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文檔簡(jiǎn)介
4.3集成運(yùn)放電路簡(jiǎn)介典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放F007單極型集成運(yùn)放C14573一、引腳4.3.1雙極型集成運(yùn)放F007(a)引腳圖(b)連接示意圖12348765二、電路原理圖圖4.3.1
F007電路原理圖1.偏置電路+VCCT8-VEET9T12T13T10T11R4R5I8I3,4IC9IC10IREFIC13至輸入級(jí)至中間級(jí)基準(zhǔn)電流:基準(zhǔn)電流產(chǎn)生各放大級(jí)所需的偏置電流。各路偏置電流的關(guān)系:IREFIC11IC10IB3,IB4IC9IC8IC12IC13微電流源鏡像電流源輸入級(jí)鏡像電流源中間級(jí)輸出級(jí)圖4.3.1-1F007的偏置電路2.輸入級(jí)
T1、T2、T3、T4組成共集-共基差分放大電路;T1、T2
基極接收差分輸入信號(hào)。T5、T6
有源負(fù)載;
T4
集電極送出單端輸出信號(hào)至中間級(jí)。
uO
RW
調(diào)零電阻,R外接電阻。
T7
與R2組成射極輸出器。
+VCC-VEET6R1I3,4IC10IC9R2R3RRWT4T2T7T5T3T1T8T9圖4.3.1-2uI2uI1若暫不考慮T7
和調(diào)零電路則電路可簡(jiǎn)化為:+VCC-VEEI3,4T4T2T3T1I8RCRCuI1uI2uO
(1).T1、T2共集組態(tài),具有較高的差模輸入電阻和共模輸入電壓。
(2).共基組態(tài)的T3、T4,與有源負(fù)載T5、T6組合,可以得到很高的電壓放大倍數(shù)。
(3).T3、T4共基接法能改善頻率響應(yīng)。
(4).該電路具有共模負(fù)反饋,能減小溫漂,提高共模抑制比。圖4.3.1.2
簡(jiǎn)化示意圖3.中間級(jí)圖4.3.1-3中間級(jí)示意圖+VCC-VEET15T16IC13R7T17R830pF輸入來(lái)自T4
和T6集電極;輸出接在輸出級(jí)的兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大管的基極。中間級(jí)T16、T17
組成復(fù)合管,T13作為其有源負(fù)載。
8、9兩端外接30pF校正電容防止產(chǎn)生自激振蕩。4.輸出級(jí)IC13R8uo+VCC-VEET14uID1R9R10T19T18R7T15D2圖4.3.1-4
F007輸出級(jí)原理電路
T14、T18
、T19準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路;
D1、D2
、R9、R10為過(guò)流保護(hù)電路;
T15
、R7、R8為輸出級(jí)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)R7、R8阻值可調(diào)節(jié)兩個(gè)功率管之間的電壓差。這種電路稱(chēng)為UBE
倍增電路。4.3.2單極型集成運(yùn)放3.第二級(jí)增強(qiáng)型PMOSFET對(duì)管T3、
T4增強(qiáng)型NMOS管T8構(gòu)成漏極帶有源負(fù)載的共源放大電路。雙端輸入、單端輸出的MOS差分放大電路。2.第一級(jí)T1、T2、T7構(gòu)成多路電流源。1.偏置電路電容C起相位補(bǔ)償作用。由于第二級(jí)電路從T8的柵極輸入,其輸入電阻非常大,所以使第一級(jí)具有很強(qiáng)的電壓放大能力。圖4.3.5C14573電路圖4.4集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路一、開(kāi)環(huán)差模電壓增益Aod一般用對(duì)數(shù)表示,定義為單位:分貝理想情況Aod
為無(wú)窮大;實(shí)際情況Aod
為100~140dB。4.4.1集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)二、輸入失調(diào)電壓UIO三、輸入失調(diào)電壓溫漂UIO
定義:為了使輸出電壓為零,在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放:UIO
為1~10mV;高質(zhì)量運(yùn)放:UIO
為1mV以下。定義:一般運(yùn)放為每攝氏度10~20V;高質(zhì)量運(yùn)放為每攝氏度0.5V以下。四、輸入失調(diào)電流IIO五、輸入失調(diào)電流溫漂IIO當(dāng)輸出電壓等于零時(shí),兩個(gè)輸入端偏置電流之差,即定義:一般運(yùn)放為幾十
~一百nA;高質(zhì)量的低于1nA。定義:一般運(yùn)放為每攝氏度幾nA;高質(zhì)量的每攝氏度幾十pA。六、輸入偏置電流IIB七、差模輸入電阻rid八、共模抑制比KCMR定義:輸出電壓等于零時(shí),兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值。定義:一般集成運(yùn)放為幾兆歐。定義:多數(shù)集成運(yùn)放在80dB以上,高質(zhì)量的可達(dá)160dB。九、最大共模輸入電壓UIcmax輸入級(jí)能正常放大差模信號(hào)情況下允許輸入的最大共模信號(hào)。十、最大差模輸入電壓UIdmax不至于使PN結(jié)反向擊穿所允許的最大差模輸入電壓。十一、-3dB帶寬fH表示使Aod
下降3dB時(shí)的信號(hào)頻率。一般集成運(yùn)放fH
只有幾赫茲至幾千赫茲。F007C的fH
僅為7Hz。十二、單位增益帶寬
fc
使Aod
