43集成運算放大電路簡介ppt課件

1、模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.3 集成運放電路簡介集成運放電路簡介典型的集成運放典型的集成運放雙極型集成運放雙極型集成運放 F007、F324單極型集成運放單極型集成運放 C14573一、引腳一、引腳4.3.1 雙極型集成運放雙極型集成運放 F007(a)引腳圖引腳圖12348765(b)銜接表示圖銜接表示圖模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件二、電路原理圖二、電路原理圖圖圖4.3.1 F007電路原理圖電路原理圖模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件1. 偏置電路偏置電路+VCCT8-VEE-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10

2、IREFIC13至輸入級至輸入級至中間級至中間級和輸出級和輸出級511BE12BEEECCREF|RUUVVI- - - 基準電流：基準電流：基準電流產(chǎn)生各放基準電流產(chǎn)生各放大級所需的偏置電流。大級所需的偏置電流。各路偏置電流的關系：各路偏置電流的關系：IREFIC11IC10IB3, IB4IC9IC8IC12IC13微電流源微電流源鏡像電流源鏡像電流源輸入級輸入級鏡像電流源鏡像電流源中間級中間級輸出級輸出級圖圖 4.3.1-1 F007 的偏置電路的偏置電路模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件2. 輸入級輸入級 T1、T2、T3、T4 組成共集共基差分放大電路；組成共集共基差分放大

3、電路； T1、T2 基極接納差分輸入信號?；鶚O接納差分輸入信號。T5、T6有源負載。有源負載。 T4集電極送出單集電極送出單端輸出信號至中間級。端輸出信號至中間級。 RW調零電阻，調零電阻，R外接電阻。外接電阻。 T7與與R2組成射極組成射極輸出器。輸出器。 uO+VCC-VEE-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9圖圖 4. 3. 1-2uI2uI1模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件假設暫不思索假設暫不思索 T7 和調零電路那么電路可簡化為：和調零電路那么電路可簡化為：+VCC-VEE-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1u

4、I2uO(1)T1、T2共集組態(tài)，具有較共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸入電高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。壓。(2)共基組態(tài)的共基組態(tài)的T3、T4，與有，與有源負載源負載T5、T6組合，可以得到很組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。高的電壓放大倍數(shù)。(3)T3、T4 共基接法能改善頻率呼應。共基接法能改善頻率呼應。(4)該電路具有共模負反響，能減小溫漂，提高共模該電路具有共模負反響，能減小溫漂，提高共模抑制比。抑制比。圖圖4.3.1-2簡化表示圖簡化表示圖 模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件3. 中間級中間級輸入來自輸入來自T4和和T6集電集電極。極。輸出接在輸出級的兩個輸出

5、接在輸出級的兩個互補對稱放大管的基極。互補對稱放大管的基極。中間級中間級T16、T17組成組成復合管，復合管，T13作為其有源作為其有源負載。負載。接入接入30pF的校正電容起的校正電容起相位補償?shù)淖饔?，防止電路相位補償?shù)淖饔?，防止電路產(chǎn)生自激振蕩。產(chǎn)生自激振蕩。圖圖 4.3.1-3 中間級表示圖中間級表示圖+VCC-VEE-VEET15T16IC13R7T17R830pF模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4. 輸出級輸出級IC13R8uO+VCC-VEE-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2圖圖4.3.1-4 F007輸出級輸出級原理電路原理電路T14、 T18

6、 、T19準互準互補對稱電路；補對稱電路；D1、 D2 、R9、R10為為過流維護電路；過流維護電路；T15 、R7、R8為輸出級為輸出級設置適宜的靜態(tài)任務點。設置適宜的靜態(tài)任務點。V7 . 0)1(87BE15887CE15 RRURRRU調理調理 R7、R8 阻值可調理兩個功率管之間的電壓差。阻值可調理兩個功率管之間的電壓差。這種電路稱為這種電路稱為 UBE 倍增電路。倍增電路。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.3.2 單極型集成運放單極型集成運放3.第二級第二級加強型加強型PMOSFET對管對管T3、 T4加強型加強型NMOS管管T8構成漏極帶有源負載的共源放大電路。構成漏

7、極帶有源負載的共源放大電路。雙端輸入、單端輸出的雙端輸入、單端輸出的MOS差分差分放大電路。放大電路。2.第一級第一級T1、T2 、T7構成多路電流源。構成多路電流源。1.偏置電路偏置電路電容電容C起相位補償作用。起相位補償作用。 由于第二級電路從由于第二級電路從T8的柵極輸入，其輸入電阻非常大，所以使第的柵極輸入，其輸入電阻非常大，所以使第一級具有很強的電壓放大才干。一級具有很強的電壓放大才干。圖圖4.3.5 C14573電路圖電路圖模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.4 集成運放的性能目的及低頻等效電路集成運放的性能目的及低頻等效電路一、開環(huán)差模電壓增益一、開環(huán)差模電壓增益 A

