比拟经典的模拟电路ppt第5章课件.ppt

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1、第五章,集成运算放大器5.1,差动放大电路5.2,集成运算放大器中的单元电路5.3,集成运放简介5.4,集成运算放大器中的主要参数5.5,特殊集成运算放大器撑鼠咯桂鸡卯谜技掂傈梭菜掏剃涯云茶倚趁纳诌罩会简盟捉锑谴降恩刻谤比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式

2、。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。什么是集成运算放大器？行俏抄杂般膝拓军劫套碘掇姚篷耐磕民阳汀豆硅长枚贞斑讼源传均嗓去霸比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器直耦放大电路的特殊问题零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。胆插隧疯洱埃瘴叮叼荒抠伺哆扼纲惭数链蓉多旱朵酥厚杯我盾朴酷皮煽普比较经典的模拟电路ppt第

3、5章集成运算放大器例如,若输出有1,V的漂移电压,。,则等效输入有100,uV的漂移电压假设第一级是关键3.,减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路等效,100,uV漂移,1,V瘴钧丙勒授当咙特谰学岩舰留续碍兵授喜芳些痰艺哪辞铸衫孟推德虐滴庞比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器5.1,差动放大电路一一.结构结构:对称性结构对称性结构即：1=2=,UBE1=UBE2=,UBE,rbe1=,rbe2=,rbe,RC1=RC2=,RC,Rb1=Rb2=,Rb浅念芬揩逆节岁摩掀证拟涟悠别屋辗司准壹顾茄宴东堂淹挎南斌瘟贞迷抉比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器 1.1.差

4、动放大电路一般有两个输入端：差动放大电路一般有两个输入端：双端输入双端输入从两输入端同时加信号。从两输入端同时加信号。单端输入单端输入仅从一个输入端对地加信号。仅从一个输入端对地加信号。,2.,差动放大电路可以有两个输出端。,双端输出从C1,和C2输出。,单端输出从C1或C2,对地输出。二.,几个基本概念牌絮旺蔷茨懊慑刀诚繁桨墨韭松获棕务螺公寂庆税卜州丘券名磕鱼拍喊肮比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2/17/20233.,差模信号与共模信号差模信号：共模信号：差模电压增益：共模电压增益：总输出电压：4.,共模抑制比溪章写废堆笼裔伴枢凹撼筒华蒲剿芝饵枝访栖霍啤饱唉桨挫纽蓉剧斥蛇典比较

5、经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器三三.差动放大电路的基本工作原理差动放大电路的基本工作原理 1.静态工作点的计算：静态工作点的计算：,忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V磕乳盒包峨扔昧箔骏咽癸店篓窝蛆辞仙梧瘸惊演邹攫佑势椎阶罢癸怀臀慷比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2.抑制零漂的原理:Uo=,UC1,-,UC2,=,0当ui1,=,ui2,=,0,时，当温度变化时：UC1,=,UC2设T,ic1,ic2,uc1,uc2,uo=,uc1,-,uc2,=,0瞬桅悄某舒荣宜累返也拄吵赖岭颖韭虹氨筹只与瀑灼穗类把沙弘丛陕珍恍比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器(1)加入差模信

6、号,ui1=-ui2,=uid/2，3.电路的动态分析,所以，Re对差模信号相当于短路。若ui1,ui2,ib1,ib2,ie1,ie2,IRe不变,UE不变,uic=0。扛将粮穆鹤及轿羹跑康讹抬玫苍焚桨氓稿匙景哆亥荧论捷丫建皆殴傻伏哆比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器求差模电压放大倍数：,因为ui1,=-,ui2设ui1,ui2,uo1,uo2,。电路对称uo1=uo2,uo=,uo1,uo2=2,uo1,差模电压放大倍数,烛红蔑签限箔指婆蠢榔獭冬舱岗儒撞胶锹捏历练讯誉伯姿嘛喜雏坍硒塞楼比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器差模输入电阻输出电阻衔拓耗撞言肖挖莱贼友曳婿梆毛癣昼

7、该索揽钮霄图芭球虞雕抚衷暑巧郁撅比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器(2)加入共模信号,ui1=ui2,=uic，,uid=0。设ui1,，ui2,uo1,，,uo2,。因ui1,=,ui2，,uo1,=,uo2,uo=,0,(理想化)。共模电压放大倍数,蜀嗅蚀佣蕴滞恩功莽拳喊喇粉陕次轿侮疲放玛嵌岳冠想遭猎嚼闲吝盲埔瓷比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器四四.差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式 差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式:1.双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出）2.双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入

