第四章 集成運算放大器課件

1、模擬電子技術模擬電子技術前前 進進第四章第四章 集成運算放大器集成運算放大器 集成電路、差動放大器、集成運算放大器。集成電路、差動放大器、集成運算放大器。 本章主要內容：本章主要內容：返返 回回前前 進進4.1 4.1 集成電路概念集成電路概念 1 1集成電路集成電路分類分類 （1）按元器件集成度分為：）按元器件集成度分為：小規(guī)模集成電路（小規(guī)模集成電路（100100個元件以內）個元件以內）SSISSI中規(guī)模集成電路（中規(guī)模集成電路（100-1000100-1000個元件）個元件）MSIMSI大規(guī)模集成電路（大規(guī)模集成電路（1000-1000001000-100000個元件）個元件）LSILS

2、I超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（100000100000個以上元件）個以上元件）VLSIVLSI?，F(xiàn)在集成度已達到數(shù)千億?，F(xiàn)在集成度已達到數(shù)千億。在一小塊硅片上做出許多個元件并將其聯(lián)結成電路。在一小塊硅片上做出許多個元件并將其聯(lián)結成電路。 1 1集成電路集成電路分類分類 （2）按制造工藝分為：）按制造工藝分為： 膜集成電路、半導體集成電路和混合集成電路三種。膜集成電路、半導體集成電路和混合集成電路三種。（3 3）按有源器件類型分為：按有源器件類型分為： 雙極性集成電路、單極性集成電路和混合型集成電雙極性集成電路、單極性集成電路和混合型集成電路三種。路三種。（4 4）按電路功能分為：）按電

3、路功能分為： 模擬集成電路、數(shù)字集成電路模擬集成電路、數(shù)字集成電路、接口集成電路和特、接口集成電路和特殊集成電路四種殊集成電路四種。2 2常見芯片封裝形式常見芯片封裝形式 3 3集成電路集成電路特點特點 （1 1）集成電路為多級直接耦合放大器）集成電路為多級直接耦合放大器（2 2）由于體積所限，只能集成電阻、晶體管等器件，）由于體積所限，只能集成電阻、晶體管等器件，不能集成電容、電感等較大體積器件不能集成電容、電感等較大體積器件（3 3）元器件參數(shù)對稱穩(wěn)定）元器件參數(shù)對稱穩(wěn)定（4 4）所制阻值不能太大（幾十千歐以內）所制阻值不能太大（幾十千歐以內）（5 5）往往用三極管或場效應管代替大電阻）往

4、往用三極管或場效應管代替大電阻集成運算放大器是常用的模擬集成電路。集成運算放大器是常用的模擬集成電路。4.2 4.2 集成運放基本組成部分集成運放基本組成部分 電路由輸入級、中間級、輸出級構成。電路由輸入級、中間級、輸出級構成。 輸入級采用差動放大器，中間級由一般輸入級采用差動放大器，中間級由一般放大器構成，輸出級多為功率輸出器，偏置放大器構成，輸出級多為功率輸出器，偏置電路則由電流源組成。電路則由電流源組成。 1 1偏置電路偏置電路 （1）鏡像電流源）鏡像電流源 IR=(VCCUBE1)/R IB1=IB2=IB 則則IC2=IC1=IR2IB=IR2IC/IC2=IR/(1+2/)IR=(

5、VCCUBE1)/R I IC2C2、I IR R之間的關系如同鏡像一樣。之間的關系如同鏡像一樣。 1 1偏置電路偏置電路 （2）比例電流源）比例電流源 IE1R1=IE2R2IC1R1IC2R2 IC2=IC1R1/R21R R1/R2 I IC2C2、I IR R之間有比例關系。之間有比例關系。 1 1偏置電路偏置電路 （3）微電流源）微電流源 UBE1UBE2=IE2REIC2RE 由二極管方程由二極管方程IEIC=IS（e在在RE不大的情況下，得不大的情況下，得到很小的電流到很小的電流IC2UBE1UBE2=IE2REIC2REIEIC=IS（eUBE /UT1）ISeUBE /UTI

6、S1=IS2 則則UTlgIC1/IC2IC2RE 當當IC1和和RE已知時，可求出已知時，可求出IC2IC2可以很小。可以很小。 2 2差分輸入級差分輸入級 （1）基本差動放大器）基本差動放大器由雙管構成最簡單差分放大器由雙管構成最簡單差分放大器 當雙端輸出信號時，零點漂移為零。當雙端輸出信號時，零點漂移為零。R RB B較大，常忽略。較大，常忽略。 （2）兩種輸入信號）兩種輸入信號 差摸信號差摸信號U Ud d：一對大小相等、極性相反的信號。：一對大小相等、極性相反的信號。共摸信號共摸信號U UC C : :一對大小相等、極性相同的信號。一對大小相等、極性相同的信號。差摸工作方式差摸工作方

