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1、4.3 集成运放电路简介,典型的集成运放,双极型集成运放 F007、F324,单极型集成运放 C14573,一、引脚,4.3.1 双极型集成运放 F007,二、电路原理图,图4.3.1 F007电路原理图,1.偏置电路,至输入级,至中间级和输出级,基准电流：,基准电流产生各放大级所需的偏置电流。,各路偏置电流的关系：,IREF,IC11,IC10,IB3,IB4,IC9,IC8,IC12,IC13,微电流源,镜像电流源,输入级,镜像电流源,中间级,输出级,图 4.3.1-1 F007 的偏置电路,2.输入级,T1、T2、T3、T4 组成共集共基差分放大电路；T1、T2 基极接收差分输入信号。,
2、T5、T6有源负载。,T4集电极送出单端输出信号至中间级。,RW调零电阻，R外接电阻。,T7与R2组成射极输出器。,若暂不考虑 T7 和调零电路则电路可简化为：,(1)T1、T2共集组态，具有较高的差模输入电阻和共模输入电压。(2)共基组态的T3、T4，与有源负载T5、T6组合，可以得到很高的电压放大倍数。,(3)T3、T4 共基接法能改善频率响应。(4)该电路具有共模负反馈，能减小温漂，提高共模抑制比。,图简化示意图,3.中间级,输入来自T4和T6集电极。,输出接在输出级的两个互补对称放大管的基极。,中间级T16、T17组成复合管，T13作为其有源负载。,接入30pF的校正电容起相位补偿的作
3、用，防止电路产生自激振荡。,4.输出级,图 F007输出级原理电路,T14、T18、T19准互补对称电路；,D1、D2、R9、R10为过流保护电路；,T15、R7、R8为输出级设置合适的静态工作点。,调节 R7、R8 阻值可调节两个功率管之间的电压差。这种电路称为 UBE 倍增电路。,4.3.2 单极型集成运放,3.第二级,增强型PMOSFET对管T3、T4,增强型NMOS管T8构成漏极带有源负载的共源放大电路。,双端输入、单端输出的MOS差分放大电路。,2.第一级,T1、T2、T7构成多路电流源。,1.偏置电路,电容C起相位补偿作用。,由于第二级电路从T8的栅极输入，其输入电阻非常大，所以使
4、第一级具有很强的电压放大能力。,图4.3.5 C14573电路图,4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路,一、开环差模电压增益 Aod,一般用对数表示，定义为,单位：分贝,理想情况下Aod为无穷大；通用型集成运放的Aod为65100dB。,4.4.1 集成运放的主要性能指标,二、输入失调电压 UIO,三、输入失调电压温漂 UIO,定义：,为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。,一般运放：UIO 为 1 10 mV；,高质量运放：UIO 为 1 mV 以下。,定义：,一般运放为 每摄氏度 10 20 V；,高质量运放为 每摄氏度 0.5 V 以下。,四、输入失调电流 IIO,五、输入
5、失调电流温漂 IIO,一般运放为 几十 一百nA；高质量的低于 1 nA。,定义：,一般运放为 每摄氏度几nA；高质量的每摄氏度几十pA。,六、输入偏置电流 IIB,七、差模输入电阻 rid,八、共模抑制比 KCMR,定义：,输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。,定义：,一般集成运放为几兆欧。,定义：,多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达 160 dB。,九、最大共模输入电压 UIcmax,输入级能正常放大差模信号情况下允许输入的最大共模信号。,十、最大差模输入电压 UIdmax,不至于使PN结反向击穿所允许的最大差模输入电压。,十一、3 dB带宽 fH,表示 使Aod下降
6、3dB时的信号频率。一般集成运放 fH 只有几赫兹至几千赫兹。,F007C 的 fH 仅为 7 Hz。,十二、单位增益带宽 fc,使Aod降至0dB时的信号频率，此时开环差模电压放大倍数 Aod 等于1。,十三、转换速率 SR,额定负载条件下，输入一个大信号时，输出电压的最大变化率。单位为 V/s。,在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的 SR 值。,其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。,集成运放的低频等效电路,考虑各种失调因素的等效电路图,不考虑各种失调因素的电路图,若将集成运放理想化，,第一代产品：利用少量横向PNP管，构成以电流源作偏置电路的三级直接耦合放
7、大电路。第二代产品：采用了有源负载，简化了电路设计，使开环增益明显提高，各方面性能指标比较均衡。第三代产品：输入级采用超管，值高达10005000倍，版图设计考虑了热效应的影响，减小了失调电压、失调电流及它们的温漂，增大了共模抑制比和输入电阻。第四代产品：采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。,4.5 集成运放的种类及选择,集成运放的发展概况,4.5 集成运放的种类及选择,集成运放的种类,一、按工作原理分类,1.电压放大型：F007、F324、C145732.电流放大型：LM3900、F19003.跨导型：LM3080、F3
8、0804.互阻型：AD8009、AD8011,二、按可控性分类,1.可变增益运放：VCA610、AD5262.选通控制运放：OPA676,1.高精度型,性能特点：,漂移和噪声很低，开环差模增益和共模抑制比很高，误差小。（F5037）,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)，工作电源电压很低，有较高的开环差模增益和共模抑制比。（TLC2552）,三、按性能指标分类,分为通用型和特殊型两类。,3.高阻型（F3130）,性能特点：,通常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电路、采样-保持电路、带通滤波器、模拟调节器
9、以及某些信号源内阻很高的电路中。,4.高速型（F3554）,大信号工作状态下具有优良的频率特性，转换速率可达几十至几百V/s，甚至高达1000V/s，单位增益带宽可达10MHz，甚至几百MHz。,性能特点：,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。,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。,运放的选择,一、信号源的性质,二、负载的性质,三、精度要求,四、环境条件,从性能价格比方面考虑，应尽量采用通用型运放。只有在通用型运放不满足
10、应用要求时才采用特殊型运放。,4.6 集成运放的使用,一、集成运放的外引线（管脚）,二、参数测量,使用时必做的工作,三、调零或调整偏置电压,四、消除自激振荡,简易测试法,电源端加上去耦电容。,外接频率补偿电容C。,保护措施,一、输入保护,(a)防止输入差模信号幅值过大,(b)防止输入共模信号幅值过大,图 输入保护措施,二、电源端保护,保护元件：D1、D2,三、输出保护,保护元件：稳压管 DZ1、DZ2,图 电源端保护,图 利用稳压管保护运放,复习,1.集成电路的组成,2.集成电路中的电流源,镜像电流源,比例电流源,微电流源,加射极输出器的电流源,威尔逊电流源,多路电流源,MOS管多路电流源,MOS管多路电流源,
