教學目的1、掌握集成運放的特點、理想性能指標及使用注意事項2

1、第四章集成運算放大搬教學目的1、掌握集成運放的特點、理想性能指標及使用注意事項2、理解集成運放電路中的偏置電路 一電流源電路的作用、分類、計算3、掌握集成運放 F007的引腳圖、應(yīng)用教學重點和難點1、集成運放電路的理想性能指標、F007的應(yīng)用2、電流源電路的作用教學時數(shù)4學時教學內(nèi)容第一節(jié)集成運算放大電路概述一、集成運算放大電路結(jié)構(gòu)特點二、集成運算放大電路的組成及各部分的作用三、集成運放的電壓傳輸特性第二節(jié) 集成運放中的電流源電路一、基本電流源電路二、改進性電流源電路三、多路電流源電路四、以電流源為有源負載的放大電路第三節(jié)集成運放電路簡介第四節(jié)集成運放的性能指標及低頻等效電路第五節(jié)集成運放的種

2、類及選擇第六節(jié)集成運放的使用電子教案運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。本章討論的問題：1.什么是集成運算放大電路？將分立元件直接耦合放大電路做在一個硅片上就是集成運放嗎？集成運放電路結(jié)構(gòu)有什么特點？.集成運放由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？4.集成運放的電壓傳輸特性有什么特.如何設(shè)置集成運放中各級放大電路的靜態(tài)工作點？ 點？5.如何評價集成運放的性能？有哪些主要指標？6.集成運放有哪些類型？如何選擇？使用時應(yīng)注意哪 些問題？集成運算放大電路概述集成運放的電路結(jié)構(gòu)特點集成運算放大器是一個高增益直接耦合放大電路，

3、它的方框圖如圖所示。運算放大器方框圖集成運放電路的組成及各部分的作用.輸入級要使用高性能的差分放大電路，它必須對共模信號有很強的抑制力，而且采用 雙端輸入、雙端輸出的形式。.中間放大級 要提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度。中間級的電路形式多為差 分電路和帶有源負載的高增益放大器。.互補輸出級由PNP和NPN兩種極性的三極管或復合管組成，以獲得正負兩個極性的 輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。.偏置電流源 可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點。4.1.3集成運放的電路傳輸特性運算放大器的符號中有三個引線端，兩個輸入端，一個輸出端。一個稱為同相輸入端，即該端輸入信號變

4、化的極性與輸出端相同，用符號偵IN表示；另一個稱為 反相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相異，用符號-”或“IN”表示。輸出端一般畫在輸入端的另一側(cè)，在符號邊框內(nèi)標有 母。實際的運算放大器通常必須有正、負電源端有的品種還有補償端和調(diào)零端。(1)集成放大器的符號按照國家標準符號如圖所示。(a)國家標準符號(b)原符號圖模擬集成放大器的符號(2)集成運算放大器的型號命名CHINA的字頭放大器數(shù)字序號(與世界上其它廠家同類型產(chǎn)品的序號相同。)其它例如：集成功率放大器的型號命名CD集成穩(wěn)壓器的型號命名CW4.2集成運放中的電流源電路電流源是一個使輸出電流恒定的電源電路，與電壓源相對應(yīng)。(1)電

5、流源電路是一個電流負反饋電路，并利用PN結(jié)的溫度特性，對電流源電路進行溫度補償，以減小溫度對電流的影響。(2)電流源電路在模擬集成放大器中用以穩(wěn)定靜態(tài)工作點，這對直接耦合放大器是十分重要的。(3)用電流源做有源負載，可獲得增益高、動態(tài)范圍大的特性。(4)用電流源給電容充電，以 獲得線性電壓輸出。(5)電流源還可單獨制成穩(wěn)流電源使用。(6)在模擬集成電路中，常用的電流源電路有：鏡像電流源、精密電流源、微電流源、多 路電流源等?；倦娏髟措娐芬弧㈢R像電流源鏡像電流源電路，如圖所示，它的特點是工作三極管的集電極電流是電流源電路電流 的鏡像(相等)。REF 達Cl工 , 一1鏡像電流源二極官 Ti、丁

6、2 匹配，0i =邑=B ,Vbe1 =VbE2 =Vbe ,則R EF = 1 Ci 21 B=IC2 2Ib2= IC2。T且 |REF =Vcc Vbe ,當 Bx2 時,IC2 = IREF , IC2 和 Iref是鏡像關(guān)系。R二、比例電流源在鏡像電流源電路中，若增加兩個發(fā)射極電阻，使兩個發(fā)射極電阻中的電流成一定的 比例關(guān)系，即可構(gòu)成 比例電流源。其電路如圖所示。因兩三極管基極對地電位相等，于是有VBE1I E1 Re1 = V BE2 I E2 Re2因VBE1 V VbE2 , I E1 Re1I E2 Re2所以，IoRe1ffcI REFRe2圖04.06比例電流源三、微電流

7、源微電流源電路如圖所示，通過接入 Re電阻得到一個比基準電流小許多倍微電流源的微電流源，適用于微功耗的集成電路中。由圖可得：VBE1 = VBE2I E2 ReI E2 Re - VBE1 -V BE2VBEI o I E2Vbe /ReI O 5 I REF 的關(guān)系如下I REF I E1 I Sie BE1 TVBE 2/VTI O - I C2 :T E2 I S2eVbe =Vbei -Vbe2 = Vt (ln REF I SiIIn I-)S2般有I S1= IS2,所以:VBEVT I R E F二lnRe2Re2 IoI RE F I O Reln=I oVt因AVbe小，Io

