集成運(yùn)算放大電路主要內(nèi)容.pptVIP

第四章 集成運(yùn)算放大電路,主要內(nèi)容：,4-1集成運(yùn)算放大電路概述 4-2集成運(yùn)放中的電流源電路 4-3集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介 4-4集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路 4-5集成運(yùn)放的種類及選擇 4-6集成運(yùn)放的使用,4-1集成運(yùn)算放大電路概述,集成電路： 采用專門(mén)的制造工藝，將元、器件及連線組成的完整電路制作在一塊基片上，并完成特定的功能。,集成放大電路：高增益的直接耦合放大電路 問(wèn)世最早，應(yīng)用最廣泛。 最初多用于各種模擬信號(hào)的運(yùn)算 故稱： 集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放(Operational Amplifier) 。,(a) (b) (a) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) (b)原符號(hào),運(yùn)算放大器外形圖,集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn),1.直接耦合 （硅片上不能做大電容）,2.差動(dòng)放大作輸入級(jí) （克服溫漂）,3.采用電流源 （偏置提供穩(wěn)定的電流 ；有源負(fù)載代替大電阻）,4.采用復(fù)合管 （不同類型管性能差異大）,集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu),集成運(yùn)算放大器是一個(gè) 高增益直接耦合放大電路， 它的方框圖如圖所示。,輸入級(jí)要使用高性能的差分放大電路，它必須對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制力，而且采用雙端輸入雙端輸出的形式。,偏置電流源可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。,互補(bǔ)輸出級(jí)由PNP和NPN兩種極性的三極管或復(fù)合管組成，以獲得正負(fù)兩個(gè)極性的輸出電壓或電流。,中間放大級(jí)要提供高的電壓增益，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度。中間級(jí)的電路形式多為差分電路和帶有源負(fù)載的高增益放大器。,集成運(yùn)放的電壓傳輸特性,電壓傳輸特性：,線性區(qū)：,Aod差模開(kāi)環(huán)放大倍數(shù),非線性區(qū)：,4.2 集成運(yùn)放中的電流源電路,4.2.1 基本電流源電路,1、為了減少電阻 2、減小UBE3的影響 采取下列幾種方式：,1、鏡像電流源電路,集電極有電阻R0,相當(dāng)于IC3,相當(dāng)于T3,b,e,鏡像電流源電路,一、基本電流源電路,1.鏡像電流源,T1、T0特性完全相同,由于：T1、T0基-射回路對(duì)稱,所以： IB1=IB0=IB IC1=IC0=IC,電路具有溫度補(bǔ)償作用：,鏡像電流源的溫度補(bǔ)償：,當(dāng)溫度升高時(shí),IC0 IR UR UB IB IC1 IC1,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于大電流,缺點(diǎn)：當(dāng)VCC一定時(shí)，若要求IC1 IR IR2R功耗 ，集成電路中應(yīng)避免 若要求IC1 IR 很大，也應(yīng)避免,則,所以派生出其他類型的電流源電路,二、比例電流源電路,(解決了 R數(shù)值太大的問(wèn)題),比例電流源,電路特點(diǎn)：T0，T1增加了射極電阻Re0，Re1 從中可以使IC1IR，克服了鏡像電流源的上述缺點(diǎn),T0，T1特性相同,若忽略該項(xiàng)0,因?yàn)?三、微電流源,(解決：IC1可以實(shí)現(xiàn)更小),微電流源,射極有電阻,提高Re可以讓IC1很小,電路特點(diǎn)：,當(dāng)UBEUT (26mV=0.026V0.3或0.7V),1,2,1,2,又由已知,一般是已知IR、IC1要求確定Re,3.微電流源,由上電路,因?yàn)镽e0=0,其中,二、改進(jìn)型電流源電路,1.加射級(jí)輸出器的電流源,Re2的作用：增大IE2，提高。,二、威爾遜電流源,威爾遜電流源,Re2,特點(diǎn)：IC2為輸出電流，T1為T(mén)2的發(fā)射極電阻 Re=rce1 是工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路 IC2有很高的穩(wěn)定性,其中,Ic1=Ic0=Ic,2.威爾遜電流源,工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸出電阻大。,三、多路電流源電路,在模擬集成電路中，經(jīng)常用到多路電流源。