《集成运算放大电路》PPT课件.ppt

第4章 集成运算放大电路,教学内容,4.1集成电路概述 4.2 集成运放中的电流源 4.3差动放大电路 4.4集成运算放大器的中间级和输出级 4.5集成运放的典型电路 4.6集成运算放大器的主要性能指标 4.7 理想集成运算放大器及传输特性,教学目标,掌握镜像电流源、比例电流源和微电流源电路特点 掌握差动放大电路的组成特点和性能指标计算， 理解集成运算放大器的典型结构， 掌握理想集成运算放大器的性能指标4.1集成电路概述,集成电路，简称IC（Integrated Circuit） 始于20世纪60年代初期，集成电路按其功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类，集成运算放大器属于模拟集成电路中应用极为广泛的一种，简称集成运放4.1.1 集成电路的特点,1、电路结构与元件参数具有对称性 2、用有源器件代替无源器件 3、采用复合结构的电路 4、外接部分分立元件、级间采用直接耦合方式 5、集成电路中使用的二极管，大多采用三极管的结构，将发射极、基极和集电极适当配合使用与分立元件组成的放大电路相比，集成电路在电路 设计上具有以下特点：,4.1.2 集成运算放大器的基本组成,输入级:多采用差分放大电路，利用差分放大电路的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比，减小温漂。

中间级:由一级或多级放大电路组成 输出级:进行阻抗变换，以降低输出电阻，提高集成运 放带负载的能力 偏置电路:多采用恒流源电路4.2 集成运放中的电流源,1.镜像电流源,,,由图可：,由于VT1与VT2结构和参数都比较一致，故可以认为,，,故,,，,而,当2时,,图4.1 镜像电流源,2.比例电流源,由图可知，,,由于,故,即,当1时，有,,,即,故,,由于,,所以,,图4.2 比例电流源,3.微电流源,,由图可知,由于二极管方程,所以,,故,,设,则有,,图4.3 微电流源,4.3差动放大电路,4.3.1差分放大电路的常见形式 差分放大电路的常见形式有三种：基本形式、长尾式和恒流源式图4.4 长尾式差分放大电路,,,,图4.5 基本形式差分放大电路,恒流源式差分放大电路,4.3差动放大电路,,,(b)恒流源式差分放大电路等效电路,(a) 恒流源式差分放大电路电路,图4.6,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,,,图4.7 长尾式差分放大电路直流通路图,（a）,（b）,1. 静态分析,由图可知,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,,所以有,由此得,由于,故,,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,2. 差分放大电路对差模信号的放大作用,差分放大电路的输入信号有两种方式：差模信号输入和共模信号输入。

长尾式差分放大电路，在差模信号输入情况下电路如图,,图4.8 长尾式差分放大电路的交流通路图,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,2. 差分放大电路对差模信号的放大作用,,由图4.8可知，长尾式差分放大电路半电路的主要参数如下：,,,,,对于双端输入/双端输出的差分放大电路，由于,,,此时，差模电压放大倍数为,,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,2. 差分放大电路对差模信号的放大作用,,差模输入电阻,,差模输出电阻,,双端输入双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数等于其半电路的电压放大倍数，即相当于一个单管共射放大电路的放大倍数其差模输入电阻和输出电阻是半电路差模输入电阻和输出电阻的2倍3. 差分放大电路对共模信号的抑制作用,4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,在共模信号输入情况下，当双端输入时，由于电路结构的对称性，两个晶体管的集电极电位大小相等，极性相同，即负载RL两端电位相同，故流过负载RL的电流为零衡量差分放大电路抑制共模信号能力的参数称为共模抑制比，用KCMR表示，其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用分贝表示，即：,,结论：差分放大电路具有抑制零点漂移的作用。

