模电第六章集成运算放大器电路原理.ppt

《模电第六章集成运算放大器电路原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第六章集成运算放大器电路原理.ppt（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章 集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理 集成运算放大器是采用微电子技术，将晶体管、电阻、电容及连线制作在硅片上的电路。本章介绍集成运放的单元电路和典型集成运放芯片，重点是差动放大器、恒流源和互补跟随输出级电路差动放大器、恒流源和互补跟随输出级电路。掌握不同输入输出类型的差动放大器的动特性分析：差（共）模电压增益、输入输出电阻以及共模抑制比的求法；理解恒流源的原理，熟悉几种典型恒流源的电路原理图。第六章 集成运算放大器电路原理6.1 集成运算放大器的电路特点集成运算放大器的电路特点 集成运放：多级放大电路。电路设计上的主要特点：(1)高增益直接耦

2、合。(2)用有源器件代替无源元件。(3)利用对称结构改善电路性能。理想运放：电压增益高、输入电阻大、输出电阻小、工作点漂移小、失调电压和失调电流为零等特点。集成运放电路框图第六章 集成运算放大器电路原理6.2 电电 流流 源源 电电 路路 电流源对提高集成运放性能的作用：1、给各级电路提供稳定的直流偏置电流；2、作为有源负载，提高单级放大器的增益。一、单管电流源电路一、单管电流源电路晶体管的恒流特性恒流源电路等效电流源表示法第六章 集成运算放大器电路原理恒流条件：恒流管始终为放大状态。由电路的交流等效电路可以证明，Ro近似为若UA=100V，ICQ=50A，则rCE=2M。第六章 集成运算放大

3、器电路原理二、镜像电流源二、镜像电流源镜像电流源：晶体管V1代替电阻R2和R3。若11，则IC2Ir，Ir一定，IC2恒定；改变Ir，则IC2改变。第六章 集成运算放大器电路原理三路镜像电流源如图示一般1(1+5)4容易满足，IC2、IC3、IC4更接近Ir，并且受的温度影响也小。增加V5射随器减小误差。第六章 集成运算放大器电路原理多集电极晶体管镜像电流源利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源(横向PNP管是采用标准工艺，在制作NPN管过程中同时制作出来的一种PNP管)。第六章 集成运算放大器电路原理三、比例电流源三、比例电流源 输出电流与参考电流成比例第六章 集成运算放大器电路原理室温

4、下，可认为UBE1UBE2。则有：当两管的射极电流相差10倍以内时：若11，则IE1Ir，IE2IC2，有第六章 集成运算放大器电路原理当1时，IE1Ir，IE2IC2，有：四、微电流电流源四、微电流电流源(提供微安级的小电流)已知Ir=1mA，IC2=10A，则R2为若UCC=15V，则Rr15k。总电阻不超过27k。若用镜像电流源，则Rr=1.5M。第六章 集成运算放大器电路原理 五、负反馈型电流源五、负反馈型电流源威尔逊电流源威尔逊电流源电路特点：V3管的基极和射极之间接入了一个镜像电流源。镜像电流源的自动调节作用使得V3管的输出电流恒定。调节原理：IC3IE3IC1IB3IC3Ir恒定

5、第六章 集成运算放大器电路原理1=2=3=，有：威尔逊电流源的动态内阻Ro为第六章 集成运算放大器电路原理串接电流源：两个镜像电流源串接组成。第六章 集成运算放大器电路原理六、有源负载放大器六、有源负载放大器ui IC1IC1IC3IC1IC2=IC3IC2=IC1ui和uo同相。V1管集电极电阻RCrce3。射随器接入负载RL隔离可获得极高的电压增益。第六章 集成运算放大器电路原理在静态时，由于温度变化、电源波动等因素引起工作点电压(即集电极电位)偏离设定值而缓慢地上下漂动的现象。6.3 差动放大电路差动放大电路 一、零点漂移现象零点漂移现象UipUC等效输入漂移电压衡量漂移Uip大小：Ui

6、p越小，说明放大器抑制零点漂移的能力越强。抑制温漂的关键：减小输入级的温漂。第六章 集成运算放大器电路原理二、差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作原理及性能分析电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，也称射极耦合差动放大器。电路结构参数完全对称。单端输出：输出从任一集电极取出双端输出：输出从两个集电极间取出。第六章 集成运算放大器电路原理正、负两路电源供电：保证输入端的直流电位为零。则流过RE的电流I 为Q点的分析（Ui1=Ui2=0）：结论：静态时，差动放大器两输出端之间的直流电压为零。第六章 集成运算放大器电路原理1、差模放大特性、差模放大特性差模信号：大小相等、相位相反U

7、i1=Uid1，Ui2=Uid2，Uid1=-Uid2工作特点：一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小量时时相等。流过RE的信号电流始终为零，公共射极端电位将保持不变。对差模输入信号，公共射极端为差模地端，即RE相当对地短路。第六章 集成运算放大器电路原理差模输入：两管输出端电位一端升高，一端降低，且变化量相等，即双端输出时，RL的中点电位保持不变，为差模地端。第六章 集成运算放大器电路原理a.差模电压放大倍数在双端输出时，输出电压为输入差模电压为第六章 集成运算放大器电路原理若单端输出时的负载接在一个输出端和地之间，计算Aud时，总负载为RL=RCRL。单端输出b.差模输入

