1、第第7 7章章 模拟集成电路及其应用电路模拟集成电路及其应用电路电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章教学内容本章教学内容7.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述7.2 集成运算放大器中的内部单元电路集成运算放大器中的内部单元电路7.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用7.4 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用7.5 模拟集成功率放大器及其应用模拟集成功率放大器及其应用上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章概述本章概述u1959年第一块集成电路在得克萨斯仪器公司（年第一块集成电路在
2、得克萨斯仪器公司（TI）面世，开）面世，开创了电子器件与电路（系统）新篇章，在一小块半导体单晶创了电子器件与电路（系统）新篇章，在一小块半导体单晶上，制成多个二极管、晶体管（场效应管）、电阻、电容等上，制成多个二极管、晶体管（场效应管）、电阻、电容等元器件，并将它们连接成能够完成一定功能的电子线路。因元器件，并将它们连接成能够完成一定功能的电子线路。因此，集成电路是元器件和电路融合成一体的集成组件。这一此，集成电路是元器件和电路融合成一体的集成组件。这一里程碑的成果获得了里程碑的成果获得了2000年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。u集成电路按其功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两大集成电路
3、按其功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。数字集成电路是用来产生和加工各种数字信号的集成电类。数字集成电路是用来产生和加工各种数字信号的集成电子线路。模拟集成电路是用来产生、放大和处理各种模拟信子线路。模拟集成电路是用来产生、放大和处理各种模拟信号或模拟信号和数字信号之间相互转换的集成电子线路。号或模拟信号和数字信号之间相互转换的集成电子线路。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出本章概述（续本章概述（续1）u模拟集成电路种类很多，集成运算放大器是一种最常用的模模拟集成电路种类很多，集成运算放大器是一种最常用的模拟集成电路，它是以差分放大器为主体的非线性集成电路，拟集成电
4、路，它是以差分放大器为主体的非线性集成电路，这种非线性集成电路最初主要用于模拟计算机中实现运算功这种非线性集成电路最初主要用于模拟计算机中实现运算功能，所以被称为集成运算放大器。能，所以被称为集成运算放大器。u还可用来处理各种模拟信号，实现放大、振荡、调制和解调、还可用来处理各种模拟信号，实现放大、振荡、调制和解调、模拟信号的加、减、乘、除以及比较等功能。模拟信号的加、减、乘、除以及比较等功能。u集成运算放大器还广泛地应用于脉冲电路。模拟集成运算放集成运算放大器还广泛地应用于脉冲电路。模拟集成运算放大器的意义已远远不止是大器的意义已远远不止是“运算运算”。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返
5、 回回退退 出出本章概述（续本章概述（续2）u本章首先对集成运算放大器的外部特性和主要内部电路进行本章首先对集成运算放大器的外部特性和主要内部电路进行介绍。然后重点介绍集成运算放大器应用电路的分析方法，介绍。然后重点介绍集成运算放大器应用电路的分析方法，在介绍分析方法的同时，给出一些典型的集成运算放大器应在介绍分析方法的同时，给出一些典型的集成运算放大器应用单元电路。本章最后，介绍另一类模拟集成电路用单元电路。本章最后，介绍另一类模拟集成电路集成集成功率放大器及其应用电路。功率放大器及其应用电路。u学习本章重点要掌握集成运算放大器在应用电路中所表现的学习本章重点要掌握集成运算放大器在应用电路中
6、所表现的特性，包括理想化的条件和特征；理解运算放大器内部电路特性，包括理想化的条件和特征；理解运算放大器内部电路工作与其外部特性之间的联系；线性和非线性应用情况下集工作与其外部特性之间的联系；线性和非线性应用情况下集成运算放大器应用电路的分析方法。成运算放大器应用电路的分析方法。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述u集成电路的分类集成电路的分类按功能分按功能分 数字集成电路：门电路；触发器；存储器；微处理数字集成电路：门电路；触发器；存储器；微处理器；器；。 模拟集成电路模拟集成电路线性电路线性电路非线性电路非线性电路 按导电类型分
