集成電路運算放大器

1、6.1 6.1 集成電路運算放大器中的電流源集成電路運算放大器中的電流源6.2 6.2 差分式放大電路差分式放大電路6.3 6.3 集成電路運算放大器集成電路運算放大器6.4 6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)集成電路運算放大器的主要參數(shù)把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片 上，構(gòu)成特定功能的電子電路。 由于制造工藝上的原因，模擬集成電路與分立元件電由于制造工藝上的原因，模擬集成電路與分立元件電路相比有以下特點：路相比有以下特點：（1 1）電阻和電容的值不宜做得太大）電阻和電容的值不宜做得太大 電路結(jié)構(gòu)上采用電路結(jié)構(gòu)上采用直接耦合方式直接耦合方式（2 2）為克服直接耦合電路的溫度漂移，常采用

2、差分式放）為克服直接耦合電路的溫度漂移，常采用差分式放大電路作為輸入級大電路作為輸入級（3 3）盡量采用）盡量采用BJTBJT（或或FETFET）代替電阻電容和二極管等代替電阻電容和二極管等元件元件6.1 集成電路運算放大器中的電流源1. 1. 鏡像電流源鏡像電流源IC2 IC1 IREF （VccVBE）/ R Vcc / RRRcT1T2Vcc2IBIREFIC1IE1IC2無論無論RC的值如何，的值如何，IC2的電流值將保持不變。的電流值將保持不變。IREFIC1IC2IBIC2 IREFIC2IREF RVVBECC2利用利用T3的電流放大作用，的電流放大作用，減小減小IB 對對I R

3、FE的分流作用，的分流作用，提高提高IC3與與I RFE 互成鏡像的互成鏡像的精度精度T1T2RVccT3IB2IB1R2. 2. 微電流源微電流源IREFIC1IE2IC2RRe22IBT1T2VccIE2Re2 = V BE1VBE2IE2Re2+ VBE2= VBE1（KVL方程）方程）IE2 =（VBE1VBE2）/ Re2 = V BE / Re2 IC2V BE的數(shù)值很小的數(shù)值很小 IC2亦很小，故稱為亦很小，故稱為IREF(VccVBE) / RVcc / R集成電路運算放大器3. 3. 電流源作有源負載電流源作有源負載 ioV=VVAbeLc)/(rRR beLV=rRA 比用

4、電阻比用電阻Rc作負載時提高了。作負載時提高了。放大管放大管鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源鏡像電流源集成電路運算放大器 直接耦合放大電路直接耦合放大電路 零點漂移零點漂移 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 抑制零點漂移原理抑制零點漂移原理 差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路中的一般概念 主要指標計算主要指標計算 幾種方式指標比較幾種方式指標比較6.2 差分式放大電路集成電路運算放大器1. 直接耦合放大電路直接耦合放大電路可以放大直流信號可以放大直流信號2.直接耦合放大電路直接耦合放大電路的零點漂移的零點漂移零漂：零漂：主要原因：主要原因：溫漂指標：溫漂指標：溫度變

5、化引起，也稱溫漂。溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時，輸輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。溫度每升高溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動電源電壓波動也是原因之一也是原因之一集成電路運算放大器例如例如 100,=V1A若第一級漂了若第一級漂了100 uV，則輸出漂移則輸出漂移 1 V。若第二級也漂了若第二級也漂了100 uV，則輸出漂移則輸出漂移 10 mV。假設(shè)假設(shè)F 第一級是關(guān)鍵第一級是關(guān)鍵。 1= 100,=V3V2AA3. 減小零漂的措施減小零漂

6、的措施F 用非線性元件進行溫度補償用非線性元件進行溫度補償F 采用差分式放大電路采用差分式放大電路漂了漂了 100 uV漂移漂移 10 mV+100 uV漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV集成電路運算放大器共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指標反映抑制零漂能力的指標4. 差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路中的一般概念根據(jù)根據(jù)1、2兩式又有兩式又有差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖+vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信號差模信號)(21=i2i1icvvv 共模信號共模信號id

