集成运算放大电路

1、1第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路主要内容：主要内容： 4-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述 4-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路 4-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介 4-44-4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 4-54-5集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择 4-64-6集成运放的使用集成运放的使用 24-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述集成电路：集成电路： 采用专门的制造工艺，将元、器件及连线组采用专门的制造工艺，将元、器件及连线组成的完整电路制作在一块基片上，并完成特成的完整

2、电路制作在一块基片上，并完成特定的功能。定的功能。集成放大电路：高增益的直接耦合放大电路集成放大电路：高增益的直接耦合放大电路 问世最早，应用最广泛。问世最早，应用最广泛。 最初多用于各种模拟信号的运算最初多用于各种模拟信号的运算 故称：故称： 集成运算放大电路，简称集成运算放大电路，简称集成运放集成运放。34-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述一、集成运放的电路结构特点一、集成运放的电路结构特点1.1.直接耦合直接耦合 （硅片上不能做大电容）（硅片上不能做大电容）2.2.差动放大作输入级差动放大作输入级 （克服温漂）（克服温漂）3.3.采用电流源采用电流源 （偏置（偏置提供稳定

3、的电流提供稳定的电流 ；有源负载代替大电阻；有源负载代替大电阻）4.4.采用复合管采用复合管 （不同类型管性能差异大（不同类型管性能差异大）44-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述二、集成运放电路的组成及其作用二、集成运放电路的组成及其作用组成：组成：各部分的作用：各部分的作用：1.1.输入级：输入级：K KCMRCMR，R Ri i，I IQ Q， 一般采用差动放大。一般采用差动放大。2.2.中间级：中间级：A Au u，多采用有源负载的，多采用有源负载的 共射复合管放大。共射复合管放大。3.3.输出级：输出级：U UOMOM，R RO O，多采用，多采用 互补对称输出电路。互

4、补对称输出电路。4.4.偏置电路：提供各级偏置电路：提供各级Q Q点，点， 采用电流源电路。采用电流源电路。54-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性电压传输特性：电压传输特性：符号：符号：)uu(fuNPo64-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性线性区：线性区：)uu(AuNPodoAodAod差模开环放大倍数差模开环放大倍数非线性区：非线性区：OMOMoUU: u或只有两种可能74-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路一、基本电流源电路一、基本电

5、流源电路1.1.镜像镜像电流源电流源T T1 1、T T0 0特性完全相同特性完全相同由于：由于：T T1 1、T T0 0基基- -射回路对称射回路对称所以：所以： I IB1B1=I=IB0B0=I=IB B I IC1C1=I=IC0C0=I=IC CCCBCBECCRI2II2IRUVI又：RCI2IRUVII2BECCR1C时，当温度特性好温度特性好84-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路一、基本电流源电路一、基本电流源电路1.1.镜像镜像电流源电流源问题：若问题：若I IC1C1R温度补偿作用：温度补偿作用：温度温度I IC1C1 I IC1 C1 I ICOCO

6、IIR RUUR RUUB BIIB B94-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路2.2.比例比例电流源电流源由电路：由电路：1e1E1BE0e0E0BERIURIU又：又：SETBEIIlnUU1E0ET1BE0BEIIlnUUU所以：所以：得：得：1E0ET0e0E1e1EIIlnURIRI1E1CR0E0CII ,III2时，当1CR1eTR1e0e1CIIlnRUIRRI得：得：R1e0e1CIRRI在一定条件下在一定条件下0e0BECCRRRUVI104-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路3.3.微微电流源电流源由上电路因为Re0=01CR1eTR1

7、e0e1CIIlnRUIRRI1CReT1CIIlnRUIRUVI0BECCR其中114-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路二、改进型二、改进型电流源电路电流源电路1.1.加射级输出器的加射级输出器的电流源电流源)1 (I2I1I2I1IIIIII1CR1BR2ER2BR0C1CRR1CI)1 (21IIR Re2e2的作用：增大的作用：增大I IE2E2，提高，提高。124-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路二、改进型二、改进型电流源电路电流源电路2.2.威尔逊威尔逊电流源电流源RR22CII )2221 (I工作点稳定，输出电阻大。工作点稳定，输出电阻大

8、。134-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路三、多路三、多路电流源电路电流源电路144-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路四、以四、以电流源为有源负载的放大电路电流源为有源负载的放大电路1. 1. 有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路基准电流：基准电流：RUVI3EBCCR空载时：空载时：R2C1CQI2II154-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路1. 1. 有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路交流等效电路交流等效电路164-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路1. 1. 有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路交

9、流等效电路交流等效电路1bebL2ce1ce1urR)Rrr (A则若),rr (R2ce1ceL1bebL1urRRA174-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路2. 2. 有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路1c1c1c2c4coi2)i(iiii单位增益作用：单位增益作用：单端输出单端输出双端输出双端输出1beL1urRA184-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介一、双极型一、双极型集成运放集成运放F007F007简介简介194-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介F007F007简介简介输入级输入级T T1 1T T4 4：CC-CBCC-CB差动放大差动

