了热效应的影响，减小了失调电压、失调电流及它们的温漂，增大了共模抑制比和输入电阻。它们的温漂，增大了共模抑制比和输入电阻。 第四代产品：第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，指标参数更加理想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。大大提高了精度。4.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择

15、4.5.1 集成运放的发展概况集成运放的发展概况模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件174.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择4.5.2 集成运放的种类集成运放的种类一、按工作原理分类一、按工作原理分类1.电压放大型：电压放大型：f007、f324、c145732.电流放大型：电流放大型：lm3900、f19003.跨导型：跨导型：lm3080、f30804.互阻型：互阻型：ad8009、ad8011二、按可控性分类二、按可控性分类1.可变增益运放：可变增益运放：vca610 、 ad5262.选通控制运放：选通控制运放：opa676模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课

16、件181. 高精度型高精度型性能特点：性能特点： 漂移和噪声很低，开环差模增益和共漂移和噪声很低，开环差模增益和共模抑制比很高，误差小。模抑制比很高，误差小。（f5037）2. 低功耗型低功耗型性能特点：性能特点： 静态功耗一般比通用型低静态功耗一般比通用型低 1 2 个数量个数量级级(不超过毫瓦级不超过毫瓦级)，工作电源电压很，工作电源电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。制比。（tlc2552）三、按性能指标分类三、按性能指标分类分为通用型和特殊型两类。分为通用型和特殊型两类。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件193. 高阻型高阻型（f313

17、0）性能特点：性能特点：通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达高达 1012 。 高阻型运放可用在测量放大电路、采样高阻型运放可用在测量放大电路、采样-保持电路、带通保持电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。4. 高速型高速型（f3554）大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速 率 可 达 几 十 至 几 百速 率 可 达 几 十 至 几 百v / s， 甚 至 高 达， 甚 至 高 达1000v/ s，单位增益带宽可达，单位增益带宽

18、可达10mhz，甚至，甚至几百几百mhz。性能特点：性能特点： 常用在常用在a/d和和d/a转换器、有源滤波器、高速采样转换器、有源滤波器、高速采样-保保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件205. 高压型高压型性能特点：性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。6. 大功率型大功率型性能特点：性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电流，负可提供较高的输出电压较大的输出电流，负载上可得到较大的输出功率。载上可得到较大的输出功率。4.5.3 运放的选择运放的

19、选择一、信号源的性质一、信号源的性质二、负载的性质二、负载的性质三、精度要求三、精度要求四、环境条件四、环境条件 从性能价格比方面考虑，应尽从性能价格比方面考虑，应尽量采用通用型运放。量采用通用型运放。 只有在通用型运放不满足应用只有在通用型运放不满足应用要求时才采用特殊型运放。要求时才采用特殊型运放。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件214.6 集成运放的使用集成运放的使用一、集成运放的外引线（管脚）一、集成运放的外引线（管脚）二、参数测量二、参数测量4.6.1 使用时必做的工作使用时必做的工作三、调零或调整偏置电压三、调零或调整偏置电压四、消除自激振荡四、消除自激振荡简易测试法简易测试法电源端加上去耦电容。电源端加上去耦电容。外接频率补偿电容外接频率补偿电容c。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件224.6.2 保护措施保护措施一、输入保护一、输入保护(a)防止输入差模信号幅值过大防止输入差