第四章 集成运算放大电路

在输入差模信号时的输入电阻。
rid
U Id II
rid 越大从信号源索取的电流越小
F007:大于2MΩ； OP177:大于45MΩ； 单极性:大于106。
4.输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT
UIO是使输出电压为零时 在输入端所加的补偿电压。
UIO
UO UI 0 Aod
反映UBE的失配
F007:2～ 10mV,OP177:4
4
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
符号：
电压传输特性：
uo f (uP uN )
5
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
线性区： uo Aod (u P u N )
Aod—差模开环放大倍数
非线性区：
u
只有两种可能
o
:
UOM或
UOM
6
§4-2．集成运放中的电流源电路
典型产品：uA741;F007 第三代：输入级采用了超β管，版图设计上考虑了热效应的影响 。
典型产品：AD508;F1556
第四代：采用了斩波稳零和动态稳零技术。
典型产品：
HA2900;5G76
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31
§4-5．集成运放的种类及选择
二、集成运放的种类 1.按工作原理分类 电压放大型、电流放大型、跨导型、互阻型 2.按可控性分类 可变增益运放、选通控制运放 3.按性能指标分类 高阻型、高速型、高精度型、低功耗型等
第四章 集成运算放大电路
主要内容： §4-1．集成运算放大电路概述 §4-2．集成运放中的电流源电路 §4-3．集成运放电路简介 §4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路 §4-5．集成运放的种类及选择 §4-6．集成运放的使用
1
§4-1．集成运算放大电路概述
集成电路： 采用专门的制造工艺，将元、器件及连线组成的 完整电路制作在一块基片上，并完成特定的 功能。
dUIO/dT是UuIVO 的。温度系数， 是衡量运放温漂的重要参数。
低漂移<1uV/℃, 超低漂移<0.1～0.05 uV/℃.
F007:20～
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§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
5.输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT
IIO IB1 IB2
反映输入电流不对称程度
F007:50～100uV, OP177:0.3uV 。 dIIO/dT是IIO 的温度系数， 是衡量运放温漂的重要参数。
若RL (rce1 rce2 ),则
Au
1R L R b rbe1
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§4-2．集成运放中的电流源电路
2. 有源负载差分放大电路
io ic4 ic2 ic1 (ic1) 2ic1
单位增益作用：
单端输出
双端输出
Au
1R L rbe1
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§4-3．集成运放电路简介
一、双极型 集成运放
6.输入偏置电流IIB
IIB 是输入差放管的 基极偏置电流的平均值。
IIB
1 2
(IB1
IB2 )
IIB↓→ IIO↓， 信号源内阻的影响也越小。
OP177:1.5PA/℃.
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§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
7.最大共模输入电压UIcmax UIC>Uicmax时， 运放不能正常工作。
F007 简介
18
§4-3．集成运放电路简介
F007简介
输入级 T1—T4：CC-CB差动放大
（输入电阻大，频响好，克服温漂。） T5—T7：有源负载
（单位增益作用） Rw: 外接调零电位器
（调节输入级对称）
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§4-3．集成运放电路简介
F007简介 中间级 T16、T17：复合管共射放大
（ri2↑→Au1d ↑ ,C改善频率特性） T13：有源负载
由上电路 因为Re0=0
IC1
R e0 R e1
IR
UT R e1
ln
IR IC1
IC1
UT Re
ln
IR IC1
其中
IR
VCC
UBE0 R
10
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 1.加射级输出器的电流源
IC1 IC0 IR IB2
IR
IE2 1
IR
2IB1 1
IR
2IC1 (1 )
集成放大电路：高增益的直接耦合放大电路 问世最早，应用最广泛。 最初多用于各种模拟信号的运算
故称： 集成运算放大电路，简称集成运放。2Βιβλιοθήκη §4-1．集成运算放大电路概述
一、集成运放的电路结构特点 1.直接耦合 （硅片上不能做大电容） 2.差动放大作输入级 （克服温漂） 3.采用电流源 （偏置—提供稳定的电流 ；有源负载代替大电阻） 4.采用复合管 （不同类型管性能差异大）
Aod
u o (uP uN )
常用分贝：20lg Aod
60～180 dB ,F007:100dB左右。
2.共模抑制比KCMR
K CMR
Aod Aoc
常用分贝：20 lg KCMR
80～180 dB ,F007:80dB左右。
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§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
3. 差模输入电阻rid
8.最大差模输入电压UIdmax UIdmax是不至于使PN结反向击 穿所允许的最大差模输入电压。
9.-3dB带宽fH
fH是使Aod下降3dB时的信号频 率。
FOO7:7Hz 10.单位增益带宽fc fc是使Aod下降到零分贝时的信号频率。
FOO7:± 30 V
理想运放： Aod 、KCMR、rid、fH等均为∞， UIO、dUIO/dT、IIO、dIIO/dT 、IIB等均为 0。