10、放大（输入电阻大，频响好，克服温漂。）（输入电阻大，频响好，克服温漂。）T T5 5T T7 7：有源负载：有源负载（单位增益作用）（单位增益作用）R Rw w: : 外接调零电位器外接调零电位器（调节输入级对称）（调节输入级对称）204-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介F007F007简介简介中间级中间级T T1616、T T1717：复合管共射放大：复合管共射放大（r ri2i2AAu1d u1d ,C ,C改善频率特性）改善频率特性）T T1313：有源负载：有源负载（ A Au2 u2 ）214-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介F007F007简介简介输出级输出级T T

11、1414、T T1818、T T1919：准互补输出电路：准互补输出电路R R7 7、R R8 8、T T1515：U UBEBE倍增电路倍增电路（克服交越失真）（克服交越失真）（对称性好）（对称性好）D D1 1、D D2 2：过流保护：过流保护正常时，正常时，D D1 1、D D2 2截止截止。 14C14B19ROIIDUI导通1918C18B210ROIIDUI、导通224-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介F007F007简介简介偏置电路偏置电路T T1212、R R5 5、T T1111：主偏置：主偏置T T1010、T T1111：微电流源：微电流源mA73. 0RUUV2

12、I511BE12EBCCmT T8 8、T T9 9：镜象电流源：镜象电流源（输入级偏置）（输入级偏置）T T1212、T T1313：镜象电流源：镜象电流源（输出级偏置的一部分；中间级的有源负载。）（输出级偏置的一部分；中间级的有源负载。）234-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介244-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介二、单极型集成运放二、单极型集成运放T T3 3、T T4 4：共源差放：共源差放T T5 5、T T6 6：差放的有源负载：差放的有源负载T T8 8：共源放大：共源放大T T7 7：T T8 8的有源负载的有源负载T T1 1、T T2 2：输入偏置：输入偏

13、置254-44-4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、集成运放的主要性能指标一、集成运放的主要性能指标1.1.开环差模增益开环差模增益A Aodod在集成运放无外加反馈时差模放大倍数称为开环差模增益。在集成运放无外加反馈时差模放大倍数称为开环差模增益。)uu(uANPoododAlg20常用分贝：6060180 dB ,F007:100dB180 dB ,F007:100dB左右。左右。2.2.共模抑制比共模抑制比K KCMRCMRocodCMRAAKCMRKlg20常用分贝：8080180 dB ,F007:80dB180 dB ,F007:80dB左右。左右

14、。264-44-4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3. 3. 差模输入电阻差模输入电阻r ridid在输入差模信号时的输入电阻。在输入差模信号时的输入电阻。IIdidIUr F007: F007:大于大于2 2M M； OP177:OP177:大于大于45M45M；单极性单极性: :大于大于106106。4.4.输入失调电压输入失调电压U UIOIO及其温漂及其温漂dUdUIOIO/dT/dTod0UOIOAUUIF007:2F007:210mV,OP177:4uV 10mV,OP177:4uV 。U UIOIO是使输出电压为零时是使输出电压为零时在输入端所加的

15、补偿电压。在输入端所加的补偿电压。反映反映U UBEBE的失配的失配dUdUIOIO/dT/dT是是U UIOIO 的温度系数，的温度系数，是衡量运放温漂的重要参数。是衡量运放温漂的重要参数。低漂移低漂移11uVuV/ /, ,超低漂移超低漂移0.1UUicmaxicmax时，时，运放不能正常工作。运放不能正常工作。8.8.最大差模输入电压最大差模输入电压U UIdmaxIdmax U UIdmaxIdmax是不至于使是不至于使PNPN结反向击穿结反向击穿所允许的最大差模输入电压。所允许的最大差模输入电压。FOO7:FOO7:7Hz7Hz10.10.单位增益带宽单位增益带宽f fc cf fc

16、 c是使是使A Aodod下降到零分贝时的信号频率。下降到零分贝时的信号频率。理想运放：理想运放： A Aodod 、K KCMRCMR、r ridid、f fH H等均为等均为， U UIOIO、dUdUIOIO/dT/dT、I IIOIO、dIdIIOIO/dT/dT 、I IIBIB等均为等均为0 0。294-44-4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二、集成运放的低频等效电路二、集成运放的低频等效电路304-44-4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仅研究对输入信号的放大问题：仅研究对输入信号的放大问题：314-54-5集成运

17、放的种类及选择集成运放的种类及选择一、集成运放的发展一、集成运放的发展经历了四代：经历了四代：第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。典型产品：典型产品：uA709;F003uA709;F003第二代：普遍采用了有源负载。第二代：普遍采用了有源负载。典型产品：典型产品：uA741;F007uA741;F007第三代：输入级采用了超第三代：输入级采用了超管，版图设计上考虑了热效应的影响管，版图设计上考虑了热效应的影响 。典型产品：典型产品：AD508;F1556AD508;F1556第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。典型产品：典型产品：HA2900;5G7650HA2900;5G7650324-54-5集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择二、集成运放的种类二、集成运放的种类1.1.按工作原理分类按工作原理分类2.2.按可控性分类按可控性分类高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型电压放大型、电流放