集成運(yùn)放內(nèi)部電路設(shè)計(jì)

1、模擬電子電路及技術(shù)根底孫 肖 子西安電子科技大學(xué)?模擬電子電路與技術(shù)根底?課程的特點(diǎn)是 “概念性、工程性、實(shí)踐性“強(qiáng)！ “注重物理概念，采用工程觀點(diǎn)； 重視實(shí)驗(yàn)技術(shù)，善于總結(jié)比照； 理論聯(lián)系實(shí)際，注意應(yīng)用背景； 尋求內(nèi)在規(guī)律，增強(qiáng)抽象能力。4.1 集成運(yùn)放電路電路概述集成電路(IC：Integrated Circuit)是在同一塊微小的硅片上經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等工藝，將電阻、二極管、晶體管、場效應(yīng)管及小電容和它們之間的連線組成的完整電路制作在一起，最后再進(jìn)行封裝，形成的一個(gè)實(shí)現(xiàn)特定功能的完整電路。 集成電路分類： 通用型運(yùn)放： 專用型運(yùn)放：高阻型、高速型、高精度型、低溫漂型、低/

2、微功耗型、高壓大功率型 特定功能運(yùn)放：儀表用放大器、緩沖放大器、隔離放大器等。4.1 集成運(yùn)放電路電路概述1.高增益直接耦合放大器2.盡量用有源器件代替無源元件3.利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能集成運(yùn)放的特點(diǎn)： 4.廣泛采用復(fù)合管5.溫度穩(wěn)定性較高 6.集成度高，功耗小 4.1 集成運(yùn)放電路電路概述集成運(yùn)放的組成： 1.輸入級輸入電阻高、差模電壓放大倍數(shù)大、共模信號抑制能力強(qiáng)、靜態(tài)電流和失調(diào)偏差小。2.中間級提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，多采用共發(fā)射極(或共源極)3.輸出級提高輸出功率、降低輸出電阻(即提高帶負(fù)載能力)、減小非線性失真和增大輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍。4.偏置電路采用恒流源電路.4.1 集成運(yùn)放

3、電路電路概述1.高增益直接耦合放大器2.盡量用有源器件代替無源元件3.利用對稱結(jié)構(gòu)改善電路性能集成運(yùn)放的特點(diǎn)： 4.廣泛采用復(fù)合管5.溫度穩(wěn)定性較高 6.集成度高，功耗小 4.2 集成運(yùn)放電路中的電流源電路1.單管電流源電路2. 鏡像電流源鏡像電流源的溫度補(bǔ)償作用 多路鏡像電流源多集電極晶體管電流源 3.比例電流源4.微電流電流源5.威爾遜電流源負(fù)反響型電流源因?yàn)?所以 6.改進(jìn)型電流源-加射隨器隔離的電流源利用 的隔離和電流放大和作用，減少了基極電流 和對基準(zhǔn)電流的分流作用， 改進(jìn)的多輸出鏡像電流源 4. 2. 2場效應(yīng)晶體管組成的電流源 T1一定工作于恒流區(qū) T1、T2的電性能完全相同 M

4、OS多輸出電流源電路 例 對于N溝道FET組成的電流鏡，寬長比的比值為2：4：101：2：5，所以有， P溝道FET電流鏡的寬長比的比值為2：10：41：2：5，所以有4. 2. 3 電流源的主要應(yīng)用-有源負(fù)載有源負(fù)載的特點(diǎn) (1)采用有源負(fù)載的放大器具有很高的電壓增益。(2) 有源負(fù)載放大器的增益與電源電壓無關(guān)。(3) 可以大大節(jié)約芯片面積。4. 2. 3 電流源的主要應(yīng)用-有源負(fù)載有源負(fù)載共射放大電路 有源負(fù)載射級跟隨器 4.3.1 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象43差分放大電路 所謂的零點(diǎn)漂移，就是當(dāng)輸入信號為零時(shí)，輸出信號是一個(gè)隨時(shí)間變化，漂移不定的非零信號 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)高度對稱,有兩個(gè)輸入端,兩個(gè)輸