7、按导电类型分 双极型双极型 单极型（单极型（MOS） 混合型混合型n 按集成度分按集成度分n小规模小规模(10100元件元件/片片)SSIn中规模中规模(1001000元件元件/片片)MSIn大规模大规模(100010万元件万元件/片片)LSIn超大规模超大规模(10万元件万元件/片片)VLSI上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续1）u国产集成电路的命名国产集成电路的命名器件的封装器件的封装允许工作温度允许工作温度器件系列和品种代号器件系列和品种代号器件的类型器件的类型CF007CS是否符合国家标准是否符合国家标准(C符合，
8、无非标准符合，无非标准)n 集成电路的特点集成电路的特点体积小、重量轻、功耗低、高可靠、低成本。体积小、重量轻、功耗低、高可靠、低成本。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续2）u 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成集成运算放大器属线性模拟集成电路，它是多级直接集成运算放大器属线性模拟集成电路，它是多级直接耦合放大电路组成的、带有深度负反馈的、具有极高放大耦合放大电路组成的、带有深度负反馈的、具有极高放大倍数的一种放大器件。倍数的一种放大器件。根据功能，集成运算放大器内部由五个部分组成根据功能，集成运算放大器内部由五个部
9、分组成:输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路保护电路保护电路同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端- -+ +直流电源直流电源+US US上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续3）u输入级：输入级：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高KCMRR , 输入阻抗尽可输入阻抗尽可能大。一般采用双端输入差分放大电路结构。能大。一般采用双端输入差分放大电路结构。u中间级：中间级：提供足够大的电压放大倍数；同时把双端输入变换提供足够大的电压放大倍数；同时把双端输入变换为单端输出。采用共射（源）或
10、共基极电压放大电路。为单端输出。采用共射（源）或共基极电压放大电路。u输出级：输出级：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流，输出主要提高带负载能力，给出足够的输出电流，输出阻抗小。采用直接耦合推挽功率放大电路。阻抗小。采用直接耦合推挽功率放大电路。u偏置电路：偏置电路：提供直流低电阻、交流高阻抗，给放大电路作为提供直流低电阻、交流高阻抗，给放大电路作为偏置电路，提高放大电路的放大能力和共模抑制能力，采用偏置电路，提高放大电路的放大能力和共模抑制能力，采用镜像恒流源电路。镜像恒流源电路。u保护电路：保护电路：提供过流、过压保护，避免电路受到损坏。提供过流、过压保护，避免电路受到损坏。上一页上一
11、页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续4）u 集成运算放大器内部组成特点：集成运算放大器内部组成特点：无电感、无大容量电容、无大阻值电阻、由三极管代替无电感、无大容量电容、无大阻值电阻、由三极管代替二极管。二极管。u 集成运算放大器的电路符号及器件外形集成运算放大器的电路符号及器件外形AuoAuou- -u+u- -u+uououo=Auo(u+- - u- -)uo=Auo(u+- - u- -)Auo开环电压放大倍数开环电压放大倍数反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端 输出端输出端上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退
12、 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续5）87654321- -UCC+ +UCCuou+u- -调零调零调零调零空空双列直插式单运放外部引脚（双列直插式单运放外部引脚（ A741）标志标志上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续6）u集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指标差模特性差模特性 开环电压增益开环电压增益Auo：80140dB（104107） 差模输入电阻差模输入电阻Rid：BJT100kW W, FET109W W 差模输入电阻差模输入电阻Rid：BJT100kW W, FET1
