模电第六章集成运放优秀课件.ppt

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1、模电课件第六章集成运放第1页，本讲稿共30页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。高增益的直接耦合的集成的多级放大器。一.什么是集成运算放大器？第六章 集成电路运算放大器引 言 二、集成电路的分类 数字集成电路：如74LS00 模拟集成电路：如运算放大器、功率放大器、集成稳压电路 数、模混合集成电路：如A/D、D/A转换器 专用集成电路：如某些专用特殊功能的集成电路 三、模拟集成电路的特点（P.227）1、元件对称性：常用于运算放大器的输入端；2、常用有源器件代替无源元件 因为电阻电容占用硅片面积大且精度不高第2页，本讲稿共30页 3、极间耦合采用直接耦合方式 4、采

2、用复合管结构的电路作为运算放大器的输出端 5、常用BJT的发射结代替电路中的二极管第3页，本讲稿共30页6.1 集成电路运算放大器中的电流源 在集成电路中常用电流源代替电路中的各类电阻。如集电极负载电阻RC用电流源代替，称为有源负载；偏置电阻Rb用电流源代替，称为有源偏置；射极电阻Re用电流源代替，称为有源负载射极电流源等。因此电流源在集成电路中应用广泛。一、镜像电流源电路 IC2IREF，两边的电流象镜子一样对称，称为“镜像电流源”。从上式可知，值越大，镜像效果越好，为提高镜像效果，要求IB尽可能小，使IREF尽可能等于IC1（IC2）。改进电路如P.229图6.1.2所示。第4页，本讲稿共

3、30页 改进型镜像电流源电路图：二、微电流源 因两管特性基本一致，VBEVBE1VBE2很小，故IE2很小，只有A级。其作用是：电源VCC波动或温度变化引起电路参数变化，但VBE相对变化量小，IE2变化也小，达到稳定电路的作用。P.230图6.1.4多路微电流源第5页，本讲稿共30页例1 多路比例电流源电路如图所示，已知各三极管的参数、VBE数值相同，求各电流源IC1、IC2及IC3与基准电流源IREF的关系式。解：由于图中各三极管的基极连在一起，故:可见，改变RE1、RE2和RE3的大小，即可获得不同数值的输出电流。多路电流源在集成电路中应用很广，它能同时给多个放大电路提供偏置电流。第6页，

4、本讲稿共30页 三、电流源用作有源负载 举例：P.231 6.1.3 定性分析图中所示电路，说明T1、T2在电路中的作用。T1：共集电极放大电路（射极输出器）；T2：为T1射极恒流源。第7页，本讲稿共30页6.2 差分式放大电路功能:放大两个输入信号之差.在电路完全对称的情况下，有:vo=AVd（vi1-vi2）式中：AVd差分式放大电路的差模电压放大倍数，它表示对两个信号之差的放大能力。差模信号：两输入端对地的输入信号大小相等，极性相反时，称差模输入，即vid1-vi d 2，差模输入信号为：vi d=vid1-vi d2=2vi d1=-2 vi d2。共模信号：加在差放两输入端的大小相等

5、，极性相同的信号，即 vic=vic1=vic2。一般加在两输入端的信号是任意的，但都可以分解为差模信号和共模信号，即：vi1vi d1+vic1，vi2vi d2+vic2,如下图所示的零漂：当当ui=0,u00时，相当于拆算到输入端的等效漂移电压。即为共模输入信号。第8页，本讲稿共30页设ui1=10mv ui2=6mv 分解：ui1=8+2 ui2=8-2共模分量共模分量：Uic1=uic2=8mv差模分量差模分量：Uid1=2mv uid2=-2mv所以，任意两个输入信号都可分解为差模信号和共模信号，其中，差模信号是两个输入信号之差，即：vi d=vid1-vid2=vi1-vi2，共

6、模信号是两个输入信号的算术平均值：vic=(vi1+vi2)/2。当用共模信号和差模信号共同表示输入信号时，有：差放的输出电压：vo=AVdvid+AVcvic 式中：AVd为差模电压放大倍数，表示对差模信号的放大力；AVc为共模电压放大倍数，表示对共模信号的放大能力。第9页，本讲稿共30页 差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。差动放大电路可以有差动放大电路可以有两个输出端。两个输出端。双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。单端输出单端

