模电童诗白清华第四版课件-第14讲--集成运算电路
45页1、多级放大电路,差分放大电路,直接耦合互补输出级,第一级,末级,集成运算放大电路,集成电路的发展历程,4.1 集成运算放大电路概述,4.1.1 集成电路的结构特点,1 集成,采用一定的制造工艺,将晶体管、二极管、电阻、电容等许多元件构成的完整的电路制作在同一半导体基片上,加以封装。,2 大规模集成电路,硅片的面积只有几十平方毫米,一个集成块内包含有一千个以上元器件,运算放大器外形图,相邻元件具有良好的对称性,受环境温度等影响的变化相同,差分放大电路,允许采用复杂的电路形式以提高各方面性能。,集成运放的体积越来越小,功能却越来越强,采用复合管,3 集成电路的特点,硅片上不能制作大电容,直接耦合方式,硅片上不能制作高阻值电阻,用有源元件(晶体管或场效应管)取代电阻。,4 理想运算放大器,开环电压放大倍数,Auo,差模输入电阻,Rid,开环输出电阻,Ro0,高性能:高输入电阻,低输出电阻,高差模放大倍数,能较好抑制温漂的差分放大电路。, 集成运算放大电路是一个高性能的直接耦合放大电路。,4.1.2 集成运算放大电路的组成及各部分的作用,输入级:前置级,多采用差分放大电路。要求Ri大,Ad大,
2、Ac小,输入端耐压高。 中间级:主放大级,多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。 输出级:功率级,多采用准互补输出级。要求Ro小,最大不失真输出电压尽可能大。 偏置电路:为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。,4.1.3 集成运放的电压传输特性,1 集成运放的符号,集成运放有同相输入端和反相输入端。,Up:输入电压与输出电压同相,为同相输入端。,UN:输入电压与输出电压反相,为反相输入端。,ui=up-uN,线性区,uo=Aod(uP-uN),饱和区,uo=UOM,由于Aod高达几十万倍,所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。,两个输入端加入微小的电压,输出电压都将超出其线性范围,达到UOM,所以必须引入负反馈才能保证集成运放工作在线性区。,2 电压传输特性 uO=f(uP-uN),运算放大器工作在线性区时,分析依据:,(1)由于运算放大器的差模输入电阻rid ,可认为两个输入端的输入电流为零。即:,uo=Auo(u+-u-),虚短路,(2)由于运算放大器的开环电压放大倍数Auo 而输出电压是一个有限的数值,即:,T0、T1两只
3、管子 特性完全相同,UBE0=UBE1,IB0=IB1,IC0=IC1,IR=IC0+2IB,IB0=IB1=IB,IC0=IC1=IC,4.2 集成运放中的电流源电路,4.2.1 基本电流源电路(1) 镜像电流源,IC0,IC1呈镜像关系, 此电路为镜像电流源。,电阻R中的电流IR为基准电流,在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。,电路中有负反馈吗?有,见P189,基准电流,若较小,只有几到十几倍,若2,若=10,问题2:CC一定,如何改变输出电流IC1?,IC1IR,IR ,电阻的功耗增大,要增大IC1,要减小IC1,增大电阻R,不利于集成化,问题1:晶体管构成的电流源是否具有温度稳定性?,较小,可采用改进型的电流源,UBE0+IE0Re0= UBE1+IE1Re1,UBE0UBE1,IE0Re0 IE1Re1,右边电路:IC1IE1,左边电路:IRIC0IE0,(2) 比例电流源,首先求出基准电流,输出电流IC与IR成比例,可大于或小于IR,克服了镜像电流源的缺点。,REO、RE1是电流反馈电阻,IC1具有温度稳定性,IB0+IB1,(3) 微电流源,集成运放输入级
4、放大管的集电极静态电流很小,又不能用大电阻,可以采用微电流源。,将比例电流源中的Re0减小到0.,IC1IE1,IC0,利用图解法或累试法求解,超越方程,IRIC0IE0,T0、T1、T2三只管子特性完全相同,IB0=IB1=IB,IC0=IC1=IC,IE2=2IB=(+1)IB2,4.2.2 改进型电流源电路,一、加射极输出器的电流源,加装T2且从发射集引出,说明即使很小,IC1趋向于IR,二、威尔逊电流源,T0、T1、T2三只管子特性完全相同,T1的c-e串联在T2的发射极,作为与典型工作点稳定电路重的Re,因很大,可使IC2高度稳定。,UBE0UBE1UBE2UBE3 因为UBE相差不多,UBE0+IE0Re0= UBE1+IE1Re1= UBE2+IE2Re2= UBE3+IE3Re3,IE0Re0IE1Re1IE2Re2IE3Re3,4.2.4多路电流源,1 基于比例电流源的多路电流源,可根据所需静态电流,来选取发射极电阻的数值。,2 多集电极管构成的多路电流源,注意:基极电流一定时,集电极电流之比等于他们的集电区面积之比。T多为横向PNP型管。,3 MOS管多路电流源,根
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