5、出端,一般差分放大電路的特性分析1、抑制零漂原理2、差模信號和共模信號兩端輸入信號大小相同、極性相反的信號稱差模信號兩端輸入完全相同的信號稱為共模信號 任意信號：當(dāng) 時(shí)，稱它們?yōu)槿我庑盘枺?任意信號可以分解為差模信號和共模信號之和式中3、差模增益和共模增益差模電壓增益定義 共模電壓增益定義 總的輸出電壓 4、共模抑制比差模電壓增益越大，共模電壓增益越小，那么共模抑制能力越強(qiáng)，抑制零漂的能力愈強(qiáng)，放大電路的性能越優(yōu)良。5、典型差分放大電路及四種工作方式a雙端輸入、雙端輸出 b單端輸入、雙端輸出 c雙端輸入、單端輸出 d單端輸入、單端輸出6、根本工作原理 (1) 靜態(tài)分析 (2)動(dòng)態(tài)分析1) 雙端

6、輸入，雙端輸出工作方式。 雙端輸入，雙端輸出差模電壓增益。差摸輸入交流等效電路 小信號等效電路等效為對地短路 負(fù)載電阻中點(diǎn)的交流信號電位為零 差模輸出電阻 差模輸入電阻 雙端輸入，雙端輸出共模電壓增益。共模輸入差分放大電路 共模輸入信號的交流通路 共模電壓增益為共模抑制比 共模輸入電阻共模輸出電阻2) 雙端輸入，單端輸出工作方式。雙端輸入，單端輸出差模電壓增益。 雙入單出差模交流通路 雙入單出共模交流通路 其中差模輸入電阻差模電壓增益為差模輸出電阻雙端輸入，單端輸出共模電壓增益 共模放大倍數(shù)一般情況下且共模輸入電阻共模輸出電阻 3 單端輸入的差分放大電路單端輸入單端輸出 可看作是任意輸入的一個(gè)

7、特例 ： 差模信號 共模信號4.3.3 帶恒流源的差分放大電路 、組成恒流源電路，1、管C-E極之間的交流等效電阻用取代典型差分放大電路中的2、恒流源的電流計(jì)算 恒流源的動(dòng)態(tài)電阻 有源負(fù)載的差分放大電路 用鏡像電流源作差分放大電路的有源集電極負(fù)載電阻，可以使單端輸出具有與雙端輸出相同的差模放大倍數(shù)及共模抑制比 4.3.5 MOS差分放大器 采用有源負(fù)載的MOS差分放大器差模電壓增益2.共模電壓增益由于電路兩邊對稱 共模增益為0，趨于無窮大。 共模輸入時(shí)的有源負(fù)載MOS差分放大器 2.共模電壓增益共模輸入時(shí)的有源負(fù)載MOS差分放大器由于電路兩邊對稱，必有 1、有源負(fù)載差分放大 器的共模增益為0，

8、2、 趨于無窮大 差分放大電路的傳輸特性及應(yīng)用1、差分放大器的傳輸特性晶體管發(fā)射極電流與BE結(jié)電壓之間的關(guān)系輸出電壓1當(dāng)時(shí)，差分放大器處于平衡狀態(tài) 2差模電壓輸入與輸出可保持線性關(guān)系 時(shí)3）時(shí)，輸出差模電壓基本上保持不變2、展寬輸入動(dòng)態(tài)范圍及差分放大器的其它應(yīng)用(1) 展寬輸入動(dòng)態(tài)范圍 引入串聯(lián)電流負(fù)反響電阻R，展寬輸入線性動(dòng)態(tài)范圍 (2) 倒相器 3自動(dòng)增益控制電路4波形變換電路 3 雙平衡模擬乘法器當(dāng)時(shí)由此可求得輸出電壓K稱為標(biāo)度因子 44 集成運(yùn)算放大器的輸出電路1、BJT管輸出級 互補(bǔ)原理電路 交越失真波形 簡單互補(bǔ)電路45集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路舉例4. 5. 1 BJT通用運(yùn)算放大器F0071、差分輸入級(1) 差模輸入范圍大 (3) 電壓增益和輸入阻抗高。 (2)共模輸入范圍大，共模抑制比高 、組成中間電壓放大級 2、中間級3、輸出級：互補(bǔ)對稱輸出級由T14、T18、T19組成。4、保護(hù)電路D1、D2、R8、R9組成輸出級的過載保護(hù)電路。 4. 5. 2 C14573集成運(yùn)算放大電路C14573