模電Y05集成放大電路ppt [自動保存的]

1、第五章第五章集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路5.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)5.2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)5.3集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分5.4集成運(yùn)放的典型電路集成運(yùn)放的典型電路5.5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)5.6 集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問題集成運(yùn)放使用中的幾個(gè)具體問題5.1集成放大電路的特點(diǎn)集成放大電路的特點(diǎn)5.1.1集成電路簡稱集成電路簡稱 IC ( (Integrated Circuit) )集成電路集成電路 按其功能分按其功能分?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類型電路類型( (a

2、) )雙列直插式雙列直插式( (b) )圓殼式圓殼式( (c) )扁平式扁平式5.1.2集成電路的外形集成電路的外形圖圖 5.1.1集成電路的外形集成電路的外形集成運(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)壓器集成穩(wěn)壓器； 集成數(shù)集成數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器; 集成模集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等數(shù)轉(zhuǎn)換器等 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路，簡稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級放大電，簡稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級放大電路。因首先用于信號的運(yùn)算，故而得名。路。因首

3、先用于信號的運(yùn)算，故而得名。( (d) )貼片貼片式式RS232接口5.1.2集成電路的外形集成電路的外形( (d) )貼片貼片式式(2-5)5.1.2集成電路的外形集成電路的外形( (d) )貼片貼片式式(2-6)Dq5-6,10z4,1-25.1.2集成電路的外形集成電路的外形( (d) )貼片貼片式式5.1.3集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)：集成運(yùn)算放大電路特點(diǎn)： 5. 集成電路中的集成電路中的 NPN 、 PNP管的管的 值差別較大，通常值差別較大，通常 PNP 的的 10 。 1 1、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的對稱對稱一致性，采用差分放大電一致性

4、，采用差分放大電路和電流源電路。路和電流源電路。 2 2、用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐窂?fù)雜并不增加制作工序。、用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐窂?fù)雜并不增加制作工序。 3 3、用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。、用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。 4 4、采用復(fù)合管。、采用復(fù)合管。5.2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)集成運(yùn)算放大器的符號集成運(yùn)算放大器的符號1、開環(huán)差模電壓增益、開環(huán)差模電壓增益 Aod一般用對數(shù)表示，定義為一般用對數(shù)表示，定義為 UUUAlg20-Ood單位：單位： dB 分貝分貝理想情況理想情況 Ao

5、d 為無窮大；為無窮大； 實(shí)際情況實(shí)際情況 Aod 為為 100 140 dB。圖圖 5.2.1運(yùn)算放大器的符號運(yùn)算放大器的符號輸輸 出出 端端5.2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)集成運(yùn)算放大器的符號集成運(yùn)算放大器的符號1、開環(huán)差模電壓增益、開環(huán)差模電壓增益 Aod一般用對數(shù)表示，定義為一般用對數(shù)表示，定義為 UUUAlg20-Ood單位：單位： dB 分貝分貝理想情況理想情況 Aod 為無窮大；為無窮大； 實(shí)際情況實(shí)際情況 Aod 為為 100 140 dB。圖圖 5.2.1運(yùn)算放大器的符號運(yùn)算放大器的符號2、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓 UIO定義：定義：為了使輸出電壓為零，在

6、輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放：一般運(yùn)放：UIO 為為 1 10 mV；高質(zhì)量運(yùn)放：高質(zhì)量運(yùn)放：UIO 為為 1 mV 以下。以下。3、輸入失調(diào)電壓溫漂、輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO 定義：定義：TUUddIOIO 一般運(yùn)放為一般運(yùn)放為 每度每度 10 20 V；高質(zhì)量運(yùn)放低于每度高質(zhì)量運(yùn)放低于每度 0.5 V 以下以下；輸輸 出出 端端4、輸入失調(diào)電流、輸入失調(diào)電流 IIO5、輸入失調(diào)電流溫漂、輸入失調(diào)電流溫漂 IIO當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流之差，即當(dāng)輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流之差，即定義：定義：B2B1IOIII 一般

7、運(yùn)放為一般運(yùn)放為 幾十幾十 一百納安；高質(zhì)量的低于一百納安；高質(zhì)量的低于 1 nA。定義：定義：TIIddIOIO 一般運(yùn)放為一般運(yùn)放為 每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。每度幾納安；高質(zhì)量的每度幾十皮安。5.2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)6、輸入偏置電流、輸入偏置電流 IIB7、差模輸入電阻、差模輸入電阻 rid8、共模抑制比、共模抑制比 KCMR定義：定義： 輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。輸出電壓等于零時(shí)，兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。)(21B2B1IBIII 定義：定義：IdIdidIUr 一般集成運(yùn)放為幾兆歐。一般集成運(yùn)放為幾兆歐。定義：定義：ocodC

