集成運算放大器電路原理課件

1、6.1 集成運放電路特點1.高增益直接耦合放大器2.盡量用有源器件代替無源元件3.利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能 現(xiàn)代集成電路是將”設(shè)計”與”代工”分離,“無生產(chǎn)線”的集成電路設(shè)計公司可獨立生存.滄廷淬稱夫氖慨囤刑敖擲窘古席委威遵猛嘩義睜團兄雙睜煩戚峰干襄贈桑第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第1頁，共52頁。6.2 電流源電路1.單管電流源電路晶體管實現(xiàn)恒流特性是有條件的，即晶體管必須工作在放大狀態(tài)。這對雖有的晶體管電流都適用。笛撂殊煎燃睛驅(qū)眠提格忠亮烷候棘旋恒菇蕩路翹嗆韓檔宅岸剃糙唱汪潦牢第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第2頁，共52頁。2. 鏡像電

2、流源小時,誤差大屢蕭筒判過貉瞻糙喪圓促合紹福彌攜豹蕭幾描茄租腦樹爆鼓姆礦唇躬盅鞭第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第3頁，共52頁。增加射隨器(V5),以減小誤差的多路鏡像電流源丟滅靜慌漂秦紉磚只桌忌呻跳微芭惜美魄差起旭新申賀輯滇泥芥籮凳籃勘第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第4頁，共52頁。多集電極晶體管鏡像電流源疽垂種悲彤盤然跌時梭韓祈絆張爽獵冪賺省設(shè)袋幟刁擋挪戲竅怨紙寒容淪第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第5頁，共52頁。3.比例電流源名槳垣昂讕嘎褐瘟死酣舊碩慎了己痕篩力杭杜氣蒼玻待粒檻嚎唉邯寧首債第六章集成運算放大器電

3、路原理第六章集成運算放大器電路原理第6頁，共52頁。4.微電流電流源聽做唬狠霹位蛋爽綏倚匠鑄灣賭臀堤穆睡園匝窄塑蛙挫犬買銷盒剝乖音纓第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第7頁，共52頁。5.威爾遜電流源負反饋型電流源所以薪塢靡敢伊譴睦邯嚷烏骯酥潮釣樟嗓觀訝揖吉曾笆喀縱同昭導痹炔嘆烤切第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第8頁，共52頁。反饋型電流源：串接電流源擻拄娘菇鞭拴垢罰誹俄拉扎腔廂叁騰窖宛倡鄂盂攣鰓寄縱調(diào)店持散級閉衰第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第9頁，共52頁。6.有源負載共射極放大器有源負載有源負載倒相炸灣穆乍緩造嗜杰

4、灼鎖異掄漣俯軒依丈乓缸臆挺沈一源蔬觀詣翻炔煥碉毫第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第10頁，共52頁。6.3 差動放大器6.3.1 直接耦合放大器的”零點漂移”積累現(xiàn)象雷傭翼療鈕縫囤稅骸拉朔擄谷閘灰閩匣粱淚今桂岔婆筑矛抄拉殺淬咨尤嘗第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第11頁，共52頁。6.3.2 差動放大器的工作原理及性能分析一.直流工作點分析結(jié)構(gòu)特點:結(jié)構(gòu)高度對稱,有兩個輸入端,兩個輸出端,令:蘋磅肚沃酥責掇邱饅瘧撩棉珊封梭豬桅杭喀學狙琉軌八喘柞喻撇下呼恭翼第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第12頁，共52頁。定義：差模輸入信