7、输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。10/24/2022第10页，本讲稿共30页6.2.1 差动放大电路差动放大电路一一.结构结构:对称性结构对称性结构即：即：1=2=UBE1=UBE2=UBE rbe1=rbe2=rbe RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb第11页，本讲稿共30页1静态分析静态时，vi1=vi2=0，电路对称，VBE1VBE2VBE，RC1RC2RC，所以，vEVBE，VCE1VCE2VC1VEVCCIC1RC+VBE 输出电压：VoVC1VC20。2.抑制零点漂 移的原理:零漂现象零漂现象：输入输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。时，输出有缓慢变化的电压产

8、生。产生零漂的原因产生零漂的原因：由由温温度度变变化化引引起起的的。当当温温度度变变化化使使第第一一级级放放大大器器的的静静态态工工作作点点发发生生微微小小变变化化时时，这这种种变变化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温漂。第12页，本讲稿共30页特点：变法缓慢）漂移信号在直接耦合漂移信号在直接耦合放大电路中能逐级放大放大电路中能逐级放大差放对零漂零漂抑制作用原理：因电路对称，IC1=IC2，VC1=VC2 所以：VC=（VC1）（VC2）=差模特性 差放输入为差模信号，即v

9、i1=vi d1,vi 2=vi d2=vi d1 双端输入、双端输出；）差模信号的交流通路:第13页，本讲稿共30页由于vi1=-vi 2，IB1=-IB2,IC1=-IC2VE=（IE1IE2）r0=0所以r0对差模信号相当于交流 短路.RL：因为RL两端的电压：vC1=-vC2,所以RL中点电位为零，相当于接地，各三极管所带负载为RL的一半，即RL/2。）差模电压放大倍数：单边等效电路如图 若负载开路，即RL=则：所以，双端输出时，电路的电压放大倍数等于单边等效电路的电压放大倍数。第14页，本讲稿共30页)差模输入电阻 为两个单边等效电路的输入电阻之和，即：RidRid1+Rid2=2R

10、id12rbe）差模输出电阻双端输出时：即：Rod2Rod12RC ）双端输入、单端输出：即：从从T1管取输出管取输出.反相输出反相输出单端输出时，电压放大倍数等于单边等效电路电压放大倍数的一半。第15页，本讲稿共30页从从T2管取输出管取输出.同相输出同相输出输入电阻Ri：与输出方式无关，Ri 2rbe 输出电阻Ro：RodRod1RC）单端输入：vi1=vi d，vi2=0，可分解为差模信号和共模信号：单端输入时与双端输入完全相同的特性。第16页，本讲稿共30页归纳：差放电路的各项性能指标（AVd、Rid、Rod）只与输出方式有关，与输入方式无关。双端输出时，AVdAVd1，Rod=2Ro

11、d1；单端输出时，AVdAVd1/2，Rod=Rod1。输入电阻Rid与输入、输出方式都无关Rid=2Rid1。、共模特性 1）共模信号 的交流通路：r0：i0=iE1+iE2=2iE1，vE=i0 r0=2iE1 r0=iE1（2r0）RL:电路对称 vC1=vC2流过RL的共模信号电流为零.RL对共模信号相当于开路。得交流通路:作业：P.269-T6.1.2，T6.2.2第17页，本讲稿共30页2)共模电压放大倍数 双端输出:因电路的对称:voc=voc1-voc20 单端输出:一般:（1+）2 r0 rbe，1，3)共模输入电阻:4)共模输出电阻:双端输出时：ROC=2Roc1=2RC

12、单端输出时：ROC=Roc1=RC 第18页，本讲稿共30页5)共模抑制比KCMR:也用分贝（dB）数来表示:定义：P.236，KCMR|AVd/AVC|，它是衡量放大器对抑制共模信号的能力的大小。要求KCMR越大越好。集成运放的KCMR至少70dB（103）。双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：第19页，本讲稿共30页6)、如何提高共模抑制比KCMR 1、简单差放存在的问题 差分电路两边的元器件参数、性能不可能完全一致；双端输出时，AVC0，才能使KCMR；如是单端输出，AVC1RL,/（2RE），而工程上又往往要求输出

