第四章 集成运放(新).ppt

1、第四章 集成运算放大电路,4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路 4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.5 集成运放的种类及选择 4.6 集成运放的使用,要求： 了解：集成运放的基本组成、集成运放的 使用。 理解：典型的几种恒流源电路的工作原 理。 掌握：集成运放的主要技术参数、电压传 输特性，恒流源电路的计算。,4.1 集成运算放大电路概述,将T、D 、R 及连线制作在同一块半导体基片上即成集成电路。,4.1.1 集成运放的电路结构特点,一、不能做大C、L，只能采用直接耦合方式。 二、为克服温漂，采用差分放大电路。 三、用管子构成的恒流

2、源代替大R及设置Q。 四、采用复合管改善单管的性能。,4.1.2 集成运放的组成及各部分的作用,高放大倍数，直接耦合多级放大器。,输入级,中间级,输出级,偏置电路,uP,uN,uO,图4.1.1 集成运放电路方框图,一、输入级：差分电路，两个输入端，减少温漂。 二、中间级：较高增益，共射，复合管放大，有源负载。 三、输出级：互补对称输出，带负载能力强。 四、辅助环节：偏置电路；调零电路；短路保护。,思考题：用分立元件组成相同电路，性能是否同样？,集成运算放大器符号及电压传输特性,反相输入端 u（ uN ）,同相输入端 u+ （ uP ）,输出端 uo,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,

3、电压增益高:,输入电阻大:,输出电阻小:,4.1.3 集成运放的电压传输特性,uO=f(ui),线性区,非线性区,0,uP,uo,图4.1.2（b） 集成运放的电压传输特性,差模开环放大倍数大于105，开环无法正常放大。,4.2 集成运放中的电流源,作用：偏置、有源负载。 镜像电流源、 微电流源、 威尔逊电流源、 比例电流源、 多路电流源等。,1. 镜像电流源,基准电流：,无论Rc的值如何， IC2的电流值将保持不变。,4.2 集成运放中的电流源电路,因为：,所以：,IC2与IR成比例关系。,2. 比例电流源,3. 微电流源,所以IC2也很小,比较：,镜像电流源,比例电流源,微电流源,4. 多

4、路电流源,提问：将所有Re短路后，还能否构成多路电流源？,5. 电流源作有源负载,共射电路的电压增益为：,对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻.,因此增益比用电阻Rc作负载时大大提高了。,放大管,有源负载差动放大电路,T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。 同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。,通用型集成运放F007,4.3 集成运放电路简介,1.偏置电路：,T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：,其他偏置电流都与基准电流有关。 T10、T11和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。 T12和T13管构成镜象电流源。T

5、13管为中间级、输出级提供偏置电流,作为中间级的有源负载。,2. 输入级：,T1 、T2和 T3 、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。其中T1和T2管作为射极输出器，输入电阻高。,T5 、T6 、T7 和R1 、R2 、R3组成电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。 单端输出转换为双端增益的功能。,3. 中间级：,T16和T17是复合管组成的共射放大电路，T13管作这一级的集电级有源负载。,4. 输出级：,T14和T18、T19管组成互补对称输出级， T15、 R7和 R8为其提供静态偏置克服交越失真。 D1管R7和R9保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏 。,D2

6、管R8和 R10保护 T18 T19管在负向电流过大时不致烧坏。,5. 相位分析：,用“瞬时极性法”判定，“+”号腿为同相端；“”号腿为反相端。,+,+,+,-,-,+,1.开环差模电压放大倍数 Aod ： 无反馈时的差模电压增益。 一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,2.差模输入电阻rid ： 双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。,3.共模抑制比 KCMR ： KCMR=20lg(Aud / Auc ) (dB) 其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。,4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路,5.输入失调电压温漂,4

7、.输入失调电压UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。,7.输入失调电流 在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,6.输入偏置电流IB ： 输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,8.输入失调电流温漂,9.最大差模输入电压,10.最大共模输入电压,11.3dB带宽 f H ： 运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽 f H 。,12.转换速率S R (压摆率)： 反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式

8、为,集成运放的低频等效电路,运算放大器外形图,运算放大器外形图,通用型运放 专用型运放: 高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等,4.5 特殊集成运算放大器,一.高速型和宽带型,特点：fH高，SR大 应用：用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。 例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357,二.高精度(低漂移型）,用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 例如： OP177 CF714,三.高输入阻抗型,用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549 CF155/255/355,四.低功耗型,用于空间技术和生物科

9、学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 例如： OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。 OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W 。 CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W 。,五. 功 率 型,这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。 例如： LM12 TP1465,4.6 集成运放的使用,一、管脚不要接错，尤其是正、负电源端，否则会被烧毁,7 6 5 A741 1 2 3 4,U-,U+,-VCC,+VCC,出,二、保护措施,1、输入保护； 2、输出保护； 3、电源端保护。,电路内部已有,输入保护措施,1、输入保护,输出保护电路,2、输出保护,电源端保护,3、电源端保护,本章小结,1差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。运算放大器都用差动放大器作为输入级。 2电流