6集成运算放大器.pptx

1多级放大电路输入级Ri中间放大级AV 输出级Ro 共集、共射共射、共基共集第4章 场效应管第6.2节 差分放大电路2个信号相减第5章 功率放大电路直接耦合零漂RiRL特别小第6.1节 电流源第6章 集成运算放大器性能改善第7章 反馈技术、方法第8、9、10章 运算放大器应用 各种功能电路第1页/共68页2 6.1 集成电路运算放大器中集成电路运算放大器中的的 电流源电流源 镜像电流源 多路电流源 电流源用作有源负载 微电流源 概述 BJT基本电流源 比例电流源学习要求 会计算电流源的输出 电流（求Q）能辨认电路（电流源结构的变化规律）第2页/共68页31.概述概述6.1 集成电路运算放大器中的电流源直流电阻小交流电阻大恒流源：Rs=，iO=Is，与RL无关 三极管工作在放大区，其输出特性 具有恒流特性。易受温度影响特点：分析任务 确定电流源的输出电流，并提高计算精度 提高输出电阻Ro第3页/共68页42.BJT基本电流源基本电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源分压式射极偏置电路在满足条件 I1 IB；VB VBE 时电流源内阻 Rs=Ro（输出电阻）RoRL与Rc无关，且能稳定Q（温度影响）式（106页）第4页/共68页53.比例电流源比例电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源提高计算精度满足条件：I1 IBVB VBE 增加1个二极管D 并使D与T（Je）具有相同的温度特性（补偿）即：VD=VBE所以，在Je回路有：VD+I1 Rb2=VBE+IC Re比例电流源集成电路中，DT1BJT基本电流源特殊状态思路：第5页/共68页6VCC=0IC=0VBBIC 0VBBTBJT电流源接法与放大电路接法比较第6页/共68页74.镜像电流源镜像电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源思路：比例系数1比例电流源去掉2个电阻，减少占用硅片面积2IB求 IC2=?对管T1与T2特性相同（温度补偿）假设T1处于放大区（问题？）对T1的C点列KCL方程：镜像第7页/共68页86.1 集成电路运算放大器中的电流源4.镜像电流源思路：提高精度问题1问题2VCE1=VBE1 0.6V VCE2但仍造成：IC2 IC1虽有：VBE2=VBE1；2=1 修正如下：考虑基区宽度调制效应（75页）第8页/共68页9带缓冲级的镜像电流源带缓冲级的镜像电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源4.镜像电流源问题2思路：提高精度若 较小，则分流造成的误差不能忽略！解决方法：增加1个缓冲级T3 即共集放大器，减小分流。为了避免T3的电流过小而使 3下降，常常加入电阻Re3，使IE3增大。同样对T1的C点列KCL方程：第9页/共68页105.微电流源微电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源思路：产生A级电流例如：VCC=10V，IC2=1A，则 R=10M。需占用硅片面积大解决方法：。例：已知VCC=15V，IR=1mA，IC2=20A，VBE1=0.7V，则由(2)得R=15k；由(1)得Re2=5k。计算方法：第10页/共68页116.多路电流源多路电流源6.1 集成电路运算放大器中的电流源带缓冲级的比例电流源第11页/共68页12小结 电流源结构的变化电流源结构的变化第12页/共68页137.电流源用作有源负载电流源用作有源负载6.1 集成电路运算放大器中的电流源(1)用于提供静态电流并能稳定静态工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。(2)用作有源负载，可获得增益高的特性。共射电路的电压增益为：电流源的作用：例：共射放大电流源作有源负载后比用电阻Rc作负载时提高了第13页/共68页14放大电路如图所示。各三极管都有 =49，VBE=0.7V。例：(1)试简要说明各三极管的作用；(2)计算电路的电压放大倍数（电容的容抗可忽略不计）。