模電第四章集成運(yùn)算放大電路

1、4.1 集成運(yùn)算放大電路概述集成運(yùn)算放大電路概述 4.2 集成運(yùn)算中的電流源電路集成運(yùn)算中的電流源電路 4.3 集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)4.5 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器第四章第四章 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路 在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將整個(gè)電路中的元器件制在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路稱為集成電路作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路稱為集成電路（Integrated Circuit）。由于它具有體積小、）。由于它具有體積小、 穩(wěn)定性高等一穩(wěn)定性高等一系列優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的

2、應(yīng)用。集成運(yùn)算放大電路也可稱為集系列優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。集成運(yùn)算放大電路也可稱為集成運(yùn)算放大器（成運(yùn)算放大器（Integrated Operational Amplifier），簡(jiǎn)稱集），簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，成運(yùn)放， 它主要用于模擬信號(hào)的各種運(yùn)算、處理和發(fā)生電路，它主要用于模擬信號(hào)的各種運(yùn)算、處理和發(fā)生電路，例如求和、求差、積分、微分、電壓比較，波形的發(fā)生和信例如求和、求差、積分、微分、電壓比較，波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換等號(hào)的轉(zhuǎn)換等等。等。 4.1 集成運(yùn)算放大電路概述集成運(yùn)算放大電路概述一、一、 集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)放的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) v均采用直接耦合方式。均采用直接耦合方式。v采用差分放大

3、電路（作輸入級(jí)）和采用差分放大電路（作輸入級(jí)）和恒流源電路作偏置電路或有源負(fù)載）。恒流源電路作偏置電路或有源負(fù)載）。v常用有源元件（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）常用有源元件（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）取代電阻。取代電阻。圖圖4.1.1 集成運(yùn)放電路方框圖集成運(yùn)放電路方框圖二、集成運(yùn)放的組成及其各部分的作用二、集成運(yùn)放的組成及其各部分的作用 輸入級(jí)輸入級(jí)通常要求有盡可能低的零點(diǎn)漂移，較高的共模抑制通常要求有盡可能低的零點(diǎn)漂移，較高的共模抑制能力，輸入阻抗高及偏置電流小，因此一般采用差分放大電路。能力，輸入阻抗高及偏置電流小，因此一般采用差分放大電路。 中間級(jí)中間級(jí)主要承擔(dān)電壓放大的任務(wù)，多采用共射或共源放大主要承

4、擔(dān)電壓放大的任務(wù)，多采用共射或共源放大電路。電路。 為了提高電壓放大倍數(shù)，為了提高電壓放大倍數(shù)， 經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管， 用恒流源做有源負(fù)載。用恒流源做有源負(fù)載。 輸出級(jí)輸出級(jí)要求具有一定的帶負(fù)載能力（即輸出電阻?。┖鸵灰缶哂幸欢ǖ膸ж?fù)載能力（即輸出電阻?。┖鸵欢ǖ妮敵鲭妷杭半娏鲃?dòng)態(tài)范圍。因此輸出級(jí)多采用射極輸出器、定的輸出電壓及電流動(dòng)態(tài)范圍。因此輸出級(jí)多采用射極輸出器、 互補(bǔ)對(duì)稱電路?；パa(bǔ)對(duì)稱電路。 偏置電路偏置電路用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 一般采用鏡像電流源，以及由其一般采用鏡像電流源，以及由其演變而成

5、的微電流源、多路輸演變而成的微電流源、多路輸出電流源等。出電流源等。 三、集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性三、集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性返回返回一、一、 基本電流源電路基本電流源電路1. 鏡像電流源鏡像電流源 RRcBECCRIIIRUVI214.2 集成運(yùn)放中的電流源電路集成運(yùn)放中的電流源電路v為各級(jí)提供合適的靜態(tài)電流，或作為有源負(fù)載提高放大電路的電壓放大倍數(shù)。圖圖4.2.2 比例電流源比例電流源2. 比例電流源比例電流源圖圖4.2.3 微電流源微電流源3. 微電流源微電流源ReeceBEccRIRRIRRUVI10100,eBEBEECRUUII1011111CReTCIInRUI二、二、

6、改進(jìn)型的鏡像電流源改進(jìn)型的鏡像電流源(獲得穩(wěn)定輸出的電流）獲得穩(wěn)定輸出的電流）1. 加射極輸出器的電流源加射極輸出器的電流源RRCIII)1 (2112. 威爾遜電流源威爾遜電流源RRCIII222122三、三、 多路電流源電路多路電流源電路圖圖4.2.6 基于比例電流源的多路電流源基于比例電流源的多路電流源ReeECReeECReeECERIRRIIIRRIIIRRIIII3033202210110圖4.2.7 多集電極管構(gòu)成的多路電流源圖圖4.2.9 F007中的中的電流源電路電流源電路【例【例4.2.1】【例【例4.2.2】下圖所示電路為串級(jí)電流源，已知下圖所示電路為串級(jí)電流源，已知UB

