分析模拟电路

1、电子科大 3021第四章 集成运算放大电路4.1 集成运放的电路概述4.2 集成运放中的电流源4.3 集成运放的电路分析及其性能指标4.4 集成运放的种类、选择与使用电子科大 30224.1 集成运算放大电路概述集成电路简称 IC (Integrated Circuit)集成电路按其功能分类模拟集成电路类型数字集成电路模拟集成电路集成运算放大器；集成功率放大器；集成高频放大器；集成中频放大器；集成比较器；集成乘法器；集成稳压器；集成数/模和模/数转换器等。电子科大 3023一、集成电路中元件特点尺寸相同且图形一致的同类晶体管器件参数对称性好。如 BJT: b1=b2 , UBE1=UBE2 ,

2、 rbe1= rbe2电阻R =几十 W 几十KW ,大阻值电阻占半导体芯片面积大。电容容量一般不超过100pF,大容量电容占半导体芯片面积更大。为了提高集成电路的集成度电路设计中应尽量少用或者不采用电容,电阻。电子科大 30241.差模电压放大倍数Aud 2.差模输入电阻Rid3.输出电阻RO 0uouPuNOP二、集成运算放大电路模拟集成电路中，发展最早、应用最广的IC是集成运算放大器(OperationalAmplifier) 。该电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、积分、微分）上，故被称为集成运算放大电路，简称集成运放。集成运放内部集成了几拾到几百支晶体管。其性能接近理想。

3、电子科大 3025三、集成运放的电路结构特点1、放大器采用直接耦合方式；2、采用差分放大电路（作输入级）和恒流源电路（作偏置电路或有源负载）；3、允许采用复杂的电路形式，提高电路性能；4、用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻；5、晶体管采用复合管形式。uouPuNOP电子科大 3026集成运算放大器外形图电子科大 3027四、集成运放内部框图输入级中间放大级输出级uiduo偏置电路基本单元电路：输入级差动放大电路，要求Ri大，Ad大，Ac小；输出级互补推挽电路，要求Ro小，不失真输出功率大；偏置电路电流源电路，为放大管提供偏置电流。电子科大 3028VCCUom-Uom-VCCuo( V )

4、uid( mV )0最大输出电压幅度Uompp13V输出电压线性范围 -UomUom五、集成运放的电压传输特性+VCC-VCC标准运放电源电压VCC =15Vuouid106uouidAud 集成运放线性放大区所对应的输入信号范围很小。电子科大 3029,uroi Iro称为电流源内阻,ro越大恒流特性越接近理想。iu0I实际4.2 集成运放中的电流源一.实际电流源(恒流源)模型实际电流源VCRIiro v+实际电流源模型uiro 电子科大 30210二. 电流源电路的组成电流源电路设计要求：当RL、 VS及温度在一定范围变化时，IL保持不变。IroILRL电流源电路RLVSILro rCEU

5、CE+ C电子科大 30211uCEiCIBICo利用晶体管放大区的恒流特性实现稳流。三.实现恒流的基本思想在晶体管放大区IB一定时,IC随UCE变化的幅度很小。晶体管放大区具有恒流特性。ICrCE越大的晶体管恒流特性越好。ibiuCE-Iicro+uCEUB VCCIL IE 电子科大 30212原始电流源电路由分压偏置电路构成如图R2R1 R2UB UBERE流 I 变化，必然有：UB 不变RE接入使ro增大，电流源稳流特性得到提高。电路缺点：IL受直流电压源波动影响大；RLRERE接入可增强稳流效果。R2如果由于某种原因造成电+VCCILR1UB+VCCIroRLILIL IE 电子科大

6、 30213四. 常用分立元件电流源电路A)基极电压稳定恒流源基极电压UB=UZ,不受电源电压变化的影响。VCC UZ UB= UZUZ UBERERL+VCCILRER1VZDZ当VCC、 RL及温度在一定范围变化时，IL保持不变。UGS 2电子科大 30214UGS(V)UPB).恒流二极管IDOQIJFETIRS+IDSS-)UPI IDSS(1UGS RS IDZ04电子科大 30215五、集成运算放大器中的电流源镜像电流源电流源作有源负载微电流源比例电流源多路电流源iro 电子科大 30216i+u-u = rO( i - I )virO集成运放中的电流源电路特点：1、用晶体管或场效

7、应管电路组成；2、直流电阻和交流电阻不同。优点：既可以提供合适的静态电流，又可以有较大的交流电阻。用途：1、设置集成运放各级放大电路的静态工作点。2、作放大电路的有源负载。i+u-I电子科大 302171. 镜像电流源IR2IC2 IC1b设:b1 =b2 b UBE2 =UBE1IC2 = IC1 IR 2IB IR 2IR =VCC UBER当 b 2时，IC2 IR输出电流IC2与IR成镜像关系。IC2= k IR, k越接近1镜像误差越小。基本镜像电流源电路A)基本镜像电流源电路+VCCRLRIRIC1IC22IBT1T2电子科大 30218电路简单，应用广泛。输出电流小，R必然大；输