第14页/共68页156.2 差分式放大电路差分式放大电路 直接耦合放大电路的零点漂移问题 概述 差分的基本概念 电路组成及工作原理 抑制零点漂移原理 基本差分式放大电路 FET差分式放大电路 差分式放大电路的传输特性 主要指标分析计算 几种方式指标比较第15页/共68页161.直接耦合放大电路的零点漂移问题直接耦合放大电路的零点漂移问题概述 直接耦合放大电路 零点漂移问题可以放大直流信号#集成运算放大器要采用直接耦合？零漂：输入短路时，输出 仍有缓慢变化的电压产生。主要原因：温度变化引起，也称温漂。温漂指标：温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动也是原因之一没有电容、变压器第16页/共68页17A1vivo103A2vivo105答：两个放大电路是否都可以放大0.1mV的信号？增加了Re电压增益输出漂移电压均为 200 mV输出漂移电压均为 200 mV输入端漂移电压为 0.2 mV输入端漂移电压为 0.002 mVA1不可以，A2可以第17页/共68页18例如若第一级漂了100 uV，则输出漂移 1 V。若第二级也漂了100 uV，则输出漂移 10 mV。假设 第一级是关键！减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 调制解调方式。如“斩波稳零放大器”采用差分式放大电路漂了 100 uV漂移 10 mV+100 uV漂移 1 V+10 mV漂移 1 V+10 mV第18页/共68页192.差分的基本概念差分的基本概念概述+-vi1+-vi2-+差分功能：实现2个信号相减同相输入端反相输入端 应用背景：电桥测量例如铂电阻测温实际输出为+-vo第19页/共68页202.差分的基本概念概述 差模与共模：+-vi1+-vi2+-vo+-vid-+差模信号共模信号总输出电压差模电压增益共模电压增益共模抑制比反映抑制零漂能力例：分析思路：叠加定理第20页/共68页22基本差分式放大电路基本差分式放大电路电路组成及工作原理电路组成及工作原理组成特点组成特点静态分析静态分析动态分析（定性）动态分析（定性）输入差模信号输入差模信号输入共模信号输入共模信号抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理主要指标分析计算主要指标分析计算动态分析思路动态分析思路双端输入双端输入差模增益差模增益共模增益共模增益共模抑制比共模抑制比输入、输出电阻输入、输出电阻单端输入单端输入带恒流源的差分电路带恒流源的差分电路几种接法性能对比几种接法性能对比第22页/共68页23基本差分式放大电路基本差分式放大电路基本差分电路（长尾）基本差分电路（长尾）带恒流源的差分电路带恒流源的差分电路教材上的差分电路教材上的差分电路第23页/共68页24基本差分式放大电路vo=vo1 vo2=Av1vi1 Av2vi2vo=Avd(vi1 vi2)AV1=AV2 （对管）原因之二对称 VC1=VC2 vo=VC1-VC2=0 克服温漂(3)公共射极电阻Re组成特点(1)直接耦合的共射电路(Rb,Rs)(2)两边对称单端输出公共Re对差模信号相当于短路1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理第24页/共68页25基本差分式放大电路注意：静态分析静态分析1.电路组成及工作原理电路对称T放大的条件：Je正偏、Jc反偏vi1=vi2=0（静态）Je正偏 T放大 Jc反偏vo=VC1-VC2=0 实现：0输入 0输出第25页/共68页26基本差分式放大电路动态分析动态分析 输入差模信号输入差模信号1.电路组成及工作原理大小相等，方向相反另外：Re相当于短路iE=0第26页/共68页27动态分析动态分析 输入共模信号输入共模信号基本差分式放大电路1.电路组成及工作原理大小相等，方向也相同另外：Re相当于2ReiE=2iE1=2iE2第27页/共68页282.抑制零点漂移的原理（动画）抑制零点漂移的原理（动画）第28页/共68页293.主要指标分析计算主要指标分析计算基本差分式放大电路动态分析思路（1）小信号等效电路法（2）运用叠加原理（3）利用对称特点，转化为单边电路求解。（4）四种接法a.