模电4 集成运算放大电路

电子科大 302 1 第四章 集成运算放大电路 §4.1 集成运放的电路概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 集成运放的电路 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及其性能指标 §4.4 集成运放的种类、选择与使用 电子科大 302 2 §4.1 集成运算放大电路概述 集成电路简称 IC (Integrated Circuit) 集成电路按 其功能分类 数字集成电路 模拟集成电路 模拟集成 电路类型 集成运算放大器；集成功率放大器； 集成高频放大器；集成中频放大器； 集成比较器；集成乘法器；集成稳压 器；集成数/模和模/数转换器等。 电子科大 302 3 一、集成电路中元件特点 ①尺寸相同且图形一致的同类晶体管器件参数对称性好。 如 BJT: b1=b2 , UBE1=UBE2 , rbe1= rbe2 ②电阻 R =几十 W ~几十KW ,大阻值电阻占半导体芯片面 积大。 ③电容容量一般不超过100pF,大容量电容占半导体芯片面 积更大。 为了提高集成电路的集成度电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中应尽量少用 或者不采用电容,电阻。 电子科大 302 4 模拟集成电路中，发展最早、应用最广的IC是集成运 算放大器(Operational Amplifier) 。该电路最初多用于各 种模拟信号的运算（如比例、求和、积分、微分……） 上，故被称为集成运算放大电路，简称集成运放。 集成运放内部集成了几拾到几百支晶体管。其性能接 近理想。 1.差模电压放大倍数Aud→  2.差模输入电阻Rid→  3.输出电阻RO→ 0 uN uo uP OP 二、集成运算放大电路 电子科大 302 5 三、集成运放的电路结构特点 1、放大器采用直接耦合方式； 2、采用差分放大电路（作输入级）和恒流源电路 （作偏置电路或有源负载）； 3、允许采用复杂的电路形式，提高电路性能； 4、用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻； 5、晶体管采用复合管形式。 uN uo uP OP 电子科大 302 6 集成运算放大器外形图 电子科大 302 7 四、集成运放内部框图 输入级 中间放大级 输出级 偏置电路 uid uo 输入级－差动放大电路， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 Ri大，Ad大， Ac小； 基本单元电路： 输出级－互补推挽电路，要求Ro小，不失真输出功率大； 偏置电路－电流源电路，为放大管提供偏置电流。 电子科大 302 8 五、集成运放的电压传输特性 VCC -VCC Uom -Uom uo( V ) uid( mV ) 0 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 运放电源电压VCC =±15V 最大输出电压幅度Uom pp≈±13V 输出电压线性范围 -Uom～Uom +VCC -VCC uouid 10 6 id o ud u u A 集成运放线性放大区所对应的输入信号范围很小。 电子科大 302 9 一.实际电流源(恒流源)模型 实际电流源模型 实际电流源VCR , or u Ii － ro称为电流源内阻, ro越大恒流特性越接 近理想。 i u0 I 实际 §4.2 集成运放中的电流源 I i vro + – i u ro    电子科大 302 10 二. 电流源电路的组成 电流源电路设计要求： 当RL、 VS 及温度在一定范围变化时， IL保持不变。 I ro IL RL 电流源 电路 RLVS IL 电子科大 302 11 uCE iC IBIC o 利用晶体管放大区的恒 流特性实现稳流。 三.实现恒流的基本思想 在晶体管放大区IB一定 时, IC随UCE变化的幅度很 小。晶体管放大区具有恒 流特性。 C CE I U rr CEo    rCE越大的晶体管恒流特 性越好。 iCib uCE + - I ic uCE ro + – 电子科大 302 12 原始电流源电路由分压偏置电路构成如图 CC 21 2 B V RR R U    E BEB E R UU IIL   RE接入可增强稳流效果。 如果由于某种原因造成电 流 I 变化，必然有：   LbBE U ELL IIURII B 不变 RE接入使 ro增大，电流源稳流特性得到提高。 