d模電第四章集成運(yùn)算放大電路

1、第四章第四章集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路4.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)4.2集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分4.3集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路4.4集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)4.5理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器4.6各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)4.7集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題4.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)集成電路簡(jiǎn)稱集成電路簡(jiǎn)稱 IC ( (Integrated Circuit) )集成電路按集成電路按其功能分其功能分?jǐn)?shù)字集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路模擬集成模擬集成電路

2、類型電路類型集成運(yùn)算放大器；集成運(yùn)算放大器；集成功率放大器；集成功率放大器；集成高頻放大器集成高頻放大器；集成中頻放大器；集成中頻放大器；集成比較器集成比較器；集成乘法器；集成乘法器；集成穩(wěn)壓集成穩(wěn)壓器器；集成數(shù)；集成數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等。數(shù)轉(zhuǎn)換器等。集成電路的外形集成電路的外形圖圖 4.1.1集成電路的外形集成電路的外形( (a) )雙列直插式雙列直插式( (b) )圓殼式圓殼式( (c) )扁平式扁平式集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：1. 對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。對(duì)稱性好，適用于構(gòu)成差分放大電路。2. 集成電路中電阻，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十集成電路中電阻

3、，其阻值范圍一般在幾十歐到幾十千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。千歐之間，如需高阻值電阻時(shí)，要在電路上另想辦法。3. 在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代在芯片上制作三極管比較方便，常常用三極管代替替電阻電阻( (特別是大電阻特別是大電阻) )。4. 在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，電在芯片上制作比較大的電容和電感非常困難，電路通常采用直接耦合電路方式。路通常采用直接耦合電路方式。5. 集成電路中的集成電路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差別較大，值差別較大，通常通常 PNP 的的 10 。4.2集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大

4、倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。電路。圖圖 4.2.1集成運(yùn)算的基本組成集成運(yùn)算的基本組成輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路4.2.1偏置電路偏置電路向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)工向各放大級(jí)提供合適的偏置電路，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。作點(diǎn)。一、鏡像電流源一、鏡像電流源 ( (電流鏡電流鏡 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流由于由于 UBE1 = UBE2，VT1與與 VT2 參數(shù)基本相同，則參數(shù)基本相同，則I

5、B1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C II當(dāng)滿足當(dāng)滿足 2 時(shí)，則時(shí)，則RUVII1BECCREF2C 圖圖 4.2.2+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2二、比例電流源二、比例電流源R1R2由圖可得由圖可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，則，則22E11ERIRI 忽略基極電流，可得忽略基極電流，可得REF211C212CIRRIRRI 兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的兩個(gè)三極管的集電極電流之比

6、近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。阻值成反比，故稱為比例電流源。圖圖 4.2.3比例電流源比例電流源三、微電流源三、微電流源 在鏡像電流源的基礎(chǔ)上在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻接入電阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 0，VT1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT2 截止截止iC1：+VCC VT1 RL 地地uI u 時(shí)，時(shí)，uO = + UOPP當(dāng)當(dāng) u+ u 時(shí)時(shí), uO = UOPP1. uO 的值只有兩種可能的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，在非線性區(qū)內(nèi)，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u

7、 。 “虛地虛地”不存在不存在2. 理想運(yùn)放的輸入電流等于零理想運(yùn)放的輸入電流等于零0 ii實(shí)際運(yùn)放實(shí)際運(yùn)放 Aod ，當(dāng)，當(dāng) u+ 與與 u 差值比較小時(shí)，仍有差值比較小時(shí)，仍有 Aod (u+ u )UOPP，運(yùn)放工作在線性區(qū)。，運(yùn)放工作在線性區(qū)。例如：例如：F007 的的 Uopp = 14 V，Aod 2 105 ，線性，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍V70102V 145odOPP AUuuuOu+ u O實(shí)際特性實(shí)際特性非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)但線性區(qū)范圍很小。但線性區(qū)范圍很小。圖圖 4.5.2集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性4.6各類集成運(yùn)放的性能特

