集成運算級放大電路PPT課件

1、2 2、集成運放電路的組、集成運放電路的組成成兩個兩個輸入輸入端端一個一個輸出端輸出端 若將集成運放看成為一個若將集成運放看成為一個“黑盒子黑盒子”，則可，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。路。第1頁/共41頁集成運放電路四個組成部分的作集成運放電路四個組成部分的作用用前置級，多采用差分放大電路。要求前置級，多采用差分放大電路。要求R Ri i大，大，A Ad d大，大， A Ac c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。要求有主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。足夠的放大能力。功率級，多采用準互

2、補輸出級。要求功率級，多采用準互補輸出級。要求R Ro o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。為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。第2頁/共41頁3 3、直接耦合互補輸出級、直接耦合互補輸出級 互補輸出級是直接耦合的功率放大電路。互補輸出級是直接耦合的功率放大電路。 對輸出級的要求：帶負載能力強；直流功耗??；對輸出級的要求：帶負載能力強；直流功耗??；負載電阻上無直流功耗；負載電阻上無直流功耗；最大不失真輸出電壓最大。最大不失真輸出電壓最大。射極輸出形式射極輸出形式靜態(tài)工作電流靜態(tài)工作電流小小輸入為零時輸出為零輸入為零時輸出為零第3頁/共41頁3.13

3、.1、基本電路、基本電路靜態(tài)時靜態(tài)時T T1 1、T T2 2均截止，均截止，U UB B= = U UE E=0=01 1、特征：、特征：T T1 1、T T2 2特性理想對稱。特性理想對稱。2 2、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析T T1 1的輸入特性的輸入特性理想化特理想化特性性第4頁/共41頁3、動態(tài)分析ui正半周，電流通路為正半周，電流通路為 +VCCT1RL地，地， uo = ui 兩只管子交替工作，兩路電源交兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。替供電，雙向跟隨。ui負半周，電流通路為負半周，電流通路為 地地 RL T2 -VCC， uo = ui第5頁/共41頁4 4、交越失真、交越

4、失真消除失真的方法：消除失真的方法：設置合適的靜態(tài)工作點。設置合適的靜態(tài)工作點。信號在零信號在零附近兩只附近兩只管子均截管子均截止止開啟開啟電壓電壓第6頁/共41頁3.23.2、消除交越失真的互補輸出、消除交越失真的互補輸出級級 對偏置電路的要求：有合適的Q Q點，且動態(tài)電阻盡可能小，即動態(tài)信號的損失盡可能小。 如果信號為零時兩只管子處于臨界導通或微導通，那么當有信號輸入時兩只管子中至少有一個導通，因而消除了交越失真。 二極管導通時，對直流電源的作用可近似等效為0.60.60.8V0.8V的一個直流電池，對交流信號的作用可等效為一個數(shù)值很小的動態(tài)電阻。第7頁/共41頁ib2b1D2D1B1B2

5、uuuUUU動態(tài)：靜態(tài)：倍增電路故稱之為，則若BEBE44321B2UURRRUIIBB第8頁/共41頁3.33.3、準互補輸出級、準互補輸出級 BE545EB3BE2BE1)1 ( URRUUU靜態(tài)時：ib3b1uuu動態(tài)時： 為保持輸出管的良好對稱性，輸出管為同類為保持輸出管的良好對稱性，輸出管為同類型晶體管。型晶體管。第9頁/共41頁4、直接耦合多級放大電路、直接耦合多級放大電路1、放大電路的讀圖方法（1 1）化整為零：按信號流通順序將）化整為零：按信號流通順序將N N級放大電級放大電路分為路分為N N個基本放大電路。個基本放大電路。（2 2）識別電路：分析每級電路屬于哪種基本電）識別電

6、路：分析每級電路屬于哪種基本電路，有何特點。路，有何特點。（3 3）統(tǒng)觀總體：分析整個電路的性能特點。）統(tǒng)觀總體：分析整個電路的性能特點。（4 4）定量估算：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。）定量估算：必要時需估算主要動態(tài)參數(shù)。第10頁/共41頁2 2、例、例題題第一級：雙端輸入單端輸出的差放第一級：雙端輸入單端輸出的差放第二級：以復合管為放大管的共射放大電路第二級：以復合管為放大管的共射放大電路第三級：準互補輸出級動態(tài)電阻無窮大動態(tài)電阻無窮大（1 1）化整為零，識別電路）化整為零，識別電路第11頁/共41頁（2 2）基本性能）基本性能 輸入電阻為輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數(shù)較大、輸、電壓放大倍

7、數(shù)較大、輸出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。近電源電壓。第12頁/共41頁（3 3）判斷電路的同相輸入端和反相輸入端 整個電路可整個電路可等效為一個雙等效為一個雙端輸入單端輸端輸入單端輸出的差分放大出的差分放大電路。電路。同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端第13頁/共41頁5 5、集成運放的符號和電壓傳輸特性、集成運放的符號和電壓傳輸特性 u uO O= =f f( (u uP P- -u uN N) ) 由于由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓的最大輸入電壓(uPu