8、od普通用對數(shù)表示，定義為普通用對數(shù)表示，定義為)(lg20NpOuuu單位：分貝單位：分貝理想情況下理想情況下Aod為無窮大；為無窮大；通用型集成運放的通用型集成運放的Aod為為65100dB。4.4.1 集成運放的主要性能目的集成運放的主要性能目的)(=NpOoduuuA模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件二、輸入失調電壓二、輸入失調電壓 UIO三、輸入失調電壓溫漂三、輸入失調電壓溫漂 UIO 定義：定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的補償電壓。補償電壓。普通運放：普通運放：UIO 為為 1 10 mV；高質量運放：高質量運放：UIO

9、為為 1 mV 以下。以下。定義：定義：TUUddIOIO 普通運放為普通運放為 每攝氏度每攝氏度 10 20 V；高質量運放為高質量運放為 每攝氏度每攝氏度 0.5 V 以下。以下。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件四、輸入失調電流四、輸入失調電流 IIO五、輸入失調電流溫漂五、輸入失調電流溫漂 IIO當輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流當輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，即之差，即定義：定義：B2B1IO=III普通運放為普通運放為 幾十幾十 一百一百nA；高質量的低于；高質量的低于 1 nA。定義：定義：TIIddIOIO 普通運放為普通運放為 每攝氏度幾每攝氏度幾n

10、A；高質量的每攝氏度幾十；高質量的每攝氏度幾十pA。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件六、輸入偏置電流六、輸入偏置電流 IIB七、差模輸入電阻七、差模輸入電阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定義：定義：輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值。平均值。)+(21=B2B1IBIII即即定義：定義：IdIdid=IUr普通集成運放為幾兆歐。普通集成運放為幾兆歐。定義：定義：ocodlg20AA或或多數(shù)集成運放在多數(shù)集成運放在 80 dB 以上，高質量的可達以上，高質量的可達 160 dB。ocodCMR=AAK模擬電子技術多媒體課

11、件模擬電子技術多媒體課件九、最大共模輸入電壓九、最大共模輸入電壓 UIcmax 輸入級能正常放大差模信號情況下允許輸入的最輸入級能正常放大差模信號情況下允許輸入的最大共模信號。大共模信號。十、最大差模輸入電壓十、最大差模輸入電壓 UIdmax不至于使不至于使PN結反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。結反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。十一、十一、 3 dB帶寬帶寬 fH表示表示 使使Aod下降下降3dB時的信號頻率。普通集成運放時的信號頻率。普通集成運放 fH 只需幾赫茲至幾千赫茲。只需幾赫茲至幾千赫茲。F007C 的的 fH 僅為僅為 7 Hz。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件十二

12、、十二、 單位增益帶寬單位增益帶寬 fc 使使Aod降至降至0dB時的信號頻率，此時開環(huán)差模電壓時的信號頻率，此時開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù) Aod 等于等于1。十三、十三、 轉換速率轉換速率 SR額定負載條件下，輸入一個大信號時，輸出電壓的額定負載條件下，輸入一個大信號時，輸出電壓的最大變化率。單位為最大變化率。單位為 V / s 。在實踐任務中，輸入信號的變化率普通不要大于集在實踐任務中，輸入信號的變化率普通不要大于集成運放的成運放的 SR 值。值。其他技術目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸其他技術目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。出電阻等。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技

13、術多媒體課件4.4.2 集成運放的低頻等效電路集成運放的低頻等效電路思索各種失思索各種失調要素的等調要素的等效電路圖效電路圖不思索各種失調要素的電路圖不思索各種失調要素的電路圖假設將集成運放理想化，假設將集成運放理想化，0oid rr，則則模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件 第一代產(chǎn)品：利用少量橫向第一代產(chǎn)品：利用少量橫向PNP管，構成以電流源管，構成以電流源作偏置電路的三級直接耦合放大電路。作偏置電路的三級直接耦合放大電路。 第二代產(chǎn)品：采用了有源負載，簡化了電路設計，第二代產(chǎn)品：采用了有源負載，簡化了電路設計，使開環(huán)增益明顯提高，各方面性能目的比較平衡。使開環(huán)增益明顯提高，各方面

