第四章集成运放新精选文档.ppt

第四章集成运放新本讲稿第一页，共四十页要求：要求：了解：集成运放的基本组成、集成运放的了解：集成运放的基本组成、集成运放的 使用。使用。理解：典型的几种恒流源电路的工作原理解：典型的几种恒流源电路的工作原 理。理。掌握：集成运放的主要技术参数、电压传掌握：集成运放的主要技术参数、电压传 输特性，恒流源电路的计算。输特性，恒流源电路的计算。本讲稿第二页，共四十页4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述将将T、D、R 及连线制作在同一块半导体基片上即成集成电路。及连线制作在同一块半导体基片上即成集成电路。4.1.1 集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点一、不能做大一、不能做大C、L，只能采用直接耦合方式。，只能采用直接耦合方式。二、为克服温漂，采用差分放大电路。二、为克服温漂，采用差分放大电路。三、用管子构成的恒流源代替大三、用管子构成的恒流源代替大R及设置及设置Q。四、采用复合管改善单管的性能。四、采用复合管改善单管的性能。本讲稿第三页，共四十页4.1.2 集成运放的组成及各部分的作用集成运放的组成及各部分的作用高放大倍数，直接耦合多级放大器。高放大倍数，直接耦合多级放大器。输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路uPuNuO图图4.1.1 集成运放电路方框图集成运放电路方框图一、输入级：一、输入级：差分电路，两个输入端，减少温漂。差分电路，两个输入端，减少温漂。二、中间级：二、中间级：较高增益，共射，复合管放大，有源负载。较高增益，共射，复合管放大，有源负载。三、输出级：三、输出级：互补对称输出，带负载能力强。互补对称输出，带负载能力强。四、辅助环节：四、辅助环节：偏置电路；调零电路；短路保护。偏置电路；调零电路；短路保护。思考题：思考题：用分立用分立元件组成相同电元件组成相同电路，性能是否同路，性能是否同样？样？本讲稿第四页，共四十页u-u+uo集成运算放大器符号及电压传输特性集成运算放大器符号及电压传输特性 反相输入端反相输入端 u（uN）同相输入端同相输入端 u+（uP）输出端输出端 uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高:输入电阻大输入电阻大:输出电阻小输出电阻小:本讲稿第五页，共四十页4.1.3 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性uO=f(ui)线性区线性区非线性区非线性区0uPuo图图4.1.2（b）集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性差模开环放大倍数大于差模开环放大倍数大于105，开，开环无法正常放大。环无法正常放大。本讲稿第六页，共四十页4.2 集成运放中的电流源集成运放中的电流源作用：作用：偏置、有源负载偏置、有源负载。镜像电流源、镜像电流源、微电流源、微电流源、威尔逊电流源、威尔逊电流源、比例电流源、比例电流源、多路电流源等。多路电流源等。本讲稿第七页，共四十页1.镜像电流源镜像电流源基准电流：基准电流：无无论论R Rc c的的值值如如何何，I IC2C2的电流值将保持不变。的电流值将保持不变。4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路因为：因为：所以：所以：本讲稿第八页，共四十页 IC2与IR成比例关系。2.比例电流源比例电流源本讲稿第九页，共四十页3.微电流源微电流源很小，很小，由于由于所以所以IC2也很小也很小本讲稿第十页，共四十页比较：比较：镜像电流源镜像电流源比例电流源比例电流源微电流源微电流源本讲稿第十一页，共四十页4.多路电流源多路电流源提问：提问：将所有将所有ReRe短路后，还能否构成多路电流源？短路后，还能否构成多路电流源？本讲稿第十二页，共四十页5.电流源作有源负载电流源作有源负载共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：对对于于此此电电路路Rc就就是是镜镜像像电流源的交流电阻电流源的交流电阻.因此增益比用电阻因此增益比用电阻Rc作负载时大大提高了。作负载时大大提高了。放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源本讲稿第十三页，共四十页有源负载差动放大电路有源负载差动放大电路T3、T4组成镜像电流源，作组成镜像电流源，作T1、T2的负载。的负载。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。本讲稿第十四页，共四十页通用型集成运放通用型集成运放F0074.3 集成运放电路简介集成运放电路简介本讲稿第十五页，共四十页1.偏置电路：偏置电路：T12、R5和和T11构成了主偏置构成了主偏置电路，产生基准电流电路，产生基准电流：其他偏置电流都与基准电流有关。其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和和R4组组成成微微电电流流源源，通通过过T8和和T9组组成成的的镜镜象象电电流流源源为为差差动动输输入入级级提供偏置电流。提供偏置电流。T12和和T13管管构构成成镜镜象象电电流流源源。T13管管为为中中间间级级、输输出出级级提提供供偏偏置置电电流流,作作为为中中间级的有源负载。间级的有源负载。本讲稿第十六页，共四十页2.输入级：输入级：T1、T2和和 T3、T4管组成共集一管组成共集一共基复合差动输入电路。其中共基复合差动输入电路。其中T1和和T2管作为射极输出器，输入电阻高。管作为射极输出器，输入电阻高。T5、T6、T7 和和R1、R2、R3组组成成电电流流源源，作作为为差差动动输输入入级级的的有有源源负载，可以提高输入级的增益。负载，可以提高输入级的增益。单端输出转换为双端增益的功能。单端输出转换为双端增益的功能。本讲稿第十七页，共四十页3.中间级：中间级：T16和和T17是复合管组是复合管组成的共射放大电路，成的共射放大电路，T13管作这一级的集电管作这一级的集电级有源负载。级有源负载。本讲稿第十八页，共四十页 4.输出级：输出级：T14和和T18、T19管管组组成成互互补补对对称称输输出出级级，T15、R7和和 R8为为其其提提供供静静态偏置克服交越失真。态偏置克服交越失真。D1管管R7和和R9保保护护T14管管，使使其其在在正向电流过大时不致烧坏正向电流过大时不致烧坏。