电路与电子学基础 教学课件 ppt 作者 陈利永 第八章
47页1、第八章 集成运算放大器和信号处理电路,学习要点: 1.各种类型的运算放大器。 2.模拟乘法器在调制-解调电路中的应用。 3.有源滤波器的分析和画波特图的方法。,8.1 概述 半导体器件制造工艺可以实现将分立元件组成的完整电路制作在同一块硅片上而形成集成电路。 早期的集成电路主要用在实施模拟信号的运算上,故常称为集成运放。,8.1.1 集成运放电路的特点,(1)因为硅片上不可能制作大电容,所以集成运放的耦合方式均采用直接耦合,在需要大容量电容和高阻值电阻的场合,采用外接法。,(2)因为集成电路内部相邻的元件具有良好的对称性,它们在受到各种因素影响时变化的趋势相同。为了消除这些变化的影响,在集成电路中大量采用差动放大器作为输入电路。,(3)因为在硅片上制作三极管比制作电阻更容易, 所以在集成电路中大量采用恒流源电路作为放大器的偏置电路,在需要大电阻的场合也是采用外接法。,(4)集成电路内部放大器所用的晶体管通常采用复合管结构来改善性能。,8.1.2 集成运放电路的组成框图 1集成运放的组成框图,(1)输入级 集成运放的输入级又称为前置级,它通常是由个高性能的双端输入差动放大器组成。一般要求
2、该放大器的输入电阻高,差模电压放大倍数大,共模抑制比大,静态电流小。集成运放输入级性能的好坏,直接影响集成运放的性能参数。,(2)中间级 中间级是整个集成运放的主放大器,其性能的好坏,直接影响集成运放的放大倍数。在集成运放中,通常采用复合管的共发射极电路作为中间级电路。,(3)输出级 输出级电路直接影响集成运放输出信号的动态范围和带负载的能力,为了提高集成运放输出信号的动态范围和带负载的能力,输出级通常采用互补对称的输出电路,(4)偏置电路 偏置电路是用于设置集成运放内部各级电路的静态工作点,通常采用恒流源电路,为集成运放内部的各级电路,提供合适又稳定的静态工作点电流。,8.2 电流源电路 8.2.1 基本电流源电路 1镜像电流源电路 在集成电路的制作工艺中,为放大管提供合适的静态工作点及提高放大器的放大倍数的电路是恒流源和有源负载电路。,在2的条件下,当Vcc和R的数值确定之后,三极管VT0的集电极电流有确定的值IR。因电路的对称性,三极管VT1集电极的电流与三极管VT0集电极的电流成镜像关系,也随着有确定的值Ic。,2比例电流源电路,3多路电流源电路,8.2.2 以电流源为有源负载
3、的放大器,放大器的电压放大倍数与Rc或Rd成正比。要提高放大器的电压放大倍数,在和保持不变的情况下,必须加大Rc或Rd的阻值。,利用电流源作有源负载,可实现在电源电压不变的情况下,使放大器获得合适的静态工作点电流;对交流信号而言,又可以得到很大的等效电阻rce或rds来替代Rc或Rd。利用电流源为有源负载的差动放大电路如图所示。 图中的三极管VT1和VT2组成差 动放大器;三极管VT3、VT4和VT5组成电流源电路为差动放大器提供合适的静态工作点电流;VT6和VT7组成差动放大器的有源负载,该电路既可使差动放大器有合适的静态工作点电流,对交流信号而言又有很大的等效电阻rce,以替代原电路中的Rc,获得很大的电压放大倍数。,8.3 集成运放电路简介和理想运放的参数 8.3.1 集成运放电路简介,集成运放有两个输入端“u -”和“u +”,一个输出端“uo”。两个输入端分别称为反相输入端和同相输入端,通常也用字母“n”和“p”来表示。信号从反相输入端输入时,输出信号与输入信号反相;信号从同相输入端输入时,输出信号与输入信号同相。在运放的符号中,左边的“-”为反相输入端,“+”为同相输入端,
4、右边的“+”号为输出端,符号中的“”表示理想运放的开环差模电压放大倍数为无穷大。,8.3.2 集成运放电路的主要参数,1输入失调电压VIO(输入补偿电压) 在集成电路的输入端所加的补偿电压就称为输入失调电压,该电压的值一般为几毫伏。输入失调电压的值越小,集成运放的性能越好。,2输入失调电流IIO(输入补偿电流) 集成运放在输入电压为零时,流入放大器两个输入端的静态基极电流之差称为输入失调电流IIO。,3输入偏置电流IIB 输入电压为零时,两个输入端静态电流的平均值称为运放的输入偏置电流。,4开环差模电压放大倍数Aod 开环差模电压放大倍数Aod指的是运放在没有外接反馈电路时本身的差模电压放大倍数。,5最大输出电压UOPP(输出峰-峰电压) 最大输出电压是指输出不失真时的最大输出电压值。,6最大共模输入电压UICmax 运放在工作时共模信号输入的最大值 7共模抑制比KCMR 集成运放开环差模电压放大倍数与开环共模电压放大倍数之比就是集成运放的共模抑制比KCMR。KCMR常用分贝来表示。,8.3.4 理想运放电路在不同工作区的特征 1理想运放电路在线性工作区的特点 当集成运放电路工作在线性
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