7、oVD=vvA 差模電壓增益差模電壓增益icoVC=vvA 共模電壓增益共模電壓增益2=idici1vvv 2=idici2vvv 總輸出電壓總輸出電壓icVCidVDooo=vAvAvvv 差模等效輸入方式差模等效輸入方式差放差放+-vid差放差放+-vid(a)(b)共模等效輸入方式共模等效輸入方式差放差放+-vic差模信號輸出差模信號輸出共模信號輸出共模信號輸出VCVDCMR=AAK集成電路運算放大器1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理靜態(tài)靜態(tài)0CC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)7 . 0(CCCC RIV CCRIEV CB1B1III vi1 = vi2 =

8、 0集成電路運算放大器動態(tài)動態(tài)僅輸入差模信號，僅輸入差模信號， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c1o vvv信號被放大。信號被放大。相位相反。相位相反。1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理集成電路運算放大器2. 抑制零點漂移抑制零點漂移 溫 度 變溫 度 變化和電源電化和電源電壓波動，都壓波動，都將使集電極將使集電極電流產(chǎn)生變電流產(chǎn)生變化。且變化化。且變化趨勢是相同趨勢是相同的，的，差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用。差分式放大電路對共模信號有很強抑制作用。其效果相當(dāng)于在兩個輸入端加入了共模信號。其效果相當(dāng)于在

9、兩個輸入端加入了共模信號。集成電路運算放大器2. 抑制零點漂移抑制零點漂移 溫度溫度 iC1 iE1 vE （vB1、vB2不變）不變） vBE1和和 vBE2 iB1和和 iB2 iC2 iE2 iC1 iC2 另一方面另一方面 由此看出，溫度升高時，引起兩集電極電流增加，使得由此看出，溫度升高時，引起兩集電極電流增加，使得流過流過R Re e上的電流增加，發(fā)射極電位上升，從而限制了集電極電上的電流增加，發(fā)射極電位上升，從而限制了集電極電流的增加。這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過流的增加。這一過程類似于分壓式射極偏置電路的溫度穩(wěn)定過程。程。所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較

10、強的抑制零所以，即使電路處于單端輸出方式時，仍有較強的抑制零漂能力。漂能力。 集成電路運算放大器3. 主要指標計算主要指標計算（1）差模電壓增益）差模電壓增益 idoVD=vvAi2i1o2o1vvvv 接入負載時：接入負載時：（雙入、雙出交流通路雙入、雙出交流通路）l 雙入、單出雙入、單出i1o122vv becrR beLcVD)21/(=rRRA l 雙入、雙出雙入、雙出 ido1VD1=vvAi1o12vvVD21A bec2rR 接入負載時接入負載時beLcVD2)/(=rRRA 集成電路運算放大器3. 主要指標計算主要指標計算（1）差模電壓增益）差模電壓增益l 單端輸入單端輸入be

11、orr 等效于雙端輸入等效于雙端輸入指標計算與雙指標計算與雙端輸入相同端輸入相同集成電路運算放大器（2）共模電壓增益）共模電壓增益l 雙端輸出雙端輸出共模信號的輸入使兩管集共模信號的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化電極電壓有相同的變化所以所以0oc2oc1oc vvv0icocVC vvA共模增益共模增益l 單端輸出單端輸出icoc1VC1vvA 抑制零漂能力增強抑制零漂能力增強icoc2vv obec2)1(rrR oc2rR or VC1ARc1Rc2T1T22ro2ro集成電路運算放大器（3）共模抑制比）共模抑制比VCVDCMRAAK dB lg20VCVDCMRAAK 雙端輸出，理想情

12、況雙端輸出，理想情況 CMRK 單端輸出單端輸出 CMRKVC1VD1AAbeorr 越越大大， CMRK抑制零漂能力抑制零漂能力 越強越強單端輸出時的總輸出電壓單端輸出時的總輸出電壓)1(idCMRicidVD1o1vKvvAv （4）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號。集成電路運算放大器VDA4. 幾種方式指標比較幾種方式指標比較VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0cLo/2RRr 0oLc2/rRR beorr beorr 輸出方式輸出方式

13、雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出集成電路運算放大器idRicRoR4. 幾種方式指標比較幾種方式指標比較輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR集成電路運算放大器與共源電路相同與共源電路相同ido2VD2vvA 1. 電路組成電路組成2. 差模增益差模增益dm21Rg 3. 差模輸入電阻差模輸入電阻g1idRR M 1集成電路運算放大器4.3、4.6、4.7、4.83.6、3.7、3.96.3 集成電路運算放大器二二. . 簡單的集成電路運算放大器簡單的集成電路運算放大器一一. . 集成電路運放內(nèi)部組成

