模擬電子電路模電清華大學(xué)華成英4集成運(yùn)算放大電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1模擬電子電路模電清華大學(xué)模擬電子電路模電清華大學(xué)(qn hu d xu)華成英華成英4集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路第一頁，共25頁。4.1 4.1 概述概述(i (i sh)sh)4.2 4.2 集成集成(j chn)(j chn)運(yùn)放中的電流運(yùn)放中的電流源源4.3 4.3 集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo)集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo)第1頁/共25頁第二頁，共25頁。一、集成運(yùn)放一、集成運(yùn)放(yn fn)(yn fn)的的特點(diǎn)特點(diǎn)二、集成運(yùn)放電二、集成運(yùn)放電(fng din)(fng din)路的組成路的組成三、三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 第2頁/共25頁第三

2、頁，共25頁。（1 1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分差分(ch fn)(ch fn)放大電路和電流源電路。放大電路和電流源電路。（2 2）用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜）用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜化并不帶來工藝的復(fù)雜性。化并不帶來工藝的復(fù)雜性。（3 3）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作）用有源元件替代無源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。的大電阻。（4 4）采用復(fù)合管。）采用復(fù)合管。 集成運(yùn)算放大電路，簡稱集成運(yùn)放，是一個高性能的直接耦集成運(yùn)算放大電路，簡稱集成運(yùn)放，是一

3、個高性能的直接耦合多級放大電路。因首先用于信號的運(yùn)算，故而合多級放大電路。因首先用于信號的運(yùn)算，故而( r)得名。得名。第3頁/共25頁第四頁，共25頁。兩個兩個輸入端輸入端一個一個輸出端輸出端 若將集成運(yùn)放看成為一個(y )“黑盒子”，則可等效為一個(y )雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。第4頁/共25頁第五頁，共25頁。第5頁/共25頁第六頁，共25頁。 由于Aod高達(dá)幾十萬倍，所以集成(j chn)運(yùn)放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN) Aod是開環(huán)差模放大是開環(huán)差模放大(fngd)倍數(shù)。倍數(shù)。非線非線性區(qū)性區(qū)

4、(uPuN)的數(shù)值大于一定值時，的數(shù)值大于一定值時，集成運(yùn)放的輸出不是集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是就是UOM，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)第6頁/共25頁第七頁，共25頁。一、鏡像電流一、鏡像電流(dinli)源源二、微電流二、微電流(dinli)源源三、多路電流源三、多路電流源四、有源負(fù)載四、有源負(fù)載第7頁/共25頁第八頁，共25頁。T0 和和 T1 特性特性(txng)完全相完全相同。同。B0B1BE0BE1IIUU，CCB10B0CR2IIIIIIRC 2II ，則若在電流源電路在電流源電路(dinl)中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的

5、中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。一致性。電路中有負(fù)反電路中有負(fù)反饋嗎？饋嗎？基準(zhǔn)電流基準(zhǔn)電流RUVI)(BECCRRC2IICC0C1III第8頁/共25頁第九頁，共25頁。eBE1BE0E1)(RUUITBE1BE0TBE)(E1E0SEe eUUUUUIIII，eE1E10ETBE10BElnRIIIUUURUVIIIIIBE0CCR C0 E01C 1E設(shè)計(jì)過程很簡單，首先確定設(shè)計(jì)過程很簡單，首先確定(qudng)IE0和和IE1，然后選定，然后選定R和和Re。超越超越(choyu)方程方程Re要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。第9頁

6、/共25頁第十頁，共25頁。 根據(jù)所需靜態(tài)電流根據(jù)所需靜態(tài)電流(dinli)，來選取發(fā)射極電，來選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。阻的數(shù)值。 根據(jù)所需靜態(tài)根據(jù)所需靜態(tài)(jngti)電流，來確定集電結(jié)面積電流，來確定集電結(jié)面積。 根據(jù)所需靜態(tài)電流，根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定溝道尺寸。來確定溝道尺寸。第10頁/共25頁第十一頁，共25頁。哪只管子為放大管？哪只管子為放大管？其集電結(jié)靜態(tài)其集電結(jié)靜態(tài)(jngti)電流約為電流約為多少？多少？靜態(tài)靜態(tài)(jngti)時時UIQ為多少？為多少？為什么要考慮為什么要考慮(kol) h22?be1bLce2ce11)( rRRrrAu用于共射放大電路第11頁/共25頁第十二

