模电Y05集成放大电路ppt [自动保存的]

1、第五章第五章集成运算放大电路集成运算放大电路5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分5.4集成运放的典型电路集成运放的典型电路5.5各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.6 集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.1.1集成电路简称集成电路简称 IC ( (Integrated Circuit) )集成电路集成电路 按其功能分按其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型( (a

2、) )双列直插式双列直插式( (b) )圆壳式圆壳式( (c) )扁平式扁平式5.1.2集成电路的外形集成电路的外形图图 5.1.1集成电路的外形集成电路的外形集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器集成中频放大器；集成比较器集成比较器； 集成乘法器；集成乘法器； 集成稳压器集成稳压器； 集成数集成数/模转换器模转换器; 集成模集成模/数转换器等数转换器等 集成运算放大电路集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电，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。路。因首

3、先用于信号的运算，故而得名。( (d) )贴片贴片式式RS232接口5.1.2集成电路的外形集成电路的外形( (d) )贴片贴片式式(2-5)5.1.2集成电路的外形集成电路的外形( (d) )贴片贴片式式(2-6)Dq5-6,10z4,1-25.1.2集成电路的外形集成电路的外形( (d) )贴片贴片式式5.1.3集成运算放大电路特点：集成运算放大电路特点： 5. 集成电路中的集成电路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差别较大，通常值差别较大，通常 PNP 的的 10 。 1 1、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的对称对称一致性，采用差分放大电一致性

4、，采用差分放大电路和电流源电路。路和电流源电路。 2 2、用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。、用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。 3 3、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。、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。 4 4、采用复合管。、采用复合管。5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号1、开环差模电压增益、开环差模电压增益 Aod一般用对数表示，定义为一般用对数表示，定义为 UUUAlg20-Ood单位：单位： dB 分贝分贝理想情况理想情况 Ao

5、d 为无穷大；为无穷大； 实际情况实际情况 Aod 为为 100 140 dB。图图 5.2.1运算放大器的符号运算放大器的符号输输 出出 端端5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号1、开环差模电压增益、开环差模电压增益 Aod一般用对数表示，定义为一般用对数表示，定义为 UUUAlg20-Ood单位：单位： dB 分贝分贝理想情况理想情况 Aod 为无穷大；为无穷大； 实际情况实际情况 Aod 为为 100 140 dB。图图 5.2.1运算放大器的符号运算放大器的符号2、输入失调电压、输入失调电压 UIO定义：定义：为了使输出电压为零，在

6、输入端所需要加的补偿电压。为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。一般运放：一般运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放：高质量运放：UIO 为为 1 mV 以下。以下。3、输入失调电压温漂、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：TUUddIOIO 一般运放为一般运放为 每度每度 10 20 V；高质量运放低于每度高质量运放低于每度 0.5 V 以下以下；输输 出出 端端4、输入失调电流、输入失调电流 IIO5、输入失调电流温漂、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之差，即当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即定义：定义：B2B1IOIII 一般

7、运放为一般运放为 几十几十 一百纳安；高质量的低于一百纳安；高质量的低于 1 nA。定义：定义：TIIddIOIO 一般运放为一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。每度几纳安；高质量的每度几十皮安。5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标6、输入偏置电流、输入偏置电流 IIB7、差模输入电阻、差模输入电阻 rid8、共模抑制比、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平均值。输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。)(21B2B1IBIII 定义：定义：IdIdidIUr 一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：ocodC

8、MRlg20AAK 多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，以上，高质量的可达高质量的可达 160 dB。9、最大共模输入电压、最大共模输入电压 UIcm输入端所能承受的最大共模电压。输入端所能承受的最大共模电压。10、最大差模输入电压、最大差模输入电压 UIdm 反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。11、 3 dB带宽带宽 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 时的频率。一般集成运放时的频率。一般集成运放 fH 只有几赫至几千赫。只有几赫至几千赫。5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标12、 单位增益带宽单位增益

9、带宽 BWGAod 降至降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于 1 。13、 转换速率转换速率 SR 额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为变化率。单位为 V / s 。在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的 SR 值。值。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分实质上

10、是一个具有实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合高放大倍数的多级直接耦合放大电路。放大电路。图图 5.3.1集成运算的基本组成集成运算的基本组成前置级，采用差分放大电路。要求前置级，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.主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。功率级，准互补输出级。要求功率级，准互补输出级。要求Ro小小，最大不失真输出电压尽可能大。，最大不失真输出电压尽可能大。为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路电流源电路。两个输

11、入端两个输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为若将集成运放看成为一个一个“黑盒子黑盒子”，则可等，则可等效为一个双端输入、单端效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。输出的差分放大电路。输输 出出 端端Dq1-2,10z3,1-25.3.1偏置电路偏置电路向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工作点。向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工作点。1、镜像电流源、镜像电流源 ( (电流镜电流镜 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基准电流基准电流由于由于 UBE1 = UBE2

12、，VT1与与 VT2 参数基本参数基本相同，则相同，则IB1 = IB2 = IB； IC1 = IC2 = ICBREF1C2III 整理后得整理后得 211REF2C II当满足当满足 2 时时,即即忽略基极电忽略基极电流，流， 则则REF2CII 图图 5.3.2镜像关系镜像关系5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分（5.3.1）（5.3.2）RUV1BECC 2CI C2REF2II +VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例电流源、比例电流源在镜像电流源在镜像电流源 上加入两个电阻上加入两个电阻R1R2由图可得由图可得UBE1

13、+ IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 = UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，忽略基极电流，可得可得REF211C212CIRRIRRI 两个三极管的集电极电流之比近似与发两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源比例电流源。图图 5.3.3 比例电流源比例电流源5.3.1偏置电路偏置电路1、镜像电流源、镜像电流源 ( (电流镜电流镜 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基准电流基准电流由于由

14、于 UBE1 = UBE2，VT1与与 VT2 参数基本相同，参数基本相同，当满足当满足 2 时，则时，则RUVII1BECCREF2C 1E212EIRRI 镜像关系镜像关系Dq7-1,10z3,3-4（5.3.3）Dq3-4,11z2,5-6(2-14)Dq3-4,11z2,5-63、微电流源、微电流源 在镜像电流源的基础上接入电阻在镜像电流源的基础上接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且，且 IC2 u 时，时，uO = + UOPP当当 u+ u 时时, uO = UOPP1. uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u 。 “虚地虚地”不存在不存在2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零0 ii实际运放实际运放 Aod ，当