山西农业大学模拟电子技术复习资料第4章集成运算放大电路(1)

第四章集成运算放大电路*第四章集成运算放大电路§4.1概述§4.2集成运放中的电流源§4.3集成运放的电路及其性能指标*§4.1概述一、集成运放的特点二、集成运放电路的组成三、集成运放的电压传输特性**一、集成运放的特点（1）集成运放采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。（2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。（3）用有源元件替代无源元件，如高阻值电阻用晶体管有源元件代替或外接。（4）采用复合管。集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。*二、集成运放电路的组成若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。运放符号：*集成运放电路四个组成部分的作用 输入级：前置级，要求尽量减小零点漂移,Ri大，尽量提高KCMRR,Ad大，Ac小，输入阻抗Ri尽可能大,输入端耐压高。多采用差分放大电路。 中间级：主放大级，要求有足够的放大能力,多采用共射放大电路。 输出级：功率级，主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io。即输出阻抗Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。多采用准互补输出级。 偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。几代产品中输入级的变化最大！*三、集成运放的电压传输特性由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。在线性区：uO＝Aod(uP－uN)Aod是开环差模放大倍数。(uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是＋UOM,就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)*§4.2集成运放中的电流源一、镜像电流源二、微电流源三、多路电流源四、有源负载**一、三极管电流源三极管电流源电路如图所示，它是一个没有信号输入端的单口网络。其特点是直流电阻小，交流等效电阻Ro很大。这是一个很大的值。由微变等效电路可算出其交流等效电阻为：*1.从物理意义上解释低通电路2.稳态分析3.增益与传递函数4.复数的模与相角*二、镜像电流源在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。电路中有负反馈吗？基准电流在图示镜像电流源电路中，T0和T1参数相同，且很大。无论T1的负载如何变化，IC1的电流值将保持不变。*三、微电流源过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。超越方程要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。在镜像电流源的T2管射极加一小电阻值的Re2就构成了微电流源。由于T1、T0两管的UBE差值很小，因此只要一个较小阻值的Re2就可获得很小的电流IC1。*四、多路电流源由图可得：当较大时，有：各管的、UBE相同，则有：故：当IR确定后，改变各电流源射极电阻，就可获得不同比例的输出电流。多路电流源可以用一个参考电流IR同时产生几路输出电流的电流源电路。给多个放大管提供偏置电流和有源负载。*四、电流源作有源负载T1为放大管，T2、T3和R镜像电流源。共射电路的电压增益为：对于此电路Rc就是镜像电流源的交流电阻，因此增益为：比用电阻Rc作负载时提高了。*§4.3集成运放的电路性能指标二、读图举例三、集成运放的性能指标一、读图方法*一、读图方法（1）了解用途：了解要分析的电路的应用场合、用途和技术指标。（2）化整为零：将整个电路图分为各自具有一定功能的基本电路。（3）分析功能：定性分析每一部分电路的基本功能和性能。（4）统观整体：电路相互连接关系以及连接后电路实现的功能和性能。（5）定量计算：必要时可估算或利用计算机计算电路的主要参数。已知电路图，分析其原理和功能、性能。*二、举例：F007——通用型集成运放对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。*若在集成运放电路中能够估算出某一支路的电流，则这个电流往往是偏置电路中的基准电流。找出偏置电路*双端输入、单端输出差分放大电路以复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路用UBE倍增电路消除交越失真的准互补输出级简化电路分解电路*输入级的分析T3、T4为横向PNP型管，输入端耐压高。共集形式，输入电阻大，允许的共模输入电压幅值大。共基形式频带宽。共集-共基形式Q点的稳定：T（℃）↑→IC1↑IC2↑→IC8↑IC9与IC8为镜像关系→IC9↑，因IC10不变→IB3↓IB4↓→IC3↓IC4↓→IC1↓IC2↓T1和T2从基极输入、射极输出T3和T4从射极输入、集电极输出*T7的作用：抑制共模信号T5、T6分别是T3、T4的有源负载，而T4又是T6的有源负载，增大电压放大倍数。放大差模信号特点：输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对“地”输出）。输入级的分析*中间级的分析中间级是主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍数。F007的中间级是以复合管为放大管、采用有源负载的共射放大电路。由于等效的集电极电阻趋于无穷大，故动态电流几乎全部流入输出级。*输出级的分析准互补输出级，UBE倍增电路消除交越失真。中间级输出级*判断同相输入端和反相输入端输入电阻大、差模增益大、输出电阻小、共模抑制能力强、允许的共模输入电压高、输入端耐压高等。*1.输入失调电压UIO输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。使静态输出电压为零而在输入端加的补偿电压。是征运放内部电路对称性的指标。大小反映了输入级BJT差动对管UBE(或FET的UGS)的对称程度。2.输入失调电压温漂dUIO/dT在工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。UIO可用调零电位器补偿，但却不能使duIO/dT=0和下降。三、集成运放的主要性能指标3.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。*4.输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。5.输入失调电流温漂dIIO/DT:在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。是输入失调电流IIO的温度系数，要求越小越好。IIO越小，表明差分对管的β值对称性越好。6.最大差模输入电压Uidmax运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。*7.最大共模输入电压Vicmax在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。8.开环差模电压放大倍数Aod：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。9.差模输入电阻rid：双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。10.共模抑制比KCMR：KCMR=20lg(Aud/Auc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。*11.－3dB带宽fH：运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽fH。13.转换速率SR(压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为:只有输入信号变化速率的绝对值小于SR时，运放的输出才能跟上输入的变化。SR越高，表明集成运放的高频性能越好。12.单位增益带宽ƒO是指20lg|Aod|下降到零分贝(即|Aod|=1)时的频率，也就是集成运放的增益带宽积。*（1）虚短：u+=u–。线性区的条件下，同相和反相输入端对电压视为短路。 （u+－u–=u0/Ad）(2)虚断：i–=i+=0。输入电阻极大，流入或流出理想运放输入端的电流为零。可把同相和反相输入端视为断开。运放的虚断总是成立的。理想运放分析的两个重要的方法PS*第四章结束***1.从物理意义上解释低通电路2.稳态分析方法3.增益与传递函数4.复数的模与相角PS