第四章集成運(yùn)放新

第四章集成運(yùn)放新第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三要求：了解：集成運(yùn)放的基本組成、集成運(yùn)放的使用。理解：典型的幾種恒流源電路的工作原理。掌握：集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù)、電壓傳輸特性，恒流源電路的計(jì)算。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.1集成運(yùn)算放大電路概述將T、D、R及連線制作在同一塊半導(dǎo)體基片上即成集成電路。4.1.1集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、不能做大C、L，只能采用直接耦合方式。二、為克服溫漂，采用差分放大電路。三、用管子構(gòu)成的恒流源代替大R及設(shè)置Q。四、采用復(fù)合管改善單管的性能。第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.1.2集成運(yùn)放的組成及各部分的作用高放大倍數(shù)，直接耦合多級放大器。輸入級中間級輸出級偏置電路uPuNuO圖4.1.1集成運(yùn)放電路方框圖一、輸入級：差分電路，兩個(gè)輸入端，減少溫漂。二、中間級：較高增益，共射，復(fù)合管放大，有源負(fù)載。三、輸出級：互補(bǔ)對稱輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。四、輔助環(huán)節(jié)：偏置電路；調(diào)零電路；短路保護(hù)。思考題：用分立元件組成相同電路，性能是否同樣？第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三＋－u-u+uo集成運(yùn)算放大器符號及電壓傳輸特性－＋＋∞反相輸入端u－（uN）同相輸入端u+（uP）輸出端uo國際符號：國內(nèi)符號：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高:輸入電阻大:輸出電阻小:第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.1.3集成運(yùn)放的電壓傳輸特性uO=f(ui)線性區(qū)非線性區(qū)0uPuo圖4.1.2（b）集成運(yùn)放的電壓傳輸特性差模開環(huán)放大倍數(shù)大于105，開環(huán)無法正常放大。第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.2集成運(yùn)放中的電流源作用：偏置、有源負(fù)載。

鏡像電流源、微電流源、威爾遜電流源、比例電流源、多路電流源等。第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三1.鏡像電流源基準(zhǔn)電流：

無論Rc的值如何，IC2的電流值將保持不變。4.2集成運(yùn)放中的電流源電路因?yàn)椋核裕旱?頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

IC2與IR成比例關(guān)系。2.比例電流源第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三3.微電流源很小，由于所以IC2也很小第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三比較：鏡像電流源比例電流源微電流源第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.多路電流源提問：將所有Re短路后，還能否構(gòu)成多路電流源？第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三5.電流源作有源負(fù)載共射電路的電壓增益為：對于此電路Rc就是鏡像電流源的交流電阻.因此增益比用電阻Rc作負(fù)載時(shí)大大提高了。放大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三有源負(fù)載差動放大電路T3、T4組成鏡像電流源，作T1、T2的負(fù)載。同時(shí)可使單端輸出的電壓增益近似為雙端輸出的電壓增益。第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三通用型集成運(yùn)放F0074.3集成運(yùn)放電路簡介第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三1.偏置電路：

T12、R5和T11構(gòu)成了主偏置電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)電流：其他偏置電流都與基準(zhǔn)電流有關(guān)。

T10、T11和R4組成微電流源，通過T8和T9組成的鏡象電流源為差動輸入級提供偏置電流。

T12和T13管構(gòu)成鏡象電流源。T13管為中間級、輸出級提供偏置電流,作為中間級的有源負(fù)載。第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三2.輸入級：

T1、T2和T3、T4管組成共集一共基復(fù)合差動輸入電路。其中T1和T2管作為射極輸出器，輸入電阻高。

T5、T6、T7

和R1

、R2

、R3組成電流源，作為差動輸入級的有源負(fù)載，可以提高輸入級的增益。單端輸出轉(zhuǎn)換為雙端增益的功能。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三3.中間級：T16和T17是復(fù)合管組成的共射放大電路，T13管作這一級的集電級有源負(fù)載。第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

4.輸出級：

T14和T18、T19管組成互補(bǔ)對稱輸出級，T15、R7和R8為其提供靜態(tài)偏置克服交越失真。

D1管R7和R9保護(hù)T14管，使其在正向電流過大時(shí)不致燒壞。

D2管R8和R10保護(hù)T18T19管在負(fù)向電流過大時(shí)不致燒壞。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三5.相位分析：用“瞬時(shí)極性法”判定，“+”號腿為同相端；“—”號腿為反相端。+++--+第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：

無反饋時(shí)的差模電壓增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上。

2.差模輸入電阻rid

：

雙極型管輸入級約為105～106歐姆，場效應(yīng)管輸入級可達(dá)109歐姆以上。

3.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Aud/Auc)

(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。4.4集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三5.輸入失調(diào)電壓溫漂在規(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。

4.輸入失調(diào)電壓UIO

輸入電壓為零時(shí)，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。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對稱性的指標(biāo)。第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

7.輸入失調(diào)電流在零輸入時(shí)，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。

6.輸入偏置電流IB

：輸入電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)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。8.輸入失調(diào)電流溫漂在規(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。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三9.最大差模輸入電壓10.最大共模輸入電壓運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。在保證運(yùn)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(shí)，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三11.－3dB帶寬

fH

：運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)在高頻段下降3dB所定義的帶寬fH

。

12.轉(zhuǎn)換速率SR(壓擺率)：反映運(yùn)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(dá)式為

第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三集成運(yùn)放的低頻等效電路第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三運(yùn)算放大器外形圖第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三運(yùn)算放大器外形圖第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三通用型運(yùn)放專用型運(yùn)放:

高速、寬帶、高精度、高輸入電阻和低功耗等4.5特殊集成運(yùn)算放大器第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

一.高速型和寬帶型特點(diǎn)：fH高，SR大應(yīng)用：用于寬頻帶放大器，高速A/D、D/A，高速數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)。例如：

CF2520/2525AD9620AD9618

OP37

CF357

第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

二.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：

OP177

CF714

第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

三.高輸入阻抗型

用于測量設(shè)備及采樣保持電路中。

例如：

AD549

CF155/255/355

第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三四.低功耗型

用于空間技術(shù)和生物科學(xué)研究中，工作于較低電壓下，工作電流微弱。例如：

OP22正常工作靜態(tài)功耗可低至36

W。

OP290在0.8

V電壓下工作，功耗為24W

。

CF7612在5

V電壓下工作，功耗為50W

。第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三

五.功率型

這種運(yùn)放的輸出功率可達(dá)1W以上，輸出電流可達(dá)幾個(gè)安培以上。例如：LM12

TP1465第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三4.6集成運(yùn)放的使用一、管腳不要接錯(cuò)，尤其是正、負(fù)電源端，否則會被燒毀

765μA7411234U-U+-VCC+VCC出二、保護(hù)措施1、輸入保護(hù)；2、輸出保護(hù)；3、電源端保護(hù)。電路內(nèi)部已有第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三輸入保護(hù)措施1、輸入保護(hù)第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三輸出保護(hù)電路2、輸出保護(hù)第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三電源端保護(hù)3、電源端保護(hù)第38頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三本章小結(jié)