43集成運(yùn)算放大電路簡介ppt課件

1、模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.3 集成運(yùn)放電路簡介集成運(yùn)放電路簡介典型的集成運(yùn)放典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放 F007、F324單極型集成運(yùn)放單極型集成運(yùn)放 C14573一、引腳一、引腳4.3.1 雙極型集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放 F007(a)引腳圖引腳圖12348765(b)銜接表示圖銜接表示圖模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件二、電路原理圖二、電路原理圖圖圖4.3.1 F007電路原理圖電路原理圖模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件1. 偏置電路偏置電路+VCCT8-VEE-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10

2、IREFIC13至輸入級至輸入級至中間級至中間級和輸出級和輸出級511BE12BEEECCREF|RUUVVI- - - 基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級所需的偏置電流。大級所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系：各路偏置電流的關(guān)系：IREFIC11IC10IB3, IB4IC9IC8IC12IC13微電流源微電流源鏡像電流源鏡像電流源輸入級輸入級鏡像電流源鏡像電流源中間級中間級輸出級輸出級圖圖 4.3.1-1 F007 的偏置電路的偏置電路模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件2. 輸入級輸入級 T1、T2、T3、T4 組成共集共基差分放大電路；組成共集共基差分放大

3、電路； T1、T2 基極接納差分輸入信號?；鶚O接納差分輸入信號。T5、T6有源負(fù)載。有源負(fù)載。 T4集電極送出單集電極送出單端輸出信號至中間級。端輸出信號至中間級。 RW調(diào)零電阻，調(diào)零電阻，R外接電阻。外接電阻。 T7與與R2組成射極組成射極輸出器。輸出器。 uO+VCC-VEE-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9圖圖 4. 3. 1-2uI2uI1模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件假設(shè)暫不思索假設(shè)暫不思索 T7 和調(diào)零電路那么電路可簡化為：和調(diào)零電路那么電路可簡化為：+VCC-VEE-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1u

4、I2uO(1)T1、T2共集組態(tài)，具有較共集組態(tài)，具有較高的差模輸入電阻和共模輸入電高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。壓。(2)共基組態(tài)的共基組態(tài)的T3、T4，與有，與有源負(fù)載源負(fù)載T5、T6組合，可以得到很組合，可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。高的電壓放大倍數(shù)。(3)T3、T4 共基接法能改善頻率呼應(yīng)。共基接法能改善頻率呼應(yīng)。(4)該電路具有共模負(fù)反響，能減小溫漂，提高共模該電路具有共模負(fù)反響，能減小溫漂，提高共模抑制比。抑制比。圖圖4.3.1-2簡化表示圖簡化表示圖 模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件3. 中間級中間級輸入來自輸入來自T4和和T6集電集電極。極。輸出接在輸出級的兩個輸出

5、接在輸出級的兩個互補(bǔ)對稱放大管的基極?；パa(bǔ)對稱放大管的基極。中間級中間級T16、T17組成組成復(fù)合管，復(fù)合管，T13作為其有源作為其有源負(fù)載。負(fù)載。接入接入30pF的校正電容起的校正電容起相位補(bǔ)償?shù)淖饔?，防止電路相位補(bǔ)償?shù)淖饔茫乐闺娐樊a(chǎn)生自激振蕩。產(chǎn)生自激振蕩。圖圖 4.3.1-3 中間級表示圖中間級表示圖+VCC-VEE-VEET15T16IC13R7T17R830pF模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4. 輸出級輸出級IC13R8uO+VCC-VEE-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2圖圖4.3.1-4 F007輸出級輸出級原理電路原理電路T14、 T18

6、 、T19準(zhǔn)互準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路；補(bǔ)對稱電路；D1、 D2 、R9、R10為為過流維護(hù)電路；過流維護(hù)電路；T15 、R7、R8為輸出級為輸出級設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。設(shè)置適宜的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。V7 . 0)1(87BE15887CE15 RRURRRU調(diào)理調(diào)理 R7、R8 阻值可調(diào)理兩個功率管之間的電壓差。阻值可調(diào)理兩個功率管之間的電壓差。這種電路稱為這種電路稱為 UBE 倍增電路。倍增電路。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.3.2 單極型集成運(yùn)放單極型集成運(yùn)放3.第二級第二級加強(qiáng)型加強(qiáng)型PMOSFET對管對管T3、 T4加強(qiáng)型加強(qiáng)型NMOS管管T8構(gòu)成漏極帶有源負(fù)載的共源放大電路。構(gòu)成漏

7、極帶有源負(fù)載的共源放大電路。雙端輸入、單端輸出的雙端輸入、單端輸出的MOS差分差分放大電路。放大電路。2.第一級第一級T1、T2 、T7構(gòu)成多路電流源。構(gòu)成多路電流源。1.偏置電路偏置電路電容電容C起相位補(bǔ)償作用。起相位補(bǔ)償作用。 由于第二級電路從由于第二級電路從T8的柵極輸入，其輸入電阻非常大，所以使第的柵極輸入，其輸入電阻非常大，所以使第一級具有很強(qiáng)的電壓放大才干。一級具有很強(qiáng)的電壓放大才干。圖圖4.3.5 C14573電路圖電路圖模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.4 集成運(yùn)放的性能目的及低頻等效電路集成運(yùn)放的性能目的及低頻等效電路一、開環(huán)差模電壓增益一、開環(huán)差模電壓增益 A

