集成运算放大器基础.ppt

信电工程学院 电路与电子技术 9.1 概述 9.2 零点漂移 9.3 差动放大电路 9.4 集成运算放大器的性能参数 9.5 集成运算放大器的应用 第9章 集成运算放大器 Date 1 信电工程学院 电路与电子技术 研究对象：集成运算放大器的应用。 关注焦点：如何利用理想运放的特点，分析运放电路 。 本章主要讨论集成运放的应用，关于集成运放的工作 原理和内部结构留给要深入了解集成运放同学自学 集成运放的应用电路从功能上分有信号运算、 信号处理、信号产生电路等。 Date 2 信电工程学院 电路与电子技术 1.集成电路简介 集成电路( Integrated circuit缩写为IC ) 是应用半导体制造工艺把晶体管、场效应管、电 阻、小容量电容等许多元器件以及它们之间的连 线都做在同一硅片上，然后封装在管壳里。这样 制成的具有特定功能的电子电路称为集成电路。 特点：体积小、重量轻、性能好、功耗低、 可靠性高。 9.1 概述 Date 3 信电工程学院 电路与电子技术 2.集成电路的分类 集成电路按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路 两大类。 模拟集成电路按其特点分为集成运算放大器、集成稳 压器、集成功率放大器等。 Date 4 信电工程学院 电路与电子技术 3.集成电路的工艺特点： （1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别 有利于实现需要对称结构的电路。 （2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很 小，在毫瓦以下。 （3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源 负载。 （4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大 器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。 （5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。 Date 5 信电工程学院 电路与电子技术 9.2 零点漂移 零漂现象： 产生零漂的原因： 温漂指标： 由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变 化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电 压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 输入Vi=0时，输出有缓慢 变化的电压产生。 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。 Date 6 信电工程学院 电路与电子技术 例如 若第一级漂了100 uV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了 100 uV， 则输出漂移 10 mV。 假设 第一级是关键 减小零漂的措施： 用非线性元件进行温度补偿 采用差分式放大电路 漂了 100 uV 漂移 10 mV+100 uV 漂移 1 V+ 10 mV 漂移 1 V+ 10 mV Date 7 信电工程学院 电路与电子技术 9.3 差动放大电路 一.结构: 对称性结构 即：1=2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb Date 8 信电工程学院 电路与电子技术 1. 差动放大电路一般有两 个输入端： 双端输入从两输入端同 时加信号。 单端输入仅从一个输入 端对地加信号。 2. 差分放大电路可以有两个输出 端，一个是集电极C1，另一个是集 电极C2。 双端输出从C1 和C2输出。 单端输出从C1或C2 对地输出。 二. 几个基本概念 Date 9 信电工程学院 电路与电子技术 3. 差模信号与共模信号 差模信号： 共模信号： 差模电压增益 共模电压增益 总输出电压 4. 共模抑制比 Date 10 信电工程学院 电路与电子技术 三.差动放大电路的基本工作原理 1. 静态工作点的计算： 忽略Ib，有：Vb1=Vb2=0V Date 11 信电工程学院 电路与电子技术 2.抑制零漂的原理: vo= vC1 - vC2 = 0 vo= (vC1 + vC1 ) - (vC2 + vC2 ) = 0 当vi1 = vi2 = 0 时， 当温度变化时： vC1 = vC2 vC1 = vC2 Date 12 信电工程学院 电路与电子技术 (1)加入差模信号 设： vi1=-vi2 =vid/2，vic=0 。 3.电路的动态分析 Re对差模信号相当于短路 设vi1 ,vi2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 ie1 = - ie2 IRe不变 VE不变 Date 13 信电工程学院 电路与电子技术 其等效电路为： 因为vi1 =- vi2 设vi1 ,vi2 vo1 ,vo2 。 由于电路对称 vo1 = vo2 vo= vo1 vo2=-2 vo1 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻 Date 14 信电工程学院 电路与电子技术 (2)加入共模信号 设： vi1=vi2 =vic，vid=0。 设vi1 ， vi2 ，使vo1 ， vo2 。 因vi1 = vi2， vo1 = vo2 vo= 0 (理想化)。 共模电压放大倍数 Date 15 信电工程学院 电路与电子技术 四.差动放大器的输入输出方式 差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单入单出） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻 Date 16 信电工程学院 电路与电子技术 1.双端输入双端输出 (1)差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数 （3）差模输入电阻 （4）输出电阻 Date 17 信电工程学院 电路与电子技术 2. 双端输入单端输出 这种方式适用于将 差分信号转换为单端输出 的信号。 (1)差模电压放大倍数 （2）差模输入电阻 （3）输出电阻 Date 18 信电工程学院 电路与电子技术 （4）共模电压放大倍数 共模等效电路 Date 19 信电工程学院 电路与电子技术 3. 单端输入双端输出 单端输入等效双端输入: 因为右侧的Rb+rbe归算到发射极 回路的值(Rs+rbe) /(1+)1，在 处的电压增益将大于 ，幅频特性在 处将抬高。 当Ao3时，Q =，有源滤波器自激。由 于将C1接到输出端，等于在高频端给LPF加了 一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬 高，甚至可能引起自激。 幅频特性曲线 Date 73 信电工程学院 电路与电子技术 二. 高通有源滤波器 R 1 RC R R1 RF C + - + 高通 传递函数 1 RC 1.一阶有源高通滤波器 Date 74 信电工程学院 电路与电子技术 幅频特性及幅频特性曲线 传递函数 1 RC 幅频特性： 0 0 1+RF/R1 0.707(1+RF/R1) 0 R R1 RF C + - + Date 75 信电工程学院 电路与电子技术 2. 二阶有源高通滤波器 由此绘出频率响应特性曲线 (1)通带增益 (2)频率响应 其中：， Date 76 信电工程学院 电路与电子技术 结论：当ff0时， 幅频特性曲线的斜率 为+40 dB/