一、基本电流源电路 1.镜像电流源
T1、T0特性完全相同 由于：T1、T0基-射回路对称
所以： IB1=IB0=IB → IC1=IC0=IC
又：IR
VCC UBE R
IC 2IB
IC
2
IC
IC
2
IR
当
2时，IC1
IR
VCC
UBE R
温度特性好
7
§4-2．集成运放中的电流源电路
一、基本电流源电路 1.镜像电流源
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§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏置电路
T12、R5、T11：主偏置
Im
2VCC
UEB12 R5
UBE11
0.73mA
T10、T11：微电流源 T8、T9：镜象电流源
（输入级偏置）
T12、T13：镜象电流源 （输出级偏置的一部分；中间级的有源负载。）
22
§4-3．集成运放电路简介
28
§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
二、集成运放的低频等效电路
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§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
仅研究对输入信号的放大问题：
30
§4-5．集成运放的种类及选择
一、集成运放的发展 经历了四代： 第一代：基本沿用了分立元件放大电路的设计思想。
典型产品：uA709;F003 第二代：普遍采用了有源负载。
（ Au2 ↑）
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§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输出级
T14、T18、T19：准互补输出电 路（对称性好）
R7、R8、T15：UBE倍增电路 （克服交越失真）
D1、D2：过流保护 正常时，D1、D2截止。
IO UR9 D1导通 IB14 IC14
IO UR10 D2导通 IB18 IC18、19
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§4-1．集成运算放大电路概述
二、集成运放电路的组成及其作用
组成：
各部分的作用：
1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用差动放大。
2.中间级：Au↑，多采用有源负载的 共射复合管放大。
3.输出级：UOM↑，RO↓，多采用 互补对称输出电路。
4.偏置电路：提供各级Q点， 采用电流源电路。
温度补偿作用： 温度↑→IC1↑ IC1 ↓
ICO↑→IR↑→UR↑→UB↓→IB↓ 问题：若IC1↓→R↑
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§4-2．集成运放中的电流源电路
2.比例电流源
IR
VCC UBE0 R Re0
由电路： UBE0 IE0R e0 UBE1 IE1R e1
又：
U BE
UT
ln
IE IS
所以：
U BE 0
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§4-3．集成运放电路简介
二、单极型集成运放
T3、T4：共源差放 T5、T6：差放的有源负载
T8：共源放大 T7：T8的有源负载 T1、T2：输入偏置
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§4-4．集成运放的性能指标及低频等效电路
一、集成运放的主要性能指标
1.开环差模增益Aod
在集成运放无外加反馈时差模放大倍数称为开环差模增益。
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§4-5．集成运放的种类及选择
三、运放的选择 了解类型、掌握参数是前提。 依据： 1.信号源的性质 2.负载的性质 3.精度的要求 4.环境条件
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§4-6．集成运放的使用
一、使用时必做的工作 1.辨认管脚 2.测试判断好坏 3.调零 4.消除自激振荡
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U BE1
UT
ln
IE0 I E1
得：
IE1R e1
IE0R e0
UT
ln
IE0 I E1
当 2时，IC0 IE0 IR , IC1 IE1
得：
IC1
R e0 R e1
IR
UT R e1
ln
IR IC1
在一定条件下
IC1
R e0 R e1
IR
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§4-2．集成运放中的电流源电路
3.微电流源
IC1 1
IR 2
IR
(1 )
Re2的作用：增大IE2，提高β。
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§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源
工作点稳定，输出电阻大。
IC2
(1
2
2 2
2
)I
R
IR
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§4-2．集成运放中的电流源电路
三、多路电流源电路
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§4-2．集成运放中的电流源电路
四、以电流源为有源负载的放大电路
1. 有源负载共射放大电路
基准电流：
IR
VCC
UEB3 R
空载时：
ICQ1
IC2
2
IR
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§4-2．集成运放中的电流源电路
1. 有源负载共射放大电路
交流等效电路
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§4-2．集成运放中的电流源电路
1. 有源负载共射放大电路 交流等效电路
Au
1(rce1 Rb
rce2 R L ) rbe1