8、od普通用對數(shù)表示，定義為普通用對數(shù)表示，定義為)(lg20NpOuuu單位：分貝單位：分貝理想情況下理想情況下Aod為無窮大；為無窮大；通用型集成運(yùn)放的通用型集成運(yùn)放的Aod為為65100dB。4.4.1 集成運(yùn)放的主要性能目的集成運(yùn)放的主要性能目的)(=NpOoduuuA模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件二、輸入失調(diào)電壓二、輸入失調(diào)電壓 UIO三、輸入失調(diào)電壓溫漂三、輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO 定義：定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的為了使輸出電壓為零，在輸入端所需求加的補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電壓。普通運(yùn)放：普通運(yùn)放：UIO 為為 1 10 mV；高質(zhì)量運(yùn)放：高質(zhì)量運(yùn)放：UIO

9、為為 1 mV 以下。以下。定義：定義：TUUddIOIO 普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 每攝氏度每攝氏度 10 20 V；高質(zhì)量運(yùn)放為高質(zhì)量運(yùn)放為 每攝氏度每攝氏度 0.5 V 以下。以下。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件四、輸入失調(diào)電流四、輸入失調(diào)電流 IIO五、輸入失調(diào)電流溫漂五、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當(dāng)輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，即之差，即定義：定義：B2B1IO=III普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 幾十幾十 一百一百nA；高質(zhì)量的低于；高質(zhì)量的低于 1 nA。定義：定義：TIIddIOIO 普通運(yùn)放為普通運(yùn)放為 每攝氏度幾每攝氏度幾n

10、A；高質(zhì)量的每攝氏度幾十；高質(zhì)量的每攝氏度幾十pA。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件六、輸入偏置電流六、輸入偏置電流 IIB七、差模輸入電阻七、差模輸入電阻 rid八、共模抑制比八、共模抑制比 KCMR定義：定義：輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值。平均值。)+(21=B2B1IBIII即即定義：定義：IdIdid=IUr普通集成運(yùn)放為幾兆歐。普通集成運(yùn)放為幾兆歐。定義：定義：ocodlg20AA或或多數(shù)集成運(yùn)放在多數(shù)集成運(yùn)放在 80 dB 以上，高質(zhì)量的可達(dá)以上，高質(zhì)量的可達(dá) 160 dB。ocodCMR=AAK模擬電子技術(shù)多媒體課

11、件模擬電子技術(shù)多媒體課件九、最大共模輸入電壓九、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。大共模信號。十、最大差模輸入電壓十、最大差模輸入電壓 UIdmax不至于使不至于使PN結(jié)反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。結(jié)反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。十一、十一、 3 dB帶寬帶寬 fH表示表示 使使Aod下降下降3dB時的信號頻率。普通集成運(yùn)放時的信號頻率。普通集成運(yùn)放 fH 只需幾赫茲至幾千赫茲。只需幾赫茲至幾千赫茲。F007C 的的 fH 僅為僅為 7 Hz。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件十二

12、、十二、 單位增益帶寬單位增益帶寬 fc 使使Aod降至降至0dB時的信號頻率，此時開環(huán)差模電壓時的信號頻率，此時開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù) Aod 等于等于1。十三、十三、 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率 SR額定負(fù)載條件下，輸入一個大信號時，輸出電壓的額定負(fù)載條件下，輸入一個大信號時，輸出電壓的最大變化率。單位為最大變化率。單位為 V / s 。在實(shí)踐任務(wù)中，輸入信號的變化率普通不要大于集在實(shí)踐任務(wù)中，輸入信號的變化率普通不要大于集成運(yùn)放的成運(yùn)放的 SR 值。值。其他技術(shù)目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸其他技術(shù)目的還有：最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。出電阻等。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技

13、術(shù)多媒體課件4.4.2 集成運(yùn)放的低頻等效電路集成運(yùn)放的低頻等效電路思索各種失思索各種失調(diào)要素的等調(diào)要素的等效電路圖效電路圖不思索各種失調(diào)要素的電路圖不思索各種失調(diào)要素的電路圖假設(shè)將集成運(yùn)放理想化，假設(shè)將集成運(yùn)放理想化，0oid rr，則則模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件 第一代產(chǎn)品：利用少量橫向第一代產(chǎn)品：利用少量橫向PNP管，構(gòu)成以電流源管，構(gòu)成以電流源作偏置電路的三級直接耦合放大電路。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(fù)載，簡化了電路設(shè)計(jì)，第二代產(chǎn)品：采用了有源負(fù)載，簡化了電路設(shè)計(jì)，使開環(huán)增益明顯提高，各方面性能目的比較平衡。使開環(huán)增益明顯提高，各方面

