43集成运算放大电路简介ppt课件

1、模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.3 集成运放电路简介集成运放电路简介典型的集成运放典型的集成运放双极型集成运放双极型集成运放 F007、F324单极型集成运放单极型集成运放 C14573一、引脚一、引脚4.3.1 双极型集成运放双极型集成运放 F007(a)引脚图引脚图12348765(b)衔接表示图衔接表示图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件二、电路原理图二、电路原理图图图4.3.1 F007电路原理图电路原理图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件1. 偏置电路偏置电路+VCCT8-VEE-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10

2、IREFIC13至输入级至输入级至中间级至中间级和输出级和输出级511BE12BEEECCREF|RUUVVI- - - 基准电流：基准电流：基准电流产生各放基准电流产生各放大级所需的偏置电流。大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：各路偏置电流的关系：IREFIC11IC10IB3, IB4IC9IC8IC12IC13微电流源微电流源镜像电流源镜像电流源输入级输入级镜像电流源镜像电流源中间级中间级输出级输出级图图 4.3.1-1 F007 的偏置电路的偏置电路模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件2. 输入级输入级 T1、T2、T3、T4 组成共集共基差分放大电路；组成共集共基差分放大

3、电路； T1、T2 基极接纳差分输入信号。基极接纳差分输入信号。T5、T6有源负载。有源负载。 T4集电极送出单集电极送出单端输出信号至中间级。端输出信号至中间级。 RW调零电阻，调零电阻，R外接电阻。外接电阻。 T7与与R2组成射极组成射极输出器。输出器。 uO+VCC-VEE-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9图图 4. 3. 1-2uI2uI1模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件假设暂不思索假设暂不思索 T7 和调零电路那么电路可简化为：和调零电路那么电路可简化为：+VCC-VEE-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1u

4、I2uO(1)T1、T2共集组态，具有较共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入电高的差模输入电阻和共模输入电压。压。(2)共基组态的共基组态的T3、T4，与有，与有源负载源负载T5、T6组合，可以得到很组合，可以得到很高的电压放大倍数。高的电压放大倍数。(3)T3、T4 共基接法能改善频率呼应。共基接法能改善频率呼应。(4)该电路具有共模负反响，能减小温漂，提高共模该电路具有共模负反响，能减小温漂，提高共模抑制比。抑制比。图图4.3.1-2简化表示图简化表示图 模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件3. 中间级中间级输入来自输入来自T4和和T6集电集电极。极。输出接在输出级的两个输出

5、接在输出级的两个互补对称放大管的基极。互补对称放大管的基极。中间级中间级T16、T17组成组成复合管，复合管，T13作为其有源作为其有源负载。负载。接入接入30pF的校正电容起的校正电容起相位补偿的作用，防止电路相位补偿的作用，防止电路产生自激振荡。产生自激振荡。图图 4.3.1-3 中间级表示图中间级表示图+VCC-VEE-VEET15T16IC13R7T17R830pF模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4. 输出级输出级IC13R8uO+VCC-VEE-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2图图4.3.1-4 F007输出级输出级原理电路原理电路T14、 T18

6、 、T19准互准互补对称电路；补对称电路；D1、 D2 、R9、R10为为过流维护电路；过流维护电路；T15 、R7、R8为输出级为输出级设置适宜的静态任务点。设置适宜的静态任务点。V7 . 0)1(87BE15887CE15 RRURRRU调理调理 R7、R8 阻值可调理两个功率管之间的电压差。阻值可调理两个功率管之间的电压差。这种电路称为这种电路称为 UBE 倍增电路。倍增电路。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.3.2 单极型集成运放单极型集成运放3.第二级第二级加强型加强型PMOSFET对管对管T3、 T4加强型加强型NMOS管管T8构成漏极带有源负载的共源放大电路。构成漏