13、09W W 开环带宽开环带宽BW：010kHz（通用型）（通用型） 单位增益带宽单位增益带宽BWG：01MHz（通用型）（通用型）共模特性共模特性 共模抑制比共模抑制比KCMR：80120dB 共模输入电阻共模输入电阻Ric：100MW W 最大共模输入电压或共模电压输入范围最大共模输入电压或共模电压输入范围上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续7）u集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指标(2)输入误差特性输入误差特性 输入偏置电流输入偏置电流IiB BJT：10100nA；FET：110pA 输入失调电压输
14、入失调电压Uio (110)mV 输入失调电流输入失调电流Iio 0.050.1 IiB大信号特性大信号特性 最大输出电压最大输出电压UOM 一般比电源电压低一般比电源电压低 2 4 V左右（输左右（输出管饱和电压）。出管饱和电压）。 最大输出电流最大输出电流IOM 受保护电路和器件允许功耗限制，受保护电路和器件允许功耗限制，通用器件约数十毫安。通用器件约数十毫安。 最大差模输入电压最大差模输入电压UidM 最大允许输入差模电压，受电最大允许输入差模电压，受电路结构限制。路结构限制。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续8）u
15、集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指标(3)大信号特性（续）大信号特性（续） 转换速率（压摆率）转换速率（压摆率）SR 0.5V/ s 10kV/ s 满功率带宽满功率带宽BWP SR/2 Uom电源特性电源特性 静态功耗静态功耗PD 电源电压允许变化范围电源电压允许变化范围 电源电压抑制比电源电压抑制比KSVR上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续9）u集成运算放大器的电压转移特性集成运算放大器的电压转移特性uou- - - - u+0线性工作范围线性工作范围正饱和正饱和负饱和负饱和Auou- -u+uo输
16、入差模电压的线性工作范围很小（小于输入差模电压的线性工作范围很小（小于 1 mV），），电压转移特性要分成三段讨论。电压转移特性要分成三段讨论。我们来观看实验测试情况。我们来观看实验测试情况。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续10）运算放大器特性仿真测试运算放大器特性仿真测试上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续11）u 集成运算放大器的等效电路模型集成运算放大器的等效电路模型线性工作区线性工作区Auou- -u+uo+u- -_ _+u+_+uo_+Au
17、o(u+- - u- -)- -上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续12）u集成运算放大器的等效电路模型集成运算放大器的等效电路模型(2)饱和工作区（非线性）饱和工作区（非线性）u- -u+uoUOMu- -u+uo- -UOM正饱和正饱和负饱和负饱和上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.1 集成运算放大器概述（续集成运算放大器概述（续13）u理想运算放大器的条件与特征理想运算放大器的条件与特征理想条件理想条件 Auo= 输入电阻输入电阻Rid、Ric 输出电阻输出电阻Ro=0 共模抑制比共模抑制比KCM
18、R=理想运算放大器工作特征理想运算放大器工作特征 u+= u (虚短虚短)线性工作区线性工作区 输入电流为输入电流为0，i+=i =0 输出端呈电压源特性输出端呈电压源特性: 线性工作线性工作受控源受控源 饱和工作饱和工作恒压源恒压源 无共模信号输出无共模信号输出n 理想运算放大器电路符号理想运算放大器电路符号u- -u+uoi- -i+上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2 集成运算放大器中的内部单元电路集成运算放大器中的内部单元电路从集成运算放大器的内部组成可见，除了上一章已经介绍从集成运算放大器的内部组成可见，除了上一章已经介绍的输出功率放大作为输出级，其中核心的组