8、MRlg20AAK 多數(shù)集成運(yùn)放在多數(shù)集成運(yùn)放在 80 dB 以上，以上，高質(zhì)量的可達(dá)高質(zhì)量的可達(dá) 160 dB。9、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓 UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。輸入端所能承受的最大共模電壓。10、最大差模輸入電壓、最大差模輸入電壓 UIdm 反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。11、 3 dB帶寬帶寬 fH表示表示 Aod 下降下降 3 dB 時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放時(shí)的頻率。一般集成運(yùn)放 fH 只有幾赫至幾千赫。只有幾赫至幾千赫。5.2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)12、 單位增益帶寬單位增益

9、帶寬 BWGAod 降至降至 0 dB 時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于時(shí)的頻率，此時(shí)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)等于 1 。13、 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SR 額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號時(shí)，輸出電壓的最大額定負(fù)載條件下，輸入一個(gè)大幅度的階躍信號時(shí)，輸出電壓的最大變化率。單位為變化率。單位為 V / s 。在實(shí)際工作中，輸入信號的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的在實(shí)際工作中，輸入信號的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的 SR 值。值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。5.3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

10、是一個(gè)具有實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。放大電路。圖圖 5.3.1集成運(yùn)算的基本組成集成運(yùn)算的基本組成前置級，采用差分放大電路。要求前置級，采用差分放大電路。要求Ri大大，Ad大，大， Ac小，輸入端耐壓高小，輸入端耐壓高.主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。功率級，準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級。要求功率級，準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級。要求Ro小小，最大不失真輸出電壓盡可能大。，最大不失真輸出電壓盡可能大。為各級放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用為各級放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用電流源電路電流源電路。兩個(gè)輸

11、入端兩個(gè)輸入端一個(gè)一個(gè)輸出端輸出端 若將集成運(yùn)放看成為若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)一個(gè)“黑盒子黑盒子”，則可等，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。輸出的差分放大電路。輸輸 出出 端端Dq1-2,10z3,1-25.3.1偏置電路偏置電路向各放大級提供合適的偏置電路，確定各級靜態(tài)工作點(diǎn)。向各放大級提供合適的偏置電路，確定各級靜態(tài)工作點(diǎn)。1、鏡像電流源、鏡像電流源 ( (電流鏡電流鏡 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流由于由于 UBE1 = UBE2

12、，VT1與與 VT2 參數(shù)基本參數(shù)基本相同，則相同，則IB1 = IB2 = IB； IC1 = IC2 = ICBREF1C2III 整理后得整理后得 211REF2C II當(dāng)滿足當(dāng)滿足 2 時(shí)時(shí),即即忽略基極電忽略基極電流，流， 則則REF2CII 圖圖 5.3.2鏡像關(guān)系鏡像關(guān)系5.3集成運(yùn)放的基本組成部分集成運(yùn)放的基本組成部分（5.3.1）（5.3.2）RUV1BECC 2CI C2REF2II +VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE22、比例電流源、比例電流源在鏡像電流源在鏡像電流源 上加入兩個(gè)電阻上加入兩個(gè)電阻R1R2由圖可得由圖可得UBE1

13、+ IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 = UBE2 ，則，則22E11ERIRI 忽略基極電流，忽略基極電流，可得可得REF211C212CIRRIRRI 兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源比例電流源。圖圖 5.3.3 比例電流源比例電流源5.3.1偏置電路偏置電路1、鏡像電流源、鏡像電流源 ( (電流鏡電流鏡 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流由于由

14、于 UBE1 = UBE2，VT1與與 VT2 參數(shù)基本相同，參數(shù)基本相同，當(dāng)滿足當(dāng)滿足 2 時(shí)，則時(shí)，則RUVII1BECCREF2C 1E212EIRRI 鏡像關(guān)系鏡像關(guān)系Dq7-1,10z3,3-4（5.3.3）Dq3-4,11z2,5-6(2-14)Dq3-4,11z2,5-63、微電流源、微電流源 在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻在鏡像電流源的基礎(chǔ)上接入電阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1Re 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且，且 IC2 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 。 “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)