12第4章 集成运放--概述及电流源电路

模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲：赵建辉第四章集成运算放大电路(1.概述+电流源电路)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典型集成运算放大电路简介4.4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集成运放的使用第4章集成运算放大电路本节课内容4.集成运放重点：原理及组成分析难点：1.电流源电路2.组成3.主要性能指标重点难点问题提出1.什么是集成运算放大电路(集成运放)?--分立/集成,集成取代分立元件电路2.为何要集成?--提高性能,减小体积,降低功耗,降低成本,方便应用3.如何集成--标准单元电路4.1集成运算放大电路概述集成运算放大电路(集成运放):半导体加工工艺+单元电路+封状特定功能。如：和/差/乘/除/积分/微分/其它特殊功能。1.直接耦合—大电容、变压器不易集成（100P易集成）2.差分输入—共模抑制比大3.电流源偏置/有源负载—利于集成，性能好4.电路形式复杂—换取性能5.有源器件取代电阻—大、小电阻不易集成中电阻易于集成（几十-几百k）4.4.1集成运放结构特点与分立元件电路比较：目标：简化工艺，提高性能，特殊功能４.１.2集成运放电路组成与作用差分前置级：提高Ri，KCMR零漂要小输入级中间级输出级偏置电路共射（漏）：提高Au（恒流源负载）互补对称输出：减小Ro(带载）非线形失真小电流源电路：代替电阻偏压稳定工作点Q，提高稳定性集成运算放大电路封装：UEE+UCCu+uou–反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS集成运放内部原理框图：输入级中间级输出级与uo反相与uo同相)(PodoNuuAu集成运放符号４.１.３集成运放电压传输特性upuN同相输入端反相输入端+-Aoduo电压传输特性等效：双端输入，单端输出，高输入电阻，低输出电阻，高差模放大倍数，低共模放大倍数，KCMR很大。饱和区饱和区斜率：放大倍数Aod=１０５正电源负电源uiuo理想特性实际特性＋UoHOUoL非线性区线性区非线性区ri大:几十k几百k运放的特点：KCMRR很大ro小：几十几百Ao很大:104107理想运放：riKCMMRRro0Ao运放符号：＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAo国际符号国内符号４.2集成运中的电流源电路集成运算放大电路中为何使用电流源电路？1.静态偏置：提供IC,稳定工作点Q,“静态”电阻小。2.有源负载：提高放大倍数动态电阻大（等效负载阻值大）。４.2.1基本电流源电路一、镜像电流源（CurrentMirror）Ic1与IR保持镜像关系CCCIII10IB0IB1RIREFT0IC0+VCCIoIC1T1RCII21BBBIII10RUVIIIBEQccCCR2REFCII12镜像电流源的温度补偿作用IB0IB1RIREFT0IC0+VCCIoIC1T1RIREFV0ID0IoID1V1+VCC温度IC1IC1IC0IRURUBIB镜像电流源特性1.恒流特性：REFIC1C2=IIRV7.0CC无论Rc的值如何，IC2的电流值将保持不变。（VCC太小例外！）恒流特性输出电阻2.输出电阻大：2TTo=cerIVRRo一般在几百千欧以上二、比例电流源IE0T0IREF+VCCT1IE1Re0Re1RIC1IC0IB0IB1IB0+IB1改进：镜像比例关系Re电流反馈（稳定）1E1EE0E0RIRIR10C1IRRIEE比例关系0REBEQCCRRUVI三、微电流源改进：比例电流源中Re0=0输入级微电流偏置，Q点低，提高输入电阻rb’e=（26mv/IE）110E1C1EBEBERUUIIRUVIBECC0R微电流源T0IREF+VCCT1IE1R2RIo+UBE0--UBE1+IC0IC1IB0+IB1IB0IB11C1lnCRETIIRUI超越方程试凑求解uA级低Q点，Ri大４.2.2改进型（实用）电流源一、改进镜像电流源（降低对β2的需求）IB0IB1RIREFT0IC0+VCCIoIC1T1RCII21REFCII12IB1IB2RIREFT0IC0+VCCIoIC1T1IB3T3IE3RCII2221REFCII122二、“威尔逊”电流源改进：镜像电流源作为T2射极Re稳定电流（电流反馈）RR22C2222III保持比例关系CCBCIIIII22E2IC0IRRIC2IE2IC1T1T0IB22IBIB0IB1T2BAT2的有源负载思路：IC2与IR的关系。2102ECCCIIII22C2BEIII2RBCIII2C2ERCIIII两种“威尔逊”电流源IC0IRBVCCRIC2IE2IC1T1T0IB22IBIB0IB1T2ARVCCIC2IE2IC1T1T0IC0IRIB22IBIB0IB1T2BA接NPN型的c极PNP型的e极接NPN型的e极PNP型的c极４.2.3多路电流源提供多路偏流（比例）44332211EEEEEEEERIRIRIRIRIREFV1＋UCCIC2R1V0R2R3R4IC3V2V3V4IC4IE1IE2IE3IE4基极电位相同：横向PNP多集电极管--电流源221100///SISISICCCIRVCCIC2IC1IBIC0横向PNP管，IB一定，IC正比于集电区面积例：电流源分析522RUVIBEQCCRT11T10IRVCCR5IC13T13T12IC10R4-VCCIC12镜向电流源微电流源思路：基准电流IR计算RCCIII2121310410lnCRTCIIRUI４.2.4电流源作为有源负载放大电路121)////(bebLceceurRRrrA一、有源负载共射放大电路iUbIbIoUiRoR+-Rbrbe1rce1rce2RL+-VCCRLIRT3T2uIIC2RRb+-IC1rce2+-恒流偏置与放大是否矛盾？等效负载电阻变大！1)(bebLurRRA全部流向负载，Au最大V1V2iC2iC1iC3＋UCCV4V3iC4＋－uidI－UEEioRL＋－uo二、有源负载差分放大电路静态分析：2/21IIIEE2/21IIICCC143IIICC024CCOIIi动态分析：1111122bebeBCIOiurriiuiAOIiu)(24LceceIOIOuRrruiuuA11beLurRA1)//(21beLCurRRA为何差1/23.3.164.2.18同双端作业P2024.24.44.7-4.9