清华大学：《模拟电子技术基础》课程教学资源（华成英第四版PPT课件讲稿）第四章 集成运算放大电路

堂學单 第四章集成适算放大电路

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 第四章 集成运算放大电路

第四章集成运算放大电路 §41概述 §4.2集成运放中的电流源 §4.3集成运放的电路分析及其性能指标 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 第四章 集成运算放大电路 §4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 集成运放的电路分析及其性能指标

§41概述 集成运放的特点 集成运放电路的组成 、集成运放的电压传输特性 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn §4.1 概述 一、集成运放的特点 二、集成运放电路的组成 三、集成运放的电压传输特性

集成运放的特点 集成运算放大电路,简称集成运放,是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算,故而得名。 (1)直接耦合方式,充分利用管子性能良好的一致性采用 差分放大电路和电流源电路 (2)用复杂电路实现高性能的放大电路,因为电路的复杂 化并不带来工艺的复杂性。 (3)用有源元件替代无源元件,如用晶体管取代难于制作 的大电阻。 (4)采用复合管。 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 一、集成运放的特点 （1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用 差分放大电路和电流源电路。 （2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂 化并不带来工艺的复杂性。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作 的大电阻。 （4）采用复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接 耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名

集成运放电路的组成 两个 输入级 中间级 输出级 输入端|2N 个 输出端 偏置电路 同相输入端 反相输入端 若将集成运放看成为一个“黑盒子”,则可等效为一个 双端输入、单端输出的差分放大电路。 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 二、集成运放电路的组成 两个 输入端 一个 输出端 若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个 双端输入、单端输出的差分放大电路

集成运放电路四个组成部分的作用 偏置电路:为各 输入级上中间级输出级。级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 偏置电路 电路。 输入级:前置级,多采用差分放大电路。要求R大,Aa 大,A小,输入端耐压高。 中间级:主放大级,多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级:功率级,多采用准互补输出级。要求R小,最 大不失真输出电压尽可能大。 几代产品中输入级的变化最大 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 集成运放电路四个组成部分的作用 输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad 大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够 的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最 大不失真输出电压尽可能大。 偏置电路：为各 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。 几代产品中输入级的变化最大！

三、集成运放的电压传输特性 同相输入端 "o了fup-)“ 反相输入端 在线性区: 非线 o=Ao od(pU 性区 A。d是开环差模放大倍数。 由于A0d高达几十万倍,所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(P-的数值仅为几十~一百多微伏。 (up-)的数值大于一定值时,集成运放的输出不是 UoM,就是一UoM,即集成运放工作在非线性区。 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 三、集成运放的电压传输特性 由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。 在线性区： uO＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。 非线 性区 (uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM , 就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。 uO=f(uP -uN)

§42集成运放中的电流源 、镜像电流源 微电流源 多路电流源 有源负载 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn §4.2 集成运放中的电流源 一、镜像电流源 二、微电流源 三、多路电流源 四、有源负载

羊大学 镜像电流源 在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性, T和T1特性完全相同。 基准电流 R CC BE )/R R BEl BEO BI CO C TI 2/ lo toot CO B 0 BI C B B C 电路中有负反 B+2 R 馈吗? 若B>>2,则≈l 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 一、镜像电流源 T0 和 T1 特性完全相同。 BE1 BE0 B1 B0 U =U ，I = I  C R C0 B0 B1 C 2I I = I + I + I = I + 2 C R 若  ，则I  I 在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。 电路中有负反 馈吗？ 基准电流 I R = (VCC −UBE ) R C R 2 I I + =   C1 C0 C I = I = I

微电流源 要求提供很小的静态电流,又不能用大电阻。 + El (UBEO-UBED/R El T BEO -U U_ In-E0 R R Cl 超越 ≈Ico≈R BEO 方程 R 设计过程很简单,首先确定E0和L1,然后选定R和R°圄□ 华成英nchar@tsinghua.edu.cn

华成英 hchya@tsinghua.edu.cn 二、微电流源 E1 BE0 BE1 e I = (U −U ) R T BE0 BE1 T B E ( ) E1 E0 E S e e U U U U U I I I I −  ，  E1 e E1 E0 BE0 BE1 T ln I R I I U −U =U = R V U I I I I I CC BE0 E0 C0 R E1 C1 −   =  设计过程很简单，首先确定IE0和IE1，然后选定R和Re。 超越 方程 Re 要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