模電4章集成運(yùn)放溫醫(yī)生物醫(yī)學(xué)工程系

§4.3 集成運(yùn)放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。為了抑制零點(diǎn)漂移,所以對(duì)溫漂影響最大的第一級(jí)毫無例外地采用了差動(dòng)放大電路。為了提高放大倍數(shù),中間級(jí)一般采用有源負(fù)載的共射放大電路。輸出級(jí)為的帶負(fù)載能力,多采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)電路。 §4.1 電路元件制作在一個(gè)上，元件參數(shù)偏差方半導(dǎo)C： 在半導(dǎo)體集成電路中，晶體管工藝簡單且占有 面積??；而集成電阻集成電容工藝并不簡單且占有 的面積隨元件值的增大明顯增大；電感無法集成。根據(jù)IC工藝這些特點(diǎn)，IC電路設(shè)計(jì)思想是盡量多用晶體管，少用電阻（特別是阻值大的電盡量不用電。

輸入級(jí)(差放)中間級(jí)(主放級(jí))輸出級(jí)(互補(bǔ))偏置電路(電流源)

與uo

T 與uo

出 (前置級(jí))：通常為一雙輸入、高性對(duì)輸入級(jí)的要求：,輸入阻抗ri 夠的輸出電流io。即輸出阻抗ro小。 ⑦ 8

V

③ —②3VV3V

39

30

4.5C7.5

25⑥II

50①⑤ ①⑤

V1

50

1

3

④

溫F007

8

IR

B12

B11

CC CC

2i iVV VV

＋15907 07 1

501

1

IIC10級(jí)－15級(jí)10

V8和V9不僅是鏡像電流源,而且還與V10、V11組成微電流源構(gòu)成共模負(fù)反饋環(huán)節(jié)以穩(wěn)定IC1、IC2,從而提高TIC1

CC CC

6.4.3中間

R

F00F007 4.530I

39

7.5UUi

3

6.4.4

F007F007

IC2ER1R-=IC/IC=IC1+=1IB+2(1+1)=[1+2(1+1)2 2 KCMRro Ao ri大:幾十k幾百ro?。簬资畮装?Ao很大:

u－—＋＋u—＋＋u

集成運(yùn)放的線性應(yīng)用圖 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用 ←↑→↓ 鏡像電流源圖 由制造工藝和結(jié)構(gòu)完全組成。兩管的基-射極電壓任何時(shí)候都保持相等,即UBE0=UBE1,所以任何時(shí) ICIC

IC1

12/IC1如果能做到IR與晶體管的參數(shù)無關(guān),則IC1也就穩(wěn)定了。而：RIR

UBEERRER

BE時(shí),上式可簡化為IR

ERIC ER T↑→IC0IC1→IT↑→IC0IC1→IRUR→UB↓→IR↓→IC1 IE

IE

態(tài),其伏安特性曲線十分陡峭(因?yàn)榘l(fā)射區(qū)都是重?fù)诫s的),

壓的微小變化,就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射極電流的顯著變化,所以,當(dāng)IE與IE相差不大(小于10倍)時(shí)

e e1

2 22正偏壓

與

相差十分微小因此

E0.1IE2

IEReIEReIE11R 2

I2

IC2

I IRI

IIRReIo 1 12IR 2

0.1 IR

UCC

Re1

UCC R R

R

10 oRIR oRIRUT1nIRRIo2 be2

R

Re0 VBE≈UT?ln(IE/IS)IE1Re1≈IE0Re0-UTln(IE0/IE1)

11IC1IE1ISeUBE1IU lnU lnTISI≈II UU lnICTIS

UBE2

ln

IC

UBE1UBE2IE2REIC2IC1I

＋ IC2REUT

—

UBE2

lnIRC2

IC2

IC2≈IE2=(V)/RVBE≈UT?ln(IE/IS)

33

R

lnI

IC

1

R Tln

IR

4圖IC1=IC0=IR-IB2=IR-IE2/(1+β)Re2作用為增大IE2 5.5.整理：IC=IE2?β/(2+β)=IC2[(1+β)/β]?β/(2+β)＝IC2(1+β)/(2+β)＝IC0B點(diǎn)電流:IR=(VCC-1.4)/RIC2(1+β)/(2+β)=IC2[β2+2β+2]/(β2+2β)整理:IC2=[1-2/(β2+2β+2)]IR≈IR 電流源如右圖所示,T2T1構(gòu)成基本電流源,T3是為了改進(jìn)其性能而IC

