童诗白 模拟电路课件4-2-4

1、童第四版，第4章集成运算放大器电路，4.1集成运算放大器电路概述，4.2集成运算放大器中的电流源电路，4.3集成运算放大器电路介绍，4.5集成运算放大器的类型和选择，4.4集成运算放大器的指标和低频等效电路，4.6集成运算放大器的使用，童第四版，本章重点和测试点，1。集成电路的特性。2.偏置电路(电流源)的功能、分类和计算。3。理想集成运算放大器电路的性能指标。通白石第四版，本章讨论的问题：1 .什么是集成运算放大器电路？在硅片上制作分立元件的直接耦合放大电路是集成运算放大器吗？集成运算放大器电路结构的特点是什么？2.集成运算放大器的组成部分是什么？每个部分的功能是什么？3.如何设置集成运算放

2、大器中各级放大器电路的静态工作点？4.集成运算放大器的电压传输特性有哪些特点？5.如何评估集成运算放大器的性能？主要指标是什么？6.集成运算放大器有哪些类型？如何选择？使用时应注意哪些问题？4.1集成运算放大器电路概述，简称集成电路，根据功能分为数字集成电路、模拟集成电路、模拟集成电路类型和集成运算放大器；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；综合乘数；集成电压调节器。集成数字/模拟或模拟/数字转换器等。集成电路的形状，集成电路的形状，(a)双列直插式，(b)圆壳式，(c)扁平式，4.1.1集成运算放大器的电路结构特性，1。对称性好，适合形成差分放大电路。2.集成电路中电

3、阻器的电阻范围通常在几十欧姆到几十千欧姆之间。如果你需要高电阻，你应该在电路上找到另一种方法。在芯片上制作三极管很方便，电阻(尤其是大电阻)经常被三极管代替。在芯片上制作大电容和大电感非常困难，电路通常采用直接耦合电路。集成电路中的npn管和pnp管的数值相差很大，通常为pnp的10倍。复合管经常被使用。首先，输入级差分通道大大降低了温度漂移。第二，中间级，有源负载共发射极电路，增益大。3.输出级，互补对称电路，负载能力强；4.偏置电路，电流源电路，为每一级提供合适的静态工作点。4.1.2集成运算放大器电路的组成及其各部分的功能本质上是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。图4.1.1集成运算

4、的基本组成，4.1.3集成运算放大器的电压传输特性，图4.1.2集成运算放大器的符号和电压传输特性，uo=f(up-un)，集成运算放大器的两个输入端分别为同相输入端up和反相输入端un。电压传输特性，输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即集成运算放大器的工作区，线性区：aod是差模开环放大系数，非线性区：输出电压只有两种可能的情况：uom或-uom，uom是输出电压的饱和电压。4.2集成运算放大器中的电流源电路，其中晶体管和场效应晶体管不仅作为放大管，而且构成电流源电路，为每一级提供合适的静态电流；或者作为有源负载代替高阻电阻，从而提高放大电路的电压放大系数。4.2.1基本电流

5、源电路，1。镜像电流源(电流镜)，参考电流，因为ube1=ube2，t1和t2参数基本相同，那么ib1=ib2=ib；ic1=ic2=ic，因此当满足2时，那么，图4.2.1，2。比例铜图4.2.3微电流源，综述：1。集成运算放大器的电路结构特性？2。集成运算放大器的元件？输入阶段通常使用什么结构？输出阶段通常使用什么结构？3。集成运算放大器的两个工作领域？他们各自的特点？4.2.2改进的电流源电路，问题：当基本电流源电路非常小时，ir和ic2有很大不同。为了减小基极电流的影响，提高输出电流与参考电流之间的传输精度，稳定输出电流，可以对基本电流源电路进行改进。首先，发射极输出器件的电流源，由于