双端输入、双端输出b.双端输入、单端输出c.单端输入、双端输出d.单端输入、单端输出电阻Re 和RL第29页/共68页30双端输入双端输入 差模增益差模增益3.主要指标分析计算基本差分式放大电路 输入纯差模信号 电路两边对称 电路变换（拆开、转换为单边电路）Re短路RL各分一半 画小信号 等效电路 （一般不画）第30页/共68页31双端输入 差模增益3.主要指标分析计算基本差分式放大电路 双入双出双入双出 双入单出RL各分一半RL由T1单独负担 同相输入端与反相输入端+-双入单出Re短路+-第31页/共68页32双端输入双端输入 共模增益共模增益3.主要指标分析计算基本差分式放大电路 输入纯共模信号 电路两边对称 电路变换（拆开、转换为单边电路）Re对单边相当于2ReRL开路 画小信号 等效电路 （一般不画）第32页/共68页33双端输入 共模增益3.主要指标分析计算基本差分式放大电路 双入双出双入双出 双入单出RL开路RL由T1单独负担双入单出Re对单边相当于2Re第33页/共68页34双端输入双端输入 共模抑制比共模抑制比3.主要指标分析计算基本差分式放大电路双入双出双入单出 双入双出 双入单出 公共电阻Re KCMR 抑制零漂能力增强第34页/共68页35双端输入双端输入 输入、输出电阻输入、输出电阻3.主要指标分析计算单端输出时:双端输出时:第35页/共68页36第36页/共68页37单端输入单端输入3.主要指标分析计算基本差分式放大电路例如：指标计算与双端输入相同！第37页/共68页384.具有电流源的差分放大电路具有电流源的差分放大电路基本差分式放大电路（RL 均为10k）先求Q点：比例电流源ro3例题1已知：=60、VBE=0.6V、rce=100k。设调零电位器RP的动端在中间位置。(1)双端输出的AVD、KCMR；(2)单端vo2输出的AVD2、KCMR2 ；(3)Rid、Ric ；求：解：第38页/共68页39(1)双端输出的AVD、KCMR；交流通路解：例题1差模交流通路共模交流通路第39页/共68页40差模交流通路例题1解：(2)单端vo2输出的AVD2、KCMR2 ；共模交流通路第40页/共68页466.3 集成电路集成电路运算放大器运算放大器 简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器第46页/共68页47简单的集成电路运算放大器简单的集成电路运算放大器集成电路 运算放大器直接耦合 多级放大电路符号：特点：电压增益高（差模）输入电阻大输出电阻小第47页/共68页48读图读图简单的集成电路运算放大器例题inout直接耦合 多级放大电路差分输入级双入单出中间放大级复合管共射输出级 2级共集镜像电流源输入级偏置镜像电流源T5的偏置+-+-反相端同相端第48页/共68页49（1）放大电路的直流分析）放大电路的直流分析例 已知：当vi1=vi2=0时，vo=0；=100；VBE=0.7V。差分输入级 中间放大级第49页/共68页50（1）放大电路的直流分析例 已知：当vi1=vi2=0时，vo=0；=100；VBE=0.7V。输出级直流电平移动Vo=VB5-VBE5-VR5-VBE6=VB5-2VBE IC9R5第50页/共68页51（2）放大电路的输入、输出电阻）放大电路的输入、输出电阻例 rbe1=rbe2=5.45k，rbe3=262k，rbe4=rbe5=2.8k，rbe6=725=100rce=200kRid=Ric=Ro2=Ri2=19.9MRo1=rbe3+(1+)rbe4+(1+)R4 Ri3=10.6M2rbe1=10.9k0.5rbe1+(1+)2rce7 =20MR2=14.3kR3=5.1k=rbe5+(1+)R5+rce9/rbe6+(1+)R6 第51页/共68页52（3）放大电路的总增益）放大电路的总增益例 Ri2=19.9M R2Ri3=10.6M第52页/共68页53通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器读图差分放大输入级共集共基组合双入单出中间放大级复合管共射互补对称功放互补对称功放前置放大共集缓冲2个二极管甲乙类功放+-相位-第53页/共68页54读图通用型集成电路运算放大器镜像电流源A静态偏置电流源B有源负载微电流源静态偏置镜像电流源稳定工作点？