8、N)的數(shù)值僅為幾十一百多的數(shù)值僅為幾十一百多V。在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN) Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。是開環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū) (uPuN)的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是UOM , 就是就是UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。，即集成運放工作在非線性區(qū)。第14頁/共41頁4.24.2、電流源電路、電流源電路1 1、鏡象電流源T0 和和 T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0C2IIIIIIRRII C 2時，則若在電流源電路中充分利用集成運放中晶體管性能的在電流源電路中充分利用集成運放中晶體

9、管性能的一致性。一致性。電路中有負反饋嗎？基準電流基準電流RUVIR)(BECCRII2CCC0C1III第15頁/共41頁2、比例電流源基準基準電流電流第16頁/共41頁3 3、微電流源eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBEe eSE1E0SEU)UU(UUIIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E設計過程很簡單，首先確定設計過程很簡單，首先確定IE0和和IE1，然后選定，然后選定R和和Re。超越方程第17頁/共41頁改進型電流源電路改進型電流源電路一、加射極輸出器一、加射極輸出器第18頁/共41頁二、威爾遜電流源

10、第19頁/共41頁、多路電流源、多路電流源（1 1）基于比例電流源的多路電流源根據(jù)所需靜態(tài)電流，來選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。根據(jù)所需靜態(tài)電流，來選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。 UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1=UBE2+IE2Re2=UBE3+IE3Re4因為因為UBE相差不多，故相差不多，故IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3第20頁/共41頁（2 2）多集電極管構成的多路電流源根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定集電結面積。根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定集電結面積。設三個集電區(qū)的面積分別為設三個集電區(qū)的面積分別為S0、S1、S2，則，則02C0C201C0C1SSIISSII，第21頁/

11、共41頁（3 3）MOS管多路電流源根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定溝道尺寸。根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定溝道尺寸。 MOS管的管的漏極電流正漏極電流正比于溝道的比于溝道的寬長比。寬長比。 設寬長比設寬長比W/L=S，且，且T1T4的寬長比分別為的寬長比分別為S0、S1、S2、S3，則，則03D0D302D0D201D0D1SSIISSIISSII，基準電流基準電流第22頁/共41頁4 4、有源負載 （1）用于共射放大電路哪只管子為放大管？哪只管子為放大管？其集電結靜態(tài)電流約為多少？其集電結靜態(tài)電流約為多少？靜態(tài)時靜態(tài)時U UIQIQ為多少？為多少？為什么要考慮為什么要考慮 h h2222? ?be1bL

12、ce2ce11)( rRRrrAu第23頁/共41頁（2 2）用于差分放大電路）用于差分放大電路電路的輸入、輸出方式？電路的輸入、輸出方式？如何設置靜態(tài)電流的？如何設置靜態(tài)電流的？靜態(tài)時靜態(tài)時i iO O約為多少？約為多少？動態(tài)時動態(tài)時 i iO O約為多少？約為多少？C1C2C4C3C1 iiiii ，C1C2C4O2 iiii 使單端輸出電使單端輸出電路的差模放大倍路的差模放大倍數(shù)近似等于雙端數(shù)近似等于雙端輸出時的差模放輸出時的差模放大倍數(shù)。大倍數(shù)。0 C2C4Oiii靜態(tài)：靜態(tài)：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，動態(tài)：動態(tài)：第24頁/共41頁4.3、集成運放電路分析、集成

13、運放電路分析1 1、讀圖方法（1 1）了解用途：）了解用途：了解要分析的電路的應用場合、用途和了解要分析的電路的應用場合、用途和技術指標。技術指標。（2 2）化整為零：）化整為零：將整個電路圖分為各自具有一定功能的將整個電路圖分為各自具有一定功能的基本電路?；倦娐?。（3 3）分析功能：）分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性定性分析每一部分電路的基本功能和性能。能。（4 4）統(tǒng)觀整體：）統(tǒng)觀整體：電路相互連接關系以及連接后電路實現(xiàn)電路相互連接關系以及連接后電路實現(xiàn)的功能和性能。的功能和性能。（5 5）定量計算：）定量計算：必要時可估算或利用計算機計算必要時可估算或利用計算機計算電路的主

14、要參數(shù)。電路的主要參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。第25頁/共41頁2 2、舉例：、舉例：型號為型號為F007F007的通用型集成運放的通用型集成運放 對于集成運放電路，應首先找出偏置電路，然后根據(jù)對于集成運放電路，應首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。第26頁/共41頁 若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個電流往往是偏置電路中的基準電流。流，則這個電流往往是偏置電路中的基準電流。找出偏置電路找出偏置電路第

