第三章集成运算放大器基础ppt课件

1、第三章第三章 集成运算放大器基础集成运算放大器基础3.1 3.1 集成运算放大器的组成单元集成运算放大器的组成单元一、差动放大电路一、差动放大电路基本差放的工作原理基本差放的工作原理典型差放电路的结构与分析典型差放电路的结构与分析二、恒流源电路二、恒流源电路基本恒流源电路基本恒流源电路镜像恒流源电路镜像恒流源电路有源负载有源负载三、复合管电路三、复合管电路3.2 3.2 集成运算放大器简介集成运算放大器简介运放的组成结构运放的组成结构运放的主要参数与分类运放的主要参数与分类理想运放的条件理想运放的条件差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理1 1） 为有效地抑制直接耦合放大电路的零点漂移，

2、在直接耦合放大电路的为有效地抑制直接耦合放大电路的零点漂移，在直接耦合放大电路的第一级广泛采用的电路结构是差动放大电路。第一级广泛采用的电路结构是差动放大电路。基本差动放大电路的结构基本差动放大电路的结构uo1+UCCBCET1RCui1ui1+-Rb2Rb1uo2BCET1RCui2ui2+-Rb2Rb1uo特点：特点：左右结构、参数对称左右结构、参数对称具有两个输入端具有两个输入端输出电压输出电压uo=uo1-uo2电路抑制零漂的原理电路抑制零漂的原理设电路处于静态工作状态，设电路处于静态工作状态，即即: ui1=ui2=0由于电路对称，则由于电路对称，则Ic1=Ic2,Vc1=Vc2，即

3、即: Uo=Vc1-Vc2=0温度升高温度升高集电极电流产生增量集电极电流产生增量Ic1=Ic2集电极电位产生负增量集电极电位产生负增量Vc1=Vc2所以，所以，UO=（Vc1-VC1)-(VC2-Vc2)=0结论结论: 基本差动电路利用基本差动电路利用电路的对称性，在双端输电路的对称性，在双端输出时将零漂完全抑制。出时将零漂完全抑制。两管各自的两管各自的零漂是否得零漂是否得到抑制？到抑制？差动放大电路的工作原理差动放大电路的工作原理2 2）差动放大电路输入信号类型差动放大电路输入信号类型差动放大电路输入差动放大电路输入信号类型信号类型共模输入信号共模输入信号差模输入信号差模输入信号任意输入信

4、号任意输入信号1、共模输、共模输入信号入信号当两个输入信号满足当两个输入信号满足ui1=ui2时，称为共模输入信号。时，称为共模输入信号。由于电路对称，所以双端输出时由于电路对称，所以双端输出时uo=0，即差放电路对共模信号无放大作用。即差放电路对共模信号无放大作用。 电路两管产生的漂移电路两管产生的漂移可认为是在输入加共模可认为是在输入加共模信号的结果。信号的结果。2、差模输、差模输入信号入信号当两个输入信号满足当两个输入信号满足ui1=-ui2时，称为差模输入信号。时，称为差模输入信号。设设ui10，ui22，UCCUBE1时，有：时，有：IOIRUCC/R结论：输出电流不受温度影响，结论

5、：输出电流不受温度影响，可作基准电流使用。可作基准电流使用。物电物电流流像电像电流流为什么称为什么称镜像电流镜像电流源？源？（2T2的集电极产生恒定电流的集电极产生恒定电流IO。 （3T1与与T2参数对称。参数对称。恒流源电路恒流源电路3 3）u微电流恒流源电路微电流恒流源电路 为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电压及温度变化的为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电压及温度变化的稳定性，在集成电路中常采用微电流恒流源电路作为放大电路的直流偏稳定性，在集成电路中常采用微电流恒流源电路作为放大电路的直流偏置电路。置电路。IO+UCCT2RT1IRIC1Re结构特点：结构特点：（1电阻电阻

6、Re引入电流负反馈，使输出电引入电流负反馈，使输出电流进一步稳定。流进一步稳定。（2由于由于UBE2UBE1，所以，所以IOIR。 恒流源电路恒流源电路4 4）-u有源负载电路有源负载电路 为了提高放大电路的性能及便于集成化，在集成电路中常用恒流源代替放大电为了提高放大电路的性能及便于集成化，在集成电路中常用恒流源代替放大电路的电阻，称其为有源负载。路的电阻，称其为有源负载。+UCCT2RIc2T1IRuiu0-UEE代替电阻代替电阻RC+UCCT2RIc2T1uiu0-UEE代替电阻代替电阻RE+UCCT2Ic2T1uiu0-UEEIc1代替电阻代替电阻RC代替电阻代替电阻REend复合管电

