模拟电子电路模电清华大学华成英4集成运算放大电路-ppt课件

1、华成英 第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路华成英 第四章 集成运算放大电路4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 集成运放中的电流源集成运放中的电流源4.3 4.3 集成运放的电路分析及其性能目的集成运放的电路分析及其性能目的华成英 4.1 4.1 概述概述一、集成运放的特点一、集成运放的特点二、集成运放电路的组成二、集成运放电路的组成三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性 华成英 一、集成运放的特点1 1直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。差分放大电路和电流源电路。2 2用复杂电路实现

2、高性能的放大电路，由于电路的复杂用复杂电路实现高性能的放大电路，由于电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。化并不带来工艺的复杂性。3 3用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制造用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制造的大电阻。的大电阻。4 4采用复合管。采用复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。华成英 二、集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 假设将集成运放看成为一个“黑盒子，那么可等效为一个双

3、端输入、单端输出的差分放大电路。华成英 集成运放电路四个组成部分的作用华成英 三、集成运放的电压传输特性 由于Aod高达几十万倍，所以集成运放任务在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集成运放任务在非线性区。，即集成运放任务在非线性区。uO=f(uP-uN)华成英 4.2 4.2 集成运放中的电流源集成运放中的电流源一、镜像电流源一、镜像电流源二、

4、微电流源二、微电流源三、多路电流源三、多路电流源四、有源负载四、有源负载华成英 一、镜像电流源T0 和和 T1 特性完全一样。特性完全一样。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，则若在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。电路中有负反电路中有负反响吗？响吗？基准电流基准电流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III华成英 二、微电流源eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBE)(E1E0SEe eUUUUUIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIII

5、BE0CCR C0 E01C 1E设计过程很简单，首先确定设计过程很简单，首先确定IE0和和IE1，然后选定，然后选定R和和Re。超越超越方程方程Re要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。华成英 三、多路电流源 根据所需静态电流，来根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。选取发射极电阻的数值。 根据所需静态电流，来根据所需静态电流，来确定集电结面积。确定集电结面积。 根据所需静态电流，根据所需静态电流，来确定沟道尺寸。来确定沟道尺寸。华成英 四、有源负载 哪虽然子为放大管？哪虽然子为放大管？其集电结静态电流约为多少？其集电结静态电流约为多少？静态时静

6、态时UIQ为多少？为多少？为什么要思索为什么要思索 h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu华成英 2. 用于差分放大电路电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iOiO约为多少？约为多少？动态时动态时iOiO约为多少？约为多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。0 C2C4Oiii静态：静态：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，动态：动态：华成英 4.3 4.3 集成运放的电路分析及其集成运放的电路分析及其性能目的性能目的二、

7、读图举例二、读图举例三、集成运放的性能目的三、集成运放的性能目的一、读图方法一、读图方法华成英 一、读图方法知电路图，分析其原理和功能、性能。知电路图，分析其原理和功能、性能。华成英 二、举例：F007通用型集成运放 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流照射序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。号流照射序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。华成英 假设在集成运放电路中可以估算出某一支路的电流，那么这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路华成英 双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管

8、、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路倍增电路消除交越失真的消除交越失真的准互补输出级准互补输出级三级放大电路三级放大电路简化电路分解电路华成英 输入级的分析 T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。共集方式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基方式频带宽。共集共集-共基方式共基方式Q点的稳定：点的稳定：TIC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9，因，因IC10不变不变 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输从射极输

9、入、集电极输出出华成英 输入级的分析T7的作用：抑制共模信号的作用：抑制共模信号 T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载，增大电压放大倍数。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍数大、输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换即对并完成电平转换即对“地输地输出。出。华成英 中间级的分析 中间级是主放大器，它中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。了增大放大倍数。 F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等

10、效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。中间级中间级输出级输出级华成英 输出级的分析 D1和和D2起过流维护作用，未起过流维护作用，未过流时，两只二极管均截止。过流时，两只二极管均截止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1导导通，为通，为T14基极分流，从而维基极分流，从而维护了护了T14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高华成英 判别同相输入端和反相输入端判别同相输入端和反相输入

11、端 输入电阻大、差模增益大、输出电阻小、共模抑制才干强、允许的共模输入电压高、输入端耐压高等。华成英 三、集成运放的主要性能目的 目的参数目的参数 F007典型值典型值 理想值理想值开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压输入失调电压 UIO 1mV 0UIO的温漂的温漂d UIO/dT() 几几V/ 0输入失调电流输入失调电流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0UIO的温漂的温漂d UIO/dT() 几几nA/ 0 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 20lgAod使使uO为为0在输入端所加的补偿电压在输入端所加的补偿电压超越此值不能正常放大超越此值不能正常放大差模信号差模信号超越此值输入级放大管击穿超越此值输入级放大管击穿华成英 讨论1. 输入级采用什么措施增大放大倍数？输入级采用什么措施增大放大倍数？2. 中间级采用什么措施增大电压放大倍数