IE3(2)IB1 1I

IE 1

(221 IC

(

2

多路多路電流源電路：多路比例電流源的＝(EC-IC1=IR-ΣIB因各管參數(shù)相近:IRRe1≈IE2Re2≈IE3Re3≈IE4Re4

IC1、IC2，則有：IC1/IC0=S1/S0、再知道IB與任一IC IC10≈(UT/R4)?ln(IR/IC10)該累試法解之。IR＝(2VIR＝(2VCC-TT12、T13 【例】下圖是集成運(yùn)放F007中的一部分電路,它們組成電流源電路(各元器件的編號(hào)均與F007電路圖中的編號(hào)相同),試計(jì)算各個(gè)管子的電流,其中V12和V13是橫向PNP管,β12=β13=2。V10R5就是參考電流IR

5 5I

IR

UCCUEE

3

V10、V11U1nIR

T 261n

,IC10的單位為微安,利用作圖法或V12和V13組成鏡像電流源,由于βC C13

IR

0.730.365mA

-

ICQ1=IC2=IRβ/(2+β)當(dāng)

AV≈-

動(dòng)態(tài)時(shí):△ic1=-△ic2,△ic3≈△ic1△i0=△ic4-A

/ 2i

IoAuo

B1

//r //R

1(r

//r ce//RL)

集成運(yùn)放的使用二、集成運(yùn)放的保護(hù)措施三、集成運(yùn)放的性能指標(biāo) ~、集成運(yùn)放的種類及選擇跨導(dǎo)型(電壓→電流)互阻型(電流→電壓)

二、集成運(yùn)放的保護(hù)措施 輸出保護(hù)電路圖 電源端保

圖 提高輸出電壓的電路圖 增大輸出電流的措施圖 三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

對(duì)于集成運(yùn)放而言,希望Aod105107之間;高增益集成運(yùn)放的Aod可高達(dá)140dB(107倍);共模抑制比定義同差動(dòng)放大電路，反映了集成運(yùn)放對(duì) 流的大小。要求rid愈大愈好,一般集成運(yùn)放rid為幾百千歐 F007的rid=2MΩ有的可達(dá)100M以上。通常認(rèn)為理想集成ro的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。有時(shí)只用最大輸出電流Iomax表示它的極限負(fù)載能力。ro=幾-幾十。認(rèn)為理想集成運(yùn)放的ro為零。 五、最大輸出電壓Uop-UoUo/0 Uid/ ＋＋ 從集成運(yùn)放輸入端看進(jìn)去,一般都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的發(fā)射結(jié)相串聯(lián),若輸入端的差模電壓過高,會(huì)使發(fā)射結(jié)擊穿。NPN管e結(jié)擊穿電壓僅有幾伏,PNP橫向管的e結(jié)擊穿電壓則可達(dá)數(shù)十伏,如F007的Uidmax為±30V。常,失去差模放大能力。F007的Uicmax值為±13V 隨著輸入信號(hào)頻率上升,放大電路的電壓放大倍數(shù)將下降,當(dāng)Aod下降到中頻時(shí)的0.707倍時(shí)為截止頻率,用分貝表示正好下降了3dB,故對(duì)應(yīng)此時(shí)的頻率fh稱為上限截止頻率,又常稱為-3dB帶寬。當(dāng)輸入信號(hào)頻率繼續(xù)增大時(shí),Aod繼續(xù)下降；當(dāng)Aod=1時(shí)壓(去掉外接調(diào)零電位器),它的大小反映了電路的不對(duì)稱程度和調(diào)零的難易。對(duì)集成運(yùn)放我們要求輸入信號(hào)為零時(shí),輸出也為零,但實(shí)際中往往輸出不為零,將此電壓折合到集成運(yùn)放的輸入端的電壓,常稱為輸入失調(diào)電壓UIO。其值在 電流,用 1(

表示;而將I、I之差的1 B

絕對(duì)值稱為輸入失調(diào)電流IIOI1OIB IB IIB和IIOIIB為十分之幾微安,則II