6集成电路运算放大器ppt课件

1、6.1 6.1 集成电路运算放大器中的电流源集成电路运算放大器中的电流源6.2 6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.3 6.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4 6.4 集成电路运算放大器的主要参数集成电路运算放大器的主要参数把整个电路中的元器件制造在一块硅基片 上，构成特定功能的电子电路。 由于制造工艺上的缘由，模拟集成电路与分立元件电由于制造工艺上的缘由，模拟集成电路与分立元件电路相比有以下特点：路相比有以下特点：1 1电阻和电容的值不宜做得太大电阻和电容的值不宜做得太大 电路构造上采用直接耦合方式电路构造上采用直接耦合方式2 2为抑制直接耦合电路的温度漂移，常采用差分式放为

2、抑制直接耦合电路的温度漂移，常采用差分式放大电路作为输入级大电路作为输入级3 3尽量采用尽量采用BJTBJT或或FETFET替代电阻电容和二极管等替代电阻电容和二极管等元件元件1. 1. 镜像电流源镜像电流源IC2 IC1 IREF VccVBE/ R Vcc / RRRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2无论无论RC的值如何，的值如何，IC2的电流值将坚持不变。的电流值将坚持不变。IREFIC1IC2IBIC2 IREFIC2与与IREF互为镜像互为镜像RVVBECC2利用利用T3的电流放大作用，的电流放大作用，减小减小IB 对对I RFE的分流作的分流作用，提高用，提高IC3与

3、与I RFE 互互成镜像的精度成镜像的精度T1T2RVccT3IB2IB1R2. 2. 微电流源微电流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 = V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1KVL方程方程IE2 =VBE1VBE2/ Re2 = V BE / Re2 IC2V BE的数值很小的数值很小 IC2亦很小，故称为微电流源亦很小，故称为微电流源IREF(VccVBE) / RVcc / R3. 3. 电流源作有源负载电流源作有源负载 ioV=VVAbeLc)/(rRR beLV=rRA 比用电阻比用电阻Rc作负载时提高了。作负载时提高了。放大管放

4、大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源 直接耦合放大电路直接耦合放大电路 零点漂移零点漂移 电路组成及任务原理电路组成及任务原理 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 差分式放大电路中的普通概念差分式放大电路中的普通概念 主要目的计算主要目的计算 几种方式目的比较几种方式目的比较1. 直接耦合放大电路直接耦合放大电路可以放大直流信号可以放大直流信号2.直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移的零点漂移零漂：零漂：主要缘由：主要缘由：温漂目的：温漂目的：温度变化引起，也称温漂。温度变化引起，也称温漂。输入短路时，输输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。出仍有缓慢变化的电

5、压产生。温度每升高温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益度时，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。折算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压电源电压动摇也是动摇也是缘由之一缘由之一例如例如 100,=V1A假设第一级漂了假设第一级漂了100 uV，那么输出漂移那么输出漂移 1 V。假设第二级也漂了假设第二级也漂了100 uV，那么输出漂移那么输出漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA3. 减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进展温度补偿用非线性元件进展温度补偿F 采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100

6、uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂才干的目的反映抑制零漂才干的目的4. 差分式放大电路中的普通概念差分式放大电路中的普通概念根据根据1、2两式又有两式又有差分式放大电路输入输出构造表示图差分式放大电路输入输出构造表示图+vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idoVD=vvA 差模电压增益差模电压增益icoVC=vvA 共模电压增益共模电压增益2=idici1vvv 2=idici2vvv 总

7、输出电压总输出电压icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效输入方式差模等效输入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效输入方式共模等效输入方式差放差放+-vic差模信号输出差模信号输出共模信号输出共模信号输出VCVDCMR=AAK1. 电路组成及任务原理电路组成及任务原理静态静态0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEV CB1B1III vi1 = vi2 = 0动态动态仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c

8、1o vvv信号被放大。信号被放大。相位相反。相位相反。1. 电路组成及任务原理电路组成及任务原理2. 抑制零点漂移抑制零点漂移 温 度 变温 度 变化和电源电化和电源电压动摇，都压动摇，都将使集电极将使集电极电流产生变电流产生变化。且变化化。且变化趋势是一样趋势是一样的，的，差分式放大电路对共模信号有很强抑制造用。差分式放大电路对共模信号有很强抑制造用。其效果相当于在两个输入端参与了共模信号。其效果相当于在两个输入端参与了共模信号。2. 抑制零点漂移抑制零点漂移 温度温度 iC1 iE1 vE （vB1、vB2不变）不变） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB2 iC2 iE2 iC1

9、iC2 另一方面另一方面 由此看出，温度升高时，引起两集电极电流添加，使得由此看出，温度升高时，引起两集电极电流添加，使得流过流过Re上的电流添加，发射极电位上升，从而限制了集电极上的电流添加，发射极电位上升，从而限制了集电极电流的添加。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定电流的添加。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制过程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零漂才干。零漂才干。 3. 主要目的计算主要目的计算1差模电压增益差模电压增益 idoVD=vvAi2i1o2o1vvvv 接入负载时：接入负载时：双入、双出

10、交流通路双入、双出交流通路l 双入、单出双入、单出i1o122vv becrR beLcVD)21/(=rRRA l 双入、双出双入、双出 ido1VD1=vvAi1o12vvVD21A bec2rR 接入负载时接入负载时beLcVD2)/(=rRRA 3. 主要目的计算主要目的计算1差模电压增益差模电压增益l 单端输入单端输入beorr 等效于双端输入等效于双端输入目的计算与双目的计算与双端输入一样端输入一样2共模电压增益共模电压增益l 双端输出双端输出共模信号的输入使两管集共模信号的输入使两管集电极电压有一样的变化电极电压有一样的变化所以所以0oc2oc1oc vvv0icocVC vvA