8、點(diǎn)各類集成運(yùn)放的性能特點(diǎn)一、高精度型一、高精度型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 漂移和噪聲很低，開(kāi)環(huán)增益和共模抑漂移和噪聲很低，開(kāi)環(huán)增益和共模抑制比很高，誤差小。制比很高，誤差小。二、低功耗型二、低功耗型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：靜態(tài)功耗一般比通用型低靜態(tài)功耗一般比通用型低 1 2 個(gè)數(shù)量個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí)( (不超過(guò)毫瓦級(jí)不超過(guò)毫瓦級(jí)) )，要求電壓很低，要求電壓很低，有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。三、高阻型三、高阻型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí)，輸入電阻高達(dá)入電阻高達(dá) 1012 。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣高阻型

9、運(yùn)放可用在測(cè)量放大器、采樣-保持電路、帶保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。四、高速型四、高速型大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至轉(zhuǎn)換速率可達(dá)每微秒幾十至幾百伏，甚至高達(dá)高達(dá) 1 000 V/ s，單位增益帶寬可達(dá)，單位增益帶寬可達(dá) 10 MHz，甚至幾百兆歐。，甚至幾百兆歐。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：常用在常用在A / D 和和 D / A 轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣樣-保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。保持電

10、路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。五、高壓型五、高壓型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。功耗大。六、大功率型六、大功率型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。4.7集成運(yùn)放使用中的集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題幾個(gè)具體問(wèn)題4.7.1集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試4.7.2使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象1. 不能調(diào)零不能調(diào)零調(diào)零電位器故障；調(diào)零電位器故障；電路接線有誤或有虛焊；電路接線有誤或有虛焊；反饋極

11、性接錯(cuò)或負(fù)反饋開(kāi)環(huán)；反饋極性接錯(cuò)或負(fù)反饋開(kāi)環(huán)；集成運(yùn)放內(nèi)部損壞；集成運(yùn)放內(nèi)部損壞；重新接通即可恢復(fù)為輸入信號(hào)過(guò)大而重新接通即可恢復(fù)為輸入信號(hào)過(guò)大而造成造成“堵塞堵塞”現(xiàn)象現(xiàn)象原因原因2. 漂移現(xiàn)象嚴(yán)重漂移現(xiàn)象嚴(yán)重存在虛焊點(diǎn)存在虛焊點(diǎn)運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩或受強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾集成運(yùn)放靠近發(fā)熱元件集成運(yùn)放靠近發(fā)熱元件輸入回路二極管受光照射輸入回路二極管受光照射調(diào)零電位器滑動(dòng)端接觸不良調(diào)零電位器滑動(dòng)端接觸不良集成運(yùn)放本身?yè)p壞或質(zhì)量不合格集成運(yùn)放本身?yè)p壞或質(zhì)量不合格原因原因3. 產(chǎn)生自激振蕩產(chǎn)生自激振蕩消振消振措施措施按規(guī)定部位和參數(shù)接入校正網(wǎng)絡(luò)按規(guī)定部位和參數(shù)接入校正網(wǎng)絡(luò)防止反

12、饋極性接錯(cuò)防止反饋極性接錯(cuò)避免負(fù)反饋過(guò)強(qiáng)避免負(fù)反饋過(guò)強(qiáng)合理安排接線，防止雜散電容過(guò)大合理安排接線，防止雜散電容過(guò)大4.7.3集成運(yùn)放的保護(hù)集成運(yùn)放的保護(hù)1. 輸入保護(hù)輸入保護(hù)( (a) ) 反相輸入保護(hù)反相輸入保護(hù)( (b) ) 同相輸入保護(hù)同相輸入保護(hù)+V+AR1VD1VD2RFR VuOuI保護(hù)元件保護(hù)元件保護(hù)元件保護(hù)元件uO+AR1RFVD1VD2uI保護(hù)元件保護(hù)元件圖圖 4.7.1輸入保護(hù)輸入保護(hù)2. 電源極性錯(cuò)接保護(hù)電源極性錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：保護(hù)元件：VD1 、VD23. 輸出端錯(cuò)接保護(hù)輸出端錯(cuò)接保護(hù)保護(hù)元件：穩(wěn)壓管保護(hù)元件：穩(wěn)壓管 VDZ1、VDZ2+AVD1VD2+AR1VDZ1VDZ2RFuOuIR 圖圖 4.7.3利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放圖圖 4.7.2電源接錯(cuò)保護(hù)電源接錯(cuò)保護(hù)4. 輸出限