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1、第四章 集成运算放大电路,41 集成运算放大电路概述 42 集成运放中的电流源电路 43 集成运放电路简介 44 集成运放的性能指标及低频等效电路 45 集成运放的种类及选择 46 集成运放的使用,本章要求,熟悉集成运放的组成及各部分的作用，正确理解主 要指标参数的物理意义。 了解电流源电路的工作原理。 了解一种运放电路的工作原理。,41 集成运算放大电路概述,集成电路：,制作在一块硅基片上，构成的特定功能的电子电路。,体积小（密度高）、引线短、外接线少，,分类,按功能分,模拟集成电路：,数字集成电路：,按构成器件的类型：,双极型和单极型,按外形：双列直插式、圆壳式、扁平式。,在半导体制造工艺
2、的基础上，把整个电路中的元器件,设备的可靠性和灵活性，同时降低了成本。,集成运算放大器、集成功率放大器等。,集成触发器、集成计数器等。,从而提高了电子,4.1.1 集成运放的电路结构特点,1. 集成运放均采用直接耦合方式。 2. 电路结构与元件参数具有对称性。 3. 用有源器件代替无源器件。 采用复合结构的电路。,4.1.2 集成运放电路的组成及其各部分的作用,集成运算放大器实质是高增益的直接耦合多级放大电路。,4.1.3 集成运放的电压传输特性,uP同相输入端，,uN反相输入端，,1. 符号,2. 电压传输特性,Aod开环差模放大倍数。,线性区：,非线性区：,u0与uP同相。,u0与uP反相
3、。,已知一个集成运放的开环差模增益Aod为100dB，最大输出电压峰-峰 值Uopp14V，分别计算差模输入电压uI（即uPuN）为10V、100V、1mV、1V和10V、100V、1mV、1V时的输出电压uO。,练习,当集成运放工作在线性区时，输出电压uOAod uI；,解：,当Aod uI超过14V时，uO不是14V，就是14V。,故,运放工作在非线性区,同理,42 集成运放中的电流源电路,电流源在电路中的作用,（1）提供静态偏置电流,（2）作为有源负载(取代高阻值电阻),电流源是一个输出电流恒定的电源电路，与电压源相对应。在模拟集成电路中广泛使用各种电流源，为各种放大电路提供稳定的偏置电
4、流，或作有源负载。,42 集成运放中的电流源电路,4.2.1 基本电流源电路 4.2.2 改进型电流源电路 4.2.3 多路电流源电路 4.2.4 以电流源为有源负载的放大电路,三极管工作在放大区，则其输出特性具有恒流特性。,但易受温度影响,三极管电流源,电路如图所示,采用适当的辅助电路，可使其恒流特性更接近于理想情况。,故输出恒定电流,4.2.1 基本电流源电路,1、镜像电流源,T0、T1 为对管，,基准电流,当2时，输出电流, IC1 T() IC0,镜像电流源, IC1为输出电流。,0 = 1= ,特点：,镜像电流源具有一定的温度补偿作用：, IRUR(RIR) ,UBIB, IC1,不
5、满足2时，输出电流误差大,UBE0=UBE1=UBE，IB0= IB1= IB,所以IC0 = IC1= IC= IB 。,纵向晶体管(百倍以上),2、比例电流源,由于T0、T1为对管，所以,当 2时，,特点：具有更高的温度稳定性。,所以,得,IC0IE0IR ， IC1 IE1,在一定范围内,3、微电流源,当 1时，T1管集电极电流,UBE很小，只要几千欧的Re，就可得到微安级的IC1。,4.2.2 改进型电流源电路(考虑较小的情况),T0、T1和T2特性完全相同，因而0= 1= 2= ，,若=10，则代入上式可得IC10.982IR。说明即使 很小，,1、加射极输出器的电流源,而由于UBE
6、0=UBE1，IB1= IB0= IB,也可以认为IC1IR ， IC1与IR保持很好的镜像关系。,2、威尔逊电流源,T0、T1和T2特性完全相同，因而0= 1= 2= ，,在点,整理可得,当10 时， IC20.984IR ，可见，在很小时也可认为IC2IR ， IC2受基,IC1= IC0= IC,在A点,极电流影响很小。,4.2.3 多路电流源电路(多级放大电路需多路电流源分别给各级提供合适的静态电流,可用一个基准电流获得多个不同输出电流),当IE0确定后，各级只要选择合适的电阻，就可以得到所需的电流。,由于各管的b-e 间电压UBE数值大致相等，因此可得近似关系,4.2.4 以电流源为