14、原理框圖集成電路運放內(nèi)部組成原理框圖AV -+NP VO一一. 集成電路運放內(nèi)部組成原理框圖集成電路運放內(nèi)部組成原理框圖級間直接耦合級間直接耦合功放功放電壓（流）放大電壓（流）放大恒流源恒流源差分式輸入差分式輸入 輸入級 中間級 輸出級 偏 置 電 路Vi1Vi2VoR1R2T1T2T7T8R8T4T3R4R3R7T9T6T5R6R5VEE+VCCvi1+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFR1R2T1T2差分式放大電路差分式放大電路T7T8R8鏡像電流源電路鏡像電流源電路T4T3R4R3中間級中間級R7T9電流源電流源T6T5R6R5輸出級輸出級VEE+VCCvi1

15、+vi2+voiC1iC2iR3iC7iR4iE5iE6IREFRi2Ro1Ri3Ro2 放大電路的直流計算放大電路的直流計算87)(RVVVIIEEBECCREFC72121CCCIII42243)2(RVRIVIIBECCCRR565335RVVRIVIBEBERCCE66)(0RVIEEE443341121)(RIRIVVVRIVVVRRCCCEECCCCECE 放大電路總電壓增益放大電路總電壓增益AV的計算的計算=AVD AV2 AV3vi2-vi1vo1vo2vo1vovo2AV=其中：其中： 輸入級的電壓增益輸入級的電壓增益AVD112beVDrRA 電壓放大級的電壓增益電壓放大級

16、的電壓增益AV2 輸出級的電壓增益輸出級的電壓增益AV3近似為近似為1)1 ()1 (443322RrrRAbebeV6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)6.4 集成電路運算放大器的主要參數(shù)集成電路運算放大器A1vivo103A2vivo105答：答：1. 兩個放大電路是否都可以放大兩個放大電路是否都可以放大0.1mV的信號？的信號？增加了增加了Re電壓增益電壓增益輸出漂移電壓輸出漂移電壓均為均為 200 mV輸出漂移電壓輸出漂移電壓均為均為 200 mV輸入端漂移電輸入端漂移電壓為壓為

17、 0.2 mV輸入端漂移電輸入端漂移電壓為壓為 0.002 mVA1不可以，不可以， A2可以可以集成電路運算放大器 2. 若在基本差分式放大電路中若在基本差分式放大電路中增加兩個電阻增加兩個電阻Re（如圖所示）。如圖所示）。則動態(tài)指標將有何變化？則動態(tài)指標將有何變化？答：答：雙端輸出差模增益雙端輸出差模增益:差模輸入電阻差模輸入電阻: beLc)21/(rRR VDA idR 2beroLc2/rRR 單端輸出共模增益單端輸出共模增益:VC1A icR)2)(1(21oberr 共模輸入電阻共模輸入電阻:e)1(R e)1(R eR eR 增加了增加了Re增加了增加了Re集成電路運算放大器

18、3. 差分式放大電路如圖所示。差分式放大電路如圖所示。分析下列輸入和輸出的相位關(guān)系：分析下列輸入和輸出的相位關(guān)系：反相反相vC1與與vi1同相同相vC2與與vi1同相同相vC1與與vi2反相反相vC2與與vi2反相反相vO與與vi1同相同相vO與與vi24. 靜態(tài)時，兩個輸入端是否有靜態(tài)偏置電流？靜態(tài)時，兩個輸入端是否有靜態(tài)偏置電流？集成電路運算放大器(4)當(dāng)輸出接當(dāng)輸出接12k 負載時的負載時的電壓增益電壓增益.解：解：求求:mA1)V12(0c3C3 RIV9)V12(0e3E3E3C3CE3 RIVVV +12 + - vo -12 Rc1 Rc2 T2 T1 Re1 iC1 iC2 + - vid T3 Rb1 iE Re2 Rb2 Rc3 Re3 iE3 1k 1k 10k 10k 3k 12k 10k Ri2 例例。時，時，當(dāng)當(dāng)，均為硅管，均為硅管，、V008050TTTOi321321 vv ?mV5)3(;)2(;)1(OiV2VD2Ve2CE2CE3EC23C