模电第15讲集成运算放大电路.ppt

《模电第15讲集成运算放大电路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第15讲集成运算放大电路.ppt（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十五讲 集成运算放大电路（简介一、概述二、集成运放的主要性能指标一、一、概述概述（1 1）电路元件制作在一个芯片上，电路元件制作在一个芯片上，采用直接耦合方式，采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，充分利用管子性能良好的一致性，元件参数偏差方向一元件参数偏差方向一致，温度均一性好。致，温度均一性好。采用差分放大电路和电流源电路。采用差分放大电路和电流源电路。（2 2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。并不增加制作工序。（3 3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取

2、代难于制作的大电阻。作的大电阻。几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构结的结电容构成、大电容要外接成、大电容要外接。二极管一般用三极管的发射结构成二极管一般用三极管的发射结构成（4 4）采用复合管。）采用复合管。1.集成运放的特点集成运放的特点 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。2.集成运放电路的组成集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒

3、子黑盒子”，则可等效为，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。一个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用输入级：输入级：输入级：输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大，Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。中间级：中间级：中间级：中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。的放大能力。输出级：输出级：输出级：输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最小，最大不失真输出电压尽可能

4、大。大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：偏置电路：偏置电路：偏置电路：为各为各级放大电路设置级放大电路设置合适的静态工作合适的静态工作点。采用电流源点。采用电流源电路。电路。集成运放的结构集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。输入级常采用复合级一般采用差动放大器。输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。输入电阻。（2）中间极采用共射放大电路，提高放大倍数）中间极采用共射放大电路，提高放大倍数（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采用互补对

5、称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。-VEE+VCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相+-+-+例例 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路1.镜像电流源镜像电流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。基准电流基准电流2.有源负载有源负载 （1）用于共射放大电路）用于共射放大电路哪只管子为放大管？哪只管子为放大管？其集电结静态

6、电流约为多少？其集电结静态电流约为多少？为什么要考虑为什么要考虑 rce2?（2）用于差分放大电路）用于差分放大电路电路的输入、输出方式？电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？如何设置静态电流？静态时静态时iO约为多少？约为多少？动态时动态时iO约为约为多少？多少？使单端输出电路使单端输出电路的差模放大倍数近的差模放大倍数近似等于双端输出时似等于双端输出时的差模放大倍数。的差模放大倍数。静态：静态：动态：动态：2.举例：举例：型号为型号为F007的通用型集成运放的通用型集成运放 对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分

7、为输入级、中间级和输出级电路。号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路双端输入、单端双端输入、单端输出差分放大电输出差分放大电路路以复合管为放大管、以复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路消倍增电路消除交越失真的准除交越失真的准互补输出级互补输出级三级放大电路三级放大电路简化电路简化电路分解电路分解电路输入级的分析输入级的分析 T3、T4为横向为横向PNP型管，输型

8、管，输入端耐压高。共集形式，输入入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。幅值大。共基形式频带宽。共集共集-共基形式共基形式Q点的稳定：点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9与与IC8为镜像关系为镜像关系IC9因为因为IC10不变不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T1和和T2从基极输入、射极输出从基极输入、射极输出T3和和T4从射极输入、集电极输出从射极输入、集电极输出输入级的分析输入级的分析T7的作用：抑制共模信号的作用：抑制共模信号 T5、T6分别是分别是T3、T4的有源的有源负载，而负载，而T4又是又是

9、T6的有源负载。的有源负载。作用？作用？+_放大差模信号放大差模信号+_特点：特点：输入电阻大、差模放大倍输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电输入端耐压高，并完成电平转换（即对平转换（即对“地地”输出）。输出）。中间级的分析中间级的分析 中间级是主放大器，它中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。了增大放大倍数。F007的中间级是以复合的中间级是以复合管为放大管、采用有源负管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全

10、穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。部流入输出级。中间级中间级输出级输出级输出级的分析输出级的分析D1和和D2起过流保护作用，未过起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。流时，两只二极管均截止。iO增大到一定程度，增大到一定程度，D1导通，导通，为为T14基极分流，从而保护了基极分流，从而保护了T14。准互补输出级，准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。倍增电路消除交越失真。中间级中间级输出级输出级电流采样电阻电流采样电阻特点：特点：输出电阻小输出电阻小最大不失真输出电压高最大不失真输出电压高判断同相输入端和反相输入端判断同相输入端和反相输入端 u u+uoAo国内符号国内符号3.3.

11、集成运放的符号和电压传输特性集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN)由于由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线性非线性区区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM,就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。1、开环差模电压放大倍数、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈

12、回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的之间。理想运放的Aod为为。2、共模抑制比、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。3、差模输入电阻、差模输入电阻ridri1M,有的可达有的可达100M 以上。以上。4、输出电阻、输出电阻roro=几几-几十几十。二、集成运放的主要性能指标二、集成运放的主要性能指标理想运放：理想运放：ri KCMMRR ro 0 0Ao 5、最大共模输入电压、最大共模输入电压UIcmax6、最大差模输入电压、最大差模输入电压UIdmax7、-3dB带宽带宽fH运放是直流放大器，运放是直流放大器，也可放大低频信号，也可放大低频信号，不适用于高频信号。不适用于高频信号。还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。不再一一介绍。