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。,四、電流源作為有源負(fù)載的放大電路,恒流源在集成放大電路中除了設(shè)置偏置電流外還可以作為放大電路的有源負(fù)載，以提高放大倍數(shù),實(shí)際有源負(fù)載電路,RL一定時(shí) RC Au 用 代替即可 rceRL 全部流入RL,四、電流源作為有源負(fù)載的放大電路,1. 有源負(fù)載共射放大電路,基準(zhǔn)電流：,空載時(shí)：,交流等效電路,2. 有源負(fù)載差分放大電路,單端輸出,雙端輸出,4.3 集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介,一、雙極型集成運(yùn)放,F007 簡(jiǎn)介,偏置電路,T12、R5、T11：主偏置,T10、T11：微電流源,T8、T9：鏡象電流源,（輸入級(jí)偏置）,T12、T13：鏡象電流源,（輸出級(jí)偏置的一部分；中間級(jí)的有源負(fù)載。）,輸入級(jí),T1T4：CC-CB差動(dòng)放大,（輸入電阻大，頻響好，克服溫漂。）,T5T7：有源負(fù)載,Rw: 外接調(diào)零電位器,（調(diào)節(jié)輸入級(jí)對(duì)稱）,中間級(jí),T16、T17：復(fù)合管共射放大,（ri2Au1d ,C改善頻率特性）,T13：有源負(fù)載,（ Au2 ）,輸出級(jí),T14、T18、T19：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出電路,R7、R8、T15：UBE倍增電路,（克服交越失真）,（對(duì)稱性好）,D1、D2：過(guò)流保護(hù),正常時(shí)，D1、D2截止。,F007簡(jiǎn)介,4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路,一、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo),1.開(kāi)環(huán)差模增益Aod,在集成運(yùn)放無(wú)外加反饋時(shí)差模放大倍數(shù)稱為開(kāi)環(huán)差模增益。,60180 dB ,F007:100dB左右。,2.共模抑制比KCMR,80180 dB ,F007:80dB左右。,3. 差模輸入電阻rid,在輸入差模信號(hào)時(shí)的輸入電阻。,F007:大于2M；,4.輸入失調(diào)電壓UIO及其溫漂dUIO/dT,F007:210mV,OP177:4uV 。,UIO是使輸出電壓為零時(shí) 在輸入端所加的補(bǔ)償電壓。,反映UBE的失配,dUIO/dT是UIO 的溫度系數(shù)， 是衡量運(yùn)放溫漂的重要參數(shù)。,低漂移1uV/, 超低漂移0.10.05 uV/.,rid 越大從信號(hào)源索取的電流越小,F007:2030uV/,OP177:0.03uV/.,6.輸入偏置電流IIB,F007:50100uA, OP177:0.3uA 。,IIB 是輸入差放管的 基極偏置電流的平均值。,IIB IIO， 信號(hào)源內(nèi)阻的影響也越小。,dIIO/dT是IIO 的溫度系數(shù)， 是衡量運(yùn)放溫漂的重要參數(shù)。,OP177:1.5PA/.,5.輸入失調(diào)電流IIO及其溫漂dIIO/dT,反映輸入電流不對(duì)稱程度,VO為0 時(shí)：,VO為0 時(shí)：,9.-3dB帶寬fH,fH是使Aod下降3dB時(shí)的信號(hào)頻率。,FOO7: 30V,7.最大共模輸入電壓UIcmax,UICUicmax時(shí)， 運(yùn)放不能正常工作。,8.最大差模輸入電壓UIdmax,UIdmax是不至于使PN結(jié)反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。,FOO7:7Hz,10.單位增益帶寬fc,fc是使Aod下降到零分貝時(shí)的信號(hào)頻率。,理想運(yùn)放： Aod 、KCMR、rid、fH等均為， UIO、dUIO/dT、IIO、dIIO/dT 、IIB等均為0。,11. 轉(zhuǎn)換速率 SR： 集成運(yùn)放對(duì)信號(hào)變化速度的適應(yīng)能力,二、集成運(yùn)放的低頻等效電路,簡(jiǎn)化的集成運(yùn)放低頻等效電路,4.5 集成運(yùn)放的種類及選擇,一、集成運(yùn)放的發(fā)展,經(jīng)歷了四代：,第一代：基本沿用了分立元件放大電路的設(shè)計(jì)思想。,典型產(chǎn)品：uA709;F003,第二代：普遍采用了有源負(fù)載。,典型產(chǎn)品：uA741;F007,第三代：輸入級(jí)采用了超管，版圖設(shè)計(jì)上考慮了熱效應(yīng)的影響 。,典型產(chǎn)品：AD508;F1556,第四代：采用了斬波穩(wěn)零和動(dòng)態(tài)穩(wěn)零技術(shù)。,典型產(chǎn)品：HA2900;5G7650,二、集成運(yùn)放的種類,1.按工