模电课件第六章集成运放

第六章 集成运算放大器,6.1 差动放大电路集成运算放大器中的电流源,6.2 差分放大电路,6.3 集成电路运算放大器,6.4 集成运算放大器中的主要参数,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。,一.什么是集成运算放大器？,第六章 集成电路运算放大器 引 言,二、集成电路的分类 数字集成电路：如74LS00······ 模拟集成电路：如运算放大器、功率放大器、集成稳压电路··· 数、模混合集成电路：如A/D、D/A转换器··· 专用集成电路： 如某些专用特殊功能的集成电路,三、模拟集成电路的特点（P.227） 1、元件对称性：常用于运算放大器的输入端； 2、常用有源器件代替无源元件 因为电阻电容占用硅片面积大且精度不高,3、极间耦合采用直接耦合方式,4、采用复合管结构的电路作为运算放大器的输出端,5、常用BJT的发射结代替电路中的二极管,6.1 集成电路运算放大器中的电流源,在集成电路中常用电流源代替电路中的各类电阻。如集电极负载电阻RC用电流源代替，称为有源负载；偏置电阻Rb用电流源代替，称为有源偏置；射极电阻Re用电流源代替，称为有源负载射极电流源等。因此电流源在集成电路中应用广泛。 一、镜像电流源电路,IC2IREF，两边的电流象镜子一样对称，称为“镜像电流源”。从上式可知，值越大，镜像效果越好，为提高镜像效果，要求IB尽可能小，使IREF尽可能等于IC1（IC2）。改进电路如P.229图6.1.2所示。,改进型镜像电流源电路图：,二、微电流源,因两管特性基本一致，VBEVBE1VBE2很小，故IE2很小，只有A级。其作用是：电源VCC波动或温度变化引起电路参数变化，但VBE相对变化量小， IE2变化也小，达到稳定电路的作用。 P.230图6.1.4多路微电流源,例1 多路比例电流源电路如图所示，已知各三极管的 参数、VBE数值相同，求各电流源IC1、IC2及IC3与 基准电流源IREF的关系式。 解：由于图中各三极管的基极连在一起， 故:,可见，改变RE1、RE2和RE3的大小，即可获得不同数值的输出电流。多路电流源在集成电路中应用很广，它能同时给多个放大电路提供偏置电流。,三、电流源用作有源负载,举例：P.231 6.1.3 定性分析图中所示电路，说明T1、T2在电路中的作用。,T1：共集电极放大电路（射极输出器）； T2：为T1射极恒流源。,6.2 差分式放大电路,功能:放大两个输入信号之差 .,在电路完全对称的情况下，有: vo=AVd（vi1-vi2）,式中：AVd差分式放大电路的差模电压放大倍数， 它表示对两个信号之差的放大能力。,差模信号：两输入端对地的输入信号大小相等，极性相反时，称差模输入，即vid1-vi d 2，差模输入信号为： vi d=vid1-vi d2=2vi d1=-2 vi d2。,共模信号：加在差放两输入端的大小相等，极性相同的信号， 即 vic=vic1=vic2。,一般加在两输入端的信号是任意的，但都可以分解为差模信号和共模信号，即： vi1vi d1+vic1 ，vi2vi d2+vic2,如下图所示的零漂：当ui=0,u00时，相当于拆算到输入端的等效漂移电压。即为共模输入信号。,设ui1=10mv ui2=6mv,分解： ui1=8+2 ui2=8-2,共模分量：Uic1=uic2=8mv,差模分量：Uid1=2mv uid2=-2mv,所以，任意两个输入信号都可分解为差模信号和共模信号，其中，差模信号是两个输入信号之差，即：vi d=vid1-vid2=vi1-vi2，共模信号是两个输入信号的算术平均值：vic=( vi1+vi2)/2。,当用共模信号和差模信号共同表示输入信号时，有：,差放的输出电压：vo=AVdvid+AVcvic 式中：AVd为差模电压放大倍数，表示对差模信号的放大力； AVc为共模电压放大倍数，表示对共模信号的放大能力。,2019/4/20,差动放大电路一般有两个输入端： 双端输入从两输入端同时加信号。 单端输入仅从一个输入端对地加信号。,差动放大电路可以有两个输出端。 双端输出从C1 和C2输出。 单端输出从C1或C2 对地输出。,6.2 .1 差动放大电路,即：1=2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb,1静态分析,静态时，vi1=vi2=0， 电路对称，VBE1VBE2VBE，RC1RC2RC，所以，vEVBE，,VCE1VCE2VC1VEVCCIC1RC+VBE 输出电压：VoVC1VC20。,2.抑制零点漂 移的原理:,零漂现象：,输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。,产生零漂的原因：,由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。,特点：变法缓慢 ）漂移信号在直接耦合 放大电路中能逐级放大,差放对零漂抑制作用,原理：因电路对称，IC1=IC2 ，VC1=VC2 所以：VC=（VC1）（VC2）=,差模特性,差放输入为差模信号，即vi1=vi d1, vi 2=vi d2=vi d1,双端输入、双端输出 ；,）差模信号的交流通路 :,由于vi1=-vi 2 ， IB1=-IB2, IC1=-IC2 VE=（IE1IE2）r0 =0 所以r0对差模信号相当于交流 短路 .,RL：因为RL两端的电压：vC1=-vC2, 所以RL中点电位为零，相当于接地，各三极管所带负载为RL的一半，即RL /2。