模拟电子技术基础(第四版)课件4.3 集成运算放大电路简介

4.3集成运放电路简介典型的集成运放双极型集成运放F007单极型集成运放C14573一、引脚4.3.1双极型集成运放F007(a)引脚图(b)连接示意图12348765二、电路原理图图4.3.1

F007电路原理图1.偏置电路+VCCT8-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至输入级至中间级基准电流：基准电流产生各放大级所需的偏置电流。各路偏置电流的关系：IREFIC11IC10IB3,IB4IC9IC8IC12IC13微电流源镜像电流源输入级镜像电流源中间级输出级图4.3.1-1F007的偏置电路2.输入级

T1、T2、T3、T4组成共集-共基差分放大电路；T1、T2

基极接收差分输入信号。T5、T6

有源负载；

T4

集电极送出单端输出信号至中间级。

uO

RW

调零电阻，R外接电阻。

T7

与R2组成射极输出器。

+VCC-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9图4.3.1-2uI2uI1若暂不考虑T7

和调零电路则电路可简化为：+VCC-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO

(1).T1、T2共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入电压。

(2).共基组态的T3、T4，与有源负载T5、T6组合，可以得到很高的电压放大倍数。

(3).T3、T4共基接法能改善频率响应。

(4).该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑制比。图4.3.1.2

简化示意图3.中间级图4.3.1-3中间级示意图+VCC-VEET15T16IC13R7T17R830pF输入来自T4

和T6集电极；输出接在输出级的两个互补对称放大管的基极。中间级T16、T17

组成复合管，T13作为其有源负载。

8、9两端外接30pF校正电容防止产生自激振荡。4.输出级IC13R8uo+VCC-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2图4.3.1-4

F007输出级原理电路

T14、T18

、T19准互补对称电路；

D1、D2

、R9、R10为过流保护电路；

T15

、R7、R8为输出级设置合适的静态工作点。调节R7、R8阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为UBE

倍增电路。4.3.2单极型集成运放3.第二级增强型PMOSFET对管T3、

T4增强型NMOS管T8构成漏极带有源负载的共源放大电路。双端输入、单端输出的MOS差分放大电路。2.第一级T1、T2、T7构成多路电流源。1.偏置电路电容C起相位补偿作用。由于第二级电路从T8的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使第一级具有很强的电压放大能力。图4.3.5C14573电路图4.4集成运放的性能指标及低频等效电路一、开环差模电压增益Aod一般用对数表示，定义为单位：分贝理想情况Aod

为无穷大；实际情况Aod

为100~140dB。4.4.1集成运放的主要性能指标二、输入失调电压UIO三、输入失调电压温漂UIO

定义：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：UIO

为1~10mV；高质量运放：UIO

为1mV以下。定义：一般运放为每摄氏度10~20V；高质量运放为每摄氏度0.5V以下。四、输入失调电流IIO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之差，即定义：一般运放为几十

~一百nA；高质量的低于1nA。定义：一般运放为每摄氏度几nA；高质量的每摄氏度几十pA。六、输入偏置电流IIB七、差模输入电阻rid八、共模抑制比KCMR定义：输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。定义：一般集成运放为几兆欧。定义：多数集成运放在80dB以上，高质量的可达160dB。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大共模信号。十、最大差模输入电压UIdmax不至于使PN结反向击穿所允许的最大差模输入电压。十一、-3dB带宽fH表示使Aod

下降3dB时的信号频率。一般集成运放fH

只有几赫兹至几千赫兹。F007C的fH

仅为7Hz。十二、单位增益带宽

fc

使Aod

降至0dB时的信号频率，此时开环差模电压放大倍数Aod等于1。十三、转换速率SR额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的最大变化率。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SR

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。4.4.2集成运放的低频等效电路考虑各种失调因素的等效电路图不考虑各种失调因素的电路图若将集成运放理想化，第一代产品：利用少量横向PNP管，构成以电流源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，使开环增益明显提高，各方面性能指标比较均衡。第三代产品：输入级采用超β管，β值高达1000~5000倍，版图设计考虑了热效应的影响，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输入电阻。第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。4.5集成运放的种类及选择4.5.1集成运放的发展概况4.5集成运放的种类及选择4.5.2集成运放的种类一、按工作原理分类1.电压放大型：F007、F324、C145732.电流放大型：LM3900、F19003.跨导型：LM3080、F30804.互阻型：AD8009、AD8011二、按可控性分类1.可变增益运放：VCA610、

AD5262.选通控制运放：OPA6761.高精度型性能特点：漂移和噪声很低，开环差模增益和共模抑制比很高，误差小。（F5037）2.低功耗型性能特点：静态功耗一般比通用型低1~2个数量级(不超过毫瓦级)，工作电源电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。（TLC2552）三、按性能指标分类

分为通用型和特殊型两类。3.高阻型（F3130）性能特点：通常利用场效应管组成差分输入级，输入电阻高达1012

。高阻型运放可用在测量放大电路、采样-保持电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。4.高速型（F3554）大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速率可达几十至几百V/s，甚至高达1000V/s，单位增益带宽可达10MHz，甚至几百MHz。性能特点：常用在A/D和D/A转换器、有源滤波器、高速采样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。5.高压型性能特点：输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。6.大功率型性能特点：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。4.5.3运放的选择一、信号源的性质二、负载的性质三、精度要求四、环境条件从性能价格比方面考虑，应尽量采用通用型运放。只有在通用型运放不满足应用要求时才采用特殊型运放。4.6集成运放的使用一、集成运放的外引线（管脚）二、参数测量4.6.1使用时必做的工作三、调零或调整偏置电压四、消除自激振荡简易测试法电源端加上去耦电容。外接频率补偿电容C。4.6.2保护措施一、输入保护(a)防止输入差模信号幅值过大(b)防止输入共模信号幅值过大+V+AR1D1D2RFR-VuOuI保护元件保护元件uO+ARRFD1D2uI保护元件图4.6.2输入保护措施二、

电源端保护保护元件：D1、D2三、

输出保护保护元件：稳压管DZ1、DZ2+AD1D2图4.6.4电源端保护+AR1DZ1DZ2RFuOuI图4.6.3利用稳压管保护运放复习1.集成电路的组成输入级中间级输出级偏置电路2.集成电路中的电流源镜像电流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2比例电流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2微电流源+VCC