14、性能目的比較平衡。 第三代產(chǎn)品：輸入級采用超第三代產(chǎn)品：輸入級采用超管，管，值高達值高達10005000倍，幅員設計思索了熱效應的影響，減小了失調電倍，幅員設計思索了熱效應的影響，減小了失調電壓、失調電流及它們的溫漂，增大了共模抑制比和壓、失調電流及它們的溫漂，增大了共模抑制比和輸入電阻。輸入電阻。 第四代產(chǎn)品：采用了斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術，使第四代產(chǎn)品：采用了斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術，使各性能目的參數(shù)更加理想化，普通情況下不需求調各性能目的參數(shù)更加理想化，普通情況下不需求調零就能正常任務，大大提高了精度。零就能正常任務，大大提高了精度。4.5 集成運放的種類及選擇集成運放的種類及選擇4.5.1

15、 集成運放的開展概略集成運放的開展概略模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.5 集成運放的種類及選擇集成運放的種類及選擇4.5.2 集成運放的種類集成運放的種類一、按任務原理分類一、按任務原理分類1.電壓放大型：電壓放大型：F007、F324、C145732.電流放大型：電流放大型：LM3900、F19003.跨導型：跨導型：LM3080、F30804.互阻型：互阻型：AD8009、AD8011二、按可控性分類二、按可控性分類1.可變增益運放：可變增益運放：VCA610 、 AD5262.選通控制運放：選通控制運放：OPA676模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件1. 高精度

16、型高精度型性能特點：性能特點： 漂移和噪聲很低，開環(huán)差模增益和共漂移和噪聲很低，開環(huán)差模增益和共模抑制比很高，誤差小。模抑制比很高，誤差小。F50372. 低功耗型低功耗型性能特點：性能特點： 靜態(tài)功耗普通比通用型低靜態(tài)功耗普通比通用型低 1 2 個數(shù)量個數(shù)量級級(不超越毫瓦級不超越毫瓦級)，任務電源電壓很，任務電源電壓很低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。制比。TLC2552三、按性能目的分類三、按性能目的分類分為通用型和特殊型兩類。分為通用型和特殊型兩類。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件3. 高阻型高阻型F3130性能特點：性能特點：通常利用場

17、效應管組成差分輸入級，輸入電阻通常利用場效應管組成差分輸入級，輸入電阻高達高達 1012 。 高阻型運放可用在丈量放大電路、采樣高阻型運放可用在丈量放大電路、采樣-堅持電路、帶通堅持電路、帶通濾波器、模擬調理器以及某些信號源內阻很高的電路中。濾波器、模擬調理器以及某些信號源內阻很高的電路中。4. 高速型高速型F3554大信號任務形狀下具有優(yōu)良的頻率特性，轉換大信號任務形狀下具有優(yōu)良的頻率特性，轉換速 率 可 達 幾 十 至 幾 百速 率 可 達 幾 十 至 幾 百 V / s ， 甚 至 高 達， 甚 至 高 達1000V/s，單位增益帶寬可達，單位增益帶寬可達10MHz，甚至，甚至幾百幾百M

18、Hz。性能特點：性能特點： 常用在常用在A/D和和D/A轉換器、有源濾波器、高速采樣轉換器、有源濾波器、高速采樣-堅堅持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件5. 高壓型高壓型性能特點：性能特點： 輸出電壓動態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。輸出電壓動態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。6. 大功率型大功率型性能特點：性能特點：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負載上可得到較大的輸出功率。載上可得到較大的輸出功率。4.5.3 運放的選擇運放的選擇一、信號源的性質一、信號源的性質二、

19、負載的性質二、負載的性質三、精度要求三、精度要求四、環(huán)境條件四、環(huán)境條件 從性能價錢比如面思索，應盡從性能價錢比如面思索，應盡量采用通用型運放。量采用通用型運放。 只需在通用型運放不滿足運用只需在通用型運放不滿足運用要求時才采用特殊型運放。要求時才采用特殊型運放。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.6 集成運放的運用集成運放的運用一、集成運放的外引線管腳一、集成運放的外引線管腳二、參數(shù)丈量二、參數(shù)丈量4.6.1 運用時必做的任務運用時必做的任務三、調零或調整偏置電壓三、調零或調整偏置電壓四、消除自激振蕩四、消除自激振蕩簡易測試法簡易測試法電源端加上去耦電容。電源端加上去耦電容。外接頻率補償電容外接頻率補償電容C。模擬電子技術多媒體課件模擬電子技術多媒體課件4.6.2 維護措施維護措施一、輸入維護一、輸入維護(a)防止輸入差模信號幅值過大防止輸入差模信號幅值過