模电课件-第5章-集成运算放大电路

1、第四章 集成运算放大电路4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述 4.2 电流源电流源 4.3 集成运放内部电路简介集成运放内部电路简介 4.4 集成运放的性能指标和低频等效电路集成运放的性能指标和低频等效电路 4.5 集成运放电路的种类及选择集成运放电路的种类及选择 4.6 集成运放的使用集成运放的使用第四章 集成运算放大电路 了解集成电路的组成、特点，集成运放的典型电路、集成运放的主要技术指标、各类集成运放的性能特点、集成运放使用中应注意的问题等。 理解集成运算放大电路各基本组成部分的功能和相互关系，理解差模放大倍数、共模放大倍数、共模抑制比、有源负载、复合管、交越失真、过载保护、

2、理想运放、“虚短”、“虚断”等基本概念。 掌握镜像电流源、比例电流源、微电流源、互补对称电路的组成、工作原理和基本分析方法，掌握理想运放工作在线性区和非线性区的特点，掌握复合管的构成方法。NoImage 集成运放电路的概念集成运放电路的概念 将放大电路的各个元件做在同一个半导体基片上。将放大电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 优点优点工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类分类模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概

3、述集成运放的外形：集成运放的外形： 级间耦合采用直接耦合方式，电路结构紧级间耦合采用直接耦合方式，电路结构紧凑；凑； 采用差分放大电路做为输入级；采用差分放大电路做为输入级； 偏置电流由电流源提供；偏置电流由电流源提供； 多采用复合管，提高电路性能；多采用复合管，提高电路性能； 用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。于制作的大电阻。集成运放的特点（一）集成运放的特点（一） 片内元器件管子性能一致性高。电路元件制作片内元器件管子性能一致性高。电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性

4、好。均一性好。 电阻电阻由由硅半导体硅半导体构成，范围在几十到构成，范围在几十到20千千欧，精度低。欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接替或外接。 电容电容几十几十pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容结的结电容构成。构成。大电容要外接大电容要外接。 二极管二极管一般用一般用三极管的发射结三极管的发射结构成。构成。集成运放的特点（二）集成运放的特点（二）集成运放电路的组成（一）集成运放电路的组成（一） 偏置电路：偏置电路：为各级放大为各级放大电路提供合适的静态工电路提供合适的静态工作点。采用电流源供电作点。采用电流源供电方式。方式。 输入级：输

5、入级：前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。 中间级：中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。足够的放大能力。 输出级：输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真电压尽可能大。小，最大不失真电压尽可能大。NoImageNoImage-VEE +VCC E RC T1RC T2T5T6RC3 RE2 RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随

6、器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器 + 集成运放的组成（二）集成运放的组成（二）极极 性性 判判 断断 采用采用四级以上的多级放大器；四级以上的多级放大器； 输入级和第二级一般采用输入级和第二级一般采用差动放大器差动放大器； 输入级常采用复合三极管或场效应管，以输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，减小输入电流，增加输入电阻增加输入电阻； 输出级采用互补对称式射极跟随器，以进输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，行功率放大，提高带负载的能力提高带负载的能力。集成运放的组成（二）集成运放的组成（二） ri 大

7、大: 几十几十k 几百几百k； ro 小：几十小：几十 几百几百 ；集成运放的性能特点集成运放的性能特点运放符号和电压传输特性运放符号和电压传输特性 Aod 很大很大: 104 107 KCMR 很大很大在线性区在线性区：uOAod(uPuN)， Aod是差模放大倍数。是差模放大倍数。NoImageNoImage集成运放有集成运放有线性放大区线性放大区和和饱和区饱和区（或非线性区）。（或非线性区）。线性区线性区曲线的斜率为电压放大倍数；曲线的斜率为电压放大倍数；饱和区饱和区输出电压只有两种可能的情况：输出电压只有两种可能的情况：+UOM或或UOM。 例：若例：若UOM=14V，Aod=5*10

8、5。 则只有当则只有当| uP-uN|1M, 有的可达有的可达100M以以上上 输出电阻输出电阻ro：ro =几几几十几十 -3dB带宽带宽BW：运放是直流放大器，运放是直流放大器， 也可放大也可放大低频信号，但不适用于高频信号。低频信号，但不适用于高频信号。 输入失调电压输入失调电压VIO及温漂及温漂 VIO/ T 输入失调电流输入失调电流IIO及温漂及温漂 IIO/ T 输入偏置电流输入偏置电流IIB 转换速率转换速率SR 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax -3dB带宽带宽op07的主要参数的主要参数 1) 低的输入噪声电压幅度0.