7、路复合管电路1 1） 在集成电路中，为了获得高在集成电路中，为了获得高值，利用值，利用NPNNPN型管与型管与PNPPNP型管的特点可将两个或两型管的特点可将两个或两个以上的三极管组合在一起形成一个三极管，称为复合管或达林顿管。个以上的三极管组合在一起形成一个三极管，称为复合管或达林顿管。ecbecbecbe1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2ecb= 1 2复合管电路复合管电路2 2）复合管电路示例复合管电路示例T1T2+UCC-UEERRe复合管构成的射复合管构成的射极输出器极输出器复合管使复合管使动态性能动态性能提高提高R起分流起

8、分流T1穿透电流的穿透电流的作用作用作二极管作二极管用，有温用，有温度补偿作度补偿作用用T2T4T1T2RCRCI1I0I2+UCC复合管构成的差动复合管构成的差动放大电路放大电路采用恒流源作为采用恒流源作为T1T1、T2T2的偏置电路的偏置电路end集成运算放大器简介集成运算放大器简介1 1）集成运算放大器集成运算放大器=具有高电压增益的直接耦合多级放大电路输输入入级级中中间间级级输输出出级级+-uoui1ui2偏置电路偏置电路反相反相输入输入端端同相同相输入输入端端输出输出端端输入级：多采用差动放大电路，以抑制零漂、提供两个输入端。输入级：多采用差动放大电路，以抑制零漂、提供两个输入端。中

9、间级：多采用共射放大电路，以提供高电压放大倍数。中间级：多采用共射放大电路，以提供高电压放大倍数。输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。偏置电路：多采用镜像恒流源电路。偏置电路：多采用镜像恒流源电路。符号符号+U-U注意：实际运放在注意：实际运放在使用时必须外加电使用时必须外加电源源为什么要加为什么要加正负电源？正负电源？+-ui1ui2uoA AF007集成运算放大器结构简介集成运算放大器结构简介集成运算放大器简介3）F007F007的简化电路结构的简化电路结构复合管构成高复合管构成高AUAU的中间级的中间级输入级为改进输入级为改进型差动

10、放大电型差动放大电路路互补对称功互补对称功放输出级放输出级保护管保护管集成运算放大器简介集成运算放大器简介4 4）集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数u开环差模电压增益开环差模电压增益AodAod-运放开环时输出电压与输入差模电压之比运放开环时输出电压与输入差模电压之比, ,常以常以dBdB表表示。示。 Aod=u0/(ui2-ui1)Aod=u0/(ui2-ui1)一般运放可达一般运放可达60dB60dB，高精度运放可达，高精度运放可达140dB140dB。u共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR -差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比, ,

11、常以常以dBdB表示。表示。 KCMR=|Aod/Aoc| KCMR=|Aod/Aoc|，或，或KCMR=20log|Aod/Aoc| (dB)KCMR=20log|Aod/Aoc| (dB)一般运放可达一般运放可达80dB80dB，高精度运放可达，高精度运放可达160dB160dB。u差模输入电阻差模输入电阻ridrid-输入差模信号时的输入电阻，可达输入差模信号时的输入电阻，可达MM数量级。数量级。 u输出电阻输出电阻roro-可达几十可达几十几百几百。 u输入失调电压输入失调电压UIOUIO-指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在输入

12、端加的补偿电压。输入端加的补偿电压。 一般为一般为15mV15mV，高精度运放可达，高精度运放可达0.5mV0.5mV。u输入失调电流输入失调电流IIOIIO-输入为零时，输入为零时，IIO=|IB1-IB2|IIO=|IB1-IB2|。一般为几十一般为几十nAnA。 +-ui1ui2uoA A+-uo A ARbRbIB1IB2集成运算放大器简介集成运算放大器简介5 5）集成运算放大器的分类集成运算放大器的分类集成运放集成运放可分为可分为通用型通用型-电路结构简单、性能适中、价格便宜。电路结构简单、性能适中、价格便宜。高精度型高精度型-低漂移、低噪声、低失调。低漂移、低噪声、低失调。低功耗型

13、低功耗型-静态功耗低小于毫瓦级），可在静态功耗低小于毫瓦级），可在低电源下工作。低电源下工作。高速型高速型-转换速率高，可达一百转换速率高，可达一百几百几百V/usV/us。转换速率转换速率SR 指运放在闭环状态下，输指运放在闭环状态下，输入为大信号时，输出电压对入为大信号时，输出电压对时间的变化率，即，时间的变化率，即， SR=|du/dt|高输入阻抗型高输入阻抗型-具有极高的输入电阻，可达具有极高的输入电阻，可达10121012。宽带与高压型宽带与高压型-频带宽、电源电压可超过几十频带宽、电源电压可超过几十V V的运放。的运放。大功率型大功率型-一般运放的功率大约在几十一般运放的功率大约在几十mWmW几几W W 之间，大功率运放可