19、成电路是直接耦合的输出功率放大作为输出级，其中核心的组成电路是直接耦合的差分放大电路和镜像电流源偏置电路。这一节我们对这两种的差分放大电路和镜像电流源偏置电路。这一节我们对这两种电路进行分析，所得出的性能指标直接影响集成运算放大器的电路进行分析，所得出的性能指标直接影响集成运算放大器的性能指标。性能指标。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路差分放大电路u差分放大电路在集成运算放大器中充当前面几级（尤其是第差分放大电路在集成运算放大器中充当前面几级（尤其是第一级）电压放大，差分放大电路采用直接耦合，由于其对称一级）电压放大，差分放大电路采用直接耦合，由于
20、其对称的结构，抑制零点漂移效果显著。的结构，抑制零点漂移效果显著。典型差分放大器典型差分放大器上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续1）+UCCRCRCRB1RB1T1T2uoui1ui2uo1uo2 RB2RB2 差分放大原理电路差分放大原理电路2. 零点漂移的抑制零点漂移的抑制差分电路的工作特点：差分电路的工作特点：输入：输入：T1、T2的基极的基极输出：输出：T1、T2的集电极的集电极C1CE1C2CE2IUTIU零点漂移被完全抑制零点漂移被完全抑制因为电路的对称性，所以因为电路的对称性，所以uCE1=uCE2则则 uo=uCE
21、1 uCE2=0对称结构、差分输出。对称结构、差分输出。1. 电路特点电路特点上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续2）差分放大电路对共模信号差分放大电路对共模信号有抑制作用。有抑制作用。(1) 共模（信号）输入共模（信号）输入两输入信号大小相等极性相同，称为两输入信号大小相等极性相同，称为共模信号共模信号， ui1 = ui23. 输入信号的情况输入信号的情况011i1uuA u022i2uuA u12uuAA001020uuu电路中零漂表现为共模信号，差分放大电路对其有抑制作用。电路中零漂表现为共模信号，差分放大电路对其有抑制作用
22、。(2) 差模（信号）输入差模（信号）输入001021i12i21i1i21i101()22uuuuuuuA uA uAuuA uu在差模输入信号的作用下，差分放大电路的输出电压为单在差模输入信号的作用下，差分放大电路的输出电压为单管放大输出电压的两倍。管放大输出电压的两倍。两输入信号大小相等极性相反，称为两输入信号大小相等极性相反，称为差模信号差模信号，ui1= - -ui2011i1uuA u022i2uuA u12uuAA上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续3）i1i2i1i2i122uuuuui1i2i1i2i222uuuu
23、u共模共模差模差模(3) 任意信号输入（即非差模，也非共模）任意信号输入（即非差模，也非共模）ui1、ui2。分析差分放大电路时，只需考虑共模输入与差模输入即分析差分放大电路时，只需考虑共模输入与差模输入即可。对于任意信号可以分解成这两种输入信号来分析。可。对于任意信号可以分解成这两种输入信号来分析。+UCCRCRCRB1RB1T1T2uoui1ui2uo1uo2 RB2RB2 上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续4）u典型的差分放大电路典型的差分放大电路1. 长尾电路长尾电路+UCC- -EERC2RC1RB1RB2RET1T2u
24、oui1ui2RP平衡两个晶体管，使平衡两个晶体管，使得输入信号为零时，得输入信号为零时，输出也为零。输出也为零。长尾电阻，稳定静态工作点。同长尾电阻，稳定静态工作点。同时限制时限制 每个管子的漂移范围，每个管子的漂移范围，进一步减小零点漂移。进一步减小零点漂移。对于共模信号，对于共模信号，ui1 = ui2 i1C1i2C2uIuIEIEOUBE1BE2UUB1B2IIC1C2II长尾电阻长尾电阻RE对共模信号有强烈的对共模信号有强烈的抑制作用。对提高漂移抑制能力抑制作用。对提高漂移抑制能力有益。有益。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大
25、电路（续5）+UCC- -EERC2RC1RB1RB2RET1T2uoui1ui2RP对于共模信号，对于共模信号，ui1 = ui2 在发射极长尾电阻上既没有信号电流，也没有信号电压！在发射极长尾电阻上既没有信号电流，也没有信号电压！RE对差模信号不起反馈作用，此时发射极电阻等效为短路。对差模信号不起反馈作用，此时发射极电阻等效为短路。发射极电阻上电流发射极电阻上电流iE=iE1+ iE2 = (IE1+ie1)+(IE2- -ie2)=IE1+IE2为了消除为了消除RE所产生的较大压降，使两管发射极电位基本上接近所产生的较大压降，使两管发射极电位基本上接近 地电位，获得合适的静态工作点，需要