14、性能目的比較平衡。 第三代產(chǎn)品：輸入級采用超第三代產(chǎn)品：輸入級采用超管，管，值高達(dá)值高達(dá)10005000倍，幅員設(shè)計(jì)思索了熱效應(yīng)的影響，減小了失調(diào)電倍，幅員設(shè)計(jì)思索了熱效應(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。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)，使各性能目的參數(shù)更加理想化，普通情況下不需求調(diào)各性能目的參數(shù)更加理想化，普通情況下不需求調(diào)零就能正常任務(wù)，大大提高了精度。零就能正常任務(wù)，大大提高了精度。4.5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇4.5.1

15、 集成運(yùn)放的開展概略集成運(yùn)放的開展概略模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇4.5.2 集成運(yùn)放的種類集成運(yùn)放的種類一、按任務(wù)原理分類一、按任務(wù)原理分類1.電壓放大型：電壓放大型：F007、F324、C145732.電流放大型：電流放大型：LM3900、F19003.跨導(dǎo)型：跨導(dǎo)型：LM3080、F30804.互阻型：互阻型：AD8009、AD8011二、按可控性分類二、按可控性分類1.可變增益運(yùn)放：可變增益運(yùn)放：VCA610 、 AD5262.選通控制運(yùn)放：選通控制運(yùn)放：OPA676模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件1. 高精度

16、型高精度型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 漂移和噪聲很低，開環(huán)差模增益和共漂移和噪聲很低，開環(huán)差模增益和共模抑制比很高，誤差小。模抑制比很高，誤差小。F50372. 低功耗型低功耗型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 靜態(tài)功耗普通比通用型低靜態(tài)功耗普通比通用型低 1 2 個數(shù)量個數(shù)量級級(不超越毫瓦級不超越毫瓦級)，任務(wù)電源電壓很，任務(wù)電源電壓很低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑低，有較高的開環(huán)差模增益和共模抑制比。制比。TLC2552三、按性能目的分類三、按性能目的分類分為通用型和特殊型兩類。分為通用型和特殊型兩類。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件3. 高阻型高阻型F3130性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：通常利用場

17、效應(yīng)管組成差分輸入級，輸入電阻通常利用場效應(yīng)管組成差分輸入級，輸入電阻高達(dá)高達(dá) 1012 。 高阻型運(yùn)放可用在丈量放大電路、采樣高阻型運(yùn)放可用在丈量放大電路、采樣-堅(jiān)持電路、帶通堅(jiān)持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)理器以及某些信號源內(nèi)阻很高的電路中。濾波器、模擬調(diào)理器以及某些信號源內(nèi)阻很高的電路中。4. 高速型高速型F3554大信號任務(wù)形狀下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換大信號任務(wù)形狀下具有優(yōu)良的頻率特性，轉(zhuǎn)換速 率 可 達(dá) 幾 十 至 幾 百速 率 可 達(dá) 幾 十 至 幾 百 V / s ， 甚 至 高 達(dá)， 甚 至 高 達(dá)1000V/s，單位增益帶寬可達(dá)，單位增益帶寬可達(dá)10MHz，甚至，甚至幾百幾百M(fèi)

18、Hz。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 常用在常用在A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣-堅(jiān)堅(jiān)持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件5. 高壓型高壓型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 輸出電壓動態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。輸出電壓動態(tài)范圍大，電源電壓高，功耗大。6. 大功率型大功率型性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)可提供較高的輸出電壓較大的輸出電流，負(fù)載上可得到較大的輸出功率。載上可得到較大的輸出功率。4.5.3 運(yùn)放的選擇運(yùn)放的選擇一、信號源的性質(zhì)一、信號源的性質(zhì)二、

19、負(fù)載的性質(zhì)二、負(fù)載的性質(zhì)三、精度要求三、精度要求四、環(huán)境條件四、環(huán)境條件 從性能價錢比如面思索，應(yīng)盡從性能價錢比如面思索，應(yīng)盡量采用通用型運(yùn)放。量采用通用型運(yùn)放。 只需在通用型運(yùn)放不滿足運(yùn)用只需在通用型運(yùn)放不滿足運(yùn)用要求時才采用特殊型運(yùn)放。要求時才采用特殊型運(yùn)放。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.6 集成運(yùn)放的運(yùn)用集成運(yùn)放的運(yùn)用一、集成運(yùn)放的外引線管腳一、集成運(yùn)放的外引線管腳二、參數(shù)丈量二、參數(shù)丈量4.6.1 運(yùn)用時必做的任務(wù)運(yùn)用時必做的任務(wù)三、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓三、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓四、消除自激振蕩四、消除自激振蕩簡易測試法簡易測試法電源端加上去耦電容。電源端加上去耦電容。外接頻率補(bǔ)償電容外接頻率補(bǔ)償電容C。模擬電子技術(shù)多媒體課件模擬電子技術(shù)多媒體課件4.6.2 維護(hù)措施維護(hù)措施一、輸入維護(hù)一、輸入維護(hù)(a)防止輸入差模信號幅值過大防止輸入差模信號幅值過