第四章集成運(yùn)算放大電路

1、第四章 集成運(yùn)算放大電路教學(xué)內(nèi)容：1集成運(yùn)算放大電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組成及傳輸特性；2集成運(yùn)放中的各種電流源電路；3集成運(yùn)放的性能指標(biāo)、低頻等效電路及其使用。教學(xué)要求：1了解集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組成，各部分的作用以及各級(jí)的靜態(tài)偏置；2理解各種電流源的基本結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用；3掌握集成運(yùn)放電壓傳輸特性的特點(diǎn)、主要性能指標(biāo)、類(lèi)型，如何選擇和合理使用。教學(xué)建議：1內(nèi)容涉及圖件較多且復(fù)雜，建議使用教學(xué)課件實(shí)施教學(xué)；2電流源電路只講授鏡像電流源和比例電流源以及有源負(fù)載。4.1集成放大電路的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器高增益的直接耦合的集成的多級(jí)放大器。（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的電

2、路。（2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源負(fù)載。（4）只能制作幾十pF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只有外接。（5）不能制造電感，如需電感，也只能外接。二、集成運(yùn)放電路的組成偏置電路：為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用電流源電路。輸入級(jí)：前置級(jí)，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，Ac小，輸入端耐壓高。中間級(jí)：主放大級(jí)，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。輸出級(jí)：功率級(jí)，多采用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。三、集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性在線性區(qū)：u

3、OAod(uPuN， Aod是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。由于Aod高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓(uPuN的數(shù)值僅為幾十一百多V。當(dāng)其大于此值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是UOM ，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。4.2集成運(yùn)放中的電流源電路1. 鏡象電流源(1. 電路組成：鏡象電流源是由三級(jí)管電流源演變而來(lái)的，如圖所示。 （2）電流估算由于兩管的VBE相同，所以它們的發(fā)射極電流和集電極電流均相等。電流源的輸出電流，即T2的集電極電流為當(dāng) >>1時(shí)當(dāng)R和VCC確定后，基準(zhǔn)電流IREF也就確定了，IC2也隨之而定。由于Ic2IREF, 我們把IREF看作是IC2的鏡

4、象，所以 這種電流源稱(chēng)為鏡象電流源。（3）提高鏡象精度在圖中，當(dāng) 不夠大時(shí)，IC2與IREF就存在一定的差別。為了減小鏡象差別，在電路中接入BJT T3，稱(chēng)為帶緩沖級(jí)的鏡象電流源。如下圖所示。該電路利用T3的電流放大作用，減小了IB對(duì)IREF的分流作用，從而提高了IC2與IREF鏡象的精度。原鏡象電流源電路中，對(duì)IREF 的分流為2IB帶緩沖級(jí)的鏡象電流源電路中，對(duì)IREF 的分流為2IB/3, 比原來(lái)小。2微電流源鏡象電流源電路適用于較大工作電流（毫安數(shù)量級(jí)）的場(chǎng)合，若需要減小IC2的值（例如微安級(jí)），可采用微電流源電路。（1） 電路組成為了減小IC2的值，可在鏡象電流源電路中的T2發(fā)射極串

5、入一電阻Re2，如圖所示，便構(gòu)成微電流源。（2）電流估算由電路可得 所以 可見(jiàn)，用阻值不大的Re2就可獲得微小的工作電流。（3）多路電流源 在模擬集成電路中，經(jīng)常用到多路電流源。其目的是用一個(gè)電流源對(duì)多個(gè)負(fù)載進(jìn)行偏置。典型的多路電流源如圖所示。圖中，T1、T2、T3的基極是并聯(lián)在一起的。電路用一個(gè)基準(zhǔn)電流IREF獲得了多個(gè)電流。3電流源用作有源負(fù)載由于電流源具有交流電阻大的特點(diǎn)（理想電流源的內(nèi)阻為無(wú)窮大），所以在模擬集成電路中被廣泛用作放大電路的負(fù)載。這種由有源器件及其電路構(gòu)成的放大電路的負(fù)載稱(chēng)為有源負(fù)載。共發(fā)射極有源負(fù)載放大電路如圖所示。T1是共射極組態(tài)的放大管，信號(hào)由基極輸入、集電極輸出。

6、T2、T3和電阻R組成鏡象電流源代替Rc，作為T(mén)1的集電極有源負(fù)載。電流IC2等于基準(zhǔn)電流IREF。根據(jù)共射放大電路的電壓增益可知，該電路電壓增益表達(dá)式為其中ro是電流源的內(nèi)阻，即從集電極看進(jìn)去的交流等效電阻。而用電阻Rc作負(fù)載時(shí)，電壓增益表達(dá)式為 由于ro >> Rc所以有源負(fù)載大大提高了放大電路的電壓增益。小結(jié)：本節(jié)主要介紹電流源電路的定義并做了分類(lèi)，并介紹了各類(lèi)電流源電路的工作原理。4.3 集成運(yùn)放簡(jiǎn)介以F007為例介紹集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)和工作原理4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1.輸入失調(diào)電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

7、對(duì)稱(chēng)性的指標(biāo)。2.輸入失調(diào)電壓溫漂 dUIO /dT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。3.輸入偏置電流IIB ： 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(duì)管輸入電流的大小。4.輸入失調(diào)電流 IIO ： 在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱(chēng)的程度。 5.輸入失調(diào)電流溫漂dIIO /DT: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。6.最大差模輸入電壓Uidmax運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過(guò)此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。7.最大共模輸入電壓Vicmax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(guò)此值時(shí)，輸入差分對(duì)管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。8.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod ：無(wú)反饋時(shí)的差模電壓增益。一般Aod在100120dB左右，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上。 9.差模輸入電阻rid ：雙極型管輸入級(jí)約為105106歐姆，場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)可達(dá)109歐姆以上。 10.共模抑制比 KCMR ：KCMR=20lg(Avd / Avc (d