第四章-集成运放-讲.ppt

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1、第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路一、集成运放的电路结构特点一、集成运放的电路结构特点二、集成运放的组成及各部分的作用二、集成运放的组成及各部分的作用三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性第一节第一节 概概 述述集成电路简称集成电路简称 IC(Integrated Circuit)集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高频放大器集成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成比较器集成比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成

2、稳压集成稳压器器；集成数；集成数/模和模模和模/数转换器等。数转换器等。一、集成运放的电路结构特点一、集成运放的电路结构特点集成电路的外形集成电路的外形图图 4.1.1集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式双列直插式(b)圆壳式圆壳式(c)扁平式扁平式电路结构特点电路结构特点集成运放集成运放集成运放集成运放:集成运算放大电路集成运算放大电路,其核心电路为一其核心电路为一高增益的直接耦合高增益的直接耦合式的多级放大电路式的多级放大电路，多用于各种模拟信号的数值运算。，多用于各种模拟信号的数值运算。特点：特点：集成化技术中不能制作大电容，其电路结构上只能采集成化技术中不能制作大电容，其电路结

3、构上只能采用直接耦合方式；用直接耦合方式；为克服温漂，采用了温度补偿的手段为克服温漂，采用了温度补偿的手段-差分放大差分放大电路；电路；电路中还大量采用恒流源电路来设置各级的静态电流，电路中还大量采用恒流源电路来设置各级的静态电流，或者替代大电阻；或者替代大电阻；电路中还采用复合管的接法来改善单管的性能。电路中还采用复合管的接法来改善单管的性能。二、集成运放的基本组成部分二、集成运放的基本组成部分实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路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 1 1 1 1、输入级：、输入级：、输入级：、输入

4、级：采用差分放大电路，减小温度漂移采用差分放大电路，减小温度漂移采用差分放大电路，减小温度漂移采用差分放大电路，减小温度漂移 ，提供理想输入性能；，提供理想输入性能；，提供理想输入性能；，提供理想输入性能；2 2 2 2、中间级：、中间级：、中间级：、中间级：采用有源负载的采用有源负载的采用有源负载的采用有源负载的CECECECE电路，提供电压增电路，提供电压增电路，提供电压增电路，提供电压增益；益；益；益；3 3 3 3、输出级：、输出级：、输出级：、输出级：采用互补输出级电路（采用互补输出级电路（采用互补输出级电路（采用互补输出级电路（CCCCCCCC电路），提电路），提电路），提电路），

5、提高带负载的能力；高带负载的能力；高带负载的能力；高带负载的能力；4 4 4 4、偏置电路：、偏置电路：、偏置电路：、偏置电路：采用恒流偏置，以获得稳定静态工采用恒流偏置，以获得稳定静态工采用恒流偏置，以获得稳定静态工采用恒流偏置，以获得稳定静态工作点，而且电路结构清晰。作点，而且电路结构清晰。作点，而且电路结构清晰。作点，而且电路结构清晰。三、集成运放的电压传输特性三、集成运放的电压传输特性集成运放的电路符号和电压传输特性集成运放的电路符号和电压传输特性集成运放的电路符号和电压传输特性集成运放的电路符号和电压传输特性集成运放中的电流源电路的功能：集成运放中的电流源电路的功能：1 1、为各级提

6、供合适的静态电流；、为各级提供合适的静态电流；2 2、作为有源负载取代大电阻，从而增大电、作为有源负载取代大电阻，从而增大电路的电压放大倍数。路的电压放大倍数。第二节第二节 集成运放的电流源电路集成运放的电流源电路对运放中的电流源电路的要求：对运放中的电流源电路的要求：E提供输出电流提供输出电流I Io o，且其值在外界环境因素，且其值在外界环境因素（温度）变化时力求维持稳定不变；（温度）变化时力求维持稳定不变；E当其两端电压变化时具有保持输出电流当其两端电压变化时具有保持输出电流I Io o恒恒定不便的恒流特性，或：定不便的恒流特性，或：R Ro o一、典型电流源电路一、典型电流源电路 1

7、1、镜像电流源电路、镜像电流源电路 2 2、比例电流源电路、比例电流源电路 3 3、微电流源电路、微电流源电路1、镜像电流源、镜像电流源(电流镜电流镜 Current Mirror)+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2基准电流基准电流由由于于 UBE1=UBE2，VT1与与 VT2 参数基本相同，则参数基本相同，则IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC所以所以当当满足满足 2 时，则时，则镜像电流源镜像电流源1 1）镜像电流源电路）镜像电流源电路 当当2时时镜像电流源电路的特点：镜像电流源电路的特点：IO为是为是ic1的镜像电流，其的镜像电流，其R

