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1、1,Chapter 3 集成运算放大器,集成运放简介 集成运放的单元电路 通用型集成运算放大器 集成运放的主要参数 集成运算放大器的电压传输特性和理想模型 专用型集成运算放大器,2,3.1 集成运放简介,3.1.1 简介,集成电路是60年代初期发展起来的。采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作具有特定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电压比较器、A/D或
2、D/A转换器等,3,集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。,采用具有两个输入端子的差动放大电路,增益的主要贡献者，通常是共射组态的放大电路,由有较强带负载能力的互补推挽电路组成,多数由恒流源电路组成,3.1.2 组成,4,3.1.3 特点,集成运放在内部结构上充分利用集成工艺的特点。,1、集成工艺难以制作电感和较大容量的电容（一般只能制作200pF以下的电容）。集成运放均采用直接耦合方式。,2、集成电路中的电阻多是半导体的体电阻，阻值越大，所占硅片面积越大。故利用有源电阻作为大阻值的电阻。,3、集成工艺较易制作良好匹配性的同种元、器件，在集成运放中广泛采用对称性电路结构。,5,3.2.1
3、 差动放大电路,差动放大电路的组成与原理 差动放大电路的分析计算,集成运放的许多重要参数均取决于输入级。差动输入是集成运放中重要的基本单元电路，它能有效地抑制零点漂移，提供一定的增益，具有低噪声等性能。,3.2 集成运放的单元电路,6,一、 差动放大电路的组成与原理,差动放大电路是由两个结构对称、参数完全相同的共射放大电路组成。,输入信号分别由2个BJT的基极输入；,1、典型差放电路组成,输出取自2个管子的集电极之间。,7,2、差模信号与共模信号的概念,差模信号：指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。,共模信号：指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。,8,一般信号,设差放两个输入信
4、号为：ui1、ui2。定义 输入信号的差模分量为：,输入信号的共模分量为：,差模增益,共模增益,9,根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号时差放输出电压的表达式,电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号：,ui1=10 mV, ui2=8 mV 则uid=2 mV, uic=9 mV ui1=1+9 mV, ui2=-1+9 mV,10,3、差放抑制共模信号的原理,（1）发射极电阻Re的作用,通过引入很强的负反馈作用，能自动控制IE基本不变。稳定过程如下：,T UIC ,IE1(IE2),2IERE,因VEE不变,UBE1(UBE2),IB1(IB2),IE
5、1(IE2),Re 共模抑制电阻,11,（2）输出端取电压差（uo1uo2）抑制法,当输入端加共模（ ui1=ui2 ）信号时，2个输出端电压有uo1=uo2,输出端取电压差时，uoc= uo1uo2 =0,理想差放对共模信号没有放大能力(完全被抑制)。,由温度漂移产生的输出电压变化，折算到输入端，就相当与在输入端引入了共模信号。差放可有效抑制温漂。,12,二、 差动放大电路的分析计算,1、差放的静态分析,静态时：ui1=ui2=0 设电路完全对称。,由VEE回路得,VEE=IBRb+UBE+2IERe,通常，1，UBEVEE，IBRb2 /,IC1= IC2 IREF,1）输出电流IC2与基
6、准电流 IREF相等。把IC2看作是 IREF的镜像镜像电流源。 2） IC2的大小仅取决于VCC和R，与温度无关。,1、基本镜像电流源,33,2、精密镜象电流源,精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其精度提高了 倍。,由于有T3存在，IB3将比镜象电流源的2IB小3倍。因此IC2和IREF更加接近。,34,二、 多路电流源,当BJT的足够大时，,IC1 IREF,IE1Re1 IREFRe1= IE2Re2 = IE3Re3,又称比例电流源。,35,三、 微电流源电路,运放输入级的工作电流IC经常要偏置到510A，微电流源则可满足此需要。,很小,36,四、 Wilson电流源,精密镜像电流源
7、虽然可提高精度，但其动态内阻约为rce（不够高），Wilson电流源不仅能提高精度，而且大大提高动态内阻。,可 证明：,37,五、 有源负载,T1为放大管，T2、 T3为电流源，作有源负载RC，其动态内阻为,阻值很大，可提高T1组成的共射放大电路的增益。,ro = rce,38,例3,两级差放电路的计算,已知：gm=1.5mA/V，=100，UBE=0.7V，rbb=300 试计算：1）第1级静态电流ID1和第2级静态电流IC3；2）差模电压增益Aud。,39,1） ID1和IC3的计算,解：,第1级差放工作电流由T5、T6管构成的镜像电流源提供。,IC5IR,40,2）计算Aud,第1级为双
8、入-双出，则,第2级为双入-单出，则,41,3.3 通用型集成运算放大器,双极型通用集成运放A741简介,42,43,集成运放的电路符号,u+ 同相输入端 u 反相输入端 uo 输出端 Aud 开环电压放大倍数,44,集成运算放大器的型号命名,(与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)其它例如: 集成功率放大器(的型号命名CD 集成稳压器的型号命名CW,数字序号,45,46,47,3.4 集成运放的主要参数,输入失调参数差模特性参数共模特性参数动态参数电源特性参数,48,1、输入失调电压UIO,3.4.1 输入失调参数,2、输入偏置电流IIB和输入失调电流IIO,输入电压为零时，输入偏置电流I
9、IB为2个静态输入电流的平均值,在室温及标准电源电压下，输入电压为零时，为使运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称失调电压UIO 。 UIO越大，电路的对称程度越差，其值一般在1V几mV。,输入失调电流IIO为2个静态输入电流之差,49,偏置电流IIB越小，信号源内阻变化引起的输出电压变化越小。其值一般为：BJT在10nA1A；FET在0.1nA0.05pA。 输入失调电流IIO反映电路的对称程度。其值一般在1nA0.1A。,3、温度漂移,输入失调电压温漂UIO /T：规定温度范围内UIO的温度系数，不可用外接调零装置来补偿。其值一般在（1020）V/C。,输入失调电流温漂IIO /T：规定
10、温度范围内IIO的温度系数，不可用外接调零装置来补偿。其值一般为nA/C。,50,3.4.2 差模特性参数,1、开环差模电压放大倍数Aud,在标准电源电压及规定负载下，运放工作在线性（无反馈）区时，,它决定运放运算的精度， Aud一般在80140dB。,2、最大差模输入电压Uidmax,运放正常工作时允许输入的最大差模电压。超过此值，会使输入对管的PN结反向击穿。一般为几至几十伏。,51,3.4.3 共模特性参数,1、共模抑制比KCMR,一般在80dB以上。,2、最大共模输入电压Uicmax,运放所能承受的最大共模输入电压。超过Uicmax ，运放中的放大管不能工作在放大区，共模抑制比将显著下
11、降。一般定义KCMR下降6dB时共模输入电压为Uicmax 。,52,3.4.4 动态参数,1、开环带宽fBW和单位增益带宽BWG,fBW= fH 大约7Hz,2、转换速率SR,运放在额定负载及输入阶跃大信号时，输出电压变化的最大速率。,反映运放对高速变化的输入信号的响应情况。,BWG指Aud下降到0dB时所对应的频率。,53,3.4.5 电源特性参数,电源电压抑制比KSVR,运放工作在线性区时，输入失调电压随电源电压的变化率。,反映电源电压对运放输出性能的影响。,54,3.5 集成运算放大器的电压传输特性和理想模型,集成运放的电压传输特性 集成运放的工作特点 理想运算放大器,55,3.5.1 集成运放的电压传输特性,
