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1、4.2 集成运放中的电流源4.1 集成运算放大电路概述4.3 集成运放电路的简介4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路小结4.5 集成运放的种类及选择 4.6 集成运放的使用学习指导在半导体制造工艺的基础上，将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。 其体积小，而性能却很好。集成电路按其功能分，有模拟集成电路和数字集成电路。模拟集成电路的种类繁多，其中集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种。主要内容:(1)集成运放中的电流源;(2)集成运放及主要性能指标。基本要求: (1)熟悉运放的组成及各部分的作用，理解主 要性能指标及其使用注意事项； (2
2、)了解镜像电流源、微电流源的工作原理、 特点和主要用途； (3)了解运放F007的基本组成和工作原理。 运算放大器图片集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。4.1 集成运算放大电路概述（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。（3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。（4）采用复合管。1. 集成运放的特点2. 集成运放电路的组成两个 输入端一个 输出端若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个 双端输入
3、、单端输出的差分放大电路。差动输入级有两个输入uP、uN，当信号从uN输入，输 出uo与uN极性相反，称uN为反相输入端；当信号从uP输 入，输出uo与uP极性相同，称uP为同相输入端。集成运放电路四个组成部分的作用输入级：输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad 大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级：输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最 大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：偏置电路：为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。3. 集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-
4、uN)由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。在线性区： uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。非线 性区线性区，曲线斜率为Aod+UOM-UOM非线 性区线性区(uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 UOM , 就是UOM，即集成运放工作在非线性区。+UOM为正向输出饱和电压 -UOM为负向输出饱和电压其数值接近运放的正负电源电压+UOM-UOM分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作 在线性区还是非线性区。4.2.2 改进型电流源电路4.2.4 电流源作有源负载在模拟集成电路中，广泛地使用电流源，为放
5、大电路提供 稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载。在电流源电路 中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。4.2.1 基本电流源电路4.2.3 多路电流源电路4.2 集成运放中的电流源1. 镜像电流源T0 和 T1 特性完全相同。输出电流基准电流可见，无论T1 的集电极电阻如何，IC1的电流值将保持不变。把IC1看作是IR 的镜像镜像电流源结构简单，应用广泛。但是要想减小或者 增大IC1，就要增大或者减小R。 R增大，不利于集成； R减小，IR增大，R的功耗增大。镜像电流源有温度补偿作用，当温度升高时 ： IC1IC0IRURUBIBIC1所以，提高了输出电流IC1的稳定性。1. 镜像电流源
6、2. 微电流源要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。Re3. 多路电流源（1）基于比例电流源的多路电流源UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re4因为UBE相差不多，故IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3集成运放是一个多级放大电路， 需要多路电流源提供各级Q点， 可以利用一个IR获得不同的输出 电流，即多路电流源。（2）多集电极管构成的多路电流源根据所需静态电流，来确定集电结面积。设三个集电区的面积分别为S0、S1、S2，则三种基本电流源均是在2的条件下进进行分析的， 即忽略了IB对IC1的影响三种基本电流源电路镜像电流源
7、比例电流源微电流源在共射（共源）电路中，为了提高Au，通常增大Rc（Rd）；为了保证Q点稳定，需要提高VCC，不经济也不合理。在集成运放中，常用电流源电路代替Rc（Rd）。由于晶体管和场效应管是有源元件，所以将这种负载称为有源负载。4 以电流源为有源负载的放大电路4. 有源负载（1）用于共射放大电路哪只管子为放大管？ 其集电结静态电流约为多少？T1的集电极电阻Rc就是 镜像电流源的交流电阻R0一般Ro在几百千欧以上（2）用于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
8、：三、集成运放电路分析1. 读图方法（1 1）了解用途：）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 2）化整为零：）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 3）分析功能：）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。 （4 4）统观整体：）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 5）定量计算：）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。2. 举例：型号为F007的通用型集成运放对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，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。
9、若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则 这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路双端输入、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输入级的分析共集形式，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T5、T6 ,T7分别是T3、T4的有源负载 作用：抑制共模信号,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）。中间级的分
10、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。中间级输出级电流采样电阻特点： 输出电阻小 最大不失真输出电压高判断同相输入端和反相输入端四、集成运放的主要性能指标指标参数指标参数 F007F007典型值典型值 理想值理想值1.开环差模增益 Aod 106
11、dB 2.差模输入电阻 rid 2M 3.共模抑制比 KCMR 90dB 四、集成运放的主要性能指标指标参数指标参数 F007F007典型值典型值 理想值理想值4. 输入失调电压UIO 1mV UIO的温漂dUIO/dT() 几V/ 05. 输入失调电流 IIO 20nA 0IIO的温漂dIIO/dT() 几nA/ 0 使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。四、集成运放的主要性能指标指标参数指标参数 F007F007典型值典型值 理想值理想值6. 最大共模输入电压 UIcmax 13V8. -3dB带宽 fH 10Hz 9. 转换速率 SR 0.5V/S 能正常放大差模信号时容许的最大的共模输
12、入电压 。7. 最大差模输入电压 UIdmax 30V超过此值输入级差分管将损坏。上限截止频率。对大信号的反应速度为什么这么低？四、集成运放的主要性能指标指标参数指标参数 F007F007典型值典型值 理想值理想值 o开环差模增益 Aod 106dB o差模输入电阻 rid 2M o共模抑制比 KCMR 90dB o输入失调电压 UIO 1mV 0 oUIO的温漂d UIO/dT() 几V/ 0 o输入失调电流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0 oUIO的温漂d UIO/dT() 几nA/ 0 o最大共模输入电压 UIcmax 13V o最大差模输入电压 UIdmax 30V o
13、-3dB带宽 fH 10Hz o转换速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S 五、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五、集成运放的种类按性能指标 高高 阻阻 型：型：rid，可高于1012。用于测量放大器、信号发生器。 高高 速速 型：型： fH和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：高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益， Aod高于105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。 低功耗型：低
