第四章--電路

1、第四章 集成運(yùn)算放大電路41 集成運(yùn)算放大電路概述集成運(yùn)算放大電路概述高性能的高性能的直接耦合多級(jí)直接耦合多級(jí)放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放集成運(yùn)放。411 411 集成運(yùn)放的電路特點(diǎn)集成運(yùn)放的電路特點(diǎn)(1) 級(jí)間采用級(jí)間采用直接耦合直接耦合方式；方式； 用用有源器件有源器件取代電阻；取代電阻；(2) 相鄰元件具有良好的對(duì)稱(chēng)性，相鄰元件具有良好的對(duì)稱(chēng)性， 受環(huán)境溫度和干擾受環(huán)境溫度和干擾等影響后的變化也相同，等影響后的變化也相同，所以大量采用各種所以大量采用各種差分放大電路差分放大電路(作輸入級(jí)作輸入級(jí))和和恒流源恒流源電路（作偏置電路或有源負(fù)載電路（作偏置電路或有源負(fù)載)；(3) 不同

2、形式的集成電路，不同形式的集成電路， 只增加元件不增加工序，只增加元件不增加工序，通常用通常用復(fù)雜的電路復(fù)雜的電路形式來(lái)實(shí)現(xiàn)提高各方面性能的目的；形式來(lái)實(shí)現(xiàn)提高各方面性能的目的；(4) 常采用常采用復(fù)合管復(fù)合管輸入級(jí)輸入級(jí)一般為差分放大電路一般為差分放大電路中間級(jí)中間級(jí)主放大級(jí)，多為主放大級(jí)，多為有源負(fù)載的共射有源負(fù)載的共射(源源)電路電路輸出級(jí)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出電路，帶載能力強(qiáng)互補(bǔ)輸出電路，帶載能力強(qiáng)偏置電路偏置電路電流源電路，為各級(jí)提供合適靜態(tài)工作點(diǎn)電流源電路，為各級(jí)提供合適靜態(tài)工作點(diǎn)輸入級(jí)輸入級(jí)偏置電路偏置電路中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)+ uo uid4.1.2 4.1.2 集成運(yùn)放電路的組成

3、及其各部分的作用集成運(yùn)放電路的組成及其各部分的作用uP uNuo 減少溫漂減少溫漂4.1.34.1.3集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性+AoduPuNuO輸出電壓與兩個(gè)輸入端的電壓輸出電壓與兩個(gè)輸入端的電壓之間存在線(xiàn)性放大關(guān)系，即之間存在線(xiàn)性放大關(guān)系，即)u(uAuNPodO 線(xiàn)性區(qū)域：線(xiàn)性區(qū)域：Aod為差模開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為差模開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)非線(xiàn)性區(qū)域：非線(xiàn)性區(qū)域：輸出電壓只有兩種可能：輸出電壓只有兩種可能：+UOM或或-UOMUOM為輸出電壓的飽和電壓。為輸出電壓的飽和電壓。uOuP-uNUOM-UOM幾十萬(wàn)幾十萬(wàn)倍倍4.2集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放中的電流源電路 集成運(yùn)放電路中

4、的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管除了作為放大集成運(yùn)放電路中的晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管除了作為放大管，還構(gòu)成管，還構(gòu)成電流源電路電流源電路，為各級(jí)提供合適的靜態(tài)電流為各級(jí)提供合適的靜態(tài)電流; ;或作為或作為有源負(fù)載有源負(fù)載取代高阻值電阻取代高阻值電阻，從而增大放大電路的，從而增大放大電路的電壓放大倍數(shù)。電壓放大倍數(shù)。+ uo T1 Rc Rb ui1 +VCC T2 Rc Rb R3-VEE ui2 T3 R2R1+VCC IR RL R Rb T3 T2 T1 IC2 IC1 uo ui +421 421 基本電流源電路基本電流源電路一、鏡像電流源IC2+VCCT1T2RIC12IBIR電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：由一對(duì)特

