集成动算放大器优秀PPT.ppt
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1、集成动算放大器第一页,本课件共有59页集成电路是一种将集成电路是一种将“管管”和和“路路”紧密结合的器件,紧密结合的器件,它以半导体单晶硅为它以半导体单晶硅为芯片,芯片,采用专门的制造工艺,采用专门的制造工艺,把晶体管、把晶体管、场效应管、场效应管、二极管、二极管、电阻和电容电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起,等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起,使之具有特定的使之具有特定的功能。功能。模拟集成电路的种类很多,模拟集成电路的种类很多,有集成运算放大器有集成运算放大器(简称集成运放简称集成运放),集成功率集成功率放大器,放大器,集成模拟乘法器,集成模拟乘法
2、器,集成锁相环,集成锁相环,集成稳压器等。集成稳压器等。在模拟集成在模拟集成电路中,电路中,集成运算放大器是最为重要、集成运算放大器是最为重要、用途最广的一种,用途最广的一种,这里主要介绍这里主要介绍集成运放的内部电路、集成运放的内部电路、工作原理、工作原理、性能指标及常用等效模型。性能指标及常用等效模型。集成电路体积小、集成电路体积小、重量轻、重量轻、耗电少、耗电少、可靠性高,可靠性高,已成为现代电子器件已成为现代电子器件的主体。的主体。集成电路分集成电路分数字与模拟数字与模拟两大类。两大类。引言引言集成运算放大器集成运算放大器(简称集成运放简称集成运放),根据集成工艺不同有双极性和单极性之
3、,根据集成工艺不同有双极性和单极性之分。分。第二页,本课件共有59页运算放大器外形图运算放大器外形图第三页,本课件共有59页5.1集成运算放大器构成集成运算放大器构成集成运放的组成方框图集成运放的组成方框图第四页,本课件共有59页简单的集成运放原理电路简单的集成运放原理电路第五页,本课件共有59页输入级:输入级:差分电路,大大减少温漂。差分电路,大大减少温漂。中间级:中间级:采用采用有源负载的共发射极电路,增益大。为有源负载的共发射极电路,增益大。为提高放大倍数,常用复合管。提高放大倍数,常用复合管。输出级:输出级:具有输出电压线性范围宽、输出电阻小(具有输出电压线性范围宽、输出电阻小(带负带
4、负载能力强),非线性失真小。载能力强),非线性失真小。OCL电路。电路。偏置电路:偏置电路:镜像电流源,微电流源。镜像电流源,微电流源。第六页,本课件共有59页5.1.1差分差分(动动)式放大电路式放大电路集成电路运算放大器是一种具有集成电路运算放大器是一种具有高放大倍数高放大倍数的的多级多级直接耦合直接耦合放大电路。放大电路。当多级直接耦合放大电路的输入端短路当多级直接耦合放大电路的输入端短路(u ui i0)0),输,输出端电压它并不保持恒值,而在缓慢地、无规则地出端电压它并不保持恒值,而在缓慢地、无规则地变化着,这种现象就称为变化着,这种现象就称为零点漂移零点漂移。产生零点漂移的主要原因
5、是三极管受温度的影响。产生零点漂移的主要原因是三极管受温度的影响。抑抑制零点漂移要着重于第一级。有效的措施之一是采用制零点漂移要着重于第一级。有效的措施之一是采用差动放大电路,因而差动放大电路成为集成运放的主差动放大电路,因而差动放大电路成为集成运放的主要组成单元。要组成单元。第七页,本课件共有59页基本差分(动)放大电路 图图中中所示是一个基本所示是一个基本差动放大电路,又称为差动放大电路,又称为长尾式差动放大电路,长尾式差动放大电路,其结构特点是:其结构特点是:对称,即对称,即Rs1=Rs2=Rs,Rc1=Rc2=Rc,1=2=,UBEl=UBE2=UBE两个输入端两个输入端u ui1i1
6、和和u ui2i2两个输出端两个输出端u uo1o1和和u uo2o2第八页,本课件共有59页对称IC1=IC2=IC,IB1=IB2=IB,IE1=IE2=IE/2,UC1=UC2=UC对输入电路RsIB+UBE+2ReIE1=UEE有UE=2 2IE1Re-UEE2 2ICRe-UEEIBIC/UC=UCCRcICuO=UC1-U C2=0 第九页,本课件共有59页抑制零点漂移的作用抑制零点漂移的作用1 1)电路的对称性有效抑制了零点漂移;)电路的对称性有效抑制了零点漂移;2 2)R RE E 引入的电引入的电 流负反馈,稳定电路工作点,抑流负反馈,稳定电路工作点,抑制单个管子的零点漂移。