7、式共摸工作方式共摸工作方式（3）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù) 差模放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)U UO1O1=A=Au1u1U Uid1id1= A= Au1u1U Ui i/2/2 U UO2O2=A=Au2u2U Ui2i2=A=Au1u1U Uid2id2= -A= -Au1u1U Ui i/2/2A Ad d=( U=( UO1O1- - U UO2O2)/( U)/( Uid1id1- - U Uid2id2) =) = U UO O/U/Ui i= A= Au1 u1 共模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)A AC C=( U=( UO1O1- - U UO2O2)/U)/UiCiC 共模抑制比共模抑制比

8、 K KCMRCMR= A= Ad d / A / AC C （4）長尾式差動放大電路）長尾式差動放大電路 靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：短路交流，可得到短路交流，可得到IBRS+UBE+(1+)IB(2RE+RW/2=VEE)可計算出可計算出I IB B 而而I IC C= I= IB B則則U UC C=V=VCCCC-I-IC CR RC C差模動態(tài)分析：差模動態(tài)分析：將雙管拆分為單管問題。將雙管拆分為單管問題。U Uo1 o1 = -R= -RL LU Uidid/R/RS S+r+rieie+(1+)R+(1+)RW W /2 = -U/2 = -Uo2o2A Audud=-=-R RL L/

9、 /R RS S+rie+rie+（1+1+）R RW W/2/2 A Aud1ud1= A= Audud/2/2R Ridid= = R RS S+rie+rie+(1+1+)R RW W/2/2 R RO O = = 2R2RC C R RO1O1 = = R RC C 共模動態(tài)分析：共模動態(tài)分析：將雙管拆分為單管問題。將雙管拆分為單管問題。U Uo1o1=U=Uo2o2=-R=-RL LU Uicic/R/RS S+r+rieie+(1+)(R+(1+)(RW W /2+2R/2+2RE E) ) A Aucuc= =（U Uo1o1 U Uo2o2）/U/Uicic=0 =0 A Au

10、c1uc1=U=Uo1o1/U/Uicic- R RC C / / 2R2RE E 共模抑制比共模抑制比 CMRR CMRR = = A Ad d/A/Ac c 雙端輸出雙端輸出CMRRCMRR = = A Ad d/A/Ac c = = A Ad d/0 =/0 = 單端輸出單端輸出CMRRCMRR1 1 = = A Ad1d1/A/Ac1c1 R RE E / /(R RS S+rie+rie) （5）帶恒流源差動放大電路）帶恒流源差動放大電路 靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： U UB BR R1 1V VCCCC/ /(R R1 1 + + R R2 2) 則則 U UE3E3=U=UB BU U

11、BE3BE3U UB B I IC3C3I IE3E3=V=VE3E3/R/R3 3 I IC1C1I IC2C2I IC3C3/2 /2 I IB1B1=I=IB2B2I IC1C1/ / U UC1C1=U=UC2C2=V=VCCCCI IC1C1R RC C差模動態(tài)分析：差模動態(tài)分析： 恒流源不起作用，可認為不存在（短恒流源不起作用，可認為不存在（短路），分析結果同常尾差放。路），分析結果同常尾差放。 （6）單端輸入方式）單端輸入方式 等效為雙端差摸輸入工作方式。其結果等效為雙端差摸輸入工作方式。其結果與差模雙端輸入結果相同。與差模雙端輸入結果相同。 （7）四種輸入）四種輸入-輸出方式輸

12、出方式 雙端輸入雙端輸入雙端輸出雙端輸出 雙端輸入雙端輸入單端輸出單端輸出 單端輸入單端輸入雙端輸出雙端輸出 單端輸入單端輸入單端輸出單端輸出 3 3功率輸出級功率輸出級 （1）功率放大器）功率放大器 ui正半周正半周T1導通、導通、T2截止，截止，ui負半周負半周T1截止、截止、T2導通。導通。為互補對稱電路。詳見第九章。為互補對稱電路。詳見第九章。 （2）復合三極管）復合三極管 為提高三極管的放大倍數(shù)，將兩只三極管連為提高三極管的放大倍數(shù)，將兩只三極管連結起來，組成復合三極管。結起來，組成復合三極管。 三極管復合的原則是各極電流方向一致。三極管復合的原則是各極電流方向一致。 有四種復合方式

13、有四種復合方式（2）復合三極管）復合三極管 復合三極管類型同第一只管子。復合三極管類型同第一只管子。同類型復合：同類型復合：1 12 2 、 r r be be r r be1 be1+ + (1+(1+1 1)r)rbe2be2異類型復合：異類型復合：1 12 2 、 r r be be r rbe1be1（3）過載保護電路）過載保護電路 當負載電流過大時，流經(jīng)三極管的電流也增大，會當負載電流過大時，流經(jīng)三極管的電流也增大，會燒壞管子。為此，增加過載保護電路燒壞管子。為此，增加過載保護電路將增大的電將增大的電流分流，以保護管子。流分流，以保護管子。 常用的電路有二極管保護和三極管保護兩種電路。常用的電路有二極管保護和三極管保護兩種電路。1 . .理想運放特性理想運放特性 （1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo（2）差摸輸入電阻）差摸輸入電阻Rid（