模拟电子电路模电清华大学华成英4集成运算放大电路PPT学习教案

1、会计学1模拟电子电路模电清华大学模拟电子电路模电清华大学(qn hu d xu)华成英华成英4集成运算放大电路集成运算放大电路第一页，共25页。4.1 4.1 概述概述(i (i sh)sh)4.2 4.2 集成集成(j chn)(j chn)运放中的电流运放中的电流源源4.3 4.3 集成运放的电路分析及其性能指标集成运放的电路分析及其性能指标第1页/共25页第二页，共25页。一、集成运放一、集成运放(yn fn)(yn fn)的的特点特点二、集成运放电二、集成运放电(fng din)(fng din)路的组成路的组成三、三、集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 第2页/共25页第三

2、页，共25页。（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分差分(ch fn)(ch fn)放大电路和电流源电路。放大电路和电流源电路。（2 2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。化并不带来工艺的复杂性。（3 3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。的大电阻。（4 4）采用复合管。）采用复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦集成运算放大电路，简称集成运放，是一

3、个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而( r)得名。得名。第3页/共25页第四页，共25页。两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个(y )“黑盒子”，则可等效为一个(y )双端输入、单端输出的差分放大电路。第4页/共25页第五页，共25页。第5页/共25页第六页，共25页。 由于Aod高达几十万倍，所以集成(j chn)运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大是开环差模放大(fngd)倍数。倍数。非线非线性区性区

4、(uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)第6页/共25页第七页，共25页。一、镜像电流一、镜像电流(dinli)源源二、微电流二、微电流(dinli)源源三、多路电流源三、多路电流源四、有源负载四、有源负载第7页/共25页第八页，共25页。T0 和和 T1 特性特性(txng)完全相完全相同。同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，则若在电流源电路在电流源电路(dinl)中充分利用集成运放中晶体管性能的

5、中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。一致性。电路中有负反电路中有负反馈吗？馈吗？基准电流基准电流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III第8页/共25页第九页，共25页。eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBE)(E1E0SEe eUUUUUIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定(qudng)IE0和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。超越超越(choyu)方程方程Re要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。第9页

6、/共25页第十页，共25页。 根据所需静态电流根据所需静态电流(dinli)，来选取发射极电，来选取发射极电阻的数值。阻的数值。 根据所需静态根据所需静态(jngti)电流，来确定集电结面积电流，来确定集电结面积。 根据所需静态电流，根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。来确定沟道尺寸。第10页/共25页第十一页，共25页。哪只管子为放大管？哪只管子为放大管？其集电结静态其集电结静态(jngti)电流约为电流约为多少？多少？静态静态(jngti)时时UIQ为多少？为多少？为什么要考虑为什么要考虑(kol) h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu用于共射放大电路第11页/共25页第十二

7、页，共25页。电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流如何设置静态电流(dinli)(dinli)？静态时静态时iOiO约为多少？约为多少？动态时动态时iOiO约为多少？约为多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使单端输出电路(dinl)的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。0 C2C4Oiii静态：静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，动态：动态：第12页/共25页第十三页，共25页。二、读图举例二、读图举例(j l)三、集成三、集成(j chn)运放的性能指运放的性能指标标一、读图方法一、读图方法第13页/共25

8、页第十四页，共25页。已知电路图，分析已知电路图，分析(fnx)其原理和功能、性能。其原理和功能、性能。第14页/共25页第十五页，共25页。 对于对于(duy)集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根集成运放电路，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。据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。第15页/共25页第十六页，共25页。 若在集成运放电路(dinl)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(dinl)中的基准电流。第16页/共25页第十七页，共25页。双端输入、单端双端输入、单端输出输出(shch)差分差分放大电路放大电

9、路以复合管为放大以复合管为放大(fngd)管、恒流源管、恒流源作负载的共射放大作负载的共射放大(fngd)电路电路用用UBE倍增电路倍增电路(dinl)消除交越失真消除交越失真的准互补输出级的准互补输出级三级放大电路三级放大电路第17页/共25页第十八页，共25页。 T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。共集形式(xngsh)，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式(xngsh)频带宽。共集共集-共基形式共基形式(xngsh)Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9，因，因IC10不变不变 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1

10、 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出第18页/共25页第十九页，共25页。T7的作用的作用(zuyng)：抑制共：抑制共模信号模信号 T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载，增大(zn d)电压放大倍数。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍数大、输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对，并完成电平转换（即对“地地”输出）。输出）。第19页/共25页第二十页，共25页。 中间级是主放大

11、器，中间级是主放大器，它所采取的一切措施都它所采取的一切措施都是为了是为了(wi le)增大放大增大放大倍数。倍数。 F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载(fzi)的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。中间级中间级输出级输出级第20页/共25页第二十一页，共25页。 D1和和D2起过流保护起过流保护(boh)作作用，未过流时，两只二极管均截用，未过流时，两只二极管均截止。止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定增大到一定(ydng)程度程度，D1导通，为导通，为T14基极分流基极分流，从而保护了，从而保护了T14。准互补输出级，准互

12、补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压最大不失真输出电压高高第21页/共25页第二十二页，共25页。 输入电阻大、差模增益大、输出电阻小、共模抑制(yzh)能力强、允许的共模输入电压高、输入端耐压高等。第22页/共25页第二十三页，共25页。20lgAod使使uO为为0在输入端所加的补偿在输入端所加的补偿(bchng)电电压压超过此值不能正常放大超过此值不能正常放大差模信号差模信号超过此值输入级放大管击穿超过此值输入级放大管击穿第23页/共25页第二十四页，共25页。1. 输入级采用什么措施增大放大倍数？输入级采用什么措施增大放大倍数？2. 中间级采用什么措施增大电压中间级采用什么措施增大电压(diny)放大倍数？放大倍