模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)課件4.3 集成運算放大電路簡介

4.3集成運放電路簡介典型的集成運放雙極型集成運放F007單極型集成運放C14573一、引腳4.3.1雙極型集成運放F007(a)引腳圖(b)連接示意圖12348765二、電路原理圖圖4.3.1

F007電路原理圖1.偏置電路+VCCT8-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至輸入級至中間級基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系：IREFIC11IC10IB3,IB4IC9IC8IC12IC13微電流源鏡像電流源輸入級鏡像電流源中間級輸出級圖4.3.1-1F007的偏置電路2.輸入級

T1、T2、T3、T4組成共集-共基差分放大電路；T1、T2

基極接收差分輸入信號。T5、T6

有源負載；

T4

集電極送出單端輸出信號至中間級。

uO

RW

調(diào)零電阻，R外接電阻。

T7

與R2組成射極輸出器。

+VCC-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9圖4.3.1-2uI2uI1若暫不考慮T7

和調(diào)零電路則電路可簡化為：+VCC-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO

(1).T1、T2共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。

(2).共基組態(tài)的T3、T4，與有源負載T5、T6組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。

(3).T3、T4共基接法能改善頻率響應(yīng)。

(4).該電路具有共模負反饋，能減小溫漂，提高共模抑制比。圖4.3.1.2

簡化示意圖3.中間級圖4.3.1-3中間級示意圖+VCC-VEET15T16IC13R7T17R830pF輸入來自T4

和T6集電極；輸出接在輸出級的兩個互補對稱放大管的基極。中間級T16、T17

組成復(fù)合管，T13作為其有源負載。

8、9兩端外接30pF校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。4.輸出級IC13R8uo+VCC-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2圖4.3.1-4

F007輸出級原理電路

T14、T18

、T19準(zhǔn)互補對稱電路；

D1、D2

、R9、R10為過流保護電路；

T15

、R7、R8為輸出級設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。調(diào)節(jié)R7、R8阻值可調(diào)節(jié)兩個功率管之間的電壓差。這種電路稱為UBE

倍增電路。4.3.2單極型集成運放3.第二級增強型PMOSFET對管T3、

T4增強型NMOS管T8構(gòu)成漏極帶有源負載的共源放大電路。雙端輸入、單端輸出的MOS差分放大電路。2.第一級T1、T2、T7構(gòu)成多路電流源。1.偏置電路電容C起相位補償作用。由于第二級電路從T8的柵極輸入，其輸入電阻非常大，所以使第一級具有很強的電壓放大能力。圖4.3.5C14573電路圖4.4集成運放的性能指標(biāo)及低頻等效電路一、開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對數(shù)表示，定義為單位：分貝理想情況Aod

為無窮大；實際情況Aod

為100~140dB。4.4.1集成運放的主要性能指標(biāo)二、輸入失調(diào)電壓UIO三、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO

定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補償電壓。一般運放：UIO

為1~10mV；高質(zhì)量運放：UIO

為1mV以下。定義：一般運放為每攝氏度10~20V；高質(zhì)量運放為每攝氏度0.5V以下。四、輸入失調(diào)電流IIO五、輸入失調(diào)電流溫漂IIO當(dāng)輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，即定義：一般運放為幾十

~一百nA；高質(zhì)量的低于1nA。定義：一般運放為每攝氏度幾nA；高質(zhì)量的每攝氏度幾十pA。六、輸入偏置電流IIB七、差模輸入電阻rid八、共模抑制比KCMR定義：輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值。定義：一般集成運放為幾兆歐。定義：多數(shù)集成運放在80dB以上，高質(zhì)量的可達160dB。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大共模信號。十、最大差模輸入電壓UIdmax不至于使PN結(jié)反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。十一、-3dB帶寬fH表示使Aod

下降3dB時的信號頻率。一般集成運放fH

只有幾赫茲至幾千赫茲。F007C的fH

僅為7Hz。十二、單位增益帶寬

fc

使Aod

降至0dB時的信號頻率，此時開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod等于1。十三、轉(zhuǎn)換速率SR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V/s。在實際工作中，輸入信號的變化率一般不要大于集成運放的SR

值。其他技術(shù)指標(biāo)還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。4.4.2集成運放的低頻等效電路考慮各種失調(diào)因素的等效電路圖不考慮各種失調(diào)因素的電路圖若將集成運放理想化，第一代產(chǎn)品：利用少量橫向PNP管，構(gòu)成以電流源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(shè)計，使開環(huán)增益明顯提高，各方面性能指標(biāo)比較均衡。第三代產(chǎn)品：輸入級采用超β管，β值高達1000~5000倍，版圖設(shè)計考慮了熱效應(yīng)的影響，減小了失調(diào)電壓、失調(diào)電流及它們的溫漂，增大了共模抑制比和輸入電阻。第四代產(chǎn)品：采用了斬波穩(wěn)零和動態(tài)穩(wěn)零技術(shù)，使各性能指標(biāo)參數(shù)更加理想化，一般情況下不需要調(diào)零就能正常工作，大大提高了精度。4.5集成運放的種類及選擇4.5.1集成運放的發(fā)展概況4.5集成運放的種類及選擇4.5.2集成運放的種類一、按工作原理分類1.電壓放大型：F007、F324、C145732.電流放大型：LM3900、F19003.跨導(dǎo)型：LM3080、F30804.互阻型：AD8009、AD8011二、按可控性分類1.可變增益運放：VCA610、

AD5262.選通控制運放：OPA6761.高精度型性能特點：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。（F5037）2.低功耗型性能特點：靜態(tài)功耗一般比通用型低1~2個數(shù)量級(不超過毫瓦級)，工作電源電壓很低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。（TLC2552）三、按性能指標(biāo)分類

分為通用型和特殊型兩類。3.高阻型（F3130）性能特點：通常利用場效應(yīng)管組成差分輸入級，輸入電阻高達1012

。高阻型運放可用在測量放大電路、采樣-保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號源內(nèi)阻很高的電路中。4.高速型（F3554）大信號工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速率可達幾十至幾百V/s，甚至高達1000V/s，單位增益帶寬可達10MHz，甚至幾百MHz。性能特點：常用在A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣-保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。5.高壓型性能特點：輸出電壓動態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。6.大功率型性能特點：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。4.5.3運放的選擇一、信號源的性質(zhì)二、負載的性質(zhì)三、精度要求四、環(huán)境條件從性能價格比方面考慮，應(yīng)盡量采用通用型運放。只有在通用型運放不滿足應(yīng)用要求時才采用特殊型運放。4.6集成運放的使用一、集成運放的外引線（管腳）二、參數(shù)測量4.6.1使用時必做的工作三、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓四、消除自激振蕩簡易測試法電源端加上去耦電容。外接頻率補償電容C。4.6.2保護措施一、輸入保護(a)防止輸入差模信號幅值過大(b)防止輸入共模信號幅值過大+V+AR1D1D2RFR-VuOuI保護元件保護元件uO+ARRFD1D2uI保護元件圖4.6.2輸入保護措施二、

電源端保護保護元件：D1、D2三、

輸出保護保護元件：穩(wěn)壓管DZ1、DZ2+AD1D2圖4.6.4電源端保護+AR1DZ1DZ2RFuOuI圖4.6.3利用穩(wěn)壓管保護運放復(fù)習(xí)1.集成電路的組成輸入級中間級輸出級偏置電路2.集成電路中的電流源鏡像電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2比例電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2微電流源+VCC