8、电阻c.差模输出电阻双端输出时为单端输出时为第六章 集成运算放大器电路原理2、共模抑制特性共模信号：Ui1=Ui2=Uic共模信号引起两管集电极电位变化完全相同，故流过负载RL的电流为零，相当于RL开路。电路等效第六章 集成运算放大器电路原理a、共模电压放大倍数电路完全对称，Uoc1=Uoc2，Auc=0。双端输出单端输出：一般(1+)2RErbe一般|Auc(单)|Auc(单)时，有：结论：差动放大器只放大两输入端的差信号。结论：差动放大器只放大两输入端的差信号。第六章 集成运算放大器电路原理当共模抑制比足够高时，差动电路通过公共电阻RE 的负反馈，自动将射极电位调整为：从而把两输入端的差信

9、号变为差模信号，两输入端的和信号变为共模信号。当信号源接入两输入端，若信号源两端不接地即浮地，为双端输入，此时信号源两端分别对地电压之和的一半为共模电压分量，若信号源一端接地，为单端输入，此时信号电压的一半为共模电压分量。第六章 集成运算放大器电路原理三、具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路单端输出，共模抑制比为：基本差动放大器存在两个缺点：1、是共模抑制比做不高若UEE=15V，则室温下，KCMR(单)300。2、不允许输入端有较大的共模电压变化UicUEICQrbeAud第六章 集成运算放大器电路原理用恒流源代替差动电路中的RE如图：电流源的动态内阻非常大，Auc 0，KCMR

10、。第六章 集成运算放大器电路原理电流源的引入扩大了差动电路的共模输入电压范围：UC1 Ui c UB 3否则差放管或者恒流管进入饱和。Q点估算：恒流源为基点来计算Q点第六章 集成运算放大器电路原理设恒流源电流I小于差放管的集电极临界饱和电流，即I0V1导通，V2截止Uo正半周V1、V2截止Ui 2UGSth时，V1、V3管工作于恒流区设计思路：I r uGS1 n第六章 集成运算放大器电路原理2、CMOS共源放大器+-+-+-UiUoUgs1gmUgsrds1rds2G1D1S10OAQBCiD1uDS1UDDUGSth1UGS1AUGS1BUGS1QUGS2IDQUDSQ10QBAuouiU

11、DDUGSth1UGS1QUGS2IDQ恒流区第六章 集成运算放大器电路原理工作原理分析ui=UGS1 UGSth1V1截止UDS2=0时，ID1=ID2=0，UDS1=UDDui UGS1且ui UGS1BV1变阻区，V2恒流区电压增益为：Q点处：第六章 集成运算放大器电路原理第六章 集成运算放大器电路原理第六章 集成运算放大器电路原理3、MOS管差动放大器MOS管差动放大器是由两个对称的有源负载MOS放大器经电流源耦合构成。如图：差动放大器耦合电流源，提供偏置电流镜像电流源做有源负载双出单出差 模 电 压 增 益 即 单 边CMOS放大器增益。电路采用电流源作负载，电压增益为：第六章 集成

12、运算放大器电路原理4、MOS管输出级电路a、源极输出器(具有恒流负载)电压增益：输出电阻比双极型电路大很多。第六章 集成运算放大器电路原理b、低阻输出级电路低阻输出级电路两路输出信号在负载上同相叠加。输出电阻为1/(gm6+gm7)。镜像电流源信号反相反馈管，并联电压负反馈倒相第六章 集成运算放大器电路原理6.7 集成运算放大器的主要性能指标集成运算放大器的主要性能指标一、输入失调电压一、输入失调电压UIO和输入失调电流和输入失调电流IIO二、失调的温漂二、失调的温漂在静态时输出端为零电位，运放两输入端之间必须外加的直流补偿电压，称为输入失调电压，用UIO表示；必须外加的直流补偿电流，称为输入

13、失调电流，用IIO表示。在规定的工作温度范围内，UIO随温度的平均变化率称为输入失调电压温漂，以dUIO/dT表示。IIO随温度的平均变化率称为输入失调电流温漂，以dIIO/dT表示。第六章 集成运算放大器电路原理三、输入偏置电流三、输入偏置电流IIB四、开环差模电压放大倍数四、开环差模电压放大倍数Aud 五、共模抑制比五、共模抑制比KCMR 六、差模输入电阻六、差模输入电阻Rid 七、共模输入电阻七、共模输入电阻Ric 八、输出电阻八、输出电阻Ro 九、输入电压范围九、输入电压范围十、带宽十、带宽 十一、转换速率十一、转换速率(压摆率压摆率)SR 十二、静态功耗十二、静态功耗Pc 十三、电源电压抑制比十三、电源电压抑制比PSRR 静态时，输入级两差放管基极电流IB1，IB2的平均值，即第六章 集成运算放大器电路原理 欢 迎 提任 何 问 题