,）差模电压放大倍数：单边等效电路如图,若负载开路，即RL=则：,所以，双端输出时，电路的电压放大倍数等于单边等效电路的电压放大倍数。,)差模输入电阻,为两个单边等效电路的输入电阻之和， 即： RidRid1 + Rid2 = 2Rid12rbe,）差模输出电阻,双端输出时：即：Rod2Rod12RC,）双端输入、单端输出 ：,即：,从T1管取输出.反相输出,单端输出时，电压放大倍数等于单边等效电路电压放大倍数的一半。,从T2管取输出.同相输出,输入电阻Ri：与输出方式无关，Ri 2rbe,输出电阻Ro：RodRod1RC,）单端输入：vi1=vi d，vi2=0，可分解为差模信号和共模信号：,单端输入时与双端输入完全相同的特性。,归纳 ：, 差放电路的各项性能指标（AVd、Rid、Rod）只与输出方式有关，与输入方式无关。 双端输出时，AVdAVd1，Rod= 2Rod1； 单端输出时，AVdAVd1/2，Rod=Rod1。 输入电阻Rid与输入、输出方式都无关Rid=2Rid1。,、共模特性,1）共模信号 的交流通路：,r0 ：i0=iE1+iE2=2iE1， vE=i0 r0 =2iE1 r0 =iE1 （ 2r0 ）,RL :电路对称 vC1=vC2流过RL的共模信号电流为零 .RL对共模信号相当于开路。,得交流通路 :,作业：P.269-T6.1.2，T6.2.2,2)共模电压放大倍数,双端输出 :,因电路的对称: voc=voc1-voc20,单端输出 :,一般:（1+）·2 r0 rbe， 1，,3)共模输入电阻:,4)共模输出电阻 : 双端输出时：ROC=2Roc1=2RC 单端输出时：ROC=Roc1=RC,5)共模抑制比KCMR:,也用分贝（dB）数来表示 :,定义：P.236，KCMR|AVd/AVC|，它是衡量放大器对抑制共模信号的能力的大小。要求KCMR越大越好。集成运放的KCMR至少70dB（103 ）。,双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：,6)、如何提高共模抑制比KCMR 1、简单差放存在的问题 差分电路两边的元器件参数、性能不可能完全一致； 双端输出时，AVC0，才能使KCMR ；如是单端输出，AVC1RL,/（2RE），而工程上又往往要求输出信号有一端接地，即采用是单端输出，简单的差放不能使KCMR ； 2、解决的办法： 只有加大RE。 RE称为射极等效电阻。 在两个差分管的射极处加接“长尾电阻” Re 。当然，Re越大越好。（如P.271T6.2.5、6.2.6） Re太大，不便集成，采用恒流源代替Re。 （如P.271T6.2.3、6.2.7）,例1:电路如右图所示，已知，1=2=50，VCC=VEE=15V，RC=RL=10K，RE=20K, RB=5.1K，求： （1）静态工作点。 （2）双端输出时的差模电压放大倍数AVd、差模输入电阻Rid及输出电阻Rod； （3）当RL接在T1的集电极与地之间时的差模电压放大倍数AVd、共模电压放大倍数AVc及共模抑制比KCMR。 （4）vi1=5mV，vi2=1mV时，求T1管输出时的输出电压vo1,解：1. 静态分析确定静态工作点： 静态时vi1=vi2=0，由基极回路可列出：,因：VEEVBE，（1+）RERB，所以：,画出单边差模信号微变等效电路如图:,双端输出时：, 单端输出时：,画出单边共模信号微变等效电路如图所示：, 当vi1=5mV，vi2=1mV时，,例2：P.271,6.2.3 电路如图题6.2.3所示，Re1Re2100，BJT的100，VBE0.6V，求：（1）Q点（IB1、IC1、VCE1）；（2）当ui10.01V、ui20.01V时，求输出电压uOuO1uO2的值；（3）当C1、C2间接入负载电阻RL5.6k时，求uO的值；（4）求电路的差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric和输出电阻Ro。,解：（1）求Q点： IC1IC2IO/22÷21mA IB1IB2IC/1mA/10010A 静态时： Vi1Vi20 ；VB10；VBE10.6V， VCE1VCCIC1·RC1VBE15V,（2）求输出电压VO rbe200（1）×26IEQ2.8k,uOAVD·uidAVD（ui1ui2）0.87V,（3）求uO,uOAVD·uidAid（ui1ui2）0.29V,（4）求Rid、RiC、RO,Rid2rbe（1）Re122.8（1100）×0.125.8k RiCrbe（1）Re12(1)ro/22ro（1）/2 ro（1）100×（1100）10M RO2RC2×5.611.2k,6.3 集成电路运算放大器,一. 集成运放的总体结构,二. 简单的集成运放,原理电路：,三.集成运算放大器符号（极性及瞬时极性法）,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,三、通用型集成运算放大器××741简介 （P.247图6.3.3）,6.4 集成电路运算放大器的主要参数,为了正确挑选和使用集成运放，必须搞清它的参数的含义。见P.249253。,理想运放（P.253） ： 1、开环差模电压增益AVO； 2、开环差模输入电阻rid； 3、开环输出电阻ro0； 4、共模电压放大倍数Aoc0； 5、共模抑制比KCMR； 6、输入偏置电流II+ II0； 7、失调电压VIO0， 失调电流IIO0 。,理想集成运放的两个重要概念（P.329） ： 1、输入偏置电流IP IN0，没有电流流进运放，运放两输入端间像断