7、E=0.6 V， 試求輸出電流試求輸出電流Io。mARUUUIUUURIBEBECCREFCCBEBEREF38. 1106 . 02154141mAIIREFo38.1T4IREFUCC(15V)T3RT2Io IC2T110 k解解 由圖可得由圖可得 1. 1. 有源負(fù)載共射放大電路有源負(fù)載共射放大電路四、四、 以電流源為有源負(fù)載的放大電路以電流源為有源負(fù)載的放大電路2. 有源負(fù)載差分放大電路有源負(fù)載差分放大電路v利用鏡像電流源作為差分利用鏡像電流源作為差分放大電路的有源負(fù)載可將雙放大電路的有源負(fù)載可將雙端輸出信號(hào)端輸出信號(hào)“無損失無損失”地轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)換成單端輸出換成單端輸出信號(hào)。即信號(hào)。即可

8、以可以使單端輸出的差分放大電路使單端輸出的差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)提高到的差模電壓放大倍數(shù)提高到接近于雙端輸出的情況。接近于雙端輸出的情況。bececeLbeBceceLCiourrrRrirrRiuuA)/(2)/(24242beLurRA若RLuN時(shí)，時(shí)，uo=UOM；當(dāng)當(dāng)uPuN時(shí)，時(shí)，uo=UOM 。（2） 理想運(yùn)放的輸入電流等于零。理想運(yùn)放的輸入電流等于零。 在非線性區(qū)，雖然在非線性區(qū)，雖然uPuN，但由于，但由于理想運(yùn)放的理想運(yùn)放的rid=， 故凈輸入電流故凈輸入電流等于零，即等于零，即iP=iN=0。（虛斷）（虛斷）v以上兩個(gè)特點(diǎn)是分析集成運(yùn)以上兩個(gè)特點(diǎn)是分析集成運(yùn)放工作放

9、工作在非線性區(qū)的應(yīng)用電路的重要依據(jù)。在非線性區(qū)的應(yīng)用電路的重要依據(jù)。返回返回習(xí)題課：習(xí)題課： P166/自測(cè)題自測(cè)題四、電路如圖電路如圖PT3.4所示，所有晶體管均為硅管，所示，所有晶體管均為硅管，均為均為60，rbb=100，靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)UBEQ0.7V。試求：。試求： （1）靜態(tài)時(shí)）靜態(tài)時(shí)T1管和管和T2管的發(fā)射極電流。管的發(fā)射極電流。 （2）若靜態(tài)時(shí)）若靜態(tài)時(shí)uO0，則應(yīng)如何調(diào)節(jié)，則應(yīng)如何調(diào)節(jié)Rc2的值才能使的值才能使uO0V？若靜態(tài)？若靜態(tài)uO0V，則，則Rc2？電壓放大倍數(shù)為多少？電壓放大倍數(shù)為多少？ 3.2 設(shè)圖設(shè)圖P3.2所示各電路的靜態(tài)工作點(diǎn)均合適，分別畫出它們的交所示各電路

10、的靜態(tài)工作點(diǎn)均合適，分別畫出它們的交流等效電路，并寫出流等效電路，并寫出 、Ri和和Ro的表達(dá)式。的表達(dá)式。uA4obe2321be11ibe242be2321be1be2321)(1 ()()(1 ()(1 (RRrRRrRRrRrRRrrRRAu 3.6 圖圖P3.6所示電路參數(shù)理想對(duì)稱，所示電路參數(shù)理想對(duì)稱，12，rbe1rbe2rbe。 （1）寫出）寫出RW的滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)的滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)Ad的表達(dá)式；的表達(dá)式； （2）寫出）寫出RW的滑動(dòng)端在最右端時(shí)的滑動(dòng)端在最右端時(shí)Ad的表達(dá)式，比較兩個(gè)結(jié)果的表達(dá)式，比較兩個(gè)結(jié)果 有什么不同。有什么不同。 3.7 圖圖P3.7所示電路參數(shù)理想對(duì)稱，

11、晶體管的所示電路參數(shù)理想對(duì)稱，晶體管的均為均為50，rbb=100，UBEQ0.7。試計(jì)算。試計(jì)算RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)T1管和管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流管的發(fā)射極靜態(tài)電流IEQ，以及動(dòng)態(tài)參數(shù)，以及動(dòng)態(tài)參數(shù)Ad和和Ri。 解解：RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)滑動(dòng)端在中點(diǎn)時(shí)T1管和管和T2管的管的發(fā)射極靜態(tài)電流分析如下：發(fā)射極靜態(tài)電流分析如下：mA517. 02222eWBEQEEEQEEeEQWEQBEQRRUVIVRIRIU Ad和和Ri分析如下：分析如下： k5 .20)1 (2972)1 ( k18. 5mV26)1 (WbeiWbecdEQbbbeRrRRrRAIrr 3.8 電路如圖電路如圖P3.8所示，所示，T1管和管和T2管的管的均為均為40，rbe均為均為3k。試。試問：若輸入直流信號(hào)問：若輸入直流信號(hào)uI1=20mv，uI2=10mv，則電路的共模輸入電，則電路的共模輸入電壓壓uIC=？差模輸入電壓？差模輸入電壓uId=？輸出動(dòng)態(tài)電壓？輸出動(dòng)態(tài)電壓uO=? 解：解：電路的共模輸入電壓電路的共模輸入電壓uIC、差、差模輸入電壓模輸入電壓uId、差模放大倍數(shù)、差模放大倍數(shù)Ad和動(dòng)態(tài)電壓和動(dòng)態(tài)電壓uO分別為分別為 : V67.0672 mV10mV152IddObecdI2I1IdI2I1