电子线路课件(精品).ppt
第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 集成电路、差动放大器、集成运算放大器。集成电路、差动放大器、集成运算放大器。本章主要内容：本章主要内容：返返 回回前前 进进3.1 3.1 集成电路概念及差分放大器集成电路概念及差分放大器一一,集成电路概念集成电路概念1 1集成电路集成电路分分类类 （1）按元器件集成度分为：）按元器件集成度分为：小规模集成电路（小规模集成电路（100100个元件以内）个元件以内）SSISSI中规模集成电路（中规模集成电路（100-1000100-1000个元件）个元件）MSIMSI大规模集成电路（大规模集成电路（1000-1000001000-100000个元件）个元件）LSILSI超大规模集成电路（超大规模集成电路（100000100000个以上元件）个以上元件）VLSIVLSI。现在集成度已达到数千亿。现在集成度已达到数千亿。在一小块硅片上做出许多个元件并将其联结成电路。在一小块硅片上做出许多个元件并将其联结成电路。1 1集成电路集成电路分分类类 （2）按制造工艺分为：）按制造工艺分为：膜集成电路、半导体集成电路和混合集成电路三种。膜集成电路、半导体集成电路和混合集成电路三种。（3 3）按有源器件类型分为：按有源器件类型分为：双双极极性性集集成成电电路路、单单极极性性集集成成电电路路和和混混合合型型集集成成电电路三种。路三种。（4 4）按电路功能分为：）按电路功能分为：模模拟拟集集成成电电路路、数数字字集集成成电电路路、接接口口集集成成电电路路和和特特殊集成电路四种殊集成电路四种。2 2常见芯片封装形式常见芯片封装形式 3 3集成电路集成电路特点特点 （1 1）集成电路为多级直接耦合放大器）集成电路为多级直接耦合放大器（2 2）由由于于体体积积所所限限，只只能能集集成成电电阻阻、晶晶体体管管等等器器件件，不能集成电容、电感等较大体积器件不能集成电容、电感等较大体积器件（3 3）元器件参数对称稳定）元器件参数对称稳定（4 4）所制阻值不能太大（几十千欧以内）所制阻值不能太大（几十千欧以内）（5 5）往往用三极管或场效应管代替大电阻）往往用三极管或场效应管代替大电阻集成运算放大器是常用的模拟集成电路。集成运算放大器是常用的模拟集成电路。二二,差动放大电路差动放大电路 1 基本形式基本形式 图6 3 差动放大电路的基本形式 差动放大电路的特点是差动放大电路的特点是:克服零点漂移现象克服零点漂移现象.其抑制共模信号，放大差模信号。其抑制共模信号，放大差模信号。概念概念:1.零零点点漂漂移移现现象象:直接耦合放大器的输入端短路（ui=0）,由于温度变化、电源波动等因素的影响，会使工作点电压(即集电极电位)偏离设定值而缓慢地上下漂动。从而偏离初始静态值的现象称为零零点点漂漂移移现现象象.(这这时时,电电路往往伴随有杂波输出路往往伴随有杂波输出.)2.共共模模信信号号:大大小小相相等等、极极性性相相同同和和按按共共同同模模式式变变化的信号。化的信号。3。差差模模信信号号:大大小小相相等等、极极性性相相反反并并按按共共同同模模式式变化的信号变化的信号 共模信号及共模电压放大倍数共模信号及共模电压放大倍数Auc 图 6 4 差动电路的两种输入信号 差模信号及差模电压放大倍数差模信号及差模电压放大倍数Aud，是V1管的电压放大倍数；，是V2管的电压放大倍数。2.恒流源差动放大电路恒流源差动放大电路 图6 10 恒流源的电流、电压特性3.2 3.2 集成运放基本的基本单元电路集成运放基本的基本单元电路 电路由输入级、中间级、输出级构成。电路由输入级、中间级、输出级构成。输入级采用差动放大器，中间级由一般输入级采用差动放大器，中间级由一般放大器构成，输出级多为功率输出器，偏置放大器构成，输出级多为功率输出器，偏置电路则由电流源组成。电路则由电流源组成。1 1偏置电路偏置电路 (P162)(P162)（1）镜像电流源）镜像电流源 IR=(VCCUBE1)/R;IB1=IB2=IB 由于工艺上做得很对称由于工艺上做得很对称,则则IC2=IC1=IR2IB=IR2IC/IC2=IR/(1+2/)IR=(VCCUBE1)/R I IC2C2、I IR R之间的关系如同镜像一样。之间的关系如同镜像一样。1 1偏置电路偏置电路 （2）比例电流源）比例电流源 IE1R1=IE2R2IC1R1IC2R2 IC2=IC1R1/R2IR R1/R2 I IC2C2、I IR R之间有比例关系。之间有比例关系。1 1偏置电路偏置电路 （3）微电流源）微电流源 UBE1UBE2=IE2REIC2RE 由二极管方程由二极管方程IEIC=IS（饱和电流（饱和电流)在在RE不大的情况下，得到很小的电流不大的情况下，得到很小的电流IC2因此叫因此叫微电流源微电流源IEIC=IS（eVBE/VT1）ISevBE/vTIS1=IS2 则则UTlgIC1/IC2IC2RE 当当IC1和和RE已知时，可求出已知时，可求出IC2IC2可以很小。可以很小。2 2差分输入级差分输入级（1）基本差动放大器）基本差动放大器由双管构成最简单差分放大器由双管构成最简单差分放大器 当双端输出信号时，零点漂移为零。当双端输出信号时，零点漂移为零。R RB B较大，常忽略。较大，常忽略。（2）两种输入信号）两种输入信号 差摸信号差摸信号U Ud d：一对大小相等、极性相反的信号。一对大小相等、极性相反的信号。共摸信号共摸信号U UC C:一对大小相等、极性相同的信号。一对大小相等、极性相同的信号。