26、较大数值辅助电源地电位，获得合适的静态工作点，需要较大数值辅助电源EE。不随信号变化！不随信号变化！上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续6）差分放大电路如图差分放大电路如图7-2-2所示，已知，晶体管所示，已知，晶体管 =100，UBE=0.7V，RC=6.2kW W，RB=3kW W，RP=200W W，RE=5.6kW W，UCC= UEE=12V，负载电阻负载电阻RL=6.2 kW W。试计算：。试计算：（1）静态工作点参数；（）静态工作点参数；（2）差模放大性能指标：）差模放大性能指标：Au、ri、ro。设微调电阻设微调电阻
27、RP滑滑动点在中心位置动点在中心位置上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续7）BEEEE1E2PE()0.7 12mA1 mA10.1 2 5.622UUIIRR C 1C 2E 11 m AIIIC1B1B21A0.01 mA10A100IIIC1C2CCC1C(12 1 6.2)V5.8VUUUI R Tbe1be2bbE25.8(1)1012.6k1VrrrIW W 静态分析静态分析上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续7）LdPBbe2.06100130.232.6
28、101(1)22RARRr LCL1|(6.2|3.1)k2.06k2RRR W WPidBbe2(1)20.22 32.6 101k31.5k2RrRrW WoC212.4krRW其中其中差模放大性能差模放大性能上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续8）u从负反馈的角度看，发射极电阻从负反馈的角度看，发射极电阻RE越大，差分放大电路共模越大，差分放大电路共模抑制能力越强，但是，抑制能力越强，但是，RE愈大，要获得合适的静态工作点所愈大，要获得合适的静态工作点所需的负电源需的负电源|UEE|愈高。为了既能用较小的负电源愈高。为了既能用
29、较小的负电源 ，又能提高，又能提高共模抑制比，可以用恒流源来代替共模抑制比，可以用恒流源来代替RE。u为了使运算放大器在有限级数的前提下获得尽可能大的开环为了使运算放大器在有限级数的前提下获得尽可能大的开环电压放大倍数，根据上面差分放大电路放大倍数的计算公式电压放大倍数，根据上面差分放大电路放大倍数的计算公式可知，应使用尽可能大的集电极偏置电阻可知，应使用尽可能大的集电极偏置电阻RC，但是，但是，RC愈大，愈大，要获得合适的静态工作点所需的正电源要获得合适的静态工作点所需的正电源UCC也愈高。这对电路也愈高。这对电路设计是不利的。同样地，利用恒流源器件的高输出电阻特性，设计是不利的。同样地，利
30、用恒流源器件的高输出电阻特性，将将RC用恒流源替代，既可以保障静态工作点的设置，又能在用恒流源替代，既可以保障静态工作点的设置，又能在信号通路中呈现极大的电阻值，从而获得很高的电压放大倍信号通路中呈现极大的电阻值，从而获得很高的电压放大倍数。数。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续9）u用恒流源电路代替用恒流源电路代替RE和和RC的差分放大电路如图。恒流源的差分放大电路如图。恒流源IE和和恒流源恒流源IC保持保持IE=2IC的关系。这样，由于恒流源的恒流作用，的关系。这样，由于恒流源的恒流作用，T1和和T2的集电极电压的集电极电压u
31、o1和和uo2不随温度变化，达到抑制零点漂不随温度变化，达到抑制零点漂移的目的，同时恒流源移的目的，同时恒流源IC的高输出电阻的高输出电阻Ro（一般可以达到（一般可以达到105W W以上）又为获得高电压放大倍数提供了保障。以上）又为获得高电压放大倍数提供了保障。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续10）u差分放大电路的输入、输出方式差分放大电路的输入、输出方式双端输入、单端输出差分放大电路双端输入、单端输出差分放大电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续11）u差分放大电