5、性完全相同的管子組成；由一對(duì)特性完全相同的管子組成；BE2BE1BEUUU B2B1BIII 21 2C1CII 工作原理：工作原理： CCVRIR 1BEU RUVI1BECCR B1CRI2II 1C1CI2I當(dāng)當(dāng)足夠大時(shí)足夠大時(shí) R1CII 1C2CII RI 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：若要求若要求IC2更大更大, R的功耗增大的功耗增大, 應(yīng)當(dāng)避免應(yīng)當(dāng)避免; 若要求若要求IC2更小更小, 則則R增大增大, 在集成電路中不易實(shí)現(xiàn)在集成電路中不易實(shí)現(xiàn); BI 輸輸出出電電流流基基準(zhǔn)準(zhǔn)電電流流二、比例電流源IC2+VCCT1T2RIC1IB1+IB2IRIE1IE2Re1Re2基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流 1e1BE

6、CCRRRUVI 輸出電流輸出電流 R2e1e2CIRRI 在比例電流源電路中在比例電流源電路中, IC2與與IR成比例關(guān)系成比例關(guān)系, 使使IC2可以可以大于或小于大于或小于IR。 Re1、Re2是是電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋電阻電阻, 使使IC1、IC2具有更高的溫度穩(wěn)定性。具有更高的溫度穩(wěn)定性。而而 2e2E2BE1e1E1BERIURIU 忽略基極電流，可得忽略基極電流，可得三、微電流源IC2+VCCT1T2RIC1IB1+IB2IRIE1IE2Re基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流 RUVI1BECCR 輸出電流輸出電流 e2BE1BE2CRUUI 因?yàn)橐驗(yàn)閁BE1-UBE2很小很小, 所以所以IC2 也很

7、小也很小, 微安數(shù)量級(jí)。微安數(shù)量級(jí)。 R2e1e2CIRRI 要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。C2ReTC2IIInRUI 422 422 改進(jìn)型電流源電路改進(jìn)型電流源電路一、加射極輸出器的電流源IC2+VCCT1T2RIC1IB3IRT3IE3IB1IB2 在鏡像電流源在鏡像電流源T1的的集電極與基集電極與基極極之間加一個(gè)射極輸出的晶體管之間加一個(gè)射極輸出的晶體管T3, 利用利用T3 的電流放大作用，的電流放大作用，小對(duì)小對(duì)IR的分流作用，的分流作用，即使即使很小，很小，基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流: RUUVI1BE3BECCR 輸出電流輸出電流: R2

8、CII 為避免為避免T3 的電流過(guò)小而的電流過(guò)小而使使3下降下降, 在在T3 的發(fā)射極的發(fā)射極加一電阻加一電阻Re3, Re3使使IE3增大。增大。也可以認(rèn)為也可以認(rèn)為IC2IR。減減二、威爾遜電流源 T2管的管的c-e串聯(lián)在串聯(lián)在T3管的發(fā)射管的發(fā)射 極極, 電路的電路的Re相同。相同。 其作用與典型工作點(diǎn)穩(wěn)定其作用與典型工作點(diǎn)穩(wěn)定 因?yàn)橐驗(yàn)閏-e間等效電阻非常大間等效電阻非常大, 可使可使IC3高度穩(wěn)定。高度穩(wěn)定。 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流: RUUVI1BE3BECCR 輸出電流輸出電流: RR23CII )2221(I IE3+VCCT1T2RIC1IRT32IBIC3IC2IB3423 42

9、3 多路電流源電路多路電流源電路 利用一個(gè)基準(zhǔn)電路去獲得利用一個(gè)基準(zhǔn)電路去獲得多個(gè)不同多個(gè)不同的輸出電流。的輸出電流。 IC1+VCCTT1RICIRReRe1IBIC2T2Re2IC3T3Re3IE1IEIE2IE3輸出電流：輸出電流： 1E1CII R1eeIRR 2E2CII R2eeIRR 3E3CII R3eeIRR 當(dāng)當(dāng)IR確定后，確定后， 改變各電流源射極電阻，改變各電流源射極電阻， 可獲得不同比例的輸出電流?？色@得不同比例的輸出電流。 424 424 以電流源為有源負(fù)載的放大電路以電流源為有源負(fù)載的放大電路 在共射在共射(共源共源)放大電路中放大電路中, becurRA dmu

