六章集成运算放大器ppt课件

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1、模拟电子电路模拟电子电路 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 集成运算放大器引见集成运算放大器引见6.5 集成运放的性能目的集成运放的性能目的uiRC1R1T16.1 零点漂移零点漂移添加添加R2、RE2:用于设置适宜的用于设置适宜的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，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当

2、 ui ui 等于零时，等于零时，uouo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一、构造一、构造特点：构造对称。特点：构造对称。6.2.1 根本型差动放大器根本型差动放大器ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB 6.2 差动放大电路差动放大电路二、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：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2三、三、共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC

3、+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：共模输入信号：ui1=ui2=uC 大小相等，极性一样大小相等，极性一样理想情况：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+UCC五、共模抑制比五、共模抑制比(CMRR)的定义的定义例例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/

4、0.1=66 dBCMRR Common Mode Rejection Ratio KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝分贝)cdAAcdAAlog20一、构造一、构造为了使左右平衡，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：参与射极电阻特点：参与射极电阻RE；参与负电源；参与负电源-UEE，采用正负双电源供电。采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE1、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。2IB1、IB2由负电源由负电源-UEE提供。提供。uoui1+UCCR

5、CT1RBRCT2RBui2REUEE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 具有强负反响作用具有强负反响作用 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态任务点。态任务点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE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)输输入入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:coccUUA

6、结论：恣意输入的信号结论：恣意输入的信号:ui1,ui2，都可分解，都可分解成差模分量和共模分量。成差模分量和共模分量。留意：留意：ui1=uC+ud ；ui2=uC-ud例例:ui1=20 mV,ui2=10 mV那么：那么：ud=10mV,uc=15mV 差模分量差模分量:21iiduuu共模分量共模分量:221iicuuu1212(一一)差模输入差模输入均压器均压器diiuuu211diiuuu212RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEERE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1,ic1ib2 ,ic2ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0uRE =0

7、RE对差模信号不起作用对差模信号不起作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE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 ib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E1.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 ib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA假设差动电路带负载

8、假设差动电路带负载RL(接在接在 C1 与与 C2 之间之间),对对于差动信号而言，于差动信号而言，RL中点电位为中点电位为 0,所以放大倍所以放大倍数：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 RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2Ero=2RC ri ri ro)/(21BbeiRrRr输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：2.输入输出电阻输入输出电阻RRuoui1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2u

9、od1uod2E思索题：电路去掉思索题：电路去掉RB能正常任务吗？能正常任务吗？RB的的作用是什么？作用是什么？(二二)共模输入共模输入RE对共模信号有抑制造用原理静态分析，即由对共模信号有抑制造用原理静态分析，即由于于RE的负反响作用，使的负反响作用，使IE根本不变根本不变。uC ic1、ic2 iRE、uRE+UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE共模信号通路共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RET1单边微变等效电路单边微变等效电路EbBccoccR)(rRRuuA12

10、11112cARCRB2REic1uc1uc2ib1 ib1ie1rbe1KCMRR AC 0问题：负载影响共模放大倍数吗？问题：负载影响共模放大倍数吗？111ccocUAU222ccocUAU021ocococUUU不影响！不影响！RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCC6.2.3 恒流源式差放电路恒流源式差放电路电路构造电路构造:IC3R2T3R1R3-UEE rce3 1M恒流源恒流源T3:放大区放大区333cceceIUrRRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEEuCEIB3iCUC

11、E3IC3Q UCE3静态分析：主要分析静态分析：主要分析T3管。管。VB3VE3 IE3 IC3电路改良：参与温度电路改良：参与温度补偿三极管补偿三极管T4BC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变化变化1.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，

12、使共模恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而添加共模抑制放大倍数减小，从而添加共模抑制比，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6.2.4 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：双端输入单端输出：121ddAA ui1+UCCui2uoC1B1C2EB2RCT1RBRCT2RBIC3-UEE双端输出：双端输出：Ad =Ad1单端输出：单端输

13、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=0集成电路集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。半导体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：任务稳定、运用方便、体积小、分量轻、任务稳定、运用方便、体积小、分

14、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 集成运算放大器引见集成运算放大器引见集成电路内部构造的特点：集成电路内部构造的特点：1.电路元件制造在一个芯片上，元件参数偏向方电路元件制造在一个芯片上，元件参数偏向方向一致，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替欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件替代或外接。代或外接。3.几十几十 pF 以下的

15、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。4.二极管普通用三极管的发射构呵斥。二极管普通用三极管的发射构呵斥。UEE+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同相同相对输入级的要求：尽量减小零点漂移对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高 KCMRR,KCMRR,输入阻抗输入阻抗 ri ri 尽能够大。尽能够大。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负载才

16、干，给出足对输出级的要求：主要提高带负载才干，给出足够的输出电流够的输出电流io io。即输出阻抗。即输出阻抗 roro小。小。集成运放的构造集成运放的构造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，输入级和第二级普通采用差动放大器。级普通采用差动放大器。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，添加输入电阻。小输入电流，添加输入电阻。3输出级采用互补对称式射极跟随器，以进展输出级采用互补对称式射极跟随器，以进展功率放大，提高带负载的才干。功率放大，提高带负载的才干。R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT

17、2ui1T4IC=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 IC1IC2IB2-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器差动放大器第第2级级第第1级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器+集成运放内部构造举例集成运放内部构造举例极极性性判判断断 ri 大大:几十几十k 几百几

18、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 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无外加反响回路的差模放大倍数。普通在无外加反响回路的差模放大倍数。普通在105 107之间。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，普通常用分贝作单位，普通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

19、100M以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻roro=几几-几十几十。6.5 集成运放的性能目的集成运放的性能目的五、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。不再一一引见。数。不再一一引见。集成运放的运用将在下一章节进展引见。其中运集成运放的运用将在下一章节进展引见。其中运放都是作为理想运放来处置。放都是作为理想运放来处置。模拟电子电路模拟电子电路