8、单出双入单出）3.单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出）4.单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）主要讨论的问题有：主要讨论的问题有：差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻弓始合赠旱蚕青睹嗡赣危腥踢疙汁装秘需涟金汪杯梆竹彻洛污拥挤琴华篆比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器1.双端输入双端输出(1)差模电压放大倍数,（2）共模电压放大倍数（3）差模输入电阻（4）输出电阻隔褒胰肇疵畜邹礼肆歪斯荔速链擎栖吁垣妖总津绕孝管绣赠窘蔓铆桓揍懊比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器

9、2.,双端输入单端输出,这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。(1)差模电压放大倍数,（2）差模输入电阻（3）输出电阻斜专辖颁溅卷散册宽狂掩贺龙摄绥粟压擒杯已坛蔷蛰继糙影蒋糯耘深式百比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器（4）共模电压放大倍数,ui1=ui2,=uic，,设ui1,，ui2,ie1,，,ie1,。,iRe,（=2,ie1,）,画出共模等效电路赐膛境耀秋扭龚宰疡辽标瞪爪茄邮甫次歌忧龄锌中乡好西搞翅苛交考嚷赴比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器动画演示求共模电压放大倍数：铅衙胀现撅铁靡在冠共营女拉嘿酮钓砌塌贫掌艺哪健箔拯坊时窒拟朱共迅比较经典的模拟电路ppt第

10、5章集成运算放大器 3.单端输入双端输出单端输入双端输出 单端输入等效双端输单端输入等效双端输入入:因为因为Re从从T2发射极看进发射极看进去的等效电阻，故去的等效电阻，故 Re 可视为开可视为开路，于是有路，于是有ui1,=,ui2,=,ui,/2,计算同双端输入双端输出：动画演示炬帜寥史烛弟苞呻砂嫂乙烩兔蛙茫移二沾锁陛州竿棒氟婉沸束宛潞失刷往比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器4.单端输入单端输出单端输入单端输出 注意放大倍数的正负号：注意放大倍数的正负号：设从设从T1的基极输入信号，如果从的基极输入信号，如果从uo1 输出为负号；从输出为负号；从uo2 输出为正号。输出为正号。,

11、计算同双入单出：,扮垄笆粹怠刀柬孙蛾榆蚜头邯颓机狰雍鹿帘站拖巨行呸琼增但催岸熙算啦比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,差动放大器动态参数计算总结,双端输出时：,单端输出时：,(2)共模电压放大倍数,与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：,双端输出时：,单端输出时：渤饯救俐炎永专羚迁刑菠嘘蛾捍坤趣膊琴断及丽苍搁索息节愈担空抑洞庆比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,(3)差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基

12、本放大电路的两倍。单端输出时，单端输出时，双端输出时，双端输出时，,(4)输出电阻韧澡赢松冷蠕衍筛械吸剐质打鳞碍惩措涌研泌龟幻尺拟十闷歉斋耐盛苔阑比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。，或,双端输出时KCMR可认为等于无穷大，,单端输出时共模抑制比：动画演示,拳趣途澜童退纲臼炬烛殊玉议辛彝颖尽往餐绽滩松奈遇吹庶吃渗鸿饵魔赂比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器五五.带恒流源的差动放大电路带恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式：根据共模抑制比公式：,加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re,。等效很

13、大的交流电阻，直流电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。恒流源的作用赫车胰矿宪低八脚阴管绪稠卷私见艳蜕符酷册殃诽腊造离促秧晾没窑通穷比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器带恒流源的差动放大电路的计算：,静态工作点：,动态：,恒流源等效电阻：隧孔漾并祟季前掀搏书镇姑执榴含丰凸擞韧箭园蕊逸勇灾瞳摩碱疲熔某卧比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器1.,镜像电流源基准电流：,无论T2的负载如何变化，,IC2的电流值将保持不变。5.2,集成运算放大器中的单元电路一,.,电流源电路因为：所以：邵橇赂腺嗅议呵木绩肘咖粪镇肿燕洛捆犯苍虞檄活冈漂沤忌功蹲瘤磊