6、t3的增加，使得ic2更接近iref(如何证明)，缺点是：1。它受电源波动的影响很大；2.电流低至毫安级。ic2=ic1=iref-ib3=iref-ie3/(1)，例如，10 ic2=0.982 iref，增加电阻re2的目的是增加ie3。图4.2.4发射极输出电流源和威尔逊电流源。t1管的c-e与t2管的发射极串联，其功能与典型工作点稳定电路中的re相同。图4.2.5威尔逊电流源，公式推导(略)，当10 ic2=0.984 ir时，可以看出ic2=ir非常小时也可以考虑。ic2受基极电流的影响较小。问题：红外辐射是如何计算的？4.2.3多通道电流源，电路图，公式推导，ic=ie iref-

7、 ib/(1)，当它较大时，ic=iref，因为每个管的ube是相同的，iererefre=ie1re1=ie2re2=ie3re3，ic2e 2=irrefre/re2，ic3e 3 ic1el 1=irrefre/re1，因此，图4.2.6是基于图4.24和图4.2.7中的多集电极管组成的多通道电流源。当基极电流不变时，集电极电流的比值等于集电极面积的比值。金属氧化物半导体管多通道电流源，图4 . 2 . 8金属氧化物半导体管多通道电流源，设置沟道宽长比，漏极电流比与沟道宽长比成正比。例4.2.1图4.2.9所示的电路是f007的电流源部分。t10和t11是纵向npn管。t12和t13为横

8、向pnp管，其值为5。乙和戊之间的电压约为0.7v。试着计算每根管子的电流。图4.2.9f007中的电流源电路，0.73ma，ic1028ua，0.52ma，4.2.4。在集成运算放大器中，经常用电流源电路来代替rc或rd，这样在电源电压不变的情况下，可以获得适当的静态电流和交流信号。晶体管和场效应晶体管是有源元件，也可以作为负载使用，所以它们被称为有源负载。1。有源负载共发射极放大器电路，1。电路图，2。静态分析(参考电流，省略)，3。动态分析，2。有源负载差动放大电路，利用镜像电流源可以将单端输出差动放大电路的差模放大系数提高到接近双端输出。2.静态分析。电路图，3。动态分析，放大电路采用

9、差分输入和单端输出；工作电流由恒流源一决定；输出电流io=ic4-ic2=2 c4，图4.2.11有源负载差分放大器电路，4.3集成运算放大器电路简介，典型集成运算放大器，双极集成运算放大器f007，cmos集成运算放大器c14573，i，引脚，4.3.1引脚，双极集成运算放大器f007，f007连接图。二。电路原理图，图4.3.1f007电路原理图，1。偏置电路，从输入级到中间级，参考电流：参考电流产生每个放大级所需的偏置电流。各通道偏置电流的关系：iref，i11，ic10，i3，4，ic9，ic8，ic12，ic13，微电流源，镜像电流源，输入级，镜像电流源，中间级，输出级，图4 . 3

10、 . 1-1f 007 t1和t2的基极接收差分输入信号。t5、t6主动负载；t4的集电极向中间级发送单端输出信号。uo、rw调零电阻、r外部电阻。t7和r2形成了一个排放出口国。图4。3.1-2，如果暂时不考虑t7和调零电路，该电路可以简化为：(1)。t1，t2集合配置，具有较高的差模输入电阻和共模输入电压。(2)处于公共基极配置的t3和t4可以与有源负载t5和t6相结合，以获得高电压放大系数。(3)。t3和t4可以改善频率响应。图3，4.3.1.2简化示意图。中间阶段，来自t4和t6收集器的输入；输出连接到输出级的两个互补对称放大管的基极。中间级t16和t17形成复合管，t13作为其主动负

11、载。30pf校正电容连接到8和9的两端，以防止自激振荡。4.输出级，如图4.3.1-4f007所示，输出级主电路，t14、t18、t19准互补对称电路；d1、d2、r9和r10过载保护电路；t15、r7和r8为功率管提供静态基极电流。两个功率管之间的电压差可以通过调节r7和r8的电阻值来调节。这个电路被称为ube乘法器电路。过载保护电路、二极管保护电路、保护元件：vd3、vd4、re1、re2。输出电流正常，vd3、vd4切断，保护不工作；如果vt1接通ic1、ure1和vd3、ib1和ic1。输出电流不能增加，从而保护功率管vt1。如果vt2反向电流ic2、ure2、vd4接通，ib2、ic

