集成运放内部电路设计

1、模拟电子电路及技术根底孙 肖 子西安电子科技大学?模拟电子电路与技术根底?课程的特点是 “概念性、工程性、实践性“强！ “注重物理概念，采用工程观点； 重视实验技术，善于总结比照； 理论联系实际，注意应用背景； 寻求内在规律，增强抽象能力。4.1 集成运放电路电路概述集成电路(IC：Integrated Circuit)是在同一块微小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起，最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整电路。 集成电路分类： 通用型运放： 专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、低温漂型、低/

2、微功耗型、高压大功率型 特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、隔离放大器等。4.1 集成运放电路电路概述1.高增益直接耦合放大器2.尽量用有源器件代替无源元件3.利用对称结构改善电路性能集成运放的特点： 4.广泛采用复合管5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小 4.1 集成运放电路电路概述集成运放的组成： 1.输入级输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能力强、静态电流和失调偏差小。2.中间级提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极)3.输出级提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小非线性失真和增大输出电压的动态范围。4.偏置电路采用恒流源电路.4.1 集成运放

3、电路电路概述1.高增益直接耦合放大器2.尽量用有源器件代替无源元件3.利用对称结构改善电路性能集成运放的特点： 4.广泛采用复合管5.温度稳定性较高 6.集成度高，功耗小 4.2 集成运放电路中的电流源电路1.单管电流源电路2. 镜像电流源镜像电流源的温度补偿作用 多路镜像电流源多集电极晶体管电流源 3.比例电流源4.微电流电流源5.威尔逊电流源负反响型电流源因为 所以 6.改进型电流源-加射随器隔离的电流源利用 的隔离和电流放大和作用，减少了基极电流 和对基准电流的分流作用， 改进的多输出镜像电流源 4. 2. 2场效应晶体管组成的电流源 T1一定工作于恒流区 T1、T2的电性能完全相同 M

4、OS多输出电流源电路 例 对于N沟道FET组成的电流镜，宽长比的比值为2：4：101：2：5，所以有， P沟道FET电流镜的宽长比的比值为2：10：41：2：5，所以有4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载有源负载的特点 (1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。(2) 有源负载放大器的增益与电源电压无关。(3) 可以大大节约芯片面积。4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载有源负载共射放大电路 有源负载射级跟随器 4.3.1 零点漂移现象43差分放大电路 所谓的零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号是一个随时间变化，漂移不定的非零信号 结构特点:结构高度对称,有两个输入端,两个输

5、出端,一般差分放大电路的特性分析1、抑制零漂原理2、差模信号和共模信号两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号两端输入完全相同的信号称为共模信号 任意信号：当 时，称它们为任意信号， 任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和式中3、差模增益和共模增益差模电压增益定义 共模电压增益定义 总的输出电压 4、共模抑制比差模电压增益越大，共模电压增益越小，那么共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强，放大电路的性能越优良。5、典型差分放大电路及四种工作方式a双端输入、双端输出 b单端输入、双端输出 c双端输入、单端输出 d单端输入、单端输出6、根本工作原理 (1) 静态分析 (2)动态分析1) 双端

6、输入，双端输出工作方式。 双端输入，双端输出差模电压增益。差摸输入交流等效电路 小信号等效电路等效为对地短路 负载电阻中点的交流信号电位为零 差模输出电阻 差模输入电阻 双端输入，双端输出共模电压增益。共模输入差分放大电路 共模输入信号的交流通路 共模电压增益为共模抑制比 共模输入电阻共模输出电阻2) 双端输入，单端输出工作方式。双端输入，单端输出差模电压增益。 双入单出差模交流通路 双入单出共模交流通路 其中差模输入电阻差模电压增益为差模输出电阻双端输入，单端输出共模电压增益 共模放大倍数一般情况下且共模输入电阻共模输出电阻 3 单端输入的差分放大电路单端输入单端输出 可看作是任意输入的一个

7、特例 ： 差模信号 共模信号4.3.3 带恒流源的差分放大电路 、组成恒流源电路，1、管C-E极之间的交流等效电阻用取代典型差分放大电路中的2、恒流源的电流计算 恒流源的动态电阻 有源负载的差分放大电路 用镜像电流源作差分放大电路的有源集电极负载电阻，可以使单端输出具有与双端输出相同的差模放大倍数及共模抑制比 4.3.5 MOS差分放大器 采用有源负载的MOS差分放大器差模电压增益2.共模电压增益由于电路两边对称 共模增益为0，趋于无穷大。 共模输入时的有源负载MOS差分放大器 2.共模电压增益共模输入时的有源负载MOS差分放大器由于电路两边对称，必有 1、有源负载差分放大 器的共模增益为0，

8、2、 趋于无穷大 差分放大电路的传输特性及应用1、差分放大器的传输特性晶体管发射极电流与BE结电压之间的关系输出电压1当时，差分放大器处于平衡状态 2差模电压输入与输出可保持线性关系 时3）时，输出差模电压基本上保持不变2、展宽输入动态范围及差分放大器的其它应用(1) 展宽输入动态范围 引入串联电流负反响电阻R，展宽输入线性动态范围 (2) 倒相器 3自动增益控制电路4波形变换电路 3 双平衡模拟乘法器当时由此可求得输出电压K称为标度因子 44 集成运算放大器的输出电路1、BJT管输出级 互补原理电路 交越失真波形 简单互补电路45集成运算放大器内部电路举例4. 5. 1 BJT通用运算放大器F0071、差分输入级(1) 差模输入范围大 (3) 电压增益和输入阻抗高。 (2)共模输入范围大，共模抑制比高 、组成中间电压放大级 2、中间级3、输出级：互补对称输出级由T14、T18、T19组成。4、保护电路D1、D2、R8、R9组成输出级的过载保护电路。 4. 5. 2 C14573集成运算放大电路C14573