11、共模增益共模增益l 单端输出单端输出icoc1VC1vvA 抑制零漂才干加强抑制零漂才干加强icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or VC1ARc1Rc2T1T22ro2ro3共模抑制比共模抑制比VCVDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 双端输出，理想情况双端输出，理想情况 CMRK 单端输出单端输出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂才干抑制零漂才干 越强越强单端输出时的总输出电压单端输出时的总输出电压)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv 4频率呼应频率呼应高频呼应与共射电路一样，低频可放大直流信号。高频呼应与共射电路一

12、样，低频可放大直流信号。VDA4. 几种方式目的比较几种方式目的比较VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0cLo/2RRr 0oLc2/rRR beorr beorr 输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出idRicRoR4. 几种方式目的比较几种方式目的比较输出方式输出方式双出双出单出单出双出双出单出单出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR与共源电路一样与共源电路一样ido2VD2vvA 1. 电路组成电路组成2. 差模增益差模增益dm21Rg 3. 差模输

13、入电阻差模输入电阻g1idRR M 14.3、4.6、4.7、4.83.6、3.7、3.9二二. . 简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器一一. . 集成电路运放内部组成原理框图集成电路运放内部组成原理框图AV -+NP VO一一. 集成电路运放内部组成原理框图集成电路运放内部组成原理框图级间直接耦合级间直接耦合功放功放电压流放大电压流放大恒流源恒流源差分式输入差分式输入 输入级 中间级 输出级 偏 置 电 路Vi1Vi2VoR1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7T9T6T5R6R5VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFR1R

14、2T1T2差分式放大电路差分式放大电路T7T8R8镜像电流源电路镜像电流源电路T4T3R4R3中间级中间级R7T9电流源电流源T6T5R6R5输出级输出级VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro2 放大电路的直流计算放大电路的直流计算87)(RVVVIIEEBECCREFC72121CCCIII42243)2(RVRIVIIBECCCRR565335RVVRIVIBEBERCCE66)(0RVIEEE443341121)(RIRIVVVRIVVVRRCCCEECCCCECE 放大电路总电压增益放大电路总电压增益AV的计算的计算=

15、AVD AV2 AV3vi2-vi1vo1vo2vo1vovo2AV=其中：其中： 输入级的电压增益输入级的电压增益AVD112beVDrRA 电压放大级的电压增益电压放大级的电压增益AV2 输出级的电压增益输出级的电压增益AV3近似为近似为1)1 ()1 (443322RrrRAbebeVA1vivo103A2vivo105答：答：1. 两个放大电路能否都可以放大两个放大电路能否都可以放大0.1mV的信号？的信号？添加了添加了Re电压增益电压增益输出漂移输出漂移电压均为电压均为 200 mV输出漂移输出漂移电压均为电压均为 200 mV输入端漂输入端漂移电压为移电压为 0.2 mV输入端漂输

16、入端漂移电压为移电压为 0.002 mVA1不可以，不可以，A2可以可以 2. 假设在根本差分式放大电路假设在根本差分式放大电路中添加两个电阻中添加两个电阻Re如下图。如下图。那么动态目的将有何变化？那么动态目的将有何变化？答：答：双端输出差模增益双端输出差模增益:差模输入电阻差模输入电阻: beLc)21/(rRR VDA idR 2beroLc2/rRR 单端输出共模增益单端输出共模增益:VC1A icR)2)(1(21oberr 共模输入电阻共模输入电阻:e)1(R e)1(R eR eR 添加了添加了Re添加了添加了Re 3. 差分式放大电路如下图。分差分式放大电路如下图。分析以下输入

17、和输出的相位关系：析以下输入和输出的相位关系：反相反相vC1与与vi1同相同相vC2与与vi1同相同相vC1与与vi2反相反相vC2与与vi2反相反相vO与与vi1同相同相vO与与vi24. 静态时，两个输入端能否有静态偏置电流？静态时，两个输入端能否有静态偏置电流？(4)当输出接当输出接12k负载时的负载时的电压增益电压增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV +12 + - vo -12 Rc1 Rc2 T2 T1 Re1 iC1 iC2 + - vid T3 Rb1 iE Re2 Rb2 Rc3 Re3 iE3 1k 1k 1

18、0k 10k 3k 12k 10k Ri2 例例。时，时，当当，均为硅管，均为硅管，、V008050TTTOi321321 vv ?mV5)3(;)2(;)1(OiV2VD2Ve2CE2CE3EC23C vvAAARVVIII时，时，当当的值的值及及、(1)静态静态 k3 . 2mV26)1(200E33be3Ir (2)电压增益电压增益 +12 + - vo -12 Rc1 Rc2 T2 T1 Re1 iC1 iC2 + - vid T3 Rb1 iE Re2 Rb2 Rc3 Re3 iE3 1k 1k 10k 10k 3k 12k 10k Ri2 mA37. 0c2BE3e3E3C2 RVRIIV9)7 . 0(1037. 012V12E2c2C2CE2 VRIVmA74. 022C2E2E III k2 . 574. 0121074. 07 . 0)12(Ee1EEe2IRIVR k78. 3mV26)1(200E22be2Ir k3