模电第15讲集成运算放大电路.ppt
第十五讲 集成运算放大电路（简介,一、概述,二、集成运放的主要性能指标,一、概述,（1）电路元件制作在一个芯片上，采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。（3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。二极管一般用三极管的发射结构成（4）采用复合管。,1.集成运放的特点,集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。,2.集成运放电路的组成,一个输出端,若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。,集成运放电路四个组成部分的作用,输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。,偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。,集成运放的结构,（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（2）中间极采用共射放大电路，提高放大倍数（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,-VEE,+VCC,u+,uo,u,反相输入端,同相输入端,输入级,中间级,输出级,与uo反相,与uo同相,+,+,+,+,-,-,-,+,-,-,+,+,1.原理框图,例 集成运放中的电流源电路,1.镜像电流源,T0 和 T1 特性完全相同。,在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。,基准电流,2.有源负载（1）用于共射放大电路,哪只管子为放大管？其集电结静态电流约为多少？,为什么要考虑 rce2?,（2）用于差分放大电路,电路的输入、输出方式？如何设置静态电流？静态时iO约为多少？动态时iO约为多少？,使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出时的差模放大倍数。,静态：,动态：,2.举例：型号为F007的通用型集成运放,对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。,若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。,找出偏置电路,双端输入、单端输出差分放大电路,以复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路,用UBE倍增电路消除交越失真的准互补输出级,三级放大电路,简化电路分解电路,输入级的分析,T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。,共集-共基形式,Q点的稳定：T（）IC1 IC2 IC8,IC9与IC8为镜像关系IC9,因为IC10不变IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2,T1和T2从基极输入、射极输出,T3和T4从射极输入、集电极输出,输入级的分析,T7的作用：抑制共模信号,T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载。,作用？,+,_,放大差模信号,特点：输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对“地”输出）。,中间级的分析,中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。,F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。,中间级,输出级,输出级的分析,D1和D2起过流保护作用，未过流时，两只二极管均截止。,iO增大到一定程度，D1导通，为T14基极分流，从而保护了T14。,准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。,中间级,输出级,特点：输出电阻小最大不失真输出电压高,判断同相输入端和反相输入端,集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN),由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。,在线性区：uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。,(uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM,就是UOM，即集成运放工作在非线性区。,1、开环差模电压放大倍数Aod,无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,2、共模抑制比KCMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。,3、差模输入电阻rid,ri1M,有的可达100M以上。,4、输出电阻ro,ro=几-几十。,二、集成运放的主要性能指标,5、最大共模输入电压UIcmax,6、最大差模输入电压UIdmax,7、-3dB带宽fH,运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频信号。,还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。,
