模电课件：第六章.ppt

1、第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理模拟电子电路及技术基础模拟电子电路及技术基础孙 肖 子西安电子科技大学第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理模拟电子电路与技术基础模拟电子电路与技术基础课程的特点是课程的特点是 “概念性、工程性、实践性概念性、工程性、实践性“强强！ “注重物理概念，采用工程观点；注重物理概念，采用工程观点； 重视实验技术，善于总结对比；重视实验技术，善于总结对比； 理论联系实际，注意应用背景；理论联系实际，注意应用背景； 寻求内在规律，增强抽象能力。寻求内在规律，增强抽象能力。”第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路

2、原理6.1 6.1 集成运放电路特点集成运放电路特点1.1.高增益直接耦合放大器高增益直接耦合放大器2.2.尽量用有源器件代替无源元件尽量用有源器件代替无源元件3.3.利用对称结构改善电路性能利用对称结构改善电路性能 现代集成电路是将现代集成电路是将”设计设计”与与”代工代工”分分离离, ,“无生产线无生产线”的集成电路设计公司可独立生存的集成电路设计公司可独立生存. .第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.2 6.2 电流源电路电流源电路1.1.单管电流源电路单管电流源电路20312(|) /EEBERIUURRR33(1)OcebeBRRrrRR第六章第六章 集成运

3、算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2. 2. 镜像电流源镜像电流源CCBECCrrrUUUIRR22122CCCrBrIIIIII 22rCrIII小时小时, ,误差大误差大第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理增加射随器增加射随器(V5),(V5),以减小误差的多路镜以减小误差的多路镜像电流源像电流源21151112444()1(1)CBrCBCCCIIIIIIII2123424CCCCrIIIIIrI第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理多集电极晶体管镜像电流源多集电极晶体管镜像电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理3.

4、3.比例电流源比例电流源11 1222BEEBEEUI RUI R12BEBEUU1 122EEI RI R1122122CEErRRIIIIRR11CCBErrUUIRR第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理4.4.微电流电流源微电流电流源122122221()lnTECEBEBEEUIIIUURRI222lnTrCCUIRII222lnTrCCUIIRI第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理5.5.威尔逊电流源威尔逊电流源负反馈型电流源负反馈型电流源322CCBEBECCBErrrUUUUUIRR3131CrCBCIIIII33212()11CECB

5、BIIIII21111212(2)(1 2 )11CBCCIIII所以所以21322CCII312CI232222CrrIII第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.6.有源负载放大器有源负载放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3 6.3 差动放大器差动放大器6.3.1 6.3.1 直接耦合放大器的直接耦合放大器的”零点漂移零点漂移”积累现象积累现象第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.2 6.3.2 差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作原理及性

6、能分析一一. .直流工作点分析直流工作点分析结构特点结构特点: : 结构高度对称结构高度对称, ,有两个输入端有两个输入端, ,两个输出端两个输出端, ,令令: :120iiUU|EEEBEREUUIIR1212C QC QIII121( 0.7)CEQCE QCCCQ CUUUI R第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理定义：定义：差模输入信号差模输入信号共模输入信号共模输入信号12idiiUU U122iiicUUU第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理二二. . 差模放大特性差模放大特性1.1.差模放大倍数差模放大倍数10 1112(/)222LC

7、CdLudiibebbeRIRURAUUrIr21ududAA01212udududududididUUUAAAUULbeRr注意信号的注意信号的相位关系相位关系单端输出放大倍数单端输出放大倍数双端输出放大倍数双端输出放大倍数第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2.2.差模输入电阻输入电阻12idididbeididUURrII02dCRR3.3.差模输出电阻差模输出电阻odCRR双端输出双端输出-单端输出单端输出-第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三. .共模抑制特牲共模抑制特牲1.1.共模电压放大倍数共模电压放大倍数120ocococucic

8、icUUUAUU11(1)2ocCucicbeEURAUrR 1(1)22icbeERrROCCRR双端输出双端输出单端输出单端输出2.2.共模输入电阻共模输入电阻3.3.共模输出电阻共模输出电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理4.4.共模抑制比共模抑制比|udCMRucAKA()20lg|()udCMRucAKdBdBACMRK 双端输出双端输出单端输出单端输出第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.3 6.3.3 具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路1.1.工作点工作点 2.2.差模放大倍数差模放大倍数3.3.共模抑制比共模抑