9、35 VP-P (0.1Hz 10Hz)2) 极低的输入失调电压10 V3) 极低的输入失调电压温漂0.2 V/ 4) 具有长期的稳定性0.2 V/MO5) 低的输入偏置电流 1nA6) 高的共模抑制比126dB7) 宽的共模输入电压范围14V8) 宽的电源电压范围 3V 22V INA118的主要参数： 最大偏移电压：50V； 最大输入基极电流：5nA； 最小共模抑制比：110dB； 输入过压保护电压：40V； 电源电压：1.35V18V； 带宽：单位增益时为 800kHz； 稳定时间：单位增益时为 25s； 工作温度范围：4085； 封装形式：8 脚 DIP集成运放的低频等效电路集成运放的

10、低频等效电路 ro 图图4.10 简简化化的的运运放放低低频频等等效效电电路路 rid + - uo AoduI uI 理想运放：理想运放： ri ro 0 Aod KCMR 4.5 集成运放的种类与选择集成运放的种类与选择 一、集成运放的发展一、集成运放的发展 第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想，电路的第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想，电路的集成度很低。集成度很低。 典型产品：典型产品：uA709;F003 第二代：普遍采用了有源负载。第二代：普遍采用了有源负载。 典型产品：典型产品：uA741;F007 第三代：输入级采用了超第三代：输入级采用了超管，版图设计上考虑了

11、热效应的管，版图设计上考虑了热效应的影响。影响。 典型产品：典型产品：AD508;F1556 第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。 典型产品：典型产品：HA2900;5G7650二、集成运放的种类二、集成运放的种类 1.按工作原理分类按工作原理分类 电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型 2.按可控性分类按可控性分类 高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等 3.按性能指标分类按性能指标分类 可变增益运放、选通控制运放可变增益运放、选通控制运放三、集成运放的选择三、集成运放的选择 了解

12、集成电路的类型，掌握集成电路的主了解集成电路的类型，掌握集成电路的主要参数是选择集成电路的前提。要参数是选择集成电路的前提。 选择的依据：选择的依据： 信号源的性质；信号源的性质； 精度的要求；精度的要求； 负载的性质；负载的性质； 环境条件。环境条件。4.6 集成运放的使用集成运放的使用集成运放的电源供给方式集成运放的电源供给方式 集成运放有两个电源接线端集成运放有两个电源接线端+VCC和和-VEE,但但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式式,对输入信号的要求是不同的。对输入信号的要求是不同的。 对称双电源供电方式对称双电源供电方式：可把信号

13、源直接接到运放的输可把信号源直接接到运放的输入脚上入脚上,而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。 单电源供电方式单电源供电方式：保证运放内部单元电路具有合适的保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点静态工作点,在运放输入端一定要加入一直流电位，输出在运放输入端一定要加入一直流电位，输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。是在某一直流电位基础上随输入信号变化。集成运放的调零问题集成运放的调零问题 由于集成运放的输入失调电压和输入失调电由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响流的影响,当运算放大器组成的线性电路当运算放大器组成的线性电路输入信号输入信号

14、为零时为零时,输出往往不等于零。输出往往不等于零。 为了提高电路的运算精度为了提高电路的运算精度,要求要求对失调电压和对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿失调电流造成的误差进行补偿,这就是运算放大器这就是运算放大器的调零。的调零。 常用的调零方法有常用的调零方法有内部调零和外部调零内部调零和外部调零,而对而对于没有内部调零端子的集成运放于没有内部调零端子的集成运放,要采用外部调零要采用外部调零方法。方法。内部调零与外部调零电路内部调零与外部调零电路集成运放的自激振荡问题集成运放的自激振荡问题 运算放大器是一个高放大倍数的多级放大运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器器,在接成深度负反馈条件下在接成深度负反馈条件下,很容易产生自很容易产生自激振荡。激振荡。 为使放大器能稳定的工作为使放大器能稳定的工作,就需在电源端加就需在电源端加去耦电容或外接一定的频率补偿网络去耦电容或外接一定的频率补偿网络,以消以消除自激振荡。除自激振荡。使用相位补偿的消自激电路集成运放的保护问题集成运放的保护问题 集成运放的安全保护有三个方面：集成运放的安全保护有三个方面： 电源保护电源保护电源极性接反和电压跳变；电源极性接反和电压跳变； 集成运放的保护问题集成运放的保护问题 输入保护输入保护输入差模电压过高或者输入共模电输入差模电压过