7、頁，共25頁。電路的輸入、輸出方式？電路的輸入、輸出方式？如何設(shè)置靜態(tài)電流如何設(shè)置靜態(tài)電流(dinli)(dinli)？靜態(tài)時靜態(tài)時iOiO約為多少？約為多少？動態(tài)時動態(tài)時iOiO約為多少？約為多少？ C1C3C4C2C1，iiiiiC1C2C4O2 iiii 使單端輸出電路(dinl)的差模放大倍數(shù)近似等于雙端輸出時的差模放大倍數(shù)。0 C2C4Oiii靜態(tài)：靜態(tài)：C2C4C3C4C1C3C2C1IIIIIIII，動態(tài)：動態(tài)：第12頁/共25頁第十三頁，共25頁。二、讀圖舉例二、讀圖舉例(j l)三、集成三、集成(j chn)運(yùn)放的性能指運(yùn)放的性能指標(biāo)標(biāo)一、讀圖方法一、讀圖方法第13頁/共25

8、頁第十四頁，共25頁。已知電路圖，分析已知電路圖，分析(fnx)其原理和功能、性能。其原理和功能、性能。第14頁/共25頁第十五頁，共25頁。 對于對于(duy)集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。據(jù)信號流通順序，將其分為輸入級、中間級和輸出級電路。第15頁/共25頁第十六頁，共25頁。 若在集成運(yùn)放電路(dinl)中能夠估算出某一支路的電流，則這個電流往往是偏置電路(dinl)中的基準(zhǔn)電流。第16頁/共25頁第十七頁，共25頁。雙端輸入、單端雙端輸入、單端輸出輸出(shch)差分差分放大電路放大電

9、路以復(fù)合管為放大以復(fù)合管為放大(fngd)管、恒流源管、恒流源作負(fù)載的共射放大作負(fù)載的共射放大(fngd)電路電路用用UBE倍增電路倍增電路(dinl)消除交越失真消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級三級放大電路三級放大電路第17頁/共25頁第十八頁，共25頁。 T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式(xngsh)，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式(xngsh)頻帶寬。共集共集-共基形式共基形式(xngsh)Q點(diǎn)的穩(wěn)定：點(diǎn)的穩(wěn)定：T（）IC1 IC2 IC8 IC9與與IC8為鏡像關(guān)系為鏡像關(guān)系IC9，因，因IC10不變不變 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1

10、 IC2 T1和和T2從基極輸入、射極輸出從基極輸入、射極輸出T3和和T4從射極輸入、集電極輸出從射極輸入、集電極輸出第18頁/共25頁第十九頁，共25頁。T7的作用的作用(zuyng)：抑制共：抑制共模信號模信號 T5、T6分別是T3、T4的有源負(fù)載，而T4又是T6的有源負(fù)載，增大(zn d)電壓放大倍數(shù)。作用？作用？+_放大差模信號放大差模信號+_特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對“地地”輸出）。輸出）。第19頁/共25頁第二十頁，共25頁。 中間級是主放大

11、器，中間級是主放大器，它所采取的一切措施都它所采取的一切措施都是為了是為了(wi le)增大放大增大放大倍數(shù)。倍數(shù)。 F007的中間級是以復(fù)合管為放大管、采用有源負(fù)載(fzi)的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無窮大，故動態(tài)電流幾乎全部流入輸出級。中間級中間級輸出級輸出級第20頁/共25頁第二十一頁，共25頁。 D1和和D2起過流保護(hù)起過流保護(hù)(boh)作作用，未過流時，兩只二極管均截用，未過流時，兩只二極管均截止。止。79O14BE1DRURiUU iO增大到一定增大到一定(ydng)程度程度，D1導(dǎo)通，為導(dǎo)通，為T14基極分流基極分流，從而保護(hù)了，從而保護(hù)了T14。準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級，準(zhǔn)互

12、補(bǔ)輸出級，UBE倍增電路消除交越失真。倍增電路消除交越失真。中間級中間級輸出級輸出級電流采樣電阻電流采樣電阻特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸出電阻小輸出電阻小最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓高高第21頁/共25頁第二十二頁，共25頁。 輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制(yzh)能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。第22頁/共25頁第二十三頁，共25頁。20lgAod使使uO為為0在輸入端所加的補(bǔ)償在輸入端所加的補(bǔ)償(bchng)電電壓壓超過此值不能正常放大超過此值不能正常放大差模信號差模信號超過此值輸入級放大管擊穿超過此值輸入級放大管擊穿第23頁/共25頁第二十四頁，共25頁。1. 輸入級采用什么措施增大放大倍數(shù)？輸入級采用什么措施增大放大倍數(shù)？2. 中間級采用什么措施增大電壓中間級采用什么措施增大電壓(diny)放大倍數(shù)？放大倍