差摸工作方式差摸工作方式共摸工作方式共摸工作方式（3）电压放大倍数）电压放大倍数 差模放大倍数差模放大倍数U UO1O1=A=Au1u1U Uid1id1=A=Au1u1U Ui i/2/2 U UO2O2=A=Au2u2U Ui2i2=A=Au1u1U Uid2id2=-A=-Au1u1U Ui i/2/2A Ad d=(U=(UO1O1-U UO2O2)/(U)/(Uid1id1-U Uid2id2)=)=U UO O/U Ui i=A=Au1 u1 共模放大倍数共模放大倍数A AC C=(U=(UO1O1-U UO2O2)/U)/UiCiC 共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR=A=Ad d/A/AC C（4）常尾式差动放大电路）常尾式差动放大电路 静态分析：静态分析：分析基极到地电路，分析基极到地电路，得到得到I IB BR RS S+U+UBEBE+(1+)I+(1+)IB B(2R(2RE E+R+RW W/2)=V/2)=VEEEE可计算出可计算出I IB B 而而I IC C=I=IB B则则U UC C=V=VCCCC-I-IC CR RC C差模动态分析：差模动态分析：将双管拆分为单管问题。将双管拆分为单管问题。U Uo1 o1=-R=-RL LUUidid/R/RS S+r+rieie+(1+)R+(1+)RW W/2=-U/2=-Uo2o2A Audud=-=-R RL L/R RS S+r rieie+（1+1+）R RW W/2/2 A Aud1ud1=A=Audud/2/2R Ridid=R RS S+r rieie+(1+1+)R RW W/2/2 R RO O=2R2RC C R RO1O1=R RC C 共共模动态分析：模动态分析：将双管拆分为单管问题。将双管拆分为单管问题。U Uo1o1=U=Uo2o2=-R=-RL LUUicic/R/RS S+r+rieie+(1+)(R+(1+)(RW W/2+2R/2+2RE E)A Aucuc=（U Uo1o1 U Uo2o2）/U Uicic=0 =0 A Auc1uc1=U=Uo1o1/U Uicic-R RC C/2R2RE E 共共模抑制比模抑制比 CMRRCMRR =A Ad d/A/Ac c 双端输出双端输出CMRRCMRR =A Ad d/A/Ac c=A Ad d/0=/0=单端输出单端输出CMRRCMRR1 1 =A Ad1d1/A/Ac1c1 R RE E/(R RS S+rie+rie)（5）带横流源差动放大电路）带横流源差动放大电路 静态分析：静态分析：U UB BR R2 2V VCCCC/(R R1 1+R R2 2)则则 U UE3E3=U=UB BUUBE3BE3U UB B I IC3C3I IE3E3=V=VE3E3/R/R3 3 I IC1C1I IC2C2I IC3C3/2 /2 I IB1B1=I=IB2B2I IC1C1/U UC1C1=U=UC2C2=V=VCCCCIIC1C1R RC C差模动态分析：差模动态分析：恒恒流流源源不不起起作作用用，可可认认为为不不存存在在（短短路路），分析结果同常尾差放。，分析结果同常尾差放。（6）单端输入方式）单端输入方式 等等效效为为双双端端差差摸摸输输入入工工作作方方式式。其其结结果果与差模双端输入结果相同。与差模双端输入结果相同。（7）四种输入）四种输入-输出方式输出方式 双端输入双端输入双端输出双端输出 双端输入双端输入单端输出单端输出 单端输入单端输入双端输出双端输出 单端输入单端输入单端输出单端输出 3 3功率输出级功率输出级（1）功率放大器）功率放大器 ui正半周正半周T1导通、导通、T2截止，截止，ui负半周负半周T1截止、截止、T2导通。导通。为互补对称电路。详见第九章。为互补对称电路。详见第九章。（2）复合三极管）复合三极管 为为提提高高三三极极管管的的放放大大倍倍数数，将将两两只只三三极极管管连连结起来，组成复合三极管。结起来，组成复合三极管。三极管复合的原则是各极电流方向一致。三极管复合的原则是各极电流方向一致。有四种复合方式有四种复合方式（2）复合三极管）复合三极管 复合三极管类型同第一只管子。复合三极管类型同第一只管子。同类型复合：同类型复合：1 12 2 、r r be be r r be1 be1+(1+(1+1 1)r)rbe2be2异类型复合：异类型复合：1 12 2 、r r be be r rbe1be1（3）过载保护电路过载保护电路 当当负负载载电电流流过过大大时时，流流经经三三极极管管的的电电流流也也增增大大，会会烧烧坏坏管管子子。为为此此，增增加加过过载载保保护护电电路路将将增增大大的的电电流分流，以保护管子。流分流，以保护管子。常用的电路有二极管保护和三极管保护两种电路。常用的电路有二极管保护和三极管保护两种电路。1.理想运放特性理想运放特性 （1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Auo（2）差摸输入电阻差摸输入电阻Rid（3）输出电阻输出电阻Ro0（4）共摸抑制比共摸抑制比CMRR（5）工作性能稳定工作性能稳定3.2 3.2 集成运放基本组成部分集成运放基本组成部分 2.两条重要推论两条重要推论（1）运放的反相端和同相端电位相同运放的反相端和同相端电位相同 V+=V-3.2 3.2 集成运放基本组成部分集成运放基本组成部分 （2）运放两输入端的输入电流均为运放两输入端的输入电流均为0 I+=I-=0