32、路的输入、输出方式差分放大电路的输入、输出方式单端输入、单端输出差分放大电路单端输入、单端输出差分放大电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续12）u差分放大电路的输入、输出方式差分放大电路的输入、输出方式单端输入、双端输出差分放大电路单端输入、双端输出差分放大电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.1 差分放大电路（续差分放大电路（续13）u 由于差分放大电路两边完全对称，因此信号从任意一边输入由于差分放大电路两边完全对称，因此信号从任意一边输入（另一边输入端接地）时，作用在两个管子（另一边输入端接地）时
33、，作用在两个管子T1和和T2的发射结的发射结上的电压仍是一个差模信号，即上的电压仍是一个差模信号，即uBE1= uBE2，所以与双端输入，所以与双端输入时一样，具有电压放大作用。时一样，具有电压放大作用。u 当单端输出时，由于输出只与一个管子的集电极电压变化有当单端输出时，由于输出只与一个管子的集电极电压变化有关，因此它的输出电压变化量关，因此它的输出电压变化量uo只有双端输出的一半。所以，只有双端输出的一半。所以，单端输出的差模电压放大倍数只有双端输出的一半：单端输出的差模电压放大倍数只有双端输出的一半：CdSbe 1( )2RARr 式中（式中（）取负号相对应为从）取负号相对应为从T1集电
34、极输出，此时集电极输出，此时uo与与ui的极性的极性相反；取正号相对应为从相反；取正号相对应为从T2集电极输出，此时集电极输出，此时uo与与ui的极性相同。的极性相同。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路镜像电流源偏置电路u基本镜像电流源电路基本镜像电流源电路集成运算放大器中的电流源偏置电路要求各个电流源之间保集成运算放大器中的电流源偏置电路要求各个电流源之间保持一定的数值关系，以便保障各级电路获得正确的偏置。因持一定的数值关系，以便保障各级电路获得正确的偏置。因此，作为偏置电路的电流源电路需要在同一参考电流的基础此，作为偏置电路的电流源电路需要
35、在同一参考电流的基础上进行配置。上进行配置。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续1）电路中各个晶体管发射结并联连接，具有相同的电路中各个晶体管发射结并联连接，具有相同的UBE，工艺上，工艺上，将各个晶体管的电流放大系数做得很大，将各个晶体管的电流放大系数做得很大， 1，那么，那么C1C2C31B1B2B3C1123IIIIIIIICCEEBErefC11C1refUUUIIIIR上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续2）根据晶体管的制造工艺，在相同的
36、发射结电压下，各晶体管集根据晶体管的制造工艺，在相同的发射结电压下，各晶体管集电极电流大小与晶体管发射结的相对面积电极电流大小与晶体管发射结的相对面积A成正比（这里可以理成正比（这里可以理解为，大面积晶体管是由多个晶体管并联而构成，所以电流比解为，大面积晶体管是由多个晶体管并联而构成，所以电流比单个晶体管大），因此，各个电流源电流可以通过控制晶体管单个晶体管大），因此，各个电流源电流可以通过控制晶体管发射结相对面积得到发射结相对面积得到CCEEBE222C2C1ref111refUUUAAAIIIAAAR333CCEEBEC3C1ref111refAAA UUUIIIAAAR这一组电流源可以作
37、为差分放大电路的射极偏置电流源。这一组电流源可以作为差分放大电路的射极偏置电流源。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续3）采用采用PNP型晶体管可以构成另一组用于集电极偏置的电流源：型晶体管可以构成另一组用于集电极偏置的电流源：集电极偏置镜像电流源电路集电极偏置镜像电流源电路上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续4）CCEEBErefTC1TE1ref2|UUUIIIRCCCTC1refC1C1CCCEEBEC1ref2|kkkkAAIIIAAAUU
38、UAREETETE1refE1E1ECCEEBEE1ref2|kkkkAAIIIAAAUUUAR上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续5）威尔荪威尔荪（Wilson）电流源电路）电流源电路增加一个晶体管，使各增加一个晶体管，使各个并联管基本工作在相个并联管基本工作在相同的条件下。同的条件下。CCEEBErefrefTC1TE14|UUUIRII每一路输出电流源都是两每一路输出电流源都是两个晶体管输出端串联，具个晶体管输出端串联，具有更高的输出电阻。有更高的输出电阻。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.