降至0dB時(shí)的信號(hào)頻率,此時(shí)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod等于1。十三、轉(zhuǎn)換速率SR額定負(fù)載條件下,輸入一個(gè)大信號(hào)時(shí),輸出電壓的最大變化率。單位為V/s。在實(shí)際工作中,輸入信號(hào)的變化率一般不要大于集成運(yùn)放的SR
值。其他技術(shù)指標(biāo)還有:最大輸出電壓、靜態(tài)功耗及輸出電阻等。4.4.2集成運(yùn)放的低頻等效電路考慮各種失調(diào)因素的等效電路圖不考慮各種失調(diào)因素的電路圖若將集成運(yùn)放理想化,第一代產(chǎn)品:利用少量橫向PNP管,構(gòu)成以電流源作偏置電路的三級(jí)直接耦合放大電路。第二代產(chǎn)品:采用了有源負(fù)載,簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì),使開(kāi)環(huán)增益明顯提高,各方面性能指標(biāo)比較均衡。第三代產(chǎn)品:輸入級(jí)采用超β管,β值高達(dá)1000~5000倍,版圖設(shè)計(jì)考慮了熱效應(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輸入電阻。第四代產(chǎn)品:采用了斬波穩(wěn)零和動(dòng)態(tài)穩(wěn)零技術(shù),使各性能指標(biāo)參數(shù)更加理想化,一般情況下不需要調(diào)零就能正常工作,大大提高了精度。4.5集成運(yùn)放的種類(lèi)及選擇4.5.1集成運(yùn)放的發(fā)展概況4.5集成運(yùn)放的種類(lèi)及選擇4.5.2集成運(yùn)放的種類(lèi)一、按工作原理分類(lèi)1.電壓放大型:F007、F324、C145732.電流放大型:LM3900、F19003.跨導(dǎo)型:LM3080、F30804.互阻型:AD8009、AD8011二、按可控性分類(lèi)1.可變?cè)鲆孢\(yùn)放:VCA610、
AD5262.選通控制運(yùn)放:OPA6761.高精度型性能特點(diǎn):漂移和噪聲很低,開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比很高,誤差小。(F5037)2.低功耗型性能特點(diǎn):靜態(tài)功耗一般比通用型低1~2個(gè)數(shù)量級(jí)(不超過(guò)毫瓦級(jí)),工作電源電壓很低,有較高的開(kāi)環(huán)差模增益和共模抑制比。(TLC2552)三、按性能指標(biāo)分類(lèi)
分為通用型和特殊型兩類(lèi)。3.高阻型(F3130)性能特點(diǎn):通常利用場(chǎng)效應(yīng)管組成差分輸入級(jí),輸入電阻高達(dá)1012
。高阻型運(yùn)放可用在測(cè)量放大電路、采樣-保持電路、帶通濾波器、模擬調(diào)節(jié)器以及某些信號(hào)源內(nèi)阻很高的電路中。4.高速型(F3554)大信號(hào)工作狀態(tài)下具有優(yōu)良的頻率特性,轉(zhuǎn)換速率可達(dá)幾十至幾百V/s,甚至高達(dá)1000V/s,單位增益帶寬可達(dá)10MHz,甚至幾百M(fèi)Hz。性能特點(diǎn):常用在A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、高速采樣-保持電路、模擬乘法器和精度比較器等電路中。5.高壓型性能特點(diǎn):輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍大,電源電壓高,功耗大。6.大功率型性能特點(diǎn):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。4.5.3運(yùn)放的選擇一、信號(hào)源的性質(zhì)二、負(fù)載的性質(zhì)三、精度要求四、環(huán)境條件從性能價(jià)格比方面考慮,應(yīng)盡量采用通用型運(yùn)放。只有在通用型運(yùn)放不滿(mǎn)足應(yīng)用要求時(shí)才采用特殊型運(yùn)放。4.6集成運(yùn)放的使用一、集成運(yùn)放的外引線(管腳)二、參數(shù)測(cè)量4.6.1使用時(shí)必做的工作三、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓四、消除自激振蕩簡(jiǎn)易測(cè)試法電源端加上去耦電容。外接頻率補(bǔ)償電容C。4.6.2保護(hù)措施一、輸入保護(hù)(a)防止輸入差模信號(hào)幅值過(guò)大(b)防止輸入共模信號(hào)幅值過(guò)大+V+AR1D1D2RFR-VuOuI保護(hù)元件保護(hù)元件uO+ARRFD1D2uI保護(hù)元件圖4.6.2輸入保護(hù)措施二、
電源端保護(hù)保護(hù)元件:D1、D2三、
輸出保護(hù)保護(hù)元件:穩(wěn)壓管DZ1、DZ2+AD1D2圖4.6.4電源端保護(hù)+AR1DZ1DZ2RFuOuI圖4.6.3利用穩(wěn)壓管保護(hù)運(yùn)放復(fù)習(xí)1.集成電路的組成輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路2.集成電路中的電流源鏡像電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2比例電流源+VCCRIREF++T1T2IC2IB1IB22IBIC1UBE1UBE2微電流源+VCC
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