第14讲集成运算放大电路ppt课件

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1、1,第四章 集成运算放大电路,4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放中的电流源电路 4.3 集成运放电路简介 4.4 集成运放的性能指标 4.5 集成运放的种类及选择 4.6 集成运放的使用,2,第十四讲 集成运算放大电路,一、概述,二、集成运放中的电流源电路,三、集成运放电路分析,四、集成运放的主要性能指标,五、集成运放的种类,3,4.1 集成运放概述,（1）制造工艺一致性、对称性好受温度影响小。 （2）连线短，焊点少可靠性高。 （3）充分利用复杂电路形式（容易做到）提高各方面性能(复合管、有源负载)。 （4）集成大R、C难有源器件代替R （R1050K；C0.1pF50pF）,1.

2、 集成电路的特点,集成电路“管”、“路”一体器件，具有特定功能。,集成运放高性能的直接耦合多级放大电路。,4.1 概述,4,输入级（前置级）差分放大电路。要求Ri大， Ad 大， Ac小，输入端耐压高。,4.1 概述,一个 输出端,2. 集成运放电路的组成及各部分作用,偏置电路电流源电路 为各级设置合适的静Q点,要 求IC/ID小、稳定。,中间级共射/源放大电路。主放大级， Ad要 输出级（功率级）准互补输出电路。要求Ro小， 输出电压动态范围宽、失真小。,5,Aod高达几十万倍线性区很窄、输入 电压(uPuN) 很小(几十一百多V),线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。

3、,饱和区：uO=UOM （uPuN为+UOM，uPuN为UOM）,uO=f(uP-uN),3.集成运放的符号和电压传输特性,UOM,-UOM,线性区(放大区),uP uO与uP同相 uN uO与uN反相,(1)符号,(2)传输特性,4.1 概述,6,4.2 集成运放的偏置电路电流源电路,1.镜像电流源,T0 和 T1 特性一致,基准电流,“镜像”,IR基准电流；IC(IC1)工作电流（偏置电流）,*镜像电流源的温度补偿作用：温度IC1、IC0IRURUBIC1,4.2 电流源电路,7,2. 微电流源,当IC0IR一定时，由所需IC1计算Re值：,镜像电流源简单，但要求IC1小（量级）时R大，集

4、成困难！ 为使IC1为弱电流，且R不大Re微电流源,因为UBE1UBE0 IC1IC0,当IC0IB0+IB1时，IC0IR,即IC1IR=（VCC-UBEO）/R,IR可大R就可小一些,(几十）,4.2 电流源电路,8,3.比例电流源,UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1,因为 UBE0=UBE1 则 IE0Re0=IE1Re1 所以 IC1IE1=(Re0/Re1)IE0,IE0IC0IR (IC0IB0+IB1),4.2 电流源电路,IC1与Re1成反比,9,3. 多路电流源（1）基于比例电流源的多路电流源,当 IE0 (IR )确定之后，根据所需电流选取合适Re即可。,UBE

5、0+IE0Re0 =UBE1+IE1Re1 =UBE2+IE2Re2 =UBE3+IE3Re3,因为UBE近似相等，故IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3,4.2 电流源电路,10,（2）多集电极管构成的多路电流源,当 IC0 (=IR )确定之后，根据所需静态电流，来确定集电结面积(设计制造)。,设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则,4.2 电流源电路,11,（3）MOS管多路电流源,MOS管漏极电流正比于沟道的宽长比。,设宽长比W/L=S，且T1T4的宽长比分别为S0、S1、S2、S3，则,基准电流,当 ID0 (=IR )确定之后，根据所需静态电流，来确定沟道尺

6、寸(设计制造)。,4.2 电流源电路,12,哪只管子为放大管？ 其集电极静态电流约为多少？ 静态时UIQ为多少？(IBQ1Rb+UBEQ1),为什么要考虑h22?（RL为后级Ri，一般很大）,1. 有源负载共射放大电路,当RL(rce1/rce2)时，Au=,为什么采用有源负载？有何特点？,4.3 集成运放的中间极(要求Au大，Ri高),*T1采用复合管的共射放大电路,4.2 集成运放中间级,13,2.有源负载差分放大电路,电路的输入、输出方式？ 如何设置静态电流？ 静态时iO约为多少？ 动态时iO约为多少？,使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。,静态：,动态：,iO

7、约为单端输出时的两倍,4.2 集成运放中间级,14,4.4 集成运放电路分析1. 读图方法,（1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。 （2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。 （3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 （4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。 （5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。,已知电路图，分析其原理和功能、性能。,4.2 集成运放电路分析,15,2.例题1,第一级：双端输入单端输出的差放,第二级：以复合管为放大管的共射放大电路,第三级：准互补输出级,动态电阻无穷大,（1）化

