集成运算放大电路(1).ppt

第五章集成运算放大电路第五章集成运算放大电路5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.2集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分5.3集成运放的典型电路集成运放的典型电路5.4集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标5.5理想运算放大器理想运算放大器5.6各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.7集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题1编辑ppt本章重点和考点：本章重点和考点：1、集成电路的组成及特点。、集成电路的组成及特点。2、集成运放电路的理想性能指标、集成运放电路的理想性能指标、F007的应用的应用3、偏置电路、偏置电路-电流源电路的作用电流源电路的作用4、差分放大电路的组态、分析与定性计算、差分放大电路的组态、分析与定性计算 2编辑ppt5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点集成电路简称集成电路简称 IC(Integrated Circuit)集成电路按集成电路按其功能分其功能分数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成模拟集成电路类型电路类型集成运算放大器；集成运算放大器；集成功率放大器；集集成功率放大器；集成高频放大器成高频放大器；集成中频放大器；集成中频放大器；集成集成比较器比较器；集成乘法器；集成乘法器；集成稳压器集成稳压器；集；集成数成数/模和模模和模/数转换器等。数转换器等。3编辑ppt集成电路的外形集成电路的外形图图 4.1.1集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式双列直插式(b)圆壳式圆壳式(c)扁平式扁平式4编辑ppt集成运算放大器集成运算放大器高增益的直接耦合的集成高增益的直接耦合的集成的多级放大器。的多级放大器。集成电路的工艺特点：集成电路的工艺特点：（1）元元器器件件具具有有良良好好的的一一致致性性和和同同向向偏偏差差，因因而而特特别别有有利利于于实实现现需需要要对对称结构的电路称结构的电路-差分放大电路。差分放大电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需大电阻时，往往使用有源负载（三极管）。）不易制造大电阻。需大电阻时，往往使用有源负载（三极管）。（4）不不能能制制作作几几十十pF以以上上的的大大电电容容。因因此此，集集成成放放大大器器都都采采用用直直接接耦耦合合方式。如需大电容，只有外接。不能制造电感，如需电感，也只能外接。方式。如需大电容，只有外接。不能制造电感，如需电感，也只能外接。（5）集成电路中的集成电路中的 NPN、PNP管的管的 值差别较大，通常值差别较大，通常 PNP 的的 10。什么是集成运算放大器？什么是集成运算放大器？5编辑ppt5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号+A反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输输 出出 端端一、开环差模电压增益一、开环差模电压增益 Aod一般用对数表示，定义为一般用对数表示，定义为单位：分贝单位：分贝理想情况理想情况 Aod 为无穷大；为无穷大；实际情况实际情况 Aod 为为 100 140 dB。图图 5.2.1运算放大器的符号运算放大器的符号6编辑ppt二、输入失调电压二、输入失调电压 UIO三、输入失调电压温漂三、输入失调电压温漂 UIO 定义：定义：为为了了使使输输出出电电压压为为零零，在在输输入入端端所所需需要要加加的的补偿电压。补偿电压。一般运放：一般运放：UIO 为为 1 10 mV；高质量运放：高质量运放：UIO 为为 1 mV 以下。以下。定义：定义：一般运放为一般运放为 每度每度 10 20 V；高质量运放低于每度高质量运放低于每度 0.5 V 以下以下；7编辑ppt四、输入失调电流四、输入失调电流 IIO五、输入失调电流温漂五、输入失调电流温漂 IIO当当输输出出电电压压等等于于零零时时，两两个个输输入入端端偏偏置置电电流流之差，即之差，即定义：定义：一般运放为一般运放为 几十几十 一百纳安；高质量的低于一百纳安；高质量的低于 1 nA。定义：定义：一般运放为一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。