8、 Iref同時Io的穩(wěn)性也比I ref好。改進型電流源電路一、加射極輸出器的電流源與普通鏡象電流源相比，其精度提高了P倍。電路如圖04.04所示。由于有T3存在，Ib3和將比鏡像電流源的 2%小日3倍，因此Ic2和Iref更加接近。精密鏡像電流源、威爾遜電流源多路電流源電路通過一個基準電流源穩(wěn)定多個三極管的工作點電流，即可構(gòu)成多路電流源，電 路見圖。圖中一個基準電流IREF可獲得多個恒定電流IC2 IC3-O多電流源以電流源為有源負載的放大電路一、有源負載共射放大電路二、有源負載關(guān)分放大電路集成運放電路簡介雙極性集成運放一、F007電路分析二、F324電路分析單極性集成運放集成運放的性能指標及

9、低頻等效電路集成運放的主要性能指標運算放大器的技術(shù)指標很多，其中一部分與差分放大器和功率放大器相同，另一部分則是根據(jù)運算放大器本身的特點而設(shè)立的。各種主要參數(shù)均比較適中的是通用型運算放大器， 對某些項技術(shù)指標有特殊要求的是各種特種運算放大器。1.輸入失調(diào)電壓 Vio(input offset voltage):輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。Vio是表征運放內(nèi)部電路對稱性的指標。.輸入失調(diào)電流IO(input offset current)：在零輸入時，差分輸入級的差分對管 基極電流之差，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。.輸入偏置電流 IB(input

10、bias current):運放兩個輸入端偏置電流的平均值，用 于衡量差分放大對管輸入電流的大小。.輸入失調(diào)電壓溫漂dVIO/dT :在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的 變化量與溫度變化量之比值。.輸入失調(diào)電流溫漂d I IO/dT ：在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的 變化量與溫度變化量之比值。.最大差模輸入電壓 Vidmax(maximum differential mode input voltage)：運放兩 輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時，差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。.最大共模輸入電壓 Vicmax (maximum common mode input v

11、oltage):在保證運 放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)飽 和，放大器失去共模抑制能力。.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avd (open loop voltage gain)：運放在無外加反饋條件下，輸出電壓與輸入電壓的變化量之比。.差模輸入電阻rid(input resistance):輸入差模信號時，運放的輸入電阻。.共模抑制比 KCMR (common mode rejection ratio):與差分放大電路中的定義相同，是差模電壓增益Avd與共模電壓增益 Avc之比，常用分貝數(shù)來表示。KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB). 3d

12、B帶寬儲(一3dB band width):運算放大器的差模電壓放大倍數(shù)% 在高頻段下降3dB所定義的帶寬fH。.單位增益帶寬fC (BW?G)(unit gain band width):。下降到1時所對應(yīng)的頻率，定義為單位增益帶寬fCo.轉(zhuǎn)換速率Sr (壓擺率)(slew rate):反映運放對于快速變化的輸入信號的響應(yīng)能力。轉(zhuǎn)換速率Sr的表達式為q _dVo SrF d I max(動畫8-1).等效輸入噪聲電壓 Vn(equivalent input noise voltage)：輸入端短路時，輸出 端的噪聲電壓折算到輸入端的數(shù)值。這一數(shù)值往往與一定的頻帶相對應(yīng)。4.4.2集成運放的低

13、頻等效電路集成運放的種類及選擇集成運放的發(fā)展概況集成運放的種類為滿足實際使用中對集成運放性能的特殊要求，除性能指標比較適中的通用型運放外， 發(fā)展了適應(yīng)不同需要的專用型集成運放。它們在某些技術(shù)指標上比較突出。根據(jù)運算放大器的技術(shù)指標可以對其進行分類，主要有通用、高速、寬帶、高精度、高 輸入電阻和低功耗等幾種。通用型通用型運算放大器的技術(shù)指標比較適中，價格低廉。通用型運放也經(jīng)過了幾代的演變，早期的通用I型運放已很少使用了。以典型的通用型運放CF741(RA741)為例，輸入失調(diào)電壓12 mV、輸入失調(diào)電流20nA、差模輸入電阻2MQ,開環(huán)增益100dB、共模抑制比90 dB、 輸出電阻75共模輸入

14、電壓范圍13 V、轉(zhuǎn)換速率0.5V/s。二、高速型和寬帶型用于寬頻帶放大器、高速A/D和D/A ,高速數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)。這種運放的單位增益帶寬和壓擺率的指標均較高，用于小信號放大時，可注重 加或如用于高速大信號放大時，同時還應(yīng)注重Sr。例如： CF2520/2525AD9620AD9618OP37CF357SR = 120V/ 內(nèi)Sr = 2200 V/ msRSr = 1800 V/ ss RSr =17V/ pSSr =50 V/ s SBWG=20 MHzfH =600 MH zBWG=8000MHzBWG=63MHzBWG =20 MHz三、高精度(低漂移型)用于精密儀表放大器，精密測試系統(tǒng)，精密傳感器信號變送器等。例如：OP177VIOdViodT= 0.03 囚/ CIIO = 0.3nAdIIO9=1.5pA/ C dTCF714VIOdVIOdT-0.30.5jiV/ C1 IOd 1 IOdT= 0.4 0.8nA812pA/ C四、高輸入阻抗型用于測量設(shè)備及采樣保持電路中。13 -例如： AD549IIB 10 Q12 -CF155/255/355 L b =