T带缓冲级的比例电流源调零、有源负载？限流保护T15,T21io Iomax vR9 0.5VT15导通第54页/共68页55LM741集成运放的简化电路集成运放的简化电路第55页/共68页56LM741集成运放的简化电路=-2第56页/共68页57小结：vNvP vovNvP vo V-(+VEE)V+(+VCC)高增益的直接耦合 多级差分放大电路符号：集成电路运算放大器电压传输特性：第57页/共68页58运算放大器外形图运算放大器外形图SO8(Plastic Micropackage)第58页/共68页59极限参数极限参数电特性参数电特性参数（Ta=25 C）输入失调参数输入失调参数差模特性参数差模特性参数共模特性参数共模特性参数大信号动态参数大信号动态参数电源特性参数电源特性参数6.4 集成电路运算放大器的主要参数集成电路运算放大器的主要参数以A741C为例第59页/共68页60极限参数极限参数6.4 集成电路运算放大器的主要参数 电源电压5V 18V 最大允许功耗 最大差模输入电压 最大共模输入电压 工作温度范围 保存温度范围军品：-55C 125C-65C 150C通用：0C 70CVidmax 30VVicmax 15V670mW（DIP）高压型（特殊）HA2645 80VD41 150V第60页/共68页61输入失调参数输入失调参数6.4 集成电路运算放大器的主要参数1.输入失调电压VIO2.输入偏置电流IIB3.输入失调电流IIO4.温度漂移（1）输入失调电压温漂VIO/T（2）输入失调电流温漂IIO/T2mV80nA20nA20V/C 高精度(低漂移型）OP1770.5nA/C A741C精密仪表放大器第61页/共68页62差模特性参数差模特性参数1.开环差模电压增益AVO2.开环带宽BW(fH)3.单位增益带宽 BWG(fT)3dB带宽BJT 105106 FET 109以上。6.4 集成电路运算放大器的主要参数无反馈“高增益型”达140200dB4.差模输入电阻ridA741OP37AD9620CF357AD9618高速型宽带型CF155/255AD549高输入阻抗型第62页/共68页63共模特性参数共模特性参数A741典型值为90dB，性能好的高达180dB。6.4 集成电路运算放大器的主要参数1.共模抑制比 KCMR2.共模输入电阻ric电源特性参数1.电源电压抑制比 PSVRA741典型值为90dB2.静态功耗 PD3.电源电流 IOC50mW1.7mA低功耗型：空间技术和生物科学研究电源电压较低，电流微弱 OP22：静态功耗PD=36 W。OP290：PD=24 W（0.8 V）CF7612：PD=50 W（5 V）第63页/共68页64大信号动态参数大信号动态参数 转换速率S R（压摆率）A741典型值为0.5V/s 6.4 集成电路运算放大器的主要参数反映运放对于快速变化的输入大信号的响应能力第64页/共68页65其它参数其它参数6.4 集成电路运算放大器的主要参数OP37AD9620CF357AD9618高速型、宽带型 用于宽频带放大器，高速A/D、D/A等高速数据采集测试系统。用于小信号放大时，可注重 fH 或 fT ；用于高速大信号放大时，同时还应注重SR 。最大输出电流Iomax13V 14V 最大输出电压VOPP25mA功率型:LM12 第65页/共68页676 集成电路运算放大器集成电路运算放大器基本要求了解各种电流源的工作原理、特点和主要用途了解各种电流源的工作原理、特点和主要用途掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共掌握差模信号、共模信号、差模电压增益、共模电压增益和共模抑制比等基本概念模电压增益和共模抑制比等基本概念了解差分放大电路的工作原理和特点了解差分放大电路的工作原理和特点 掌握差分放大电路的静态和动态指标的计算掌握差分放大电路的静态和动态指标的计算了解集成运算放大器的基本组成和主要参数了解集成运算放大器的基本组成和主要参数 了解失调电压和失调电流对实际运放的影响及了解失调电压和失调电流对实际运放的影响及零漂的消除方法零漂的消除方法 第67页/共68页68感谢您的观看。第68页/共68页