六章集成运算放大器-课件.ppt

1、第六章第六章 集成运算放大器集成运算放大器模拟电子电路模拟电子电路1 第六章第六章 集成运算放大器集成运算放大器6.1 零点漂移零点漂移6.2 差动放大电路差动放大电路6.3 电流源电路电流源电路6.4 集成运算放大器介绍集成运算放大器介绍6.5 集成运放的性能指标集成运放的性能指标2uiRC1R1T16.1 零点漂移零点漂移增加增加R2、RE2:用于设置合适的用于设置合适的Q点。点。问题问题 1:前后级前后级Q点相互影响。点相互影响。+UCCuoRC2T2R2RE26.1.1 直接耦合电路的特殊问题直接耦合电路的特殊问题3问题问题 2:零点漂移。零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，

2、使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 ui 等于零时，等于零时，uo不等于零。不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没4一、结构一、结构特点：特点：结构对称。结构对称。6.2.1 基本型差动放大器基本型差动放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB 6.2 差动放大电路差动放大电路5二、二、抑制零漂的原理抑制零漂的原理uo=UC1-UC2 =0uo=(UC1+uC1 )-(UC2+uC2)=0当当 ui1=ui2=0 时：时：当温度变化时：当温度变化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui26

3、三、三、共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：共模输入信号：ui1=ui2=uC（大小相等，极性相同）（大小相等，极性相同）理想情况：理想情况：ui1=ui2 uC1=uC2 uo=0 共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，（很小，1)设设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因因ui1=-ui2，uC1=-uC2 uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2 uC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：1212ioiioCuuuuuA+UCC8五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR)的定义的定义例例:Ad=-20

4、0 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1=66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝分贝)cdAAcdAAlog209一、结构一、结构为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器:6.2.2 双电源长尾式差放双电源长尾式差放特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻RE；加入负电源；加入负电源-UEE，采用正负双电源供电。采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE101、双电源的作用：、双电源的作用：（1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2

5、）IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供。提供。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE11温度温度TICIE =2ICUEUBEIBIC2、RE的作用的作用 设设ui1=ui2=0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE12二、二、性能分析性能分析1.输入信号分类输入信号分类(1)差模差模(differential mode)输入输入ui1=-ui2=ud(2)共模共模(common mode)输入输入ui1=ui2=uC差模电压差模电压

6、放大倍数放大倍数:doddUUA共模电压共模电压放大倍数放大倍数:coccUUA13结论：结论：任意输入的信号任意输入的信号:ui1,ui2，都可分解成，都可分解成差模分量和共模分量。差模分量和共模分量。注意：注意：ui1=uC+ud ；ui2=uC-ud例例:ui1=20 mV,ui2=10 mV则：则：ud=10mV,uc=15mV 差模分量差模分量:21iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu121214(一一)差模输入差模输入均压器均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEE15RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui

7、2ib1,ic1ib2 ,ic2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE =0 RE对差模信号不起作用对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE16差模信号通路差模信号通路T1单边微变单边微变等效电路等效电路uod1RBB1EC1RC ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E171.放大倍数放大倍数111iodduuA单边差模放大倍数单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RC ib1ui

8、1rbe1ib11821221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差动电路带负载若差动电路带负载RL(接在接在 C1 与与 C2 之间之间),对于差对于差动信号而言，动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0,所以放大倍数：所以放大倍数：121)21(beBLCdddrRR/RAAA即：总的差动电即：总的差动电压放大倍数为：压放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:iodduuA RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E19ro=2RC ri ri ro)/(21BbeiRrRr输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2.

9、输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：思考题：电路去掉电路去掉RB能正常工作吗？能正常工作吗？RB的的作用是什么？作用是什么？20(二二)共模输入共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使的负反馈作用，使IE基本不变）基本不变）。uC ic1、ic2 iRE、uRE +UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE21共共模信号通路模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1

10、 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE22T1单边微变等效电路单边微变等效电路EbBccoccR)(rRRuuA1211112cARCRB2REic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe123KCMRR AC 0问题：问题：负载影响共模放大倍数吗？负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！不影响！24RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC6.2.3 恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路结构电路结构:IC3R2T3R1R3-UEE25 rce3 1M 恒流源恒流源T3:放大区放大区333cce

11、ceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUCE3IC3Q UCE3静态分析：静态分析：主要分析主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC326电路改进：电路改进：加入温度加入温度补偿三极管补偿三极管T4（BC短短接，相当于二极管）接，相当于二极管）IE4温度温度 IE3 温度温度 UBE4 UB3 IE3 结论：结论：T4稳定稳定IE3。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEET42144RRUUIBEEEEIE3 UBE4 Q变

12、化变化271.恒流源相当于阻值很大的电阻。恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，使共模恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。恒流源的作用恒流源的作用286.2.4 差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端双端输入双端输出：双端输入双端输出：Ad =Ad1双端输入单端输出：双端输

13、入单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE29双端输出：双端输出：Ad =Ad1单端输出：单端输出：121ddAA 对对Ad而言，双端而言，双端输入与单端输入输入与单端输入效果是一样的。效果是一样的。ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE ib2 ib1ud=0.5ui ,uc=0双端输入：双端输入：ui1=-ui2=0.5ui222121iiciiduuuuuuud=0.5ui ,uc=0.5ui 单端输入：单端输入：ui1=-ui，ui2=030集成电路集成电路:将整个电路的各个元件

14、做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；6.4 集成运算放大器介绍集成运算放大器介绍31集成电路内部结构的特点：集成电路内部结构的特点：1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到

15、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3.几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4.二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。32UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相33对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高 KC

16、MRR ,输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。集成运放的结构集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式

17、射极跟随器，以进行）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。34R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC=IC1+IC2 =1 IB+2(1+1)IB =1+2(1+1)IB为减小为减小IB，提高输入电阻，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管采用复合三极管 =IC/IB =1+2(1+1)1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB235-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大

18、器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集成运放内部结构（举例）极极性性判判断断36 ri 大大:几十几十k 几百几百 k 运放的特点：运放的特点：KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很大很大:104 107理想运放：理想运放：ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号37一、开环差模电压放大倍数一、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。

19、理想运放的之间。理想运放的Aod为为。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。三、差模输入电阻三、差模输入电阻ridri1M,有的可达有的可达100M 以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻roro=几几-几十几十。6.5 集成运放的性能指标集成运放的性能指标38五、最大共模输入电压五、最大共模输入电压UIcmax六、最大差模输入电压六、最大差模输入电压UIdmax七、七、-3dB带宽带宽fH运放是直流放大器，运放是直流放大器，也可放大低频信号，也可放大低频信号，不适用于高频信号。不适用于高频信号。还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。数。不再一一介绍。集成运放的应用将在下一章节进行介绍。其中运集成运放的应用将在下一章节进行介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。放都是作为理想运放来处理。39第六章第六章 结束结束模拟电子电路模拟电子电路40