模電課件第四(模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四童詩(shī)白華成英)

1、第四章集成運(yùn)算放大電路集成電路集成電路: 將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。功耗小。集成電路的分類：集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路； 4.1 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1. 電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方電路元件制作在一個(gè)芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫

2、度均一性好。向一致，溫度均一性好。2. 電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。替或外接。3. 幾十幾十 pF 以下的小電容用以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。大電容要外接。4. 二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖：原理框圖：輸輸入入級(jí)級(jí)中中間間級(jí)級(jí)輸輸出出級(jí)級(jí)與與uo反相反相與與uo同相同相對(duì)輸入級(jí)的要求：

3、對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移盡量減小零點(diǎn)漂移, ,盡量提高盡量提高 KCMRR , , 輸入阻抗輸入阻抗 ri 盡可能大盡可能大。對(duì)中間級(jí)的要求：對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。足夠大的電壓放大倍數(shù)。對(duì)輸出級(jí)的要求：對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流夠的輸出電流io 。即輸出阻抗。即輸出阻抗 ro小。小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二級(jí)一般采用差動(dòng)放大器。級(jí)一般采用差動(dòng)放大器。（2）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場(chǎng)效應(yīng)管，以減）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場(chǎng)效應(yīng)管，以

4、減小輸入電流，增加輸入電阻。小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極跟隨器，以進(jìn)行）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。功率放大，提高帶負(fù)載的能力。R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB為減小為減小IB， 提高輸入電阻，提高輸入電阻，T1、T2采用復(fù)合三極管采用復(fù)合三極管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3

5、RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器第第2級(jí)級(jí)第第1級(jí)：級(jí)：差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器第第3級(jí)：級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃鲉喂芊糯笃?集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）極極性性判判斷斷 ri 大大: 幾十幾十k 幾百幾百 k 運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMRR 很大很大 ro ?。簬资。簬资?幾百幾百 A o 很很大大: 104 107理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： ri KCMMRR ro 0 0Ao 運(yùn)放符號(hào)：運(yùn)放符號(hào)：uu+ uo u u+ uoAo國(guó)際符號(hào)國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)4.2 集成運(yùn)放的主要性

6、能指標(biāo)集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)一、開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105 107之間。理想運(yùn)放的之間。理想運(yùn)放的Aod為為 。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR常用分貝作單位，一般常用分貝作單位，一般100dB以上。以上。三、差模輸入電阻三、差模輸入電阻ridri1M , 有的可達(dá)有的可達(dá)100M 以上。以上。四、輸出電阻四、輸出電阻roro =幾幾 -幾十幾十 。五、最大共模輸入電壓五、最大共模輸入電壓UIcmax六、最大差模輸入電壓六、最大差模輸入電壓UIdmax七、七、-3dB帶寬帶寬fH運(yùn)放是直

7、流放大器，運(yùn)放是直流放大器， 也可放大低頻信號(hào)，不也可放大低頻信號(hào)，不適用于高頻信號(hào)。適用于高頻信號(hào)。還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)稱性、零漂等的參數(shù)。還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)稱性、零漂等的參數(shù)。不再一一介紹。不再一一介紹。關(guān)于集成運(yùn)放的應(yīng)用在后面章節(jié)介紹。其中運(yùn)放關(guān)于集成運(yùn)放的應(yīng)用在后面章節(jié)介紹。其中運(yùn)放都是作為理想運(yùn)放來(lái)處理。都是作為理想運(yùn)放來(lái)處理。 4.3 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)： R Ri i 大大: : 幾十幾十k k 幾百幾百 k k K KCMR CMR 很大很大 R Ro o ?。簬资。簬资?幾百幾百 A A o o 很很大大: 10: 104 4

8、10 107 7理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： R Ri i K KCMRCMR R Ro o 0 0A Ao o 運(yùn)放符號(hào)：運(yùn)放符號(hào)：uu+ uo u u+ uoAo國(guó)際符號(hào)國(guó)際符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)國(guó)內(nèi)符號(hào)+UOPP-UOPPA Ao o越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在在輸出與輸入之輸出與輸入之間間加負(fù)反饋加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。uiuo_+Ao 運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)CCoOPPVuUmax例：若例：若U UOPPOPP=12V=12V，A Ao o=10=106 6， 則則| |u ui i|12|12

9、 V V時(shí)，時(shí)，運(yùn)放運(yùn)放 處于線性區(qū)。處于線性區(qū)。線性放大區(qū)線性放大區(qū)u+-u-uo理想運(yùn)放在線性區(qū)的兩個(gè)重要特點(diǎn)：理想運(yùn)放在線性區(qū)的兩個(gè)重要特點(diǎn)：oAiR0oR虛短路uu虛斷路)uu(Auoo0ii放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行?？梢苑謩e對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。4.4 集成電路運(yùn)算放大器中的集成電路運(yùn)算放大器中的電流源電流源 一、電流源電路的特點(diǎn)：這是輸出電流恒定的電路。它具有很高的輸出電阻。1、BJT、FET工作在放大狀態(tài)時(shí)，其輸出電流都是具有恒流特性的受控電流源；由它們都可構(gòu)成電流源電路。2、在模擬集

10、成電路中，常用的電流源電路有： 鏡象電流源、微電流源、多路電流源等3、電流源電路一般都加有電流負(fù)反饋，4、電流源電路一般都利用PN結(jié)的溫度特性，對(duì)電流源電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以減小溫度對(duì)電流的影響。 電 流 源 概 述電電 流流 源源 概概 述述 2、作各種放大器的有源負(fù)載，以提高增益、 增大動(dòng)態(tài)范圍。二、電流源電路的用途：1、給直接耦合放大器的各級(jí)電路提供直流偏置電流，以獲得極其穩(wěn)定的Q點(diǎn)。 3、由電流源給電容充電，可獲得隨時(shí)間線性增長(zhǎng)的電壓輸出。 4、電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。 集成電路電流源集成電路電流源 一、一、鏡象電流源三極管三極管T1、T2匹配，匹配，則,BE2BE1BE21VV

11、V IIIIIIRCBCBC()1222212 且且RVVIBECCR，當(dāng)當(dāng) 2時(shí)時(shí), IICR2，IC2和和 IR是是鏡鏡象象關(guān)關(guān)系系。 鏡象電流源其中：基準(zhǔn)電流 是穩(wěn)定的，故輸出電流 也是穩(wěn)定的。I2CIR 二、微電流源微電流源 微電流源電路,接入Re2電阻得到一個(gè)比基準(zhǔn)電流小許多倍的微電流源，適用微功耗的集成電路和集成放大器的前置級(jí)中。 微電流源2221eEBEBEBERIVVVIC2 遠(yuǎn)小于IREF ,。RVICCREF 當(dāng)R取 幾k 時(shí)， IREF 為mA量級(jí)，而IC2可降至A量級(jí)的微電流源。且IC2 的穩(wěn)定性也比IREF 的穩(wěn)定性好。222eBEECRVII三、比例式電流源三、比例式電流源 在鏡象電流源電路的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)發(fā)射極電阻，使兩個(gè)發(fā)射極電阻中的電流成一定的比例關(guān)系，即