7、极带有源负载的共源放大电路。双端输入、单端输出的双端输入、单端输出的MOS差分差分放大电路。放大电路。2.第一级第一级T1、T2 、T7构成多路电流源。构成多路电流源。1.偏置电路偏置电路电容电容C起相位补偿作用。起相位补偿作用。 由于第二级电路从由于第二级电路从T8的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第一级具有很强的电压放大才干。一级具有很强的电压放大才干。图图4.3.5 C14573电路图电路图模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.4 集成运放的性能目的及低频等效电路集成运放的性能目的及低频等效电路一、开环差模电压增益一、开环差模电压增益 A

8、od普通用对数表示，定义为普通用对数表示，定义为)(lg20NpOuuu单位：分贝单位：分贝理想情况下理想情况下Aod为无穷大；为无穷大；通用型集成运放的通用型集成运放的Aod为为65100dB。4.4.1 集成运放的主要性能目的集成运放的主要性能目的)(=NpOoduuuA模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件二、输入失调电压二、输入失调电压 UIO三、输入失调电压温漂三、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：为了使输出电压为零，在输入端所需求加的为了使输出电压为零，在输入端所需求加的补偿电压。补偿电压。普通运放：普通运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放：高质量运放：UIO

9、为为 1 mV 以下。以下。定义：定义：TUUddIOIO 普通运放为普通运放为 每摄氏度每摄氏度 10 20 V；高质量运放为高质量运放为 每摄氏度每摄氏度 0.5 V 以下。以下。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件四、输入失调电流四、输入失调电流 IIO五、输入失调电流温漂五、输入失调电流温漂 IIO当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即之差，即定义：定义：B2B1IO=III普通运放为普通运放为 几十几十 一百一百nA；高质量的低于；高质量的低于 1 nA。定义：定义：TIIddIOIO 普通运放为普通运放为 每摄氏度几每摄氏度几n

10、A；高质量的每摄氏度几十；高质量的每摄氏度几十pA。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件六、输入偏置电流六、输入偏置电流 IIB七、差模输入电阻七、差模输入电阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定义：定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。平均值。)+(21=B2B1IBIII即即定义：定义：IdIdid=IUr普通集成运放为几兆欧。普通集成运放为几兆欧。定义：定义：ocodlg20AA或或多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160 dB。ocodCMR=AAK模拟电子技术多媒体课

11、件模拟电子技术多媒体课件九、最大共模输入电压九、最大共模输入电压 UIcmax 输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最大共模信号。大共模信号。十、最大差模输入电压十、最大差模输入电压 UIdmax不至于使不至于使PN结反向击穿所允许的最大差模输入电压。结反向击穿所允许的最大差模输入电压。十一、十一、 3 dB带宽带宽 fH表示表示 使使Aod下降下降3dB时的信号频率。普通集成运放时的信号频率。普通集成运放 fH 只需几赫兹至几千赫兹。只需几赫兹至几千赫兹。F007C 的的 fH 仅为仅为 7 Hz。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件十二

12、、十二、 单位增益带宽单位增益带宽 fc 使使Aod降至降至0dB时的信号频率，此时开环差模电压时的信号频率，此时开环差模电压放大倍数放大倍数 Aod 等于等于1。十三、十三、 转换速率转换速率 SR额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的最大变化率。单位为最大变化率。单位为 V / s 。在实践任务中，输入信号的变化率普通不要大于集在实践任务中，输入信号的变化率普通不要大于集成运放的成运放的 SR 值。值。其他技术目的还有：最大输出电压、静态功耗及输其他技术目的还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。出电阻等。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技

13、术多媒体课件4.4.2 集成运放的低频等效电路集成运放的低频等效电路思索各种失思索各种失调要素的等调要素的等效电路图效电路图不思索各种失调要素的电路图不思索各种失调要素的电路图假设将集成运放理想化，假设将集成运放理想化，0oid rr，则则模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件 第一代产品：利用少量横向第一代产品：利用少量横向PNP管，构成以电流源管，构成以电流源作偏置电路的三级直接耦合放大电路。作偏置电路的三级直接耦合放大电路。 第二代产品：采用了有源负载，简化了电路设计，第二代产品：采用了有源负载，简化了电路设计，使开环增益明显提高，各方面性能目的比较平衡。使开环增益明显提高，各方面

