《集成运算放大电路》PPT课件

对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输 出电流io 。即输出阻抗 ro小。
偏置电路：为各级设置合适的静态工作点
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4.1.3 集成运放的电压传输特性
集成运放的符号
uP －
同相输入端：uP、u＋
uN
＋Aod
反相输入端：uN、u
运放的电压传输特性
IC1 IC0 IR IB2
=
IR
IE2
1
=
IR
2IB
1
=I R
2IC1 β(1 β)
2 IC1 2 2 IR
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二、 威尔逊电流源 Wilson Current Source
对基本3管电流源进行改进，使IC1与IR更加接近。 PNP威尔逊电流源
IR IC0 IB2 IC1 IB2
IR
=
VCC
UBE R
（常数）
=
IC
2IB
=
IC
2
IC
2 = IC
IC1
IC=
β 2
β
IR
电路具有温度补偿作用： 温度↑→IC1↑ IC1 ↓
ICO↑→IR↑→UR↑→UB↓→IB↓
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二、比例电流源
希望得到：IC1＝IR。
U BE 0 I E 0 Re0=U BE 1 I E1 Re1
电路中， >>1时：
IC1
IE1
U BE 0 U BE 1 Re
I
U
IS (e UT
1) 正偏 I
U
ISe UT
UBE 0 UBE1 UT ln(I R IC1 )
IC1
UT Re
ln( IR
IC1 )
其中 ，IR
VCC
U BE 0 R
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4.2.2 改进电流源电路
一、加射极输出的电流源 IC1与IR的不同是由于2IB引起的。 加入电流放大电路
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二、按可控性分类
1.可变增益运放 2.选通运放 三、按性能指标分类 1.高精度型
性能特点： 漂移和噪声很低，开环增益和共模抑 制比很高，误差小。（F5037）
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2.低功耗型
性能特点： 静态功耗一般比通用型低 1 ~ 2 个数量 级(不超过毫瓦级)，要求电压很低， 有较高的开环差模增益和共模抑制比。 （TLC2552）
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3. MOS管多路电流源
各MOS管沟道的W/L为S0、S1、S2、S3，则
I D1
S1 S0
ID0
ID2
S2 S0
ID0
ID3
S3 S0
ID0
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例题：
电路如图所示，计算：IR、IC10、IC13。
解：
IR
2VCC
U EB12 R5
U BE 11
0.73mA
OP177:1.5PA/℃.
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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。
VO为0
时：
IIB
1 2
(IB1
IB2 )
IIB↓→ IIO↓，信号源内阻的影响也越小。
7.最大共模输入电压UIcmax
UIC>Uicmax时，运放不能正常工作。
8.最大差模输入电压UIdmax
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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3. 差模输入电阻rid 在输入差模信号时的输入电阻。
转换速率S R
duO / dt max
输入失调电压UIO Input Offset Voltage
输入失调电流IIO
IB1 IB2
输入偏置电流IIB
(IB1 IB2 ) / 2
最大共模输入电压UIcmax KCMR下降
最大差模输入电压UIdmax 差分管击穿
典型值
LM324 A741 MC14573
(rce2
//
rce4
//
RL )
1
rce1
//
rce 2 rbe
//
RL
1
RL rbe
由于镜像电流源的作用，增益是电阻负载的2倍。
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4.3 集成运放简介
4.3.1 双极型集成运放
一、F007电路
分析
1. 偏置电路：
T12、R5和T11产 生基准电流。
T10、T11和R4组成 微电流源；T8和T9 镜象电流源。
T16和T17是复合管组 成的共射放大电路， T13管作这一级的集 电级有源负载。
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4. 输出级：
T14和T18、T19 管组成互补输出级。 T15与R7、R8组成电压源，提供静态偏置。 D1、D2为过流保护电路。
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二、LM324电路
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LM324简化电路(1/4)
常用在A / D 和 D / A 转换器、有源滤波 器、高速采样-保持电路、模拟乘法器和 精度比较器等电路中。（F3554）
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5.高压型
性能特点： 输出电压动态范围大，电源电压高， 功耗大。
6.大功率型
性能特点：可提供较高的输出电压较大的输出电 流，负载上可得到较大的输出功率。
简化等效电路
输出等效电路
rO：输出电阻 Ω数量级
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理想运放
Aod 、 KCMR 、 rid、 fC、 S R …＝
ro 、UIO、 IIB、 IIO 。…＝0
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4.5 集成运放的种类及选择
4.5.1 集成运放的发展概况 4.5.2 集成运放的种类 一、按工作原理分类 1.电压放大型F007、F324 2.电流放大型LM3900、F1900 3.跨导型LM3080、F3080 4.互阻型AD8009、AD8011
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4.3.2 单极型集成运放
MC14573电路
运放实物图片
T1、T2、T7、R：多路电流源 T3、T4、T5、T6：有源负载差分放大 T8：共源放大
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4.4 集成运放性能指标和低频等效电路
4.4.1 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。
=
2
IE2
IE2
1
IE2
I=C
1(122 IB)2(2
IC21 )I
2IC
E 2
1
IC1
2
IE2
2 2 2 1
=
(1 )(2 )
IC2
2 2 IC2 2 2 2 IR
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4.2.3. 多路电流源电路
同时有多路电流输出。
1. 基于比例电流源
当Re0、Re1差别不太大时： U BE 0 U BE1 0.7V
Ie1Re1 Ie0Re0
较大 IC 1
Re 0 Re1
IR
由于Re0、Re1的存在，IC1的稳定性比镜像电流源好。
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三、微电流源 Widlar current mirror
希望得到：很小的IC1(A级)。而R又不能太大，前面的电流源电路不适用。
T12和T13管电流源作 为中间级的有源负载、 并为输出级提供偏置。
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2. 输入电路：
T1 、T2和 T3 、T4管 组成共集一共基复合 差动输入电路。
T5 、T6 、T7 和R1 、 R2 、R3组成镜象电流 源，作为差动输入级 的有源负载，可以提 高输入级的增益。
3. 中间级：
105
80 dB 1.3 MHz 0.4 V /s 2 mV 30 nA 150 nA VCC－1.5 32 V
2105 2 M 90
0.5 1 20 80 VCC 30
3 104
80 1.4 2.5 5 0.2 1 VCC－2
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4.4.2 集成运放的低频等效利用场效应管组成差分输入级，输 入电阻高达 1012 。
高阻型运放可用在测量放大器、采样-保持 电路、带通滤波器、模拟调节器以及某些 信号源内阻很高的电路中。（F3130）
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4.高速型
性能特点： 大信号工作状态下具有优良的频率特性， 转换速率可达每微秒几十至几百伏，甚至 高达 1 000 V/s，单位增益带宽可达 10 MHz，甚至几百兆欧。
各BJT的UBE近似相等，有：
I E 0 Re0 I E1 Re1 I E 2 Re2 I E 3 Re3
2. 基于多集电极三极管
各集电极的面积为S0、S1、S2，有：
IC1
S1 S0
IC0
IC2
S2 S0
IC0
IR
VCC
U BE R
IB IC0
(S0
S1
S0
S2 )
IC0
IC0
5．在集成电路中，NPN管都做成纵向管，大；PNP管都做成横向 管，小而PN结耐压高。NPN管和PNP管无法配对使用。对PNP管， 和 (+1)差别大，IB往往不能忽略。