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1、第四章 集成运算放大电路主要内容：主要内容： 4-14-1集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述 4-24-2集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路 4-34-3集成运放电路简介集成运放电路简介 4-44-4集成运放的性能指标及低频等效电路集成运放的性能指标及低频等效电路 4-54-5集成运放的种类及选择集成运放的种类及选择 4-64-6集成运放的使用集成运放的使用 4-1集成运算放大电路概述集成电路：集成电路： 采用专门的制造工艺，将元、器件采用专门的制造工艺，将元、器件及连线组成的完整电路制作在一块基及连线组成的完整电路制作在一块基片上，并完成特定的功能。片上，并完成特定的功能。集
2、成放大电路：高增益的直接耦合放大电路集成放大电路：高增益的直接耦合放大电路 问世最早，应用最广泛。问世最早，应用最广泛。 最初多用于各种模拟信号的运算最初多用于各种模拟信号的运算 故称：故称： 集成运算放大电路，简称集成运算放大电路，简称集成运放集成运放(Operational Amplifier) 。 (a) (b) (a) 国家标准符号 (b)原符号运算放大器外形图运算放大器外形图集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点1.1.直接耦合直接耦合 （硅片上不能做大电容）（硅片上不能做大电容）2.2.差动放大作输入级差动放大作输入级 （克服温漂）（克服温漂）3.3.采用电流源采用电流源 （
3、偏置（偏置提供稳定的电流提供稳定的电流 ；有源负载代替大电阻有源负载代替大电阻）4.4.采用复合管采用复合管 （不同类型管性能差异大（不同类型管性能差异大）集成运放的结构集成运放的结构 集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图所示。 输入级输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。 偏置电流源偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 互补输出级互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。中间放大级中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。
4、中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性电压传输特性：电压传输特性：线性区：线性区：A Aodod差模差模开环放大倍数开环放大倍数非线性区：非线性区：4.2 4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路4.2.1 4.2.1 基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路基本电流源电路1、为了减少电阻、为了减少电阻 2、减小、减小UBE3的影响的影响 采取下列几种方式：采取下列几种方式： 1 1、镜像电流源电路、镜像电流源电路、镜像电流源电路、镜像电流源电路集电极有电阻R0相当于IC3相当于T3be镜像电流源电路镜像电流源电路镜像
5、电流源电路镜像电流源电路一、基本电流源电路一、基本电流源电路1.1.镜像镜像电流源电流源T T1 1、T T0 0特性完全相同特性完全相同由于：由于：T T1 1、T T0 0基基- -射回路对称射回路对称所以：所以： I IB1B1=I=IB0B0=I=IB B I IC1C1=I=IC0C0=I=IC C电路具有温度补偿作用：电路具有温度补偿作用：镜像电流源的温度补偿：镜像电流源的温度补偿：当温度升高时当温度升高时IC0 IR UR UB IBIC1 IC1优点：结构简单，适用于大电流优点：结构简单，适用于大电流缺点：当缺点：当VCC一定时，若要求一定时，若要求IC1 IR IR2R功耗功
6、耗 ，集成电路中应避免，集成电路中应避免 若要求若要求IC1 IR 很大，也应避免很大，也应避免则则所以派生出其他类型的电流源电路所以派生出其他类型的电流源电路二、比例电流源电路二、比例电流源电路二、比例电流源电路二、比例电流源电路(解决了解决了 R数值太大的问题数值太大的问题)比例电流源比例电流源比例电流源比例电流源电路特点：电路特点：T0，T1增加了射极电阻增加了射极电阻Re0，Re1 从中可以使从中可以使IC1IR，克服了镜像电流源的上述缺点，克服了镜像电流源的上述缺点T0，T1特性相同特性相同若忽略该项若忽略该项0因为 三、微电流源三、微电流源三、微电流源三、微电流源(解决：解决：IC
7、1可以实现更小可以实现更小)微电流源微电流源微电流源微电流源射极有电阻射极有电阻射极有电阻射极有电阻提高提高Re可以让可以让IC1很小很小电路特点：电路特点：当当UBEUT(26mV=0.026VRL 全部流入全部流入RL四、电流源作为有源负载的放大电路四、电流源作为有源负载的放大电路1. 1. 有源负载共射放大电路有源负载共射放大电路基准电流：基准电流：空载时：空载时：交流等效电路交流等效电路2. 2. 有源负载差分放大电路有源负载差分放大电路单端单端输出输出双端输出双端输出4.3 集成运放电路简介一、双极型集成运放一、双极型集成运放F007F007简介简介偏置电路偏置电路T T1212、R