电路缺点： IL 受直流电压源波动影响大； +VCCRL RE R2 UB IL R1 +VCC I ro IL RL 电子科大 302 13 四. 常用分立元件电流源电路 E BE E R UU II ZL   A)基极电压稳定恒流源 基极电压UB= UZ ,不受电 源电压变化的影响。 VCC > UZ → UB = UZ +VCCRL RE VZ IL R1 DZ 当VCC 、 RL及温度在一定范围变化时，IL保持不变。 电子科大 302 14 B).恒流二极管 UGS(V)UP ID O IDSS Q I JFET RS I + - 2 P GS DSS )1( U U II  IRU S GS DZ04 电子科大 302 15 五、集成运算放大器中的电流源  镜像电流源  多路电流源  电流源作有源负载  微电流源  比例电流源 i 电子科大 302 16 集成运放中的电流源电路 特点：1、用晶体管或场效应管电路组成； 2、直流电阻和交流电阻不同。 优点：既可以提供合适的静态电流，又可以有较大 的交流电阻。 用途：1、设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 2、作放大电路的有源负载。 i u + - i v ro    u = rO( i - I ) rO i u + - I 电子科大 302 17 1. 镜像电流源 BE1BE2 = UU RC II 2β β 2   bbb 21 =:设 b  122 CRBR I IIIII C1C2 = R UV BECC R =I  输出电流IC2 与IR成镜像关系。IC2 = k IR , k越接近1镜 像误差越小。 ☆当 b ＞＞2时， IC2  IR 基本镜像电 流源电路 A)基本镜像电流源电路 +VCCRLR IR IC1 IC2 2IB T1 T2 电子科大 302 18  电路简单，应用广泛。  输出电流小，R必然大； 输出电流大，R上功耗大。  具有一定的温度补偿作用：   BBRRC C IUUII II 1 1C1当温度升高时 +VCCRLR IR IC1 IC2 2IB T1 T2 电路缺点： 当BJT的b值较小时，电流源的镜像误差较大。 若b =10时，k = 0.833。RRRC IkIII  b b  2 2 镜像电流源的特点： 电子科大 302 19 B). 加射极输出器的电流源 R R C C R B R E RBRCC I I I I I I I I IIIII           bb bbb b )1( 2 1 )1( 2 1 2 1 1 11 2 201 该电流源的镜像误差较小，若b =10时，k = 0.98。 电流源的电源内阻 ro= rce1 。 RRC IkII 1 IB2 IE2 +VCC RLR IR IC0 IC1 T0 T1 T2 电子科大 302 20 B).威尔逊(Wilson)电流源 由于增加了T3，使IC3 更加接近IR。 由于BJT参数对称 IB1=IB2=IB，IC1= IC2= IC 。 IC1= IR - IB3= IR - IC3 /b IE3= IC2 + 2IB = IC1( 1+2/b ) = ( IR- IC3/b ) · ( 1+2/b ) 又有 33 β 1β CE II   3 3 β 1β β 2 1 β C C R I I I   ))(( 323 ) 22 2 1( CCR III    bb +VCC R IR IC1 2IB T1 T2 IC3 IB3 电子科大 302 21 2、比例电流源 +VCC R IREF + +VT1 VT2 IC2 IB1 IB2 2IB IC2 UBE1 UBE2 R1 R2 由图可得 UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2 由于 UBE1  UBE2 ，则 22E11E RIRI  忽略基极电流，可得 REF 2 1 1C 2 1 2C I R R I R R I  两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值 成反比，故称为比例电流源。 比例电流源 电子科大 302 22 镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级） 的场合，若需要减小恒流值（例如微安级），可采用微 电流源电路。 为了减小IC2的值，可在镜象 电流源电路中的T2发射极串入 一电阻RE2，便构成微电流源。 