8、orce2，很大，很大，故具有恒流特性故具有恒流特性由于由于和和Vbe的影响，电路的精度和热稳定性的影响，电路的精度和热稳定性较差较差+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE22、比例电流源、比例电流源R1R2由图可得由图可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则则忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得两两个个三三极极管管的的集集电电极极电电流流之之比比近近似似与与发发射射极极电电阻阻的的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。比例电流源比例电流源比例电流源电路的特点比例电流源电路的特点改变两个发射极电

9、阻改变两个发射极电阻改变两个发射极电阻改变两个发射极电阻R R1 1、R R2 2的比值，就可以得到的比值，就可以得到的比值，就可以得到的比值，就可以得到I IOO对对对对I IR R的不同比例关系，实现输出电流可调；的不同比例关系，实现输出电流可调；的不同比例关系，实现输出电流可调；的不同比例关系，实现输出电流可调；为保证精度，除要增大为保证精度，除要增大为保证精度，除要增大为保证精度，除要增大 外，还是要限制外，还是要限制外，还是要限制外，还是要限制I IOO对对对对I IR R的的的的不同比例关系；不同比例关系；不同比例关系；不同比例关系；电路接入电路接入电路接入电路接入R R2 2后，

10、交流输出电阻后，交流输出电阻后，交流输出电阻后，交流输出电阻R ROO增大，改进了恒增大，改进了恒增大，改进了恒增大，改进了恒流特性。流特性。流特性。流特性。3、微电流源、微电流源 在在镜镜像像电电流流源源的的基基础础上上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引引入入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 IC1，即即在在 Re 值值不不大大的的情情况况下下，得得到到一一个个比比较较小的输出电流小的输出电流 IC2。微电流源微电流源+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re基本关系基本关系因因二极管方程二极管方程 若若 IC1和和 IC

11、2 已知，可求出已知，可求出 Re。微电流源微电流源3、微电流源电路、微电流源电路微电流源电路的特点：微电流源电路的特点：由于由于由于由于lnxlnxlnxlnx随随随随x x x x的增大十分缓慢，因此尽管的增大十分缓慢，因此尽管的增大十分缓慢，因此尽管的增大十分缓慢，因此尽管I I I IR R R R/I/I/I/I0 0 0 0很大，很大，很大，很大，R R R R和和和和R R R R2 2 2 2都不会很大。同理，当都不会很大。同理，当都不会很大。同理，当都不会很大。同理，当V V V VCCCCCCCC不稳定而引起不稳定而引起不稳定而引起不稳定而引起I I I IR R R R变

12、化变化变化变化时时时时I I I I0 0 0 0的变化却很小。的变化却很小。的变化却很小。的变化却很小。因此，这种电路具有对电源电压变化不敏感的优因此，这种电路具有对电源电压变化不敏感的优因此，这种电路具有对电源电压变化不敏感的优因此，这种电路具有对电源电压变化不敏感的优点点点点第二节第二节 改进型电流源改进型电流源MOSMOS管镜像电流源电路管镜像电流源电路级联型电流源电路级联型电流源电路反馈型电流源电路反馈型电流源电路有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路图4.2.4 加射极输出器的电流源返回返回图4.2.5 威尔逊电流源返回返回图4.2.6 基于比例电流源的多路电流源返回返回图4.2

13、.7 多集电极管构成的多路电流源返回返回图4.2.8 MOS管多路电流源返回返回图4.2.9 F007中的电流源电路返回返回图4.2.10 有源负载共射放大电路返回返回图4.2.11 有源负载差分放大电路返回返回第三节第三节 集成运算放大电路简介集成运算放大电路简介F007F007型型集成运放的集成运放的集成运放的集成运放的电路分析电路分析共集共集-共基差分共基差分放大电路放大电路恒流源负载恒流源负载共射电路共射电路准互补输准互补输出级出级第四节第四节 集成运放的性能指标集成运放的性能指标集成运放的主要性能指标1.1.差模开环放大倍数：差模开环放大倍数：A AOdOd2.2.共模抑制比：共模抑制比：K KCMRCMR3.3.差模输入电阻：差模输入电阻：R RIdId4.4.输入偏置电流：输入偏置电流：I IIBIB5.5.3dB3dB带宽带宽:f fH H6.6.输入失调电压及其温漂：输入失调电压及其温漂：U UIOIO,dUdUIOIO/d/dT T7.7.输入失调电压及其温漂：输入失调电压及其温漂：I IIOIO,dIdIIOIO/d/dT T