8、 R5 5、T T1111：主：主偏置偏置T T1010、T T1111：微电流源微电流源T T8 8、T T9 9：镜象电流源镜象电流源（输入级偏置）输入级偏置）T T1212、T T1313：镜象电流源镜象电流源（输出级偏置的一部分；中间级的有源负载。）输出级偏置的一部分；中间级的有源负载。）输入级输入级T T1 1TT4 4：CC-CBCC-CB差动放大差动放大（输入电阻大，频响好，克服温漂。）（输入电阻大，频响好，克服温漂。）T T5 5TT7 7：有源负载有源负载R Rw w: : 外接调零外接调零电位器电位器（调节输入级对称）调节输入级对称）中间级中间级T T1616、T T171
9、7：复合管共射放大复合管共射放大（r ri2i2AAu1d u1d ,C ,C改善频率特性）改善频率特性）T T1313：有源负载有源负载（ A Au2 u2 ）输出级输出级T T1414、T T1818、T T1919：准：准互补输出电路互补输出电路R R7 7、R R8 8、T T1515：U UBEBE倍增电路倍增电路（克服交越失真）（克服交越失真）（对称性好）对称性好）D D1 1、D D2 2：过流保护过流保护正常时，正常时，D D1 1、D D2 2截止截止。 F007F007简介简介4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路一、集成运放的主要性能指标一、集成运放的主要性能指标1.1
10、.开环差模增益开环差模增益A Aodod在集成运放无外加反馈时差模放大倍数称为开环差模增益。在集成运放无外加反馈时差模放大倍数称为开环差模增益。6060180 dB ,F007:100dB180 dB ,F007:100dB左右。左右。2.2.共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR8080180 dB ,F007:80dB180 dB ,F007:80dB左右。左右。3. 3. 差模输入电阻差模输入电阻r ridid在输入差模信号时的输入电阻。在输入差模信号时的输入电阻。 F007:F007:大于大于2M2M； 4.4.输入失调电压输入失调电压U UIOIO及其温漂及其温漂dUdUIOIO/d
11、T/dTF007:2F007:210mV,OP177:4uV 10mV,OP177:4uV 。U UIOIO是使输出电压为零时是使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。在输入端所加的补偿电压。反映反映U UBEBE的失配的失配dUdUIOIO/dT/dT是是U UIOIO 的温度系数，的温度系数，是衡量运放温漂的重要参数。是衡量运放温漂的重要参数。低漂移低漂移1uV/1uV/, ,超低漂移超低漂移0.1 U Uicmaxicmax时，时，运放不能正常工作。运放不能正常工作。8.8.最大差模输入电压最大差模输入电压U UIdmaxIdmax U UIdmaxIdmax是是不至于使不至于使PNPN
12、结反向击穿结反向击穿所允许的最大差模输入电压。所允许的最大差模输入电压。FOO7:FOO7:7Hz7Hz10.10.单位增益带宽单位增益带宽f fc cf fc c是使是使A Aodod下降到零分贝时的信号频率。下降到零分贝时的信号频率。理想运放：理想运放： A Aodod 、K KCMRCMR、r ridid、f fH H等均为等均为， U UIOIO、dUdUIOIO/dT/dT、I IIOIO、dIdIIOIO/dT/dT 、I IIBIB等均为等均为0 0。11. 11. 转换速率转换速率 SRSR：集成运放对信号变化速度的适应能力二、集成运放的低频等效电路二、集成运放的低频等效电路简
13、化的集成运放低频等效电路简化的集成运放低频等效电路简化的集成运放低频等效电路简化的集成运放低频等效电路4.5 集成运放的种类及选择一、集成运放的发展一、集成运放的发展经历了四代：经历了四代：第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。典型产品：典型产品：uA709;F003uA709;F003第二代：普遍采用了有源负载。第二代：普遍采用了有源负载。典型产品：典型产品：uA741;F007uA741;F007第三代：输入级采用了超第三代：输入级采用了超管，版图设计上考虑了热效应的影响管，版图设计上考虑了热效应的影响 。典型产品：典型产品：AD508
14、;F1556AD508;F1556第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。典型产品：典型产品：HA2900;5G7650HA2900;5G7650二、集成运放的种类二、集成运放的种类1.1.按工作原理分类按工作原理分类2.2.按可控性分类按可控性分类高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型3.3.按性能指标分类按性能指标分类可变增益运放、选通控制运放可变增益运放、选通控制运放三、运放的选择三、运放的选择了解类型、掌握参数是前提。了解类型、掌握参数是前提。1.1.信号源的性质信号源的性质3.3.精度的要求精度的要求依据：依据：2.2.负载的性质负载的性质4.4.环境条件环境条件第四章第四章 作业作业n4.2n4.4n4.17