39、2.2 镜像电流源偏置电路（续镜像电流源偏置电路（续6）韦德拉（韦德拉（Widlar）电流源电路）电流源电路每个晶体管完全按照同一每个晶体管完全按照同一尺寸制造，各管尺寸制造，各管 和和IS完全完全一致，电流源的不同数值一致，电流源的不同数值仅通过相应地调整射极串仅通过相应地调整射极串联电阻来实现，可以大大联电阻来实现，可以大大提高集成度，也可使电流提高集成度，也可使电流源电路性能的一致性得到源电路性能的一致性得到提高。提高。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用u集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用线性应用线性应用电
40、路结构上存在从输出端到反相输入端的负反馈支路，输入电路结构上存在从输出端到反相输入端的负反馈支路，输入信号幅度足够小，以保证集成运算放大器的输出处于最大输信号幅度足够小，以保证集成运算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。出电压的范围内。非线性应用非线性应用电路结构上，集成运算放大器处于开环（无反馈）或存在从电路结构上，集成运算放大器处于开环（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正反馈支路，输出总是处于饱和状态，输出端到同相输入端的正反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在正、负最大值之间变化。即输出在正、负最大值之间变化。u集成运算放大器电路分析的方法集成运算放大器电路分析的方法 首先判断应
41、用类型，然后利用理想运算放大器的特征对电路首先判断应用类型，然后利用理想运算放大器的特征对电路进行分析。进行分析。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.3 集成运算放大器的线性应用（续集成运算放大器的线性应用（续1） 运算放大器线性工作的保障运算放大器线性工作的保障运算放大器的输出幅度有限（比电源电压低运算放大器的输出幅度有限（比电源电压低 24V左右），而左右），而运算放大器的开环电压增益一般运算放大器的开环电压增益一般10000，因此，两个输入端，因此，两个输入端的电压必须非常接近，才能保障运算放大器工作在线性范围的电压必须非常接近，才能保障运算放大器工作在线性范围内，
42、否则，运算放大器将进入饱和状态。在电路组成时，一内，否则，运算放大器将进入饱和状态。在电路组成时，一般是靠从输出端到反相输入端之间引入负反馈来强制两输入般是靠从输出端到反相输入端之间引入负反馈来强制两输入端电压一致。所以，在运算放大器应用电路中，负反馈是判端电压一致。所以，在运算放大器应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要电路标志。断是否线性应用的主要电路标志。 线性应用的理想运算放大器特征线性应用的理想运算放大器特征 (1) u+=u (虚短虚短)。 (2) 无输入电流，无输入电流，i+=i =0。 (3) 输出端呈受控电压源特性。输出端呈受控电压源特性。上一页上一页下一页下一页目目 录
43、录返返 回回退退 出出7.3 集成运算放大器的线性应用（续集成运算放大器的线性应用（续1）线性应用电路一般结构线性应用电路一般结构u- -u+uoFABi1if其中其中A、B、F分别为一部分分别为一部分电路（包括信号源）。分析电路（包括信号源）。分析目的是找出输出电压。目的是找出输出电压。n 线性应用电路的分析方法线性应用电路的分析方法 判断电路组成是否具有从输出端引至反相输入端的判断电路组成是否具有从输出端引至反相输入端的“反馈通路反馈通路”（初步判断运算放大器工作在线性工作（初步判断运算放大器工作在线性工作区），若存在，则按下述（线性应用电路的）六个步骤区），若存在，则按下述（线性应用电路
44、的）六个步骤进行分析。进行分析。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用（续（续2） 集成运算放大器的线性应用电路的六步分析法集成运算放大器的线性应用电路的六步分析法第一步第一步. 利用利用 i+=0，由，由B电路求出同输入端电压电路求出同输入端电压 u+第二步第二步. 利用利用 u+= u- -，确定反相输入端电压，确定反相输入端电压 u- -=u+第三步第三步. 利用已知电压利用已知电压 u- -，由，由A电路求出电流电路求出电流 i1第四步第四步. 利用利用i- -=0，求出电流，求出电流 if =i1第五步第五步.