13、信号有一端接地，即采用是单端输出，简单的差放不能使KCMR；2、解决的办法：只有加大RE。RE称为射极等效电阻。在两个差分管的射极处加接“长尾电阻”Re。当然，Re越大越好。（如P.271T6.2.5、6.2.6）Re太大，不便集成，采用恒流源代替Re。（如P.271T6.2.3、6.2.7）第20页，本讲稿共30页例1:电路如右图所示，已知，1=2=50，VCC=VEE=15V，RC=RL=10K，RE=20K,RB=5.1K，求：（1）静态工作点。（2）双端输出时的差模电压放大倍数AVd、差模输入电阻Rid及输出电阻Rod；（3）当RL接在T1的集电极与地之间时的差模电压放大倍数AVd、共

14、模电压放大倍数AVc及共模抑制比KCMR。（4）vi1=5mV，vi2=1mV时，求T1管输出时的输出电压vo1 解：解：1.静态分析确定静态工作点：静态时vi1=vi2=0，由基极回路可列出：因：VEEVBE，（1+）RERB，所以：第21页，本讲稿共30页画出单边差模信号微变等效电路如图:双端输出时：单端输出时：第22页，本讲稿共30页 画出单边共模信号微变等效电路如图所示：当vi1=5mV，vi2=1mV时，第23页，本讲稿共30页 例2：P.271 6.2.3 电路如图题电路如图题6.2.3所示，所示，Re1Re2100，BJT的的100，VBE0.6V，求：（求：（1）Q点点（IB1

15、、IC1、VCE1）；（）；（2）当当ui10.01V、ui20.01V时，求输出电压时，求输出电压uOuO1uO2的值；的值；（3）当）当C1、C2间接入负载电阻间接入负载电阻RL5.6k时，求时，求uO的值；（的值；（4）求电路的差模输入电阻）求电路的差模输入电阻Rid、共共模输入电阻模输入电阻Ric和输出电阻和输出电阻Ro。解解：（1）求Q点：IC1IC2IO/2221mAIB1IB2IC/1mA/10010A静态时：Vi1Vi20；VB10；VBE10.6V，VCE1VCCIC1RC1VBE15V（2）求输出电压VO rbe200（1）26IEQ2.8k uOAVDuidAVD（ui1

16、ui2）0.87V（3）求uO uOAVDuidAid（ui1ui2）0.29V 第24页，本讲稿共30页（4）求Rid、RiC、RO Rid2rbe（1）Re122.8（1100）0.125.8kRiCrbe（1）Re12(1)ro/22ro（1）/2 ro（1）100（1100）10MRO2RC25.611.2k第25页，本讲稿共30页6.3 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 一一.集成运放的总体结构集成运放的总体结构第26页，本讲稿共30页 二二.简单的集成运放简单的集成运放 原理电路：原理电路：第27页，本讲稿共30页u-u+uo三三.集成运算放大器符号集成运算放大器符号（极性及瞬

17、时极性法）国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小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第28页，本讲稿共30页 三、通用型集成运算放大器741简介 （P.247图6.3.3）第29页，本讲稿共30页6.4 集成电路运算放大器的主要参数 为了正确挑选和使用集成运放，必须搞清它的参数的含义。见P.249253。理想运放（P.253）：1、开环差模电压增益AVO；2、开环差模输入电阻rid；3、开环输出电阻ro0；4、共模电压放大倍数Aoc0；5、共模抑制比KCMR；6、输入偏置电流II+II0；7、失调电压VIO0，失调电流IIO0。理想集成运放的两个重要概念（P.329）：1、输入偏置电流IP IN0，没有电流流进运放，运放两输入端间像断开一样，称为“虚断”；2、失调电压VIO0，失调电流IIO0，运放两输入端间像导线短接一样，称为“虚短”。典型集成电路运算放大器参数表 见P.257表6.5.1。作业：P.272T6.2.4预习：第七章7.1第30页，本讲稿共30页