模电模拟电子技术基础第四版童诗白华成英市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第四章集成运算放大电路第1页集成电路集成电路:将整个电路各个元件做在同一个半导体将整个电路各个元件做在同一个半导体基片上。基片上。集成电路优点：集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路分类：集成电路分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；4.1 集成运放内部结构及特点集成运放内部结构及特点第2页集成电路内部结构特点：集成电路内部结构特点：1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体组成，范围在几十到电阻元件由硅半导体组成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3.几十几十 pF 以下小电容用以下小电容用PN结结电容组成、大电结结电容组成、大电容要外接。容要外接。4.二极管普通用三极管发射结组成。二极管普通用三极管发射结组成。第3页UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相第4页对输入级要求：对输入级要求：尽可能减小零点漂移尽可能减小零点漂移,尽可能提升尽可能提升 KCMRR ,输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级要求：对中间级要求：足够大电压放大倍数。足够大电压放大倍数。对输出级要求：对输出级要求：主要提升带负载能力，给出足够主要提升带负载能力，给出足够输出电流输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。集成运放结构集成运放结构（1）采取四级以上多级放大器，输入级和第二级）采取四级以上多级放大器，输入级和第二级普通采取差动放大器。普通采取差动放大器。（2）输入级常采取复合三极管或场效应管，以减）输入级常采取复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采取互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采取互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提升带负载能力。功率放大，提升带负载能力。第5页R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC=IC1+IC2 =1 IB+2(1+1)IB =1+2(1+1)IB为减小为减小IB，提升输入电阻，提升输入电阻，T1、T2采取复合三极管采取复合三极管 =IC/IB =1+2(1+1)1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2第6页-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集成运放内部结构（举例）极极性性判判断断第7页 ri 大大:几十几十k 几百几百 k 运放特点：运放特点：KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很大很大:104 107理想运放：理想运放：ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号第8页4.2 集成运放主要性能指标集成运放主要性能指标一、开环差模电压放大倍数一、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路差模放大倍数。普通在无外加反馈回路差模放大倍数。普通在105 107之间。理想运放之间。理想运放Aod为为。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR惯用分贝作单位，普通惯用分贝作单位，普通100dB以上。以上。三、差模输入电阻三、差模输入电阻ridri1M,有可达有可达100M 以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻roro=几几-几十几十。第9页五、最大共模输入电压五、最大共模输入电压UIcmax六、最大差模输入电压六、最大差模输入电压UIdmax七、七、-3dB带宽带宽fH运放是直流放大器，运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适也可放大低频信号，不适合用于高频信号。合用于高频信号。还有其它一些反应运放对称性、零漂等参数。不还有其它一些反应运放对称性、零漂等参数。不再一一介绍。再一一介绍。关于集成运放应用在后面章节介绍。其中运放都关于集成运放应用在后面章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。是作为理想运放来处理。第10页 4.3 理想集成运算放大器理想集成运算放大器运放特点：运放特点：R Ri i 大大:几十几十k k 几百几百 k k K KCMR CMR 很大很大 R Ro o 小：几十小：几十 几百几百 A A o o 很大很大:10:104 4 10 107 7理想运放：理想运放：R Ri i K KCMRCMR R Ro o 0 0A Ao o 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号第11页+UOPP-UOPPA Ao o越大，运放线性范围越小，必须越大，运放线性范围越小，必须在输出与输入之间在输出与输入之间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号线性范围。才能使其扩大输入信号线性范围。uiuo_+Ao 运放工作在线性区时特点运放工作在线性区时特点例：若例：若U UOPPOPP=12V=12V，A Ao o=10=106 6，则则|u ui i|12|12 V V时，时，运放运放 处于线性区。处于线性区。线性放大区线性放大区u+-u-uo第12页理想运放在线性区两个主要特点：理想运放在线性区两个主要特点：虚短路虚断路放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合线性电路时能个运放级联组合线性电路时能够分别对每个运放进行。够分别对每个运放进行。第13页4.4 集成电路运算放大器中集成电路运算放大器中电流源电流源 一、电流源电路特点：这是输出电流恒定电路。它含有很高输出电阻。1、BJT、FET工作在放大状态时，其输出电流都是含有恒流特征受控电流源；由它们都可组成电流源电路。2、在模拟集成电路中，惯用电流源电路有：镜象电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路普通都加有电流负反馈，4、电流源电路普通都利用PN结温度特征，对电流源电路进行温度赔偿，以减小温度对电流影响。电 流 源 概 述第14页电电 流流 源源 概概 述述 2、作各种放大器有源负载，以提升增益、增大动态范围。二、电流源电路用途：1、给直接耦合放大器各级电路提供直流偏置电流，以取得极其稳定Q点。3、由电流源给电容充电，可取得随时间线性增加电压输出。4、电流源还可单独制成稳流电源使用。第15页 集成电路电流源集成电路电流源 一、一、镜象电流源三极管三极管T1、T2匹配，匹配，则,BE2BE1BE21VVV=bbb 镜象电流源其中：基准电流 是稳定，故输出电流 也是稳定。第16页 二、微电流源微电流源 微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍微电流源，适用微功耗集成电路和集成放大器前置级中。微电流源IC2 远小于IREF,当R取 几k 时，IREF 为mA量级，而IC2可降至A量级微电流源。且IC2 稳定性也比IREF 稳定性好。第17页三、百分比式电流源三、百分比式电流源 在镜象电流源电路基础上，增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中电流成一定百分比关系，即可组成百分比电流源。百分比式电流源 因两三极管基极对地电位 e2e1E1E2 e2 E2e1E1BE2BE1e2E2BE2e1E1BE1=RRII R IRIVVRIVRIV +因相等，于是有第18页四、多路电流源四、多路电流源 经过一个基准电流源稳定多个三极管工作点电流，即可组成多路电流源。图中一个基准电流IREF可取得多个恒定电流IC2、IC3。多路电流源第19页