第4章 集成运算放大电路

返回第四章集成运算放大电路4.1概述IC:以单晶硅为芯片，采用专门的工艺，把BJT、FET、D、R、C等元件及连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。最初用于运算，现在不局限于运算。一.结构特点1.采用直耦∵大C不易作,不宜用RC,Tr耦合。2.利用元件的对称性提高稳定性。如差放，使指标与参数的匹配、比值有关，而不依赖单个元件参数。3.有源器件代替无源器件大R↔有源负载偏置R↔恒流源∵做有源器件容易4.适当外接分立元件如电位器、大电容、大电感二、组成及各部分作用差放：Ri

↑；Ad↑；Ac↓共e:|Au|↑准互补：Ro

↓；Uom

↑电流源;使各级Q合适三、电压传输特性返回从外部看：运放是一个双入、单出，高Ad，高Ri，低Ro，低温漂的多级放大电路注意:线性区非常窄。∵Aod很大，如Aod=5×105,UOM=14V要在线性区，须：UOM-UOM线非非4.2集成运放中的电流源电路返回一、基本电流源1.镜像能输出恒定电流的电路T0、T1对管：ß0=ß1=ß,UBE0=UBE1=UBE∴IB0=IB1=IB，IC0=IC1=IC→镜像注意：T1在放大区，因UCE0=UBE0，∴T0在放大区的边沿基准：说明：（1）若ß>>2，IC1≈IR→镜像IC2T2(3)多路镜像：(2)温补作用3IB返回2.比例电流源优；结简。缺：当IC1↑→IR↑→PR↑，要避免。IC1

↓→IR↓→R↑，不易作。设ß较大，则可忽略IB优：Re0、Re1负反馈，∴IC1稳定性高。为使IC1微小，有返回∵UBE0>UBE1∴IC0>IC1用不大的Re即可实现微小IC1那么,IC1~IR?设计中，先确定IR、IC1，再确定Re说明（1）VCC↑→IR↑→IC0↑→IC1↑→UE1↑→IC1↓T↑→IC0↑→IR↑→UR↑→UB↓→IC1↓(2)IC1↑电源变化的稳定性好.温度变化的稳定性好.（3）Re的负反馈，使IC1更理想。3.微电流源若β不大，需改进返回二、改进型电流源电路1.加射极输出器的电流源若β=10，则IC1≈0.982IR可见，镜像关系很好。返回2.威尔逊电流源rce1为T2的负反馈电阻，∴IC2的稳定性好β0=β1=β2=βIC1=IC0=IC对A点：对B点：若β=10，则IC2≈0.984IR可见β很小时，镜像关系也很好。返回三、多路电流源电路1.基于比例电流源的多路电流源返回2.多集电极管构成的多路电流源电流之比等于集电区面积之比。返回3.MOS管多路电流源返回例.下图是F007中的电流源电路，设β=5。求IC10，IC13解：∵T10、T11构成微电流源∴IC10=28μA∵T12、T13构成镜像电流源IC13≠IR,∵β不大。返回4.2集成运放中的电流源电路一、基本电流源二、改进型电流源三、多路电流源四、有源负载放大电路简单放大电路：难集成ICQ一定VCC↑受限∴需交流电阻Rc大→|Au|大直流电阻Rc小→VCC不大。有源负载返回1.有源负载共射放大电路VCC与R配合,使ICQ合适可见|Au|增大,是因ß1Ib1几乎全流过RL。2.有源负载差分放大电路静：动：可见，跨导增益为：比起不用有源负载（但Rc→∞)，单出时，Au提高2倍，相当于双出。4.3集成运放电路简介高性能直耦放大;品种多,但基本组成一样.一、双极型集成运放步骤：（1）化整为零。分解为4个部分，IR能直接估算，与IR关联的电流源均为偏置电流源，其余部分为入、中、出。（2）分析功能。各部分的结构、性能指标，必要时进行定量估算。（3）统观整体。研究各部分之间的关系。F007的完整电路1.F007(1)偏置电路IC13IRIC8IC9IC10I3，4T8至输入级至中间级、输出级返回（2）输入级IC8I3,4uO共c—共b复合组态：Ri大，fBW宽，UCM大。T7:单位增益作用；平衡作用。T↑→IC8↑→IC9↑——→I3,4↓→IC8↓IC10一定能抑制温漂.返回(3)中间级IC13T13为共e电路的有源负载→|Au|大C:负反馈,防自激.返回准互补输出级保护电路:正半周,T14√当iO不大时,uD1<UON,D1×(D2×)不起作用.当iO过大时,uD1>UON,D1√(D2×)分流,保护T14负半周,T18√,T19√D1×当iO过大时,D2√分流,保护T18,T19(1)(2)(4)输出电路F007的完整电路二、单极型集成运放—C14573返回1.简化电路：第一级：T3、T4组成双入、单出差放。T5、T6为其有源载，单出相当于双出。第二级：T8组成共S电路，I2为其有源负载。缺：Ro大，带负载能力弱。优：Ri大，单、双电源供电均可。2.C14573实际电路图返回R、T1、T2、T7组成多路镜像电流源4.4集成运放的性能指标及低频等效电路一、主要性能指标1.Aod:无反馈时的差模放大倍数RLF007:Aod=105=106dB理想：Aod=∞，即输入有微小差别，输出就有较大差别。2.rid:开环时，输入差模信号时，两入端的动态电阻。rid↑→对信号源影响↓F007:rid>2MΩ理想：rid=∞3.ro:开环时，从输出端看进去的动态电阻。ro

↓

→带载↑F007:ro=75Ω理想：ro=04.KCMR:共模抑制比理想：KCMR→∞F007:KCMR=90dB5.fH:-3dB带宽AodfA0.707AfHfC1-3dBF007:fH=10Hz(截止频率)fC:单位增益带宽(特征频率)F007:fC=10MHz理想：fH=∞,fC=∞以上均为小信号指标,以下为大信号指标6.UIdmax:最大差模输入电压当ud>UIdmax,击穿输入级。对F007:UIdmax=±30V7.UIcmax:最大共模输入电压当uc>UIcmax,不能正常工作。对F007:UIcmax=±13VIB2IB18.SR:转换速率额定负载下，输入阶跃大信号时，输出电压的最大变化率。要求：SR↑→高频特性好。以下为直流指标9.IIB:输入偏置电流静态时，两入端电流的算术平均值。它流过Rs,相当于有共模电压输入.∴IIB↓→好10.IIO,输入失调电流及其温漂。静态时，两入端电流之差。反映了差分对管输入电流的不对称程度。它在Rs上形成差模信号∴IIO↓→好理想：IIO=0理想：IIB=0UIO=011.UIO输入失调电压及其温漂。当uI=0时，uO=UO≠0折合到入端的负值：∴静态时，为使uO=0,在入端应加的补偿电压为UIO，反映了差分对管UBE的失陪程度。当UIO=0时，uO=UO≠0理想：UIO=0二、简化的集成运放低频等效电路返回进行电路分析时，常将运放视为一个完整的独立的器件对待，可以证明其简化的低频模型为其中rid、Aod大，ro小4.5集成运放的种类及选择图4.5.1两通道选通控制运放OPA676的原理示意图返回返回4.6集成运放的使用一、必要工作1.引脚：查手册，辩引脚。2.粗测：用万用表×1kΩ挡，检查各引脚有无短路、开路现象。3.调零或调整偏置电压单电源运放4.消自激加电源去耦电容；补偿电容。返回二、保护1输入保护措施|