D2管管R8和和 R10保保护护 T18 T19管管在在负负向电流过大时不致烧坏。向电流过大时不致烧坏。本讲稿第十九页，共四十页5.相位分析：相位分析：用用“瞬时极性法瞬时极性法”判定，判定，“+”号腿为同相端；号腿为同相端；“”号腿为号腿为反相端。反相端。+-+本讲稿第二十页，共四十页 1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod ：无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。一般一般Aod在在100120dB左右，高增益运放左右，高增益运放可达可达140dB以上。以上。2.差模输入电阻差模输入电阻rid：双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。欧姆以上。3.共模抑制比共模抑制比 KCMR：KCMR=20lg(Aud/Auc)(dB)其典型值在其典型值在80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB。4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路集成运放的性能指标及低频等效电路本讲稿第二十一页，共四十页5.输入失调电压温漂在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。4.输入失调电压输入失调电压UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。标。本讲稿第二十二页，共四十页 7.输入失调电流输入失调电流在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。级输入电流不对称的程度。6.输入偏置电流输入偏置电流IB：输入电压为零时，输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。8.输入失调电流温漂输入失调电流温漂在规定工作温度范围内，输入失调电流随温在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。度的变化量与温度变化量之比值。本讲稿第二十三页，共四十页9.最大差模输入电压最大差模输入电压10.最大共模输入电压最大共模输入电压运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。本讲稿第二十四页，共四十页11.3dB带宽带宽 f H：运放的差模电压放大倍数在高频段下降运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的所定义的带宽带宽 f H。12.转换速率转换速率S R(压摆率压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率换速率SR的表达式为的表达式为 本讲稿第二十五页，共四十页 集成运放的低频等效电路本讲稿第二十六页，共四十页运算放大器外形图运算放大器外形图本讲稿第二十七页，共四十页运算放大器外形图运算放大器外形图本讲稿第二十八页，共四十页通用型通用型运放运放专用型专用型运放运放:高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等4.5 特殊集成运算放大器本讲稿第二十九页，共四十页 一.高速型和宽带型特点：特点：fH高，SR大应用：应用：用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。例如：CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357 本讲稿第三十页，共四十页 二.高精度(低漂移型）用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。例如：OP177 CF714 本讲稿第三十一页，共四十页 三.高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。例如：AD549 CF155/255/355 本讲稿第三十二页，共四十页四四.低功耗型低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。例如：OP22 正常工作静态功耗可低至36 W。OP290 在0.8 V电压下工作，功耗为24 W。CF7612 在5 V电压下工作，功耗为50 W。本讲稿第三十三页，共四十页 五.功 率 型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。例如：LM12 TP1465 本讲稿第三十四页，共四十页4.6 集成运放的使用集成运放的使用一、管脚不要接错，尤其是正、负电源端，否则会被烧毁一、管脚不要接错，尤其是正、负电源端，否则会被烧毁8 7 6 5 A7411 2 3 4 U-U+-VCC+VCC出出二、保护措施二、保护措施1、输入保护；、输入保护；2、输出保护；、输出保护；3、电源端保护。、电源端保护。电路内部已有电路内部已有本讲稿第三十五页，共四十页 输入保护措施1、输入保护、输入保护本讲稿第三十六页，共四十页 输出保护电路2、输出保护、输出保护本讲稿第三十七页，共四十页 电源端保护3、电源端保护、电源端保护本讲稿第三十八页，共四十页本章小结本章小结 1 1差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。运算放大器都差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。运算放大器都用差动放大器作为输入级。用差动放大器作为输入级。2 2电电流流源源电电路路是是构构成成运运放放的的基基本本单单元元电电路路，其其特特点点是是直直流流电电阻阻小小，而而交交流流电电阻阻很很大大。电电流流源源电电路路既既可可以以为为电电路路提提供供偏偏置置电电流流，又可以作为放大器的有源负载使用。又可以作为放大器的有源负载使用。3 3正确掌握集成运放的参数，才能在使用中恰当地选择元器件。正确掌握集成运放的参数，才能在使用中恰当地选择元器件。4 4除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。本讲稿第三十九页，共四十页作业T4.3 4.12 4.14图不要画本讲稿第四十页，共四十页