7、制单个管子的零点漂移。3 3)电源()电源(-U UEEEE)的作用是:)的作用是:a a)对三极管)对三极管T T 1 1、T T 2 2 提供基极电流;提供基极电流;b b)补偿)补偿I I E E 在在R RE E 上产生的直流压降,使上产生的直流压降,使U UE E =0 =0,则,则U UCECE =U UC C,输出电压有较大的变化范围。,输出电压有较大的变化范围。第十页,本课件共有59页5.1.2差分差分(动动)式放大电路的静态分析和动态分析式放大电路的静态分析和动态分析差差动动放放大大电电路路的的输输入入信信号号可可以以分分为为两两种种类类型型:共共模模信信号和差模信号。号和差
8、模信号。当当两两个个输输入入端端的的信信号号为为u ui1i1-u-ui2i2u uidid/2/2时时,输输入入方方式称为式称为差模输入差模输入。u uididu ui1i1-u-ui2i2称为称为差模信号差模信号。当当两两个个输输入入信信号号为为u ui1i1u ui2i2u uicic,u uicic称称为为共共模模信信号号,其其输输入入方方式式称称为为共共模模输输入入。u uicic的的作作用用与与温温度度影影响响相相似似,所所以以常常常常用用对对共共模模信信号号的的抑抑制制能能力力来来反反映映电电路对零漂的抑制能力。路对零漂的抑制能力。第十一页,本课件共有59页当当两两个个输输入入端
9、端各各加加一一个个任任意意的的信信号号电电压压u ui1i1和和u ui2i2,这这两两个个输输入入信信号可以分解为差模信号和共模信号,号可以分解为差模信号和共模信号,u uididu ui1i1-u-ui2i2 u uicic=(u=(ui1i1+u+ui2i2)/2)/2 两个输入电压可用共模和差模信号表示,两个输入电压可用共模和差模信号表示,u ui1i1u uicic+u+uidid/2 u/2 ui2i2=u=uicic-u-uidid/2/2在在差差模模信信号号和和共共模模信信号号同同时时存存在在的的情情况况下下,对对于于线线性性放放大大电电路路来来说,可利用叠加原理来求出总的输出
10、电压。说,可利用叠加原理来求出总的输出电压。u uo o=A=Aududu uidid+A+Aucucu uicic A Audud=u=uododu uidid为差模电压放大倍数为差模电压放大倍数A Aucuc=u=uococu uicic为共模电压放大倍数。为共模电压放大倍数。共模抑制比共模抑制比KCMR:KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在其典型值在80dB以上,性能好的高达以上,性能好的高达180dB。第十二页,本课件共有59页5.1.3偏置电路偏置电路恒流源电路使用电阻较多,且作为恒流源的管子,恒流源电路使用电阻较多,且作为恒流源的管子,它的它的U UBEBE还要受
11、温度的影响,因此抑制零漂不够理还要受温度的影响,因此抑制零漂不够理想。想。在电子电路特别是模拟集成电路中,广泛使用在电子电路特别是模拟集成电路中,广泛使用的另一种单元电路是电流源,它为放大电路提的另一种单元电路是电流源,它为放大电路提供稳定的偏置电流,或作放大电路的有源负载。供稳定的偏置电流,或作放大电路的有源负载。利用晶体管输出特性具有恒流的特点,采用适当的利用晶体管输出特性具有恒流的特点,采用适当的辅助电路可以使其恒流特性更接近于理想情况。辅助电路可以使其恒流特性更接近于理想情况。第十三页,本课件共有59页1.镜像电流源镜像电流源T T1 1、T T2 2特性完全相同,有特性完全相同,有1