10、RgA 或或增大增大Rc (或或Rd), 可以提高電壓可以提高電壓但是會(huì)影響但是會(huì)影響用電流源電路取代用電流源電路取代Rc，在集成運(yùn)放中在集成運(yùn)放中, 用電流源取代用電流源取代Rc(或或Rd), 稱(chēng)為有源負(fù)載。稱(chēng)為有源負(fù)載。 既可獲得合適的靜態(tài)電流，既可獲得合適的靜態(tài)電流，對(duì)于交流信號(hào)，對(duì)于交流信號(hào)， 又可得到很大的等效又可得到很大的等效RC 。放大倍數(shù)放大倍數(shù); 放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。一、有源負(fù)載共射放大電路 +VCC IR RL R Rb T3 T2 T1 IC2 IC1 uo ui +T1為為放大管放大管， T2與與T3構(gòu)成鏡像電流源，構(gòu)成鏡像電流源， T2是是T1

11、的的有源負(fù)載有源負(fù)載。 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流 RUVIEB3CCR 靜態(tài)空載，靜態(tài)空載，T1集電極靜態(tài)電流集電極靜態(tài)電流 2C1CII RI uCEoiCQ uce iccceceiur Cib cerbe1bLce2ce11urR)Rr(r A 動(dòng)態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)二、有源負(fù)載差分放大電路 +VCC RL T4 T3 T1 IC3 IC1 ui +uo +IC4 IC2 I-VEE T2 T1 、T2為為放大管放大管， T3與與T4構(gòu)成構(gòu)成鏡像電流源鏡像電流源， 作作T1和和T2的有源負(fù)載。的有源負(fù)載。 靜態(tài)靜態(tài): 2C1CII I21 使單端輸出電使單端輸出電路的差模放大倍路的差模放大倍數(shù)近似等于雙端

12、數(shù)近似等于雙端輸出時(shí)的差模放輸出時(shí)的差模放大倍數(shù)。大倍數(shù)。，C1C3II 2C4C4C3CII,II 0II iC2C4O iO動(dòng)態(tài)：動(dòng)態(tài)：輸入差模信號(hào)輸入差模信號(hào)uIC2C1ii C2C4O iii C1C3C4iii C12 i 4.3 集成運(yùn)放電路分析集成運(yùn)放電路分析了解電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。了解電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。將整個(gè)電路分為各自具有一定功能的基將整個(gè)電路分為各自具有一定功能的基 本電路。本電路。定性分析每部分電路的基本功能和性能。定性分析每部分電路的基本功能和性能。相互連接關(guān)系以及連接后實(shí)現(xiàn)的功能和相互連接關(guān)系以及連接后實(shí)現(xiàn)的功能和 性能。性能。必要時(shí)可估算或

13、利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路主必要時(shí)可估算或利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路主 要參數(shù)。要參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。一. 讀圖方法二、F007電路分析 對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路偏置電路，然后根據(jù)，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。 若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。找出偏置電路找出偏置電路雙端輸入、單端雙端輸入、單端輸出差分放

14、大電輸出差分放大電路路以復(fù)合管為放大管、以復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共恒流源作負(fù)載的共射放大電路射放大電路用用UBE倍增電路消倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)互補(bǔ)輸出級(jí)三級(jí)放大電路三級(jí)放大電路簡(jiǎn)化電路分解電路44 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1、開(kāi)環(huán)差模電壓增益、開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)，運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，接入規(guī)定的負(fù)載，無(wú)負(fù)反饋情況無(wú)負(fù)反饋情況下的下的直流差模電壓增益；直流差模電壓增益；)uu(uANPood )dB( |A|lg20od或或 通用型集成運(yùn)放的通用型集成運(yùn)放的Aod通常在通常在105 (100dB)左右，左右，且具有極

15、好的低頻響應(yīng)；且具有極好的低頻響應(yīng)；)dB(Alg20od)H( fZ40801201001210310410510610710106dB(M741)2、-3dB帶寬帶寬fH 開(kāi)環(huán)差模電壓增益下開(kāi)環(huán)差模電壓增益下降降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率 ；ZHH7f 3、單位增益帶寬、單位增益帶寬fc 開(kāi)環(huán)差模電壓增益下開(kāi)環(huán)差模電壓增益下降到降到0dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率 ；ZcMH4 . 1f 4、共模抑制比、共模抑制比KCMR: 差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對(duì)值差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對(duì)值; ocodCMRAAK )dB(Klg20CMR或或5、差模輸入電阻、差模輸入電阻ri