15、27頁/共41頁雙端輸入、雙端輸入、單端輸出差單端輸出差分放大電路分放大電路以復合管為放大管、以復合管為放大管、恒流源作負載的共恒流源作負載的共射放大電路射放大電路用用UBE倍增電路倍增電路消除交越失真的消除交越失真的準互補輸出級準互補輸出級三級放大電路三級放大電路簡化電路簡化電路分解電路分解電路第28頁/共41頁輸入級的分析輸入級的分析 T3、T4為橫向為橫向PNP型管，輸型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。幅值大。共基形式頻帶寬。共集共集-共基形式共基形式Q點的穩(wěn)定：點的穩(wěn)定：T（）IC1

16、IC2 IC8 IC9與與IC8為鏡像關系為鏡像關系IC9因為因為IC10不變不變IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2 T T1 1和和T T2 2從基極輸入、射極輸出從基極輸入、射極輸出T T3 3和和T T4 4從射極輸入、集電極輸出從射極輸入、集電極輸出第29頁/共41頁輸入級的分析輸入級的分析T7的作用：抑制共模信號的作用：抑制共模信號 T5、T6分別是分別是T3、T4的有源的有源負載，而負載，而T4又是又是T6的有源負載。的有源負載。作用？+_放大差模信號放大差模信號+_特點：特點：輸入電阻大、差模放大倍輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入

17、端耐壓高，并完成電輸入端耐壓高，并完成電平轉換（即對平轉換（即對“地地”輸輸出）。出）。第30頁/共41頁中間級的分析中間級的分析 中間級是主放大器，中間級是主放大器，它所采取的一切措施它所采取的一切措施都是為了增大放大倍都是為了增大放大倍數(shù)。數(shù)。 F007的中間級是以的中間級是以復合管為放大管、采復合管為放大管、采用有源負載的共射放用有源負載的共射放大電路。由于等效的大電路。由于等效的集電極電阻趨于無窮集電極電阻趨于無窮大，故動態(tài)電流幾乎大，故動態(tài)電流幾乎全部流入輸出級。全部流入輸出級。中間級中間級輸出級輸出級第31頁/共41頁輸出級的分析輸出級的分析D1和和D2起過流保護作用，起過流保護作

18、用，未過流時，兩只二極管未過流時，兩只二極管均截止。均截止。79O14BE1DRURiUUiO增大到一定程度，增大到一定程度，D1導通，導通，為為T14基極分流，從而保護基極分流，從而保護準互補輸出級，準互補輸出級，UBE倍增電路消除交越失真。倍增電路消除交越失真。中間級中間級輸出級輸出級電流采樣電阻特點：特點：輸出電阻小輸出電阻小最大不失真輸出電壓高最大不失真輸出電壓高第32頁/共41頁判斷同相輸入端和反相輸入端第33頁/共41頁F007所具有的高性能Ad較大：放大差模信號的能力較強Ac較?。阂种乒材Ｐ盘柕哪芰^強rid較大：從信號源索取的電流小ro?。簬ж撦d能力強Uom大：其峰值接近電源電

19、壓 輸入端耐壓高：使輸入端不至于擊穿的差模電壓大。uIcmax大：接近電源電壓第34頁/共41頁4.44.4、集成運放的主要性能指標指標參數(shù) F007典型值 理想值 開環(huán)差模增益 Aod 106dB 差模輸入電阻差模輸入電阻 r ridid 2M 2M 共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR 90dB 90dB )(lg20lg20NPOoduuuAPNPid)(iuurcodCMRlg20AAK第35頁/共41頁指標參數(shù) F007典型值 理想值 UIO的溫漂d UIO/dT() 幾V/ 0UIO的溫漂dUIO/dT() 幾V/ 0輸入失調電流 IIO 20nA 0IIO的溫漂dIIO/dT

20、() 幾nA/ 0 使輸出電壓等于零在輸入端加的補償電壓。使輸出電壓等于零在輸入端加的補償電壓。B2B1IOIII第36頁/共41頁指標參數(shù) F007典型值 理想值最大共模輸入電壓 UIcmax 13V-3dB帶寬 fH 10Hz 轉換速率 SR 0.5V/S 能正常放大差模信號時容許的最大的共模輸入電壓。能正常放大差模信號時容許的最大的共模輸入電壓。最大差模輸入電壓 UIdmax 30V超過此值輸入級差分管將損壞超過此值輸入級差分管將損壞。上限截止頻率。上限截止頻率。maxOddtuSR 對大信號的反應速度為什么這么低？第37頁/共41頁四、集成運放的主要性能指標指標參數(shù)指標參數(shù) F007 F007典型值典型值 理想值理想值 開環(huán)差模增益 Aod 106dB 差模輸入電阻 rid 2M 共模抑制比 KCMR 90dB 輸入失調電壓 UIO 1mV 0UIO的溫漂d UIO/dT() 幾V/ 0 輸入失