每度几纳安；高质量的每度几十皮安。8编辑ppt六、输入偏置电流六、输入偏置电流 IIB七、差模输入电阻七、差模输入电阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定义：定义：输输出出电电压压等等于于零零时时，两两个个输输入入端端偏偏置置电电流流的的平均值。平均值。定义：定义：一般集成运放为几兆欧。一般集成运放为几兆欧。定义：定义：多数集成运放在多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达以上，高质量的可达 160 dB。9编辑ppt九、最大共模输入电压九、最大共模输入电压 UIcm输入端所能承受的最大共模电压。输入端所能承受的最大共模电压。十、最大差模输入电压十、最大差模输入电压 UIdm 反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。十一、十一、-3 dB带宽带宽 fH表表示示 Aod 下下降降 3 dB 时时的的频频率率。一一般般集集成成运运放放 fH 只只有几赫至几千赫。有几赫至几千赫。10编辑ppt十二、十二、单位增益带宽单位增益带宽 BWGAod 降降至至 0 dB 时时的的频频率率，此此时时开开环环差差模模电电压压放放大大倍倍数等于数等于 1。十三、十三、转换速率转换速率 SR 额额定定负负载载条条件件下下，输输入入一一个个大大幅幅度度的的阶阶跃跃信信号号时时，输出电压的最大变化率。单位为输出电压的最大变化率。单位为 V/s。在在实实际际工工作作中中，输输入入信信号号的的变变化化率率一一般般不不要要大大于于集集成运放的成运放的 SR 值。值。其其他他技技术术指指标标还还有有：最最大大输输出出电电压压、静静态态功功耗耗及及输输出电阻等。出电阻等。11编辑ppt5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。图图 5.3.1集成运算的基本组成集成运算的基本组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路一、输入级一、输入级差分电路，大大减少温漂。差分电路，大大减少温漂。二、中间级二、中间级采用采用有源负载的共发射极电路，增益大。有源负载的共发射极电路，增益大。三、输出级三、输出级 互补对称互补对称 电路，带负载能力强电路，带负载能力强四、偏置电路四、偏置电路 电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。12编辑ppt一、镜像电流源一、镜像电流源(电流镜电流镜 Current Mirror)+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2基准电流基准电流由由于于 UBE1=UBE2，VT1与与 VT2 参数基本相同，则参数基本相同，则IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC所以所以当满足当满足 2 时，则时，则图图 5.3.2优点：结构简单，有温度补偿作用缺点：1.受电源波动影响大；2.电流最低至mA级。5.3.1偏置电路恒流源电路偏置电路恒流源电路向各放大级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。向各放大级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点。13编辑ppt+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2二、比例电流源二、比例电流源R1R2由图可得由图可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得两两个个三三极极管管的的集集电电极极电电流流之之比比近近似似与与发发射射极极电电阻阻的的阻值成反比，故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 5.3.3比例电流源比例电流源14编辑ppt三、微电流源三、微电流源 在在镜镜像像电电流流源源的的基基础础上上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引引入入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 0，VT1 导通，导通，VT2 截止截止iC1：+VCC VT1 RL 地地uI u-时，时，uO=+UOPP当当 u+u-时时,uO=-UOPP1.uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在在非非线线性性区区内内，(u+-u-)可可能能很很大大，即即 u+u-。