4.3.2 差分放大电路的基本分析方法,4. 对任意输入信号的放大特性,如果在差分放大电路的两个输入端分别加上任大小、任意极性的输入电压ui1和ui2，这时可以将他们认为是某个差模输入电压和某个共模输入电压的组合，其中差模输入电压uid和共模输入电压uic的值分别为,,,当用共模和差模信号表示两个输入电压时，有,,,例4.1：电路如图例4.1所示, 设VCC=VEE=12V,三极管的1=2==50, Rc1=Rc2= Rc =30k, RW =500, Re=27k, R1= R2= R=10k, 设RW滑动变阻器的滑动端调至在中点位置估算该放大电路的静态工作点 (2) 当在输出端接RL=20k的负载时,求差模电压放大倍数 (3) 估算差模输入电阻和输出电阻图4.9 例4.1的图,解：(1)求解静态工作点：,设UBE=0.7V，则有,,故,,,,(2) 当在输出端接RL=20k的负载时,图4.9所示电路图的 交流通路图如图4.10所示图4.10 图4.9所示电路交流通路图,由图4.10可知，电路的差模电压 放大倍数为:,,式中,,,,则,(3) 输入输出电阻,,例4.2一个双端输入，双端输出的差分放大电路，两个输入端的电压分别为 求差模输入信号电压 和共模输入电压 ； 设差模电压增益 为80dB，求当共模抑制比为无穷大和 100dB 时的输出电压 各为多少？,,,,,,解： (1)差模输入电压和共模输入电压,,,(2)输出电压 当 时 则输出电压为：,,,,,当 时 则输出电压为：,,,,4.3.3差分放大电路的几种接法,差分放大电路的输入输出端可以有四种不同的接法，即双端输入、双端输出；双端输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。

4.3.3差分放大电路的几种接法,,,图4.11 差分放大电路的四种接法,4.4集成运算放大器的中间级和输出级,1. 集成运算放大器的中间级,中间级的主要任务是为整个电路提供足够大的电压放大倍数 一般采用有源负载的共射放大电路为了提高放大倍数，并减小对输入级的影响，放大管往往采用复合管有源负载是指利用双极型三极管或场效应管充当负载电阻例4.3 电路如图4.12所示, 设VCC=VEE=12V,1=2=50, Rc1=Rc2=100k, RW =200, R3=33k, R2=6.8k, R1=2.2k, Rs1=Rs2=10k，设RW滑动变阻器的滑动端调至在中点位置 ,(1) 求静态工作点 (2) 求差模电压放大倍数 (3) 当RL=100k时, 求差模电压放大倍数 (4) 若输出端从VT1管集电极输出, 求差模电压放大倍数图4.12 题4.3电路图,解： (1) 静态工作点:,设UBE3=0.7V, 则,,,,（所以一般估算时, 认为UB02) 差模电压放大倍数:,,其中,,(3) 当RL=100 k时：,,,,,其中,故,(4) 当单端输出时(从V1管c1极输出):,4.4集成运算放大器的中间级和输出级,1. 集成运算放大器的中间级----------复合管,,,,,图4.13复合管及其等效类型,2.集成运算放大器的输出级,4.4集成运算放大器的中间级和输出级,集成运放的输出级主要是提供足够的输出功率以满足负载的需求，多采用互补电路。

图4.14 互补型射随器,,图4.15 交越失真产生的原因及波形,2.集成运算放大器的输出级,4.4集成运算放大器的中间级和输出级,,,,图4.16 克服交越失真的互补电路 (a)二极管偏置方式 (b)模拟电压源偏置方式,4.5集成运放的典型电路,,图4.17通用的集成电路F007电路原理图,4.6集成运算放大器的主要性能指标,1. 运算放大器的符号,,图4.18 运算放大器的符号,2. 运算放大器的性能指标,4.6集成运算放大器的主要性能指标,开环差模电压放大倍数Aod: 指集成运放在无外加反馈 回路的情况下的差模电压放大倍数,,差模输入电阻rid和输出电阻ro,共模抑制比KCMR,输入失调电压温漂和输入失调电流温漂,输入失调电压UIO和输入失调电流IIO,最大差模输入电压Uid max和最大共模输入电压U ic max,输入偏置电流IIB,4.7 理想集成运算放大器及传输特性,1. 理想集成运算放大器的概念,理想集成运算放大器简称理想运放，可以认为是实际运放的理想模型，就是将集成运放的各项指标理想化，即认为集成运放的各项指标如下： (1) 开环差模电压增益Aod=； (2) 差模输入电阻rid=； (3) 输出电阻ro=0； (4) 共模抑制比KCMR=； (5) 失调电压UIO, 失调电流IIO，以及它们的温度系数均为0；(6) 转换速率SR=； (7) -3dB带宽fh=； (8) 干扰或噪声均为 0。

2. 理想运放的特性----线性区,4.7 理想集成运算放大器及传输特性,,,图4.19 理想运放工作在线性区的特点 （a）“虚短”示意图 （b）“虚断”示意图,,4.7 理想集成运算放大器及传输特性,2. 理想运放的特性---非线性区,图4.20 集成运放的传输特性,。