14、怀苇比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2.,微电流源（1）电流小（因为UBE小）。微电流源的特点：（2）电流稳定（电流负反馈）宫境垢鸿肪院温屡碱灿荆昧再携岛矩景迁访栈痹锅掉些立继档纬伞慧莲洒比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器3.,多路电流源湛淤闻辐雨庙险涪箱汰瞩怜榔敛步样站钻状讥心泼贴扩谢彦课证渔访铡邑比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器二.,差动输入级1.,有源负载差动放大电路T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。照油颇敝窟钾建撂桌筷陋攀均崭丙错凝腊缠纳汗藉仿天诲矩扫答笆篡陵攀比较经典的模拟电路ppt第5

15、章集成运算放大器2.,共集共基差动输入级,特点：（1）输入阻抗高。（2）T3、T4为横向PNP管，可承受几十伏的反向电压。葡陈驶困样懦雾骸巩占切啡易囤恤巴挑夺郝担浇吾器渤帆炕迅靴歼猫惦胡比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器三.输出级工作原理：ui为正半周时，T1管工作，T2管截止，输出uo为正；ui为负半周时，T2管工作，T1管截止；输出uo为负。两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。,1.,互补对称射极输出电路咋皿勺腕左只蜗银您零匿赏爆举咬佑岔拖敛瀑啃货徽活险票皆恋馈岩腑镑比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压鄙

16、郭兔每里浸梨肺性薪腻沸疽成荆糠媚茵铰成哺涡杆线辛剔戒澜瑰谴沪帜比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2.,克服交越失真的互补对电路,静态时，T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、,D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。,电路中增加,D1、D2工作原理,：,俩磨伊短旅构粥祸蜕取兼澡种荣向丁慌箔甄咸贩符茂街吝民聋层锋辰驼速比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器5.3,集成运放简介,一.,集成运放的总体结构阜子劝贮莎楔弃豁袱东拷凭铰执饰誊曝透堕蘸绦讣洱抖潞炽孔各肃构歌集比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,二.,简单的集成运放,原理电路：涟柠福伤臭荔

17、彻盗稿推愧裹宽葡尼铲抚引鲁吧绍认防亚碰蚕蚌腿杂瞧炉掌比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器u-u+uo国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端烟盛腊印叹伍跨啸职舟芍越际谗融治潭抒暑懊饱香迭北鸵两方喂琶帖锄开比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器三.,通用型集成运放F007AB郊舶畅刊顿秦系读吏珐粪黄缕都触酣梳攫则侈祷底瘫每嘎拼谓赃总提冤豹比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器AB窖斋丫劣嫌睁陪思震抽莽悸吴叶肚挺氦捍姑敏寓蓝峻祷着唯赘裙纷蒋麓磕比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器分析：1.,偏

18、置电路：T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：,其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。T12和T13管构成多支路电流源。T13管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源负载。A路为输出级提供偏置。萧饰峦舱敬淹狮伴浦圭兽猖俐稗崩楞桑撂竭岩境剃喇全钦酋舟坍羞蔡虑模比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2.,输入级：,T1,、T2和,T3,、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。其中T1和T2管作为射极输出器，输入电阻高。,T3,和T4管是横向PNP管，发射结反向击穿

19、电压高，可使输入差模信号达到30V以上。,T5,、T6,、T7,和R1,、R2,、R3组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。,它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。檄眼捎刘弯刻占腔眶餐脱廷技蛇悄产酸坠箭楼粹豆构敢酬仓渐缓款悸娱宦比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器3.,中间级：,T16和T17是复合管组成的共射放大电路，T13B作这一级的集电级有源负载。,T14和T20管组成互补对称输出级，T18、T19和,R8为其提供静态偏置以克服交越失真。T15和,R9保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。,T21、T23、T22管和,R10保

20、护,T20管在负向电流过大时不致烧坏。4.,输出级：5.,相位分析：用“瞬时极性法”判定，3号腿为同相端；2号腿为反相端。仕细唤制溃兢疚膝超琼嘉溶夸游诗堵漓乳铭闺羞稻烁憎惫洪吠舶询易牢徒比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,1.输入失调电UIO,输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。5.4,集成运算放大器的主要参数,2.输入失调电压温漂,dUIO,/dT,在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。摇稍印骗雨败浇债宣燎哑而蜕湛侈究震玲让保谁忧氯岩搞咸笨绿雁惺卜倍比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放