45、由电路由电路F的特性和的特性和u- -确定输出电压：确定输出电压： uo=u- - -F(if )第六步第六步. 检验输出电压是否在线性范围内。检验输出电压是否在线性范围内。 | uo | u uo =UOH ； u+ UR 时，时，uo=UOL当当ui0 时，时，uo=UOL当当u- - Uth 时，时，uo=UOL当当uiUR 时，时，uo=UOH当当ui0 时，时，uo=UOH当当u+ + Uth 时，时，uo=UOH当当uiu- -，继续维持，继续维持uo=UOH如果如果u+u- -，继续维持，继续维持uo=UOH如果如果u+u- -，输出变为，输出变为uo=UOLf1iOH1f1fR
46、RuuURRRRu- -=UR输出从输出从UOH变为变为UOL的输入门限的输入门限电压：电压：1f1ROHTHffRRRUUURR设输出初始状态为设输出初始状态为uo=UOL同样可分析得同样可分析得输出从输出从UOL变为变为UOH的输入门限电压：的输入门限电压：1f1ROLTHffRRRUUURRuoui0URuiuoRfR1上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.4.1 比较器（续比较器（续8）施密特施密特Schmidt触发器触发器 仿真实验仿真实验上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.4.2 采样保持电路采样保持电路在计算机实时控制和非电量的测量系统中
47、，通常要将模拟量在计算机实时控制和非电量的测量系统中，通常要将模拟量转换为数字量（参考附录转换为数字量（参考附录1 1）。但因转换不能瞬间完成，需要一）。但因转换不能瞬间完成，需要一定的时间，所以不能将随时间连续变化的模拟量的每一个瞬间定的时间，所以不能将随时间连续变化的模拟量的每一个瞬间都转换为数字量，而只能将某些选定时刻的模拟量值进行转换。都转换为数字量，而只能将某些选定时刻的模拟量值进行转换。这就需要对连续变化的模拟量进行跟踪采样，并将采集到的量这就需要对连续变化的模拟量进行跟踪采样，并将采集到的量值保持一定的时间，以便在此时间内完成模拟量到数字量的转值保持一定的时间，以便在此时间内完成
48、模拟量到数字量的转换，这就是采样保持电路的功能。换，这就是采样保持电路的功能。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.4.2 采样保持电路（续采样保持电路（续1）基本的采样保持电路如图基本的采样保持电路如图 电子开关电子开关 控制端低电平导通，控制端低电平导通，ui 向电容向电容C充电，充电，uO跟随跟随ui采样阶段采样阶段控制端高电平截止，电容控制端高电平截止，电容C电压保持，电压保持，uO保持不变保持不变保持阶段保持阶段上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.4.2 采样保持电路（续采样保持电路（续2）上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出
49、出7.5 模拟集成功率放大器及其应用模拟集成功率放大器及其应用集成功率放大器把功率放大电路的主要元件做在一块半导集成功率放大器把功率放大电路的主要元件做在一块半导体芯片上，具有体积小、外围元件小、性能稳定，易于安装和体芯片上，具有体积小、外围元件小、性能稳定，易于安装和调试等优点，广泛应用于现代音频电路、视频电路和自动控制调试等优点，广泛应用于现代音频电路、视频电路和自动控制电路中。电路中。1967年第一块音频功率放大器集成电路诞生，目前约年第一块音频功率放大器集成电路诞生，目前约95%以上的音响设备上的音频功率放大器都采用了集成电路。以上的音响设备上的音频功率放大器都采用了集成电路。从单声道
50、的单路输出集成功率放大器发展到双声道立体声从单声道的单路输出集成功率放大器发展到双声道立体声的二重双路输出集成功率放大器。的二重双路输出集成功率放大器。从一般的从一般的OTL功率放大器集成电路发展到具有过压保护电功率放大器集成电路发展到具有过压保护电路、过热保护电路、负载短路保护电路、电源浪涌过冲电压保路、过热保护电路、负载短路保护电路、电源浪涌过冲电压保护电路、静噪声抑制电路、电子滤波电路等功能更强的集成功护电路、静噪声抑制电路、电子滤波电路等功能更强的集成功率放大器。率放大器。上一页上一页下一页下一页目目 录录返返 回回退退 出出7.5 模拟集成功率放大器及其应用（续模拟集成功率放大器及其
