06集成电路运算放大器

1、16.1 模拟集成电路中的直流偏置技术6.2 差分式放大电路6.3 集成电路运算放大器6 模拟集成电路6.4 集成运算放大器的主要参数21. 电阻元件由硅半导体构成，阻值范围在几十欧至二十千欧，精度低，大电阻常用恒流源代替或外接；2. 级间采用直接耦合方式；3. 元器件参数偏差方向一致，温度均一性好，易做成对称电路； 4. 几十皮法的小电容用PN结的结电容构成，大电容需外接；5. 二极管多用三极管的发射结构成。模拟集成电路的特点：36.1 模拟集成电路中的直流偏置技术BJT电流源电路1. 镜像电流源2. 微电流源3. 组合电流源4一、 镜像电流源T1、T2的参数全相同 当2时，IC1IREF5

2、代表符号交流输出电阻一般ro在几百千欧以上代表符号6二、 微电流源用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。 7三、 组合电流源T1、R1 和T4支路产生基准电流IREFT1和T2、T4和T5构成镜像电流源T1和T3，T4和T6构成了微电流源 在模拟集成电路中，经常用一个电流源对多个负载进行偏置。86.2 差分式放大电路 直接耦合放大电路 零点漂移 电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理 6.2.1 概述 6.2.2 射极耦合差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性 差分式放大电路中的一般概念 主要指标计算 几种方式指标比较96.2.1 概述一、直接耦合放大电路可以放大直流信号由于不

3、采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。2) 零点漂移存在的两个问题：1) 前后级静态工作点相互影响10指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。二、零点漂移votO产生的原因：晶体管参数随温度变化；电源电压波动；电路元件参数的变化。零漂实际上就是静态工作点的漂移。11A1vivo103A2vivo105？思 考 题答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？输出漂移电压均为 200 mV输出漂移电压均为 200 mV输入端漂移电压为 0.2 mV输入端漂移电压为 0.002

4、mVA1不可以，A2可以12若第一级输入漂移电压为100 uV，则输出电压漂移 1 V。则输出电压漂移 10 mV。假设 第一级（输入级）是关键漂移100uV漂移 10 mV漂移 1V漂移 1V差分式放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。+100 uV+ 10 mV+ 10 mV若第二级输入漂移电压也为100 uV，13差模信号共模信号差分式放大电路输入输出结构示意图三、差分式放大电路中的一般概念根据以上两式，有：例: vi1 = 10 mV, vi2 = 6 mV vi2 = 8 mV 2 mV 可分解成: vi1 = 8 mV + 2 mV共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分；差模信

5、号相当于两个输入端信号中不同的部分。14差分式放大电路输入输出结构示意图差模电压增益共模电压增益总输出电压差模输出电压共模输出电压三、差分式放大电路中的一般概念156.2.2 射极耦合差分式放大电路一、电路组成及工作原理静态分析(vi1 = vi2 = 0)电路结构对称 两管的特性完全相同； 对应电阻阻值相同；16T ICVC差分式放大电路对两管所产生的同向漂移有抑制作用当温度发生变化时：17动态分析(1) 共模信号 vi1 = vi2大小相等、极性相同 差分式放大电路对共模信号没有放大能力#差分式放大电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。18动态分析(2) 差模信号 vi

6、1 = -vi2大小相等、极性相反 差分式放大电路对差模信号有放大能力 差分电路利用这一点来放大有用信号。19动态分析(3)比较输入 vi1 、vi2的大小、极性是任意的 差分式放大电路只放大两个输入信号的差模信号共模信号差模信号20？思 考 题 差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：反相vc1与vi1反相vc2与vi2反相vo与vi1同相vo与vi221双端输入 单端输入双端输出 单端输出 二、主要技术指标双端输入双端输出双端输入单端输出单端输入双端输出 单端输入单端输出221、双端输入双端输出 差模电压增益以双倍的元器件换取抑制零漂的能力（双入、双出交流通路） 共模电压增益

7、23接入负载时2、双端输入单端输出 差模电压增益24抑制零点漂移的能力增强 共模电压增益2、双端输入单端输出25等效于双端输入 指标计算与双端输入相同。3、单端输入264、共模抑制比双端输出，理想情况单端输出抑制零漂能力越强5、频率响应 双入、双出的差分放大电路高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。27几种接法的性能指标比较输出方式双出单出双出单出28输出方式双出单出双出单出几种接法的性能指标比较29vO1，vO2f（vid）6.2.3 差分式放大电路的传输特性306.3 集成电路运算放大器 6.3.1 简单的集成电路运算放大器 6.3.2 通用型集成电路运算放大器316.3.1 简单的

8、集成电路运算放大器+-+-+32（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。 （3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力， 而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压vid=vi1-vi2为零时，输出电压vO=0的目的。 （4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。 （5）电路符号：在运算放大器的代表符号中，反相输入端用-号表示，同相输入端用+表示。器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。 （6

9、）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，输出信号电压vo与vi1反相；输出电压vo与vi2同相。 336.3.2 通用型集成电路运算放大器34简化电路35集成运放的引脚及外部接线图如下：同相输入反相输入Avo+12V输出6513724-12V调零电位器外部接线图 7 6 5 LM7411 2 3 4 v-v+-VEE+VCC输出空脚正电源端输出端调零端调零端 反相输入端同相输入端负电源端36一、输入直流误差特性（输入失调特性）1. 输入失调电压VIO 在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。6.4 集成运放的主要

10、参数VIO= -（VO|VI=0）/ AVO 一般约为（110）mV。超低失调运放为（120）V。高精度运放OP-117 VIO=4V。372. 输入偏置电流IIB 输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值。 IIB（IBNIBP）/2 BJT为10 nA1A；MOSFET运放IIB在pA数量级。384. 温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO / T（2）输入失调电流温漂IIO / T3. 输入失调电流IIO 输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即IIO|IBPIBN| 一般约为1 nA0.1A。 39二、差模特性1. 开环差模电压增益AVO2

11、. 开环带宽BW (fH)指集成运放工作在线性区，无负反馈情况下的直流差模电压增益。3. 单位增益带宽 BWG (fT)404. 差模输入电阻rid和输出电阻ro BJT输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的ro200，而超高速AD9610的ro0.05。5. 最大差模输入电压Vidmax指集成运放的反相和同相输入端之间所能承受的最大电压值。41三、共模特性1. 共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric 一般通用型运放KCMR为（80120）dB，高精度运放可达140dB，ric100M。 2. 最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达 13V。42四、大信号动态特性1. 转换速率SR放大电路在闭环状态下，输入为大信号（例如阶跃信号）时，输出电压对时间的最大变化速率，即 若信号为viVimsin2ft ，则运放的SR必须满足：SR2fVom432. 全功率带宽BWP 指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即 SR和BWP是大信号和高频信号工作时的重要指标。 一般通用型运放SR在nV/s以下，741的SR=0.5V/s而高速运放要求SR30V/