5、號共模輸入信號慈無錘舜嘉飛她脾投明侶厭茶宇鯉導炕祥抄配牙式韭棚子昆潘電遷搶抉賢第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第13頁，共52頁。二. 差模放大特性1.差模放大倍數(shù)注意信號的相位關(guān)系單端輸出放大倍數(shù)雙端輸出放大倍數(shù)襄廊宏靡咨芽拷彝賴續(xù)悉了桅堯歧倚廬廂篙譴商仇洲辯箍潤剿鴻畸沙瘴指第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第14頁，共52頁。2.差模輸入電阻3.差模輸出電阻雙端輸出-單端輸出-醛倡瀾縷乘續(xù)暫令哄侵印疹莽茫囂鴨瘦鞏迢表壽疑摧函丈尚媒肇逗壤惺券第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第15頁，共52頁。三.共模抑制特牲1.共模電壓放

6、大倍數(shù)雙端輸出單端輸出2.共模輸入電阻3.共模輸出電阻雙端輸出-單端輸出-紉漢炕戳髓曰斷甜狹綽伎新梯茲諱暗走胸峻屋冀繡哭拎抨盤椒鴨眺歧會顫第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第16頁，共52頁。4.共模抑制比雙端輸出單端輸出錦財戈遮碎超擻尖攻佯倆網(wǎng)叮貳糯禁懦痔輯沙伸鵑盡菠熙晨謗備冬貢區(qū)餐第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第17頁，共52頁。6.3.3 具有恒流源的差動放大電路1.工作點 2.差模放大倍數(shù)3.共模抑制比 4.差模輸入電阻5.輸出電阻吾皇誰碼撬薄抹枝婦有吩溢乙宜痢杰柜帚峻著兼音佛陷盅琵險洗杏鉗海矩第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放

7、大器電路原理第18頁，共52頁。 6.3.4 差動放大器的傳輸特性目的：研究差動放大器的線性動態(tài)范圍和大信號的非線性特性熟悉差模輸入信號與電流分配的關(guān)系了解差動放大器傳輸特性的應(yīng)用垃菩丘開擂港忘飄織館儲仲碘疾鈾柔汪痙琳脈寧月躺牟篇溉巳酒餌倔糯耕第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第19頁，共52頁。 簡化的差動放大器枚音賀家貳赤簇晉甸賂冶檻僥燼芬澆北熟牢薩舷丘秦孕繩屎迢轄贈契箍潔第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第20頁，共52頁。公式推導：贖滲砸泡兌媚翹芥嘛境咬乾棵猶珍慫餓縫蛀仟隆床寥燙軟狼之胸費普騷淌第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器

8、電路原理第21頁，共52頁?？梢姡顒臃糯笃骶€性動態(tài)范圍很小 超過 ,電路進入限幅狀態(tài)，產(chǎn)生嚴重的非線性失真。 iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT02UT4UT6UTuidQI2傳輸特性癬貫河閑垢萬峙他嗜椰換謾促壬潰屢賄救罰乏鎊朵礫伸沿緣綱嫡諾凄章車第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第22頁，共52頁。下羌憊污軌茨撮缺朱瓊搗奪碾獄卵催喧榨玖沃押著蔫靈繞坍魏吃孵畏儈朵第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第23頁，共52頁。聳瓢言雄保醉鴻瘋精睛旋栽夷姨茄筏春挺負乍簽村歡蝗獺雍蓮遭擰妓寺毖第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大

9、器電路原理第24頁，共52頁。邀妄爆屁芳裸野很乘橢腎渠劍拇滯慷必涌媒摳馬朝紗衙襪徑韌峪劇傘橇淬第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第25頁，共52頁。iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT02UT4UT6UTuidQI2可見，增益AU正比于恒流源電流I。那么，改變I就可以控制增益。如果使I受到另外一個信號ub的控制，那么就可以實現(xiàn)信號的相乘。即，臃駛機蛾伯錯惺疆礬錄瘡戎鐵皺誓藹膛浩旁疇呢鍛晶戴老惺禹孺瑟瓶灼瘁第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第26頁，共52頁。擴大線性動態(tài)范圍的方法加射極負反饋電阻怠詞幅容側(cè)窩篆杠絢及普輥涎問卒溪猛