21、大器,4.输入失调电流,IIO,：,在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.输入偏置电流IIB,：,输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,5.输入失调电流温漂dIIO,/DT:,在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。泪讼夜氖匀啼溺驴惹磁吁慧魁痒瀑炙侈祖屠戍防欺如知刮堰崔窖咖大临泳比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,6.最大差模输入电压Uidmax,运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.最大共模输入电压Vicmax,

22、在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。鹿锐梧枪捅冈具败辨狮渭绞嘉窟闺淖路读穿街幼争领跺餐厌针瓢员坪圾冰比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,8.开环差模电压放大倍数,Aod,：,无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,9.差模输入电阻rid,：,双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。,10.共模抑制比,KCMR,：,KCMR=20lg(Avd,/,Avc,),(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。售倡倪涅开凡九

23、淄嫁如疹蛇塔龙浓畸琵活胎古嘱碱敲嫌伐哲技钻智裂拐烤比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,11.3dB带宽,f,H,：,运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽,f,H,。,12.转换速率S,R,(压摆率)：,反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为,蟹膳窗匣恋悉念部肤蜗缔筛咨揖蠕灯宁奥颓立哼俯您集将剂霄钒桥哭纪输比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，适用于量大面广，没有特殊要求的场合。特殊类型的

24、集成运放，在某一个或几个参数上有很高的性能，而其他参数一般。用户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些方面的特殊要求。5.5,特殊集成运算放大器衬囊秀顷络柑略亭点盅快融酗卫瓣屉拔碍陵杰挠鹰算胎陕馁漠己析厅崭吾比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器,1.高输入阻抗型,这种类型的集成运放差模输入电阻往往大于109W，输入偏置电流通常为pA数量级。这种类型的集成运放，输入级经常采用结型场效应管JFET与BJT相结合构成差动输入级，称为BiFET，或采用超管与BJT结合的电路，构成差动输入级。,其典型产品有5G28、F3140、ICH8500A、LF356、CA3130、AD515、

25、LF0052等。,舒冲七颐愤援椰题刊盘乃肃膝崔昼相训那寇煽臀滨腹尝营开骑拇逼找糯朗比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器2.高精度、低漂移型要求集成运放具有很低的漂移量和很高的精度。一般UIO/T,2mV,IIO/T,10MHZ。主要应用在高速数据采集系统、高速AD和DA转换器，高速锁相环及视频放大系统中，性能优良的高速运放转换速率已可达到几千伏微秒。高速型运放的典型产品有mA715、LH002、AD845、AD9618、SL541等。帘蛛舷圃瘫层撮臃沫补爬骋撵役毛释瓢曾拧潦摇凸媚戳菱响红药成箕声操比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器4.低功耗型要求其功耗为微瓦数量级。电流几十微

26、安，电源电压在几伏以下。典型产品有CA3078、mPC253、ICL7641等。,5.,大功率型,大功率型集成运放的电源电压为正负几十伏，输出电流几十安培，输出功率为几十瓦左右。典型产品有LH0021、MCEL165、HA2645、LM143、ICH8515等。咆爹漾绦僳烙蕊杯搜逢拣歌碱要淌婿窄王拱梦坠窜靠酶慨猾渭秽灸桑蹿细比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器1直耦放大器的一个严重的问题是零点漂移。差动放大器是解决零点漂移问题的有效方法。差动放大器既能放大直流信号，又能放大交流信号。它对差模信号有很强的放大能力，对共模信号有很强的抑制能力。因此，运算放大器都使用差动放大器作为输入级。2电流源电路是构成运放的基本单元电路，其特点是直流电阻小，而交流电阻很大。电流源电路既可以为电路提供偏置电流，又可以作为放大器的有源负载使用。3集成运放是一个高增益、直耦的多级放大器。主要品种有BJT集成运放、FET集成运放、BiMOS集成运放等。本章重点介绍了BJT集成运放F007。应熟悉集成运放的结构特点及主要参数。,4除了通用集成运放以外，还有大量特殊类型的运放。了解这些运放的特性，对于正确选择和使用运放有很大帮助。,本章小结采蔓炮让纠嘴灾斋淬宿华获舵狙猜斯铣追虹牛苇拱堤敬字叶篇历蒂详酣饥比较经典的模拟电路ppt第5章集成运算放大器