电子技术培训课件 ch5

第五章集成运算放大器5.1零点漂移5.2电流源电路5.3差分放大电路5.4集成运算放大器介绍本章重点：1、集成电路的组成及特点。2、偏置电路--电流源电路的原理与作用。3、差分放大电路的组态、分析与定性计算。4、集成运放电路的性能指标及应用。集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。什么是集成运算放大器？5.1直耦放大电路的特殊问题——零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。+++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEEuo0t例如100,=u1A若输出有1V的漂移电压。则等效输入有100uV的漂移电压假设第一级是关键100=u2A3.减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路等效100uV漂移1V+++—-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEE10000=uA1.基本镜像电流源基准电流：BE1BE2=UUREFIE1E2=IIC1C2=II无论T2的负载如何变化，IC2的电流值将保持不变。5.2电流源电路CCBER=VUIRRVCC因为：所以：+RTIIC11VTR2CCIC2IB25.2.1镜像电流源2.多路镜像电流源图5-3多路镜像电流源REFIT1CI2CI3CI（b）多集电极电流源REFI1T1CI2CI2TCNINTT（a）多路镜像电流源电路5.2.2.微电流源和比例电流源e2BE2BE1RUUE2C2IIe2BERU（1）电流小（因为△UBE小）。+RII2CCRC2TIV1TC1IRe2E2微电流源的特点：（2）电流稳定（电流负反馈）1.微电流源2..比例电流源CCVRREFI1T1CIBI22T2ER2EI20CII1ER1EI图5-6比例电流源电路两个管子的相差不大即BEV2211EEEERIRIREFEEEEIIRRII021125.2.3威尔逊电流源CCVRREFI1T1CIBI22T20CII3T3BI1EI2CIor（a）NPN管电路CCVRREFI1T1CI2T3T3EI3CI（b）PNP管电路图5-7威尔逊电流源电路（1）动态内阻比较大威尔逊电流源的特点：（2）电流稳定（电流负反馈）133BECIII1CI（REFI33CBII（一定）5.2.4有源负载电路图5-8有源负载共射极放大电路0TivovCCV1CIor（b）等效电路CCVRREFI1T1CI2T0T（a）共射极放大电路ivov图5-9有源负载共集极放大电路0TivovVVCC151CIor（b）等效电路0EIVVCC15VVEE151T0EI2T0T（a）共集放大电路ivov5.3差分式放大电路结构:对称性结构即：1=2=UBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV5.3.1基本差分放大电路为什么对称结构?一、抑制零漂的原理Uo=UC1-UC2=0当ui1=ui2=0时，当温度变化时：UC1=UC2设Tic1,ic2uc1,uc2uo=uc1-uc2=0+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVRe的作用?2021/1/21.差动放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。单端输入——仅从一个输入端对地加信号。2.差动放大电路可以有两个输出端。双端输出——从C1和C2输出。单端输出——从C1或C2对地输出。二.几个基本概念-++-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRc－cV+i2u－ui1uo13.差模信号与共模信号i2i1id=uuu差模信号：)(21=i2i1icuuu共模信号：idodud=uuA差模电压增益：icocuc=uuA共模电压增益：总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuuucudCMR=AAK4.共模抑制比+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVeEERe)(7.0=RVVI0=i2i1uu忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0VReCC2C121=IIIICE2CE1=UU)7.0(CCCCRIVCB1B1III+_+_++－－VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV三.基本工作原理1.静态工作点的计算：(1)加入差模信号ui1=-ui2=uid/2，２.电路的动态分析所以，Re对差模信号相当于短路。若ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2IRe不变UE不变uic=0。++_---RRT+RbTCC1REEueb2VRc－cV+i2u－ui1oidu2idu2-IReEo2u++uo1LR--+-2+REidb2TuTi1idb－－1RRucc+i22uRu-uEu++o1ouo2beLcd)2//(rRRRAbu差模电压放大倍数：因为ui1=-ui2设ui1,ui2uo1,uo2。电路对称│uo1│=│uo2│uo=uo1–uo2=2uo1差模电压放大倍数2i1iOduuuuA1iO122uu1iO1uu--+-2+REidb2TuTi1idb－－1RRucc+i22uRu-uEu++o1ouo2++++ibβberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR(2)加入共模信号ui1=ui2=uic，uid=0。设ui1，ui2uo1，uo2。因ui1=ui2，uo1=uo2uo=0(理想化)。共模电压放大倍数0ucA-+--_+uueuR1CCRETo1RL+i2uic+cuRobT+RebI2－RVVo2－cR+i1uEEicu共模输入时交流通路？ico1icocuc=uuuuAebebL2)1('=RrRReL2'RR单端输出时共模放大倍数：uucic+－b－1u－Ricci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2++++βi-RbeuLuRR++r-bo1CbbiicciRe2差模输入电阻beid2rRRb--+-2+REidb2TuTi1idb－－1RRucc+i22uRu-uEu++o1ouo2(３)输入输出电阻共模输入电阻uucic+－b－1u－Ricci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2ibe1[(1)2]2cbeRRrR双端输出电阻oc2RR单端输出电阻ocRR【例5-1】在下图中，已知三极管的的滑动端处于中点，，试估算：（1）静态工作点；（2）差模电压放大倍数；（3）差模输入电阻。T1T2cRReRWRoVEEVCCVLRcRR1IV2IV100Krbe3.1015CCEEVVVKRc36KRe27KR7.2100WRWRKRL18解（1）静态时，电路完全对称，交流输入信号为零．0BVV0.7EVV0.52BEQWEQeEQEEVRIRIV/2.6BQCQIIA0.26CQEQIImAVRIVVCCQCCCQ64.55.64(0.7)6.34CECEVVVV)21)(1('WbeLdRrRRAKRRRLcL2.75.0//'4005.01013.107.22.7100dA]21)1([2WbeidRrRRK]05.01013.107.2[2K6.3（2）（3）T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。+u-u_ou+ic2c4ic3ic1iIEECCVVEEui1i2uic2RLT12TT34T5.3.2三极管有源负载差分放大电路5.4集成运放简介5.4.1集成运放的总体结构uuu电压放大级输出级偏置电路uo+差动输入级uu-简单的集成运放+++++T1Rc1sIRc2c3R2T4T5T3TVCC+EEV-u-u+ou反相输入端同相输入端输入级中间级输出级原理电路：＋－u-－u+uo集成运算放大器符号国际符号：国内符号：集成运放的特点：•电压增益高•输入电阻大•输出电阻小反相输入端同相输入端输出端VVVo+∞+－A+-uuu5.4.2集成运算放大器的主要参数一、极限工作参数1.最大差模输入电压Uidmax运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。2.最大共模输入电压Vicmax在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。3.最大输出电流IOmax运放所能输出的最大峰值电流，手册上常用输出短路电流IOS表示。4.最大允许功耗PD当输入信号为零时，运算放大器消耗的总功率。1.输入失调电UIO输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。2.输入失调电压温漂dUIO/dT在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。二、性能参数4.输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。3.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。2B1BIB21III2B1BIOIII5.输入失调电流温漂dIIO/DT:在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。8.开环差模电压放大倍数Aod：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。9.差模输入电阻rid：双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。10.共模抑制比KCMR：KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。UUUAood11.－3dB带宽fH：运放的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽fH。12.转换速率SR(压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为maxoRddtuS5.4.3通用型集成运放F00717_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置电路输入级中间级输出级分析：1.偏置电路：T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：51BE112BEEECCREF)(RUUVVI其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。T12和T13管构成多支