“虚虚短短”不存在不存在2.理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零“虚断虚断”63编辑ppt实实际际运运放放 Aod ，当当 u+与与 u-差差值值比比较较小小时时，仍仍有有 Aod(u+-u-)UOPP，运放工作在线性区。，运放工作在线性区。例例如如：F007 的的 Uopp=14 V，Aod 2 105，线线性性区区内输入电压范围内输入电压范围uOu+-u-O实际特性实际特性非线性区非线性区非线性区非线性区线性区线性区但线性区范围很小。但线性区范围很小。图图 5.5.2集成运放的传输特性集成运放的传输特性64编辑ppt5.6各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点(自学自学了解）了解）一、高精度型一、高精度型性能特点：性能特点：漂漂移移和和噪噪声声很很低低，开开环环增增益益和和共共模模抑抑制比很高，误差小。制比很高，误差小。二、低功耗型二、低功耗型性能特点：性能特点：静静态态功功耗耗一一般般比比通通用用型型低低 1 2 个个数数量量级级(不不超超过过毫毫瓦瓦级级)，要要求求电电压压很很低低，有有较高的开环差模增益和共模抑制比。较高的开环差模增益和共模抑制比。65编辑ppt三、高阻型三、高阻型性能特点：性能特点：通通常常利利用用场场效效应应管管组组成成差差分分输输入入级级，输输入电阻高达入电阻高达 1012 。高高阻阻型型运运放放可可用用在在测测量量放放大大器器、采采样样-保保持持电电路路、带带通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。通滤波器、模拟调节器以及某些信号源内阻很高的电路中。四、高速型四、高速型大大信信号号工工作作状状态态下下具具有有优优良良的的频频率率特特性性，转转换换速速率率可可达达每每微微秒秒几几十十至至几几百百伏伏，甚甚至至高高达达 1 000 V/s，单单位位增增益益带带宽宽可可达达 10 MHz，甚至几百兆欧。，甚至几百兆欧。性能特点：性能特点：66编辑ppt常常用用在在A/D 和和 D/A 转转换换器器、有有源源滤滤波波器器、高高速速采样采样-保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。保持电路、模拟乘法器和精度比较器等电路中。五、高压型五、高压型性能特点：性能特点：输出电压动态范围大，电源电压高，功输出电压动态范围大，电源电压高，功耗大。耗大。六、大功率型六、大功率型性能特点：性能特点：可可提提供供较较高高的的输输出出电电压压较较大大的的输输出出电电流，负载上可得到较大的输出功率。流，负载上可得到较大的输出功率。67编辑ppt5.7集成运放使用中的集成运放使用中的几个具体问题几个具体问题5.7.1集成运放参数的测试集成运放参数的测试5.7.2使用中可能出现的异常现象使用中可能出现的异常现象1.不能调零不能调零调零电位器故障；调零电位器故障；电路接线有误或有虚焊；电路接线有误或有虚焊；反馈极性接错或负反馈开环；反馈极性接错或负反馈开环；集成运放内部损坏；集成运放内部损坏；重重新新接接通通即即可可恢恢复复为为输输入入信信号号过过大大而而造成造成“堵塞堵塞”现象现象原因原因68编辑ppt2.漂移现象严重漂移现象严重存在虚焊点存在虚焊点运放产生自激振荡或受强电磁场干扰运放产生自激振荡或受强电磁场干扰集成运放靠近发热元件集成运放靠近发热元件输入回路二极管受光照射输入回路二极管受光照射调零电位器滑动端接触不良调零电位器滑动端接触不良集成运放本身损坏或质量不合格集成运放本身损坏或质量不合格原因原因3.产生自激振荡产生自激振荡消振消振措施措施按规定部位和参数接入校正网络按规定部位和参数接入校正网络防止反馈极性接错防止反馈极性接错避免负反馈过强避免负反馈过强合理安排接线，防止杂散电容过大合理安排接线，防止杂散电容过大69编辑ppt5.7.3集成运放的保护集成运放的保护1.输入保护输入保护(a)反相输入保护反相输入保护(b)同相输入保护同相输入保护+V+AR1VD1VD2RFR-VuOuI保护元件保护元件保护元件保护元件uO+AR1RFVD1VD2uI保护元件保护元件图图 5.7.1输入保护输入保护70编辑ppt2.电源极性错接保护电源极性错接保护保护元件：保护元件：VD1、VD23.输出端错接保护输出端错接保护保护元件：稳压管保护元件：稳压管 VDZ1、VDZ2+AVD1VD2+AR1VDZ1VDZ2RFuOuI图图 5.7.3利用稳压管保护运放利用稳压管保护运放图图 5.7.2电源接错保护电源接错保护71编辑ppt