14、性能目的比较平衡。 第三代产品：输入级采用超第三代产品：输入级采用超管，管，值高达值高达10005000倍，幅员设计思索了热效应的影响，减小了失调电倍，幅员设计思索了热效应的影响，减小了失调电压、失调电流及它们的温漂，增大了共模抑制比和压、失调电流及它们的温漂，增大了共模抑制比和输入电阻。输入电阻。 第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能目的参数更加理想化，普通情况下不需求调各性能目的参数更加理想化，普通情况下不需求调零就能正常任务，大大提高了精度。零就能正常任务，大大提高了精度。4.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择4.5.1

15、 集成运放的开展概略集成运放的开展概略模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.5 集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择4.5.2 集成运放的种类集成运放的种类一、按任务原理分类一、按任务原理分类1.电压放大型：电压放大型：F007、F324、C145732.电流放大型：电流放大型：LM3900、F19003.跨导型：跨导型：LM3080、F30804.互阻型：互阻型：AD8009、AD8011二、按可控性分类二、按可控性分类1.可变增益运放：可变增益运放：VCA610 、 AD5262.选通控制运放：选通控制运放：OPA676模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件1. 高精度

16、型高精度型性能特点：性能特点： 漂移和噪声很低，开环差模增益和共漂移和噪声很低，开环差模增益和共模抑制比很高，误差小。模抑制比很高，误差小。F50372. 低功耗型低功耗型性能特点：性能特点： 静态功耗普通比通用型低静态功耗普通比通用型低 1 2 个数量个数量级级(不超越毫瓦级不超越毫瓦级)，任务电源电压很，任务电源电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。制比。TLC2552三、按性能目的分类三、按性能目的分类分为通用型和特殊型两类。分为通用型和特殊型两类。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件3. 高阻型高阻型F3130性能特点：性能特点：通常利用场

17、效应管组成差分输入级，输入电阻通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达高达 1012 。 高阻型运放可用在丈量放大电路、采样高阻型运放可用在丈量放大电路、采样-坚持电路、带通坚持电路、带通滤波器、模拟调理器以及某些信号源内阻很高的电路中。滤波器、模拟调理器以及某些信号源内阻很高的电路中。4. 高速型高速型F3554大信号任务形状下具有优良的频率特性，转换大信号任务形状下具有优良的频率特性，转换速 率 可 达 几 十 至 几 百速 率 可 达 几 十 至 几 百 V / s ， 甚 至 高 达， 甚 至 高 达1000V/s，单位增益带宽可达，单位增益带宽可达10MHz，甚至，甚至几百几百M

18、Hz。性能特点：性能特点： 常用在常用在A/D和和D/A转换器、有源滤波器、高速采样转换器、有源滤波器、高速采样-坚坚持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件5. 高压型高压型性能特点：性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。6. 大功率型大功率型性能特点：性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电流，负可提供较高的输出电压较大的输出电流，负载上可得到较大的输出功率。载上可得到较大的输出功率。4.5.3 运放的选择运放的选择一、信号源的性质一、信号源的性质二、

19、负载的性质二、负载的性质三、精度要求三、精度要求四、环境条件四、环境条件 从性能价钱比如面思索，应尽从性能价钱比如面思索，应尽量采用通用型运放。量采用通用型运放。 只需在通用型运放不满足运用只需在通用型运放不满足运用要求时才采用特殊型运放。要求时才采用特殊型运放。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.6 集成运放的运用集成运放的运用一、集成运放的外引线管脚一、集成运放的外引线管脚二、参数丈量二、参数丈量4.6.1 运用时必做的任务运用时必做的任务三、调零或调整偏置电压三、调零或调整偏置电压四、消除自激振荡四、消除自激振荡简易测试法简易测试法电源端加上去耦电容。电源端加上去耦电容。外接频率补偿电容外接频率补偿电容C。模拟电子技术多媒体课件模拟电子技术多媒体课件4.6.2 维护措施维护措施一、输入维护一、输入维护(a)防止输入差模信号幅值过大防止输入差模信号幅值过