16、d: 輸入差模信號(hào)時(shí)的輸入電阻輸入差模信號(hào)時(shí)的輸入電阻; 6、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓UIO :在室溫及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，在室溫及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，為了使集成運(yùn)放的輸出電為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓；在輸入端加的補(bǔ)償電壓； 7、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流IIO :當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，當(dāng)輸出電壓為零時(shí)， 流入放大器兩輸入端的流入放大器兩輸入端的 靜態(tài)基極靜態(tài)基極電流之差：電流之差：BNBPIOIII 8、溫度漂移、溫度漂移:溫度漂移是零點(diǎn)漂移的主要來(lái)源溫度漂移是零點(diǎn)漂移的主要來(lái)源;(1) 輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO/ T在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，

17、UIO的溫度系數(shù)；的溫度系數(shù)；(2) 輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂 UIIO/ T在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，IIO的溫度系數(shù)；的溫度系數(shù)；UIO/ T和和 IIO/ T不能用外接調(diào)零裝置的辦法來(lái)補(bǔ)償；不能用外接調(diào)零裝置的辦法來(lái)補(bǔ)償；9、輸入偏置電流、輸入偏置電流IIB :集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)， 兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值：均值：2/ )II (IBPBNIB 10、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓Uidmax : 兩個(gè)輸入端所能承受的最大電壓值，兩個(gè)輸入端所能承受的最大電壓值， 超過(guò)這個(gè)電壓值，超過(guò)這個(gè)電壓值，運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)的晶

18、體管將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿；運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)的晶體管將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿；11、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓Uicmax :運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓，運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓， 超過(guò)這個(gè)電壓值，超過(guò)這個(gè)電壓值，運(yùn)放的共模抑制比將顯著下降；運(yùn)放的共模抑制比將顯著下降；12、最大輸出電流、最大輸出電流 Iomax :運(yùn)放所能輸出的正向或負(fù)向的峰值電流；運(yùn)放所能輸出的正向或負(fù)向的峰值電流；13、轉(zhuǎn)換速率、轉(zhuǎn)換速率SR: 表示集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)變化速度的適應(yīng)能力表示集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)變化速度的適應(yīng)能力,是衡量運(yùn)放在大幅值信號(hào)作用時(shí)工作速度的參數(shù)是衡量運(yùn)放在大幅值信號(hào)作用時(shí)工作速度的參數(shù),即：即

19、：dtduSRo max45 集成運(yùn)放的種類(lèi)及選擇集成運(yùn)放的種類(lèi)及選擇1、按工作原理分類(lèi)、按工作原理分類(lèi) 電壓放大型電壓放大型 電流放大型電流放大型 跨導(dǎo)型跨導(dǎo)型 互阻型互阻型 2、按可控性分類(lèi)、按可控性分類(lèi) 可變?cè)鲆孢\(yùn)放可變?cè)鲆孢\(yùn)放 選通控制運(yùn)放選通控制運(yùn)放 3、按性能指標(biāo)分類(lèi)、按性能指標(biāo)分類(lèi) 高阻型高阻型 高速型高速型 高精度型高精度型 低功耗型低功耗型 高壓型高壓型4、運(yùn)放的選擇、運(yùn)放的選擇 信號(hào)源的性質(zhì)信號(hào)源的性質(zhì) 負(fù)載的性質(zhì)負(fù)載的性質(zhì) 精度要求精度要求 環(huán)境條件環(huán)境條件 根據(jù)根據(jù):46 集成運(yùn)放的使用集成運(yùn)放的使用一、使用時(shí)必做的工作 1、集成運(yùn)放的外引線(xiàn)、集成運(yùn)放的外引線(xiàn) 金屬殼封裝金屬殼封裝 (F007)12345678雙列直插式封裝雙列直插式封裝 (LM741)1 2 3 48 7 6 5 LM741 2反相輸入端反相輸入端3同相輸入端同相輸入端6輸出端輸出端4負(fù)電源端負(fù)電源端7正電