由电路可得 3、微电流源 UEB1 = UEB2 + IE2RE2 E2 BE2BE1 R UU  E2C2 II  E2 BE R U  由于ΔUEB很小，所以IC2也很小 +VCC RLR IR IC1 IC2 2IB T1 T2 RE2 电子科大 302 23 )()1( T BE T BE U U S U U SE eIeII  由PN结方程： )(ln , S C TBE U U SEC I I UUeIII T BE  )(ln)(ln 2121 S C T S C TBEBE I I U I I UUU  )(ln 2 1 C C T I I U )(ln 2 2 C R TEC I I URI 则： 若IR=0.73mA, IC2=28μA, RE≈3KΩ。 设：IC1≈ IR +VCC RLR IR IC1 IC2 2IB T1 T2 RE2 电子科大 302 24 3. 多路电流源 在模拟集成电路中，经常用到多路电流源，下图为一种典 型的多路电流源。T1、T2、T3的基极是并联在一起的。该电 路用一个基准电流 IR 获得了多个输出电流。 IR≈IC1=IC2=IC3=IC4 VCC IR IC2 IC3 IC4 IC1 T1 T2 T3 T4 ∵b1= b2= b3= b4 UBE1= UBE2 = UBE3 = UBE4 R UV I BECCR 2 =  电子科大 302 25 六、电流源作有源负载  i o u = u u A 共射电路的电压增益为： be LC )//( r RRb  图示电路中用电流源代替 RC，使R'L＝ro //RC。 因此增益为： be L be L u )//( = r R r Rr A o bb  结论：用电流源代替RC，使Au'> Au ∵ ro >> RL ; ro//RL  RL > RC//RL ; → Au'↑ RL IC ui uo VCC RB 电子科大 302 26 1)、有源负载CE放大电路 有源负载CE电路 R UV III BECCRLC ==   静态时： be L u r R A b  动态时： T2 T3 IC IR RL + +VCC R uOT1ui +  为了得到较大的电压放大倍数，集成运放的中间级常采用 有源负载电路。图示电路中采用PNP管T2 、T3构成镜像电流 源。T1为放大管，T2为有源负载代替RC 。 电子科大 302 27 2)、有源负载的差分放大电路 该电路有相当于双端输出时的iO ，在集成运放中 的应用十分广泛。 iC1 iC2 uO +VCC T3 T4 T1 + ui  iC3 T2 iC4 iO  VEE 静态时：IC1=IC2=I/2 差模输入电压时： 该电路采用差分输入、 单端输出；工作电流由恒 流源 I 决定。 iC2= - iC1 iC3  iC1， iC4= iC3 iC1 iO= iC4- iC2  2iC1 电子科大 302 28 一、集成运放的发展 第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。 典型产品：uA709;F003 第二代：普遍采用了有源负载。 典型产品：uA741;F007 第三代：输入级采用了超β管，版图设计上考虑了热 效应的影响 。 典型产品：AD508;F1556 第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。 典型产品：HA2900;5G7650 §4.3 集成运放电路简介 电子科大 302 29 R1 T1 T1 T3 T5 T4 T6 T9T8 T7 T11T10 R2 R3 R4 2.4k R6 R88R7 1k 10k R9 R10 7k R5 R13 R14 R11 R12 300 1.4k 300 400 400 -VEE=-6V VCC =+6V 一、集成运放——LM733内部电路 电子科大 302 30 uA741是通用高增益运算放大器,早些年最常用的运放 之一。应用非常广泛, 它采用双列直插8脚或圆筒8脚封 装。用双电源供电,也可作单电源接法。 二、通用型集成运放——uA741(F007） 工作电压±22V； 差分电压输入电压±18V； 允许功耗500mW。 价格：￥1.0 元 电子科大 302 31 F007内部电路 中间级 输出级输入级 电流源电路 电子科大 302 32 双端输入、单端输出 共集-共基放大电路 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 三级放大电路 课本P198 电子科大 302 33 第四章重点 1)、了解集成运算放大器电路及其性能指标 2)、熟悉电流源电路特点及原理 uN uo uP OP 3)、掌握IC电流源电路输出电流的计算； 4)、了解通用集成运放F007内部电路结构。 本章作业，作在教材上 4.3 4.4 4.8 4.14