12、2。避免vt2电流过大。图4。2.25过载保护电路、三极管保护电路和保护元件：工作原理与二极管保护相似。vt3、vt4、re1、re2 .re越大，iem越小；随着温度的升高，ud、ube和iem下降。更有利于在高温下保护集成运算放大器。图4。2.25过载保护电路，4.3.2单极性集成运算放大器、1。电路结构、双输入双差分放大器电路、耗尽型nmos晶体管对管t1和t2、有源负载增强型nmos晶体管对管t3t4以及偏置电路tref、t5和t6、t7。2。工作原理，电路参考电流iref id5 id6 i0，静态分析id1 id2 i0/2输出电压uoq uod1q- uod2q 0，动态分析uo

13、d1- uod2，差模电压增益avd uo/uid-gm (rds1/rds3)。4.4集成运算放大器的性能指标和低频等效电路，i .实际声光可达100140分贝。4.4.1集成运算放大器的主要性能指标，2。输入失调电压uio，3。输入失调电压温度漂移uio，定义：在输入端添加补偿电压，以使输出电压为零。通用运算放大器：uio为110毫伏；高质量运算放大器：uio低于1毫伏。定义：一般运算放大器是10 20伏；每学位；高品质运算放大器低于0.5 v每度；4。输入失调电流iio，5。输入失调电流温度漂移iio，当输出电压等于零时，两个输入端的偏置电流之差，即定义：一般运算放大器是几十个100纳安

14、；质量低于1纳。定义：一般运算放大器是每度几纳安；高质量的每度数十架飞机。6.输入偏置电流bias7.差模输入电阻rid8.共模抑制比kcmr，定义为：当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。定义：一般集成运算放大器是几兆欧姆。定义：大多数集成运算放大器都在80分贝以上，高质量的可以达到160分贝。九。最大共模输入电压uicm，输入端可以承受的最大共模电压。10.最大差模输入电压uidm，即反相输入端和非反相输入端之间可以承受的最大电压。xi，-3 db带宽fh，表示aod下降3 db时的频率。一般集成运算放大器的频率只有几赫兹到几千赫兹。12岁。单位增益带宽fc、aod和aod降低到

15、0 db时的频率，此时开环差模电压放大系数等于1。13.压摆率sr，额定负载条件下输入大阶跃信号时输出电压的最大变化率。单位为伏特/秒.在实际工作中，输入信号的变化率一般不大于集成运算放大器的sr值。其他技术指标包括：最大输出电压、静态功耗和输出电阻。4.4.2集成运算放大器的低频等效电路，考虑各种偏移因素的等效电路图，不考虑各种偏移因素的电路图，4.5集成运算放大器的类型和选择，4.5.1集成运算放大器的发展概况，4.5.2集成运算放大器的类型，1。根据工作原理分类，1。电压放大器(f5037)，2。低功耗型，性能特点：静态功耗一般比通用型低1-2个数量级(不超过毫瓦级)，所需电压很低，开环

16、差模增益和共模抑制比高。(tlc2552)，3。根据性能指标分类，3。高阻型，性能特点：一般来说，差分输入级由场效应晶体管组成，输入电阻高达1012。高阻抗运算放大器可用于测量放大器、采样保持电路、带通滤波器、模拟调节器和一些信号源内阻高的电路。(f3130)，4。高速，在大信号操作下具有优良的频率特性，转换速率可达每微秒数十至数百伏，甚至高达1 000伏/秒，单位增益带宽可达1 0兆赫，甚至数百兆欧姆。性能特性：常用于模数和数模转换器、有源滤波器、高速采样保持电路、模拟乘法器和精密比较器。(f3554)，5。高压型，性能特点：输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。6。大功率型，性能特点：能提供更高的输出电压和更大的输出电流，并能在负载上获得更大的输出功率。4.5.3运算放大器的选择(略)，4.6集成运算放大器的使用，1。集成运算放大器的外部引线(引脚)，2。使用过程中可能出现的异常现象，1。调零是不可能的，调零电位器有故障；电路接线错误或虚焊；错误的反馈极性或负反馈开环；集成