9、制比 4.4.差模输入电阻差模输入电阻5.5.输出电阻输出电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理 6.3.4 差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性1,20CididifuuFu目的：目的：研究差动放大器的线性动态范围和大信号的非线性特性研究差动放大器的线性动态范围和大信号的非线性特性熟悉差模输入信号与电流分配的关系熟悉差模输入信号与电流分配的关系了解差动放大器传输特性的应用了解差动放大器传输特性的应用第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理RCRCiC1uidV1V2uo UEEIiC2UCC 简化的差动放大器12idBEBEuuu12CCiiI1

10、1BETuUCsiI e22BETuUCsiI e第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理公式推导：公式推导：Iiicc 21Iiiiccc)1 (121RCRCiC1uidV1V2uo UEEIiC2UCCTidTBEBEUuUuuccceIeIiiIi 11112121TidTBEBEUuUuuccceIeIiiIi 11121212第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理11idTCuUIie21idTCuUIie可见，差动放大器线性动态范围很小可见，差动放大器线性动态范围很小 超过超过 ,电路进入限幅状态，产生严重电路进入限幅状态，产生严重的非线性失

11、真。的非线性失真。 2,50mvTU即左右idu4,100TUmv即左右iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT0 2UT4UT6UTuidQI2传输特性传输特性第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理CCCoRiiu)(21第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT0 2UT4UT6UTuidQI2可见，增益可见，增益AU正比于恒流源电流正比于恒流源电流I。那。那么，改

12、变么，改变I就可以控制增益。就可以控制增益。如果使如果使I受到另外一个信号受到另外一个信号ub的控制，的控制，那么就可以实现信号的相乘。那么就可以实现信号的相乘。即，即，022CCidbidTTRRuIuKuuUU 第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理扩大线性动态范围的方法扩大线性动态范围的方法加射极负反馈电阻加射极负反馈电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成

13、运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2. 增益的自动控制增益的自动控制uAIA检测EEU CCUCRCRiUI应用应用：1. 小小信号的线性放大信号的线性放大 CmTcuRgIURA 2应用应用：利用差分放大器的传输特性可以实现利用差分放大器的传输特性可以实现第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理022CCidbidTTRRuI uKuuUU3. 信号的相乘运算信号的相乘运算第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理5. 信号的变换信号的变换将三角波变成正弦波、方波将三角波变成正弦波、方波4. 信号的信号的整形整形将不规则的输入波形整形为矩形波将不规则的

14、输入波形整形为矩形波6. 电压比较器电压比较器参考电压参考电压 rUriUU 为高电平为高电平oUriUU 为低电平为低电平oU第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理7. 高速电流开关一一高速电流开关一一ECL逻辑电路逻辑电路EEU CCUCRCRiUIoUiUoU0011只要只要 I 不太大，就可保证不太大，就可保证晶体管在电流最大时不饱晶体管在电流最大时不饱和，所以开关速度很快。和，所以开关速度很快。第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.4 6.4 集成运算放大器的输出级电路集成运算放大器的输出级电路NPNNPN与与PNPPNP管组成互补管组成互

15、补对称对称跟随器跟随器, ,输出电阻小输出电阻小, ,带负载能力强带负载能力强. .NPNNPNPNPPNP发射结零偏置发射结零偏置, ,存在存在交越失真交越失真.第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理为了克服交越失真为了克服交越失真, ,要加偏置电路要加偏置电路M MN NM M点与点与N N点直流电压差点直流电压差1.41.4伏伏, ,交流电压可视为相等交流电压可视为相等. .1 12 2122()ABURIRIR R I4112422()(1)BEBEURR RURR A.BA.B两点交流电位也可枧为相同两点交流电位也可枧为相同第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成

16、运算放大器电路原理6.5 6.5 集成运放芯片电路举例集成运放芯片电路举例-F007(LM741)-F007(LM741)第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.6 MOS6.6 MOS集成运算放大器集成运算放大器一一.MOS.MOS电流源电流源11WL22WL2211/OrIWLIWL2()()2nOXDGSGSTHCWIUUL第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理二二. . CMOSCMOS共源放大器共源放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三.CMOS.CMOS差动放大器差动放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理四四. . CMOSCMOS运放举例运放举例第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三.CMOS.CMOS差动放大器差动放大器