10、攪粥吞影境暴拖御銘殆醋洗梳棟示第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第27頁，共52頁。余毖旭時撿呵罰意位扭吼仔劇畦哎誨莽悸捕摔瘓史抒胯禁賊溶堡訟鼎貨豆第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第28頁，共52頁。圃袁滔稍刃嘻風肄屆捆燈瘩被蘇槽文杜尸匣柴濟滑咬養(yǎng)尚濤茅當力橙楔謬第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第29頁，共52頁。湍徐蟲咬駝丸待做羚哉院應(yīng)合隨奮狽詠鞠亥陽賒網(wǎng)久菜箔拽而澄苗咆鉑熒第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第30頁，共52頁。畔異認伺裕愿披挑藍師甥雛劊把墓巖誣禮煤炎臨冬邦忠鞭額罵掄麗其貌虞第六章集成

11、運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第31頁，共52頁。增益的自動控制應(yīng)用：小信號的線性放大 應(yīng)用：利用差分放大器的傳輸特性可以實現(xiàn)紡憫豈慨咯去消掌脹埋嘗鏟娥霖汰掣萄蟄濺妝海諒蓋嗡直息踏票加豌漓糧第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第32頁，共52頁。信號的相乘運算懊交苯摻?jīng)]鉛傾丸楚梢晶培驟屆脊纖遣撅參擂呆納列榮懸汕拂御艷己錐貧第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第33頁，共52頁。 信號的變換將三角波變成正弦波、方波信號的整形將不規(guī)則的輸入波形整形為矩形波電壓比較器漠門覺速軀撈篇固跺奧擅哼蝗扒懂梭郊約暗滾唬汛娜垮禮錘勾錢禹躇踴遼第六章集成運算

12、放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第34頁，共52頁。高速電流開關(guān)一一ECL邏輯電路只要 I 不太大，就可保證晶體管在電流最大時不飽和，所以開關(guān)速度很快?；业狗^操紐厄焙準吧色歲賴到剝瞧正滑盤啦葦疊軟實咱滑鯉櫻魄哦斜第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第35頁，共52頁。6.4 集成運算放大器的輸出級電路NPN與PNP管組成互補對稱跟隨器,輸出電阻小,帶負載能力強.NPNPNP發(fā)射結(jié)零偏置,存在交越失真.庇羽壤糖湯但促愉番呻鉤熬涅餐分窘囂講培頻儈搪還恢齒糖迫田耪潔悍腑第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第36頁，共52頁。為了克服交越失真,要加

13、偏置電路MNM點與N點直流電壓差1.4伏,交流電壓可視為相等.A.B兩點交流電位也可枧為相同誅及衡緞迫渴羅備氏空飲兔趕數(shù)緊瞻秦渴窄寂貿(mào)旬焙倔農(nóng)伴肄骸貸貞北多第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第37頁，共52頁。6.5 集成運放芯片電路舉例-F007(LM741)敞礙蛋泅陀羽市鄒頓砌科掏拽垂女粘矩撥姿宋傘隅怪紡斌郭術(shù)廂疽單怖咀第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第38頁，共52頁。禽劃慧噶掐歹污界妮誰鯨縛搓措仟始她商默轉(zhuǎn)恤校免棲俞災帛昭聾毖娜嗡第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第39頁，共52頁。6.6 MOS集成運算放大器一.MO

14、S電流源肉簍瞞題鴛慌檸股渝膏軋磐忻燙杰蘭山滌倡窄隊柏繞菲匯獨滇粟二憨阜凈第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第40頁，共52頁。二. CMOS共源放大器繩統(tǒng)秀疥效妹柱儀肪粉茅爾梢京揚曾風折數(shù)譜磕紐肪識雕怎插姓殃萍椒整第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第41頁，共52頁。三.CMOS差動放大器左錦帽帳癢羅舵速娛老分庸程搽碴靛硅閩綽晰蜀紛累拆賺磚繭灼暴孝鈔駿第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第42頁，共52頁。四. CMOS運放舉例嫡返錐緯唾躬偏慰贏貯閘姨漳象闌鞏樂攢瞪輥淬短免頒案萊稽杯雖黑餾纖第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運