8、整为零，识别电路,4.2 集成运放电路分析,16,（2）基本性能,输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。,4.2 集成运放电路分析,17,（3）判断电路的同相输入端和反相输入端,整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。,同相 输入端,反相 输入端,4.2 集成运放电路分析,18,（4）交流等效电路,可估算低频小信号下的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等。,4.2 集成运放电路分析,19,2. 例题2：F007通用型集成运放,首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。,4.2 集成运放电路分析,20

9、,双端输入、单端输出差分放大电路,以复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路,用UBE倍增电路消除交越失真的准互补输出级,三级放大电路,简化电路分解电路,4.2 集成运放电路分析,21,输入级的分析,T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。,共集-共基形式,Q点的稳定： T（）IC1 IC2 IC8,IC9与IC8为镜像关系IC9,因为IC10不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2,T1和T2从基极输入、射极输出,T3和T4从射极输入、集电极输出,4.2 集成运放电路分析,22,输入级的分析,T7的作用：抑制共模信

10、号,T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载。,作用？,+,_,放大差模信号,特点： 输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对“地”输出）。,4.2 集成运放电路分析,23,中间级的分析,中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。,F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。,中间级,输出级,4.2 集成运放电路分析,24,输出级的分析：,D1和D2起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。,iO增大到一定程度，D1导通，为T14基极分

11、流，从而保护了T14。,准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。,中间级,输出级,特点： 输出电阻小 最大不失真输出电压高,4.2 集成运放电路分析,25,判断同相输入端和反相输入端,4.2 集成运放电路分析,26,4.5 集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值 Aod (开环) 94dB(5*104) ,rid 2M ,KCMR 80dB ,UIO (失调电压) 2mV 0,UIO的温漂dUIO/dT() 20V/ 0,4.2 集成运放性能指标,27,最大共模输入电压 UIcmax 13V,-3dB带宽 fH * 7Hz ,转换速率 SR 0.5V/S ,能正常放大差模信

12、号时容许的最大的共模输入电压。,最大差模输入电压 UIdmax 30V,超过输入差分管损坏,上限截止频率,指标参数 F007典型值 理想值,输入失调电流 IIO 20nA 0,IIO的温漂dIIO/dT() 几十nA/ 0,*实际电路中引入负反馈f达数百kHz,输入偏置电流IIB=1/2(IB1+IB2) nA,对大信号的反应速度,4.2 集成运放性能指标,28,CA741/LM741/MC1741单运放： VCC=18V (741C)；22V (741E),F324/LM324四运放： 双VCC1.5V15V ；单VCC（330V）,C14573CMOS四运放： 电源+VDD、-VSS: 5

13、V(VDD-VSS)15V 可单电源供电，正、负均可；也可双电源供电，并允许正、负电源不对称。,通用型集成运放,4.2 集成运放性能指标,29,4.6 集成运放的种类,按工作原理,电压放大型：输入量与输出量均为电压 电流放大型：输入量与输出量均为电流 跨导型：输入量为电压，输出量均为电流 互阻型：输入量为电流，输出量均为电压,按可控性,可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小 选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大,4.2 集成运放性能指标,30,(续)集成运放的种类,按性能指标,高 阻 型：rid，可高于109。 用于测量放大器、信号发生器。 高 速 型： fH和

14、SR高， fH可达1.7GHz，SR可达 103V/S。 用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。 高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod105dB。 用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。 低功耗型：工作电源电压低（几伏）、静态功耗小， 100200W。 用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。 大功率型：大功率、大电流（几安）,通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。,31,*讨论一,根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。 已知现有集成运放的类型是： 通用型 高阻型 高速型 低功耗型 高压型 大功率型 高精度型 1. 作低频放大器，应选用 。 2. 作宽频

15、带放大器，应选用 。 3. 作幅值为1V以下微弱信号的量测放大器，应选用 。 4. 作内阻为10M信号源的放大器，应选用 。 5. 负载需5A电流驱动的放大器，应选用 。 6. 要求输出电压幅值为80的放大器，应选用 。 7. 宇航仪器中所用的放大器，应选用 。,32,1. 输入级采用什么措施增大放大倍数？ 2. 中间级采用什么措施增大电压放大倍数？ 3. 如何消除交越失真？ 4. uI1、 uI3哪个是同相输入端？哪个是反相输入端？,有源负载,有源负载,复合管共射放大电路,增大输入级的负载电阻,_,_,+,_,_,_,+,+,反相 输入端,同相 输入端,超管,*讨论二,33,第四章 集成运算放大电路,1熟悉集成运放的特点、基本组成及各部分的作用。 2掌握镜像电流源、比例电流源、微电流源电路的工作原理。 3.了解集成运放主要性能指标的定义和量级。 典型题例 自测题：一。,