7、有源负载的放大电路,1、有源负载共射放大电路,若RL(rce2/ rce2)，则,（用电流源替代集电极负载电阻RC）,2、有源负载差分放大电路,静态时， IC1 IC2 I/2 。,动态时，iC1= iC2 ，,而 iC3= iC4, iO= iC4 iC2,若32，则IC3 IC1 ；,所以IC4 IC1 ，,而因IC4 IC3,iO= IC4 IC2 0。,而iC3 iC1, iC1 ( iC1 )=2 iC1,43 集成运放电路简介,4.3.1 双极型集成运放,44 集成运放的性能指标及低频等效电路,4.4.1 集成运放的主要性能指标,（1）开环差模增益Aod （2）共模抑制比KCMR
8、（3）差模输入电阻rid （4）输入失调电压UIO及其温漂dUIO /dT 是使输入电压为零时在输入端加的补偿电压 （5）输入失调电流IIO及其温漂dIIO /dT （6） 输入偏置电流IIB,（7）最大共模输入电压Uicmax,（8）最大差模输入电压Uidmax,A0d下降到最大值的1/2时所对应的信号频率。,（9） 3dB带宽fH,（10）单位增益带宽fc,A0d下降到1（0dB）时所对应的信号频率。,（11）转换速率SR,4.4.2 集成运放的低频等效电路,输入端等效电路,输出端等效电路,4.4.3 理想运放及特点,（1）开环差模增益（放大倍数） Aod = （2）差模输入电阻Rid =
9、 （3）输入出电阻Ro =0 （4）共模抑制比KCMR = （5）上限截止频率fH = （6）失调电压UIO、失调电流IIO和它们的温漂dUIO /dT 、 dIIO /dT均为零， 且无任何内部噪声。,2.理想运放的电压传输特性,1.理想运放的性能指标,uN（反相输入端）： u0 与uN反相,uP（同相输入端）： u0 与uP同相,uI =uP -uN,当集成运放工作在线性区时,由于uo为有限值，理想运放 Aod =,3.理想运放在线性区的特点,“虚短”,因为 uPuN =0，差模输入电阻Rid =,“虚断”,因而 uPuN 0，即,4. 理想运放在非线性区的特点,（uPuN）,uo =,U
10、OM,-UOM,（uPuN）,45 集成运放的种类及选择,4.5.1 集成运放的发展概况,第一代：以电流源做偏置电路，典型产品有A709、国产的F003、5G23等。,第二代：采用有源负载，Aod,典型产品有A741、LM324、国产的F007、 F324、5G24等。,第三代: 输入级采用了超管， 值高达10005000倍。典型产品有AD508、 MC1556、国产的F1556、F030等。,第四代: 采用了斩波稳零和动态稳零技术，典型产品有HA2900、SN62088、 国产的5G7650等。,4.5.2 集成运放的种类,按供电方式分,双电源供电,单电源供电,正、负电源对称型,正、负电源不
11、对称型,按集成度分,单运放,双运放,四运放,按制造工艺分,双极型,单极型,1、按工作原理分类,（1）电压放大型,u0=AoduI实现电压的放大。,（2）电流放大型,i0=AiiI实现电流的放大。,（3）跨导型,i0=AiuuI将输入电压转换成输出电流。,（4）互阻型,u0=AuiiI将输入电流转换成输出电压。,2、按可控性分类,（1）可变增益运放,（a）由外接的控制电压uC来调整开环差模增益Aod。,（b）利用数字编码信号来控制开环差模增益Aod 。,（2）选通控制运放,此类运放的输入为多通道， 输出为一个通道，即只有一个 对“地”输出电压信号。,3、按性能指标分类,1.通用型,2.特殊型：高阻型、高速型、高精度型和低功耗型,4.5.3 运放的选择,一、信号源的性质 二、负载的性质 三、精度要求 四、环境条件,4.6.1 使用时必做的工作,1、集成运放的外引线（管脚）,4.6.2 保护措施,1、输入保护,46 集成运放的使用,2、参数测量,3、调零或调整偏置电压,4、消除自激振荡,2、输出保护,3、电源端保护,防止电源极性接反,作 业 4.1 4.6,