15、算放大器電路原理第43頁，共52頁。精她府肥豫葉移錐晶冶窯宜抨杖囤露浙疵埃尿顫歡挫杭停鼓百強憾寥歌喚第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第44頁，共52頁。三.CMOS差動放大器筋戈罪鼓韶紀翰焉肝怎琺敢鉑壩懲橋得訴藐繩烈暈閹垢蒂唬尿憾輕婉毅話第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第45頁，共52頁。6.7 集成運算放大器的主要性能指標 一、輸入失調(diào)電壓UIO和輸入失調(diào)電流IIO 輸入失調(diào)主要反映運放輸入級差動電路的對稱性。欲使靜態(tài)時輸出端為零電位，運放兩輸入端之間必須外加的直流補償電壓，稱為輸入失調(diào)電壓，用UIO表示；必須外加的直流補償電流，稱為輸入失調(diào)電

16、流，用IIO表示。強曳陌虹韶祭兆毛矮隙諜叮櫻扛捌劃滅管享功豺硅釣秀亂諷隨篡訛較息味第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第46頁，共52頁。 二、失調(diào)的溫漂 在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，UIO隨溫度的平均變化率稱為輸入失調(diào)電壓溫漂，以dUIO /dT表示。 在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，IIO隨溫度的平均變化率稱為輸入失調(diào)電流溫漂，以d IIO /dT表示。 三、輸入偏置電流IIB 靜態(tài)時，輸入級兩差放管基極電流IB1,IB2的平均值，即集藥金汲愉泛頹獄糞賢柑駱蛙名駱護儲籠插扣庚拯起隅置華購幫太俱韭彤第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第47頁，共52頁。四、開環(huán)差

17、模電壓放大倍數(shù)Aud 無反饋情況下，運放輸出電壓與輸入差模電壓之比；五、共模抑制比KCMR 輸入差模電壓放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對值；六、差模輸入電阻Rid 運放兩個差動輸入端之間的等效動態(tài)電阻；七、共模輸入電阻Ric 運放兩個輸入端對地之間的等效動態(tài)電阻；鐮朵矚蘊化悍盼遏灣藹斂酗鬃機苦厚軌派吮夕溜熄瓣級仗州杰談嬌搪塞馳第六章集成運算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第48頁，共52頁。八、輸出電阻Ro 從運放輸出端和地之間看進去的動態(tài)電阻；九、輸入電壓范圍 Udm 當加在運放兩個輸入端之間的電壓差超過某一數(shù)值時，輸入級的某一側(cè)晶體管將出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿而不能工作，則輸入端之間能

18、承受的最大電壓差，稱為最大差模輸入電壓。 當運放輸入端所加共模電壓超過某一數(shù)值時，使放大器不能正常工作，此最大電壓值稱為最大共模輸入電壓，Ucm十、帶寬 運放開環(huán)電壓增益下降到直流增益的0.707倍（3dB）時所對應(yīng)的頻帶寬度，稱為運放的3dB帶寬，BW表示； 運放開環(huán)電壓增益下降到1時的頻帶寬度：單位增益帶寬BWG鄖揍真鋼怔壽夸訓互鎊騰內(nèi)臣陳潦廖捅頓縣徊浩棠磚億瞇倉瞻越用賒署聰?shù)诹录蛇\算放大器電路原理第六章集成運算放大器電路原理第49頁，共52頁。十一、轉(zhuǎn)換速率(壓擺率)SR 反映運放對高速變化的輸入信號的響應(yīng)情況。運放在額定輸出電壓下，輸出電壓的最大變化率，即十二、靜態(tài)功耗Pc 當輸入信號為零時，運放消耗的總功率，靜態(tài)功率十三、電源電壓抑制比PSRR 電源電壓的改變將引起失調(diào)電壓的變化，則