12、 1=2 2=,U UBE1BE1=U=UBE2BE2=U=UBEBE,I IElElI IE2E2。R RL L是后级电是后级电路的等效电阻,路的等效电阻,R R称作限流电阻。称作限流电阻。对整个对整个T T1 1管应用管应用KCLKCL,有,有I IR R=I=IE1E1+I+IB2B2=I=IE2E2+I+IB2B2=I=IC2C2+2I2IB2B2=(1+/2)I=(1+/2)IC2C2当当22,I IR R I Io o=I=IC2C2而而I IR R=(U=(UCCCC-U-UBEBE)/R)/R所以,当所以,当R R确定后,确定后,I IR R就确定了,就确定了,I Io o也随
13、之而定,也随之而定,I Io o就如同就如同I IR R在镜子中的影像一样,在镜子中的影像一样,故称该电路为镜像电流源,故称该电路为镜像电流源,I IR R称作电流源的基准电流。称作电流源的基准电流。在在U UCCCCUUBEBE的条件下,的条件下,I Io o UUCCCC/R/R与晶体管的参数无关,具有很好的温度稳定与晶体管的参数无关,具有很好的温度稳定性和较好的恒流特性。性和较好的恒流特性。第十四页,本课件共有59页5.多路电流源多路电流源用一个基准电流去控制多个输出电流,就构成了多路电流源当较大时,有IEICIR由于各管的、UBE相同,则IERe=IE1Re1=IE2Re2=IE3Re
14、3IRRe所以IC1IE1=IRRe/Re1,IC2IE2=IRRe/Re2,IC3IE3=IRRe/Re3当当IR确定后,改变各确定后,改变各Rei ,可获得不同的输出电流。,可获得不同的输出电流。第十五页,本课件共有59页5.1.4功率放大电路功率放大电路放放大大电电路路(集集成成运运放放)的的最最后后一一级级常常常常要要求求能能带带一一定定的的负负载载,例例如如推推动动扬扬声声器器使使之之发发出出声声音音,推推动动电电动动机机旋旋转转等等,即即要要输输出出一一定定的的信信号号功功率率。这这种种以以输出功率为主要目的的放大级称为功率放大电路。输出功率为主要目的的放大级称为功率放大电路。第十
15、六页,本课件共有59页功率放大电路的特点功率放大电路的特点(1)输出功率尽可能大问题,管子工作在接近极限参数。(2)消耗的功率大,存在效率问题。所谓效率,就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。(3)功率放大器在大信号下工作,难免产生非线性失真。而且输出功率越大,失真往往越严重。(4)由于流过功放管的电流较大,有相当大的功率消耗在管子上。因此,要有散热和保护保护措施。(5)由于功放管是在大信号下工作,一般只能采用图解分析法。第十七页,本课件共有59页功率放大电路的要求功率放大电路的要求就本质而言,功率放大电路和电压放大电路并没有什么区别。但它们要完成的任务不同,因而对它们的要求也
16、不同。电压放大电路通常是在小信号下工作,主要任务是在信号不失真的条件输出足够大的电压。要求电压放大倍数Au足够大;输入电阻ri大,以便从前级得到足够大的电压;输出电阻ro小,以便将更多的电压传给下一级。功率放大器则不同,它通常作为放大电路的最后一级,工作于大信号下,要求不失真地输出足够大的功率PO且效率要高。第十八页,本课件共有59页功率放大电路的三种工作方式功率放大电路的三种工作方式甲类工作方式甲类工作方式:Q Q点点设设置置在在负负载载线线的的中中点点,在在输输入入信信号号的的正正负负半半周周,晶晶体体管管都都在在工工作作,管管子子的的导导通通角角为为360360,输输出出波波形形失失真真
17、小小,但静态管子功耗大,效率低。但静态管子功耗大,效率低。乙类工作方式:乙类工作方式:Q Q点点在在负负载载线线的的最最低低点点,由由于于静静态态时时电电流流为为零零,无无功功耗耗,效效率率最最高高。但但此此时时放放大大电电路路只只在在输输入入信信号号的的正正半半周周工工作作,负负半半周周时时晶晶体管截止,管子的导通角为体管截止,管子的导通角为180180,输出波形出现严重的失真。,输出波形出现严重的失真。甲乙类工作方式甲乙类工作方式:Q Q点点略略高高于于乙乙类类时时,静静态态电电流流很很小小,静静态态消消耗耗约约为为零零,效效率率也也很很高高。晶晶体体的的导导通通时时间间大大于于半半个个周
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