8、出电流大，R上功耗大。具有一定的温度补偿作用：RLIRIC1+VCCIC2R2IBT1T2当温度升高时 IC1 IC1 IC1 IR UR UB IB 电路缺点：当BJT的b值较小时，电流源的镜像误差较大。若b =10时，k= 0.833。IR kIR IRbb 2IC2镜像电流源的特点： IC0 IR IB2 IR 1 b IR IR IC1 IR1电子科大 30219B). 加射极输出器的电流源1 b (1 b)bIR2(1 b)bIE22IB1 2IC1IC1IC1 kIR IR该电流源的镜像误差较小，若b=10时，k= 0.98。电流源的电源内阻 ro= rce1 。IRIC0+VCC

9、IC1RIB2T0RLT2IE2T1)(1 ) b 2b 2电子科大 30220B).威尔逊(Wilson)电流源由于BJT参数对称IB1=IB2=IB，IC1= IC2= IC。IC1= IR- IB3= IR - IC3/bIE3= IC2+ 2IB= IC1( 1+2/b )= ( IR- IC3/b ) ( 1+2/b )IC3又有 IE312IC3IC3 1(IR 22) IC3由于增加了T3，使IC3 IR IC3(1更加接近IR。RIR2IBIC1T1T2IC3+VCCIB3电子科大 302212、比例电流源+VCCIREF2IBIB1+UBE1IB2+UBE2RIC2VT1R1

10、IC2VT2R2由图可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于 UBE1 UBE2 ，则IE1R1 IE2R2忽略基极电流，可得IREFR1R2R1R2IC2IC1 两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。比例电流源电子科大 30222为了减小IC2的值，可在镜象电流源电路中的T2发射极串入一电阻RE2，便构成微电流源。由电路可得3、微电流源镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小恒流值（例如微安级），可采用微电流源电路。UEB1= UEB2+ IE2RE2UBE1 UBE2RE2IC2 IE2 UBERE2由于UE

11、B很小，所以IC2也很小RLIRIC1+VCCIC2R2IBT1T2RE2IE IS(e 1) IS(e)IC IE ISe , UBE UT ln(电子科大 30223)ICIS由PN结方程：UBE UBEUT UTUBEUT)IC2IS)UT ln()IC1ISIC1IC2UT ln(UT ln()IRIC2则：IC2RE UT ln(IC2=28A,RE3K。 UBE1 UBE2设：IC1IRRLIRIC1R2IBT1+VCCIC2T2RE2若IR=0.73mA,电子科大 302243. 多路电流源在模拟集成电路中，经常用到多路电流源，下图为一种典型的多路电流源。T1、T2、T3的基极是

12、并联在一起的。该电路用一个基准电流IR获得了多个输出电流。IRIC1=IC2=IC3=IC4VCCIRIC2IC3IC4IC1T1T2T3T4b1=b2=b3=b4UBE1= UBE2= UBE3= UBE4IR =VCC 2UBERuo b(RC / RL)电子科大 30225六、电流源作有源负载共射电路的电压增益为：Au = ui rbe图示电路中用电流源代替RC，使RLro/RC。 rbe rbe ro RL ; ro/RLRL RC/RL; Au结论：用电流源代替RC，使Au AuICuiRL uoVCCRB+VCC T2ICRuOui T1电子科大 30226VCC UBERbRLr

13、beIC IL = IR =动态时：Au T3IR+ RL有源负载CE电路1)、有源负载CE放大电路为了得到较大的电压放大倍数，集成运放的中间级常采用有源负载电路。图示电路中采用PNP管T2、T3构成镜像电流源。T1为放大管，T2为有源负载代替RC。静态时：差模输入电压时：电子科大 30227iC1iC2+VCCT1+T3iC3T4iC4iO uOT2 VEE静态时：IC1=IC2=I/22)、有源负载的差分放大电路该电路采用差分输入、单端输出；工作电流由恒流源 I 决定。uiiC2= - iC1iC3 iC1， iC4= iC3 iC1iO= iC4- iC2 2iC1该电路有相当于双端输出

14、时的iO ，在集成运放中的应用十分广泛。电子科大 302284.3 集成运放电路简介一、集成运放的发展第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。典型产品：uA709;F003第二代：普遍采用了有源负载。典型产品：uA741;F007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 。典型产品：AD508;F1556第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。典型产品：HA2900;5G7650电子科大 30229R1T1T1T5T3 T4T6T9T8T7T11T10R3R42.4kR6R2R881kR710kR97kR10R5R14300 R131.4k300R11400R12400-VEE=-6VVCC=+6V一、集成运放LM733内部电路电子科大 30230二、通用型集成运放uA741(F007）uA741是通用高增益运算放大器,早些年最常用的运放之一。应用非常广泛,它采用双列直插8脚或圆筒8脚封装。用双电源供电,也可作单电源接法。工作电压22V；差分电压输入电压18V；允许功耗500mW。价 格：￥1.0元电子科大 30231中