单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,集成运算放大器,integrated operational amplifier,Chapter 3,Page,1,标题添加,点击此处输入相,关文本内容,点击此处输入,相关文本内容,总体概述,点击此处输入,相关文本内容,标题添加,点击此处输入相,关文本内容,主要内容,集成运放的简介,差动放大电路,电流源电路,通用型集成运算放大器,集成运放的主要参数,理想集成运算放大器,3,3.1,集成运放的简介,一、简介,集成电路是60年代初期发展起来的。,采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作具有特定功能的电子线路。,集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。,根据用途和具体功能不同，可分为集成运算放大器、集成功率放大器、集成带宽放大器、集成电压比较器、集成乘法器、集成稳压器、集成A/D和D/A转换器等。其中通用性最强、应用最为广泛的就是集成运算放大器。,4,中间级,输入级,偏置电路,输出级,u,i,+,u,i,u,o,集成运放是一个高增益直接耦合放大电路。,采用具有两个输入端子的差动放大电路,提供增益，通常是共射组态的放大电路,二、组成,多数由恒流源电路组成,由有较强带负载能力的互补推挽电路组成,5,三、特点,集成运放在内部结构上充分利用集成工艺的特点。,1、集成工艺难以制作电感和较大容量的电容（一般只能制作200pF以下的电容）。集成运放均采用直接耦合方式。,2、集成电路中的电阻多是半导体的体电阻，阻值越大，所占硅片面积越大。故大电阻往往利用有源负载实现。,3、集成工艺较易制作良好匹配性的同种元、器件，在集成运放中广泛采用对称性电路结构。,6,3.2 集成运算放大器的单元电路,差动放大电路的组成与原理,差动放大电路的分析计算,集成运放的许多重要参数均取决于输入级。差动输入是集成运放中重要的基本单元电路，它能有效地抑制零点漂移，提供一定的增益，具有低噪声等性能。,3.2.1差动放大电路,7,产生零点漂移的主要原因：,温度变化，直流电源波动，器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,放大电路中第一级对整个放大电路的零漂影响最大，且级数越多，零漂越严重。,u,I,0，,u,O,0,零点漂移,1、直流放大器的零点漂移问题,8,2、差动放大电路的组成与原理,差动放大电路是由两个,结构对称、参数完全相同,的共射放大电路组成。,（1）典型差放电路组成,9,（2）差放抑制零点漂移的原理,静态时：,输出电压,温度发生变化时,输出电压的漂移,结论：抑制了零点漂移,10,（3）差模信号与共模信号的概念,差模增益,1）差模信号,u,id,：,在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号。,2）共模信号,u,ic,：,在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。,共模增益,11,3）一般信号,电路的输入信号一般是差模和共模信号共存的。可分解为差模分量信号与共模分量信号：,根据线性电路叠加定理，可得一般输入信号时差放输出电压的表达式,12,u,i1,=10 mV,u,i2,=8 mV ，,A,ud,10,3,，,A,uc,0，求,u,o,=?,13,3 差动放大电路的分析计算,(1)差放的静态分析,(2)差放的动态分析,14,（1）差放的静态分析,静态时：,u,i1,=,u,i2,= 0,设电路完全对称。,由0,V,EE,回路得,V,EE,=,I,B,R,b,+,U,BE,+2,I,E,R,e,通常，,1，,U,BE,V,EE，,I,B,R,b, 1,I,C2,=,I,C1,I,REF,1）输出电流,I,C2,与基准电流,I,REF,相等。把,I,C2,看作是,I,REF,的镜像镜像电流源。,2）,I,C2,的大小仅取决于,V,CC,和,R,，与温度无关。,1、基本镜像电流源,32,2、,Wilson,电流源,整理得：,33,3 、微电流源电路,运放输入级的工作电流,I,C,经常要偏置到510,A，微电流源则可满足此需要。,很小,34,4、,多路电流源,当BJT的,足够大时，,I,C1,I,REF,I,E1,R,e1,I,REF,R,e1,=,I,E2,R,e2,=,I,E3,R,e3,又称比例电流源。,35,5 、有源负载,T,1,为放大管，,T,2,、,T,3,为电流源，作有源负载,R,C,，其动态内阻为,阻值很大，可提高T,1,组成的共射放大电路的增益。,r,o,=,r,ce,36,3.4 集成运放的主要参数,输入失调参数,差模特性参数,共模特性参数,动态参数,电源特性参数,37,指标参数 F007典型值 理想值,开环差模增益,A,uo,106dB ,差模输入电阻,r,id,2M ,共模抑制比,K,CMR,90dB ,输入失调电压,U,IO,1mV 0,U,IO,的温漂d,U,IO,/d,T,() 几V/ 0,输入失调电流,I,IO,(|,I,B1,-,I,B2,|) 20nA 0,I,IO,的温漂d,I,IO,/d,T,() 几nA/ 0,最大共模输入电压,U,Icmax,13V,最大差模输入电压,U,Idmax,30V,-3dB带宽,f,H,10Hz ,转换速率,S,R(=d,u,O,/d,t,max,) 0.5V/S ,38,1、输入失调电压,U,IO,2、输入偏置电流,I,IB,和输入失调电流,I,IO,输入电压为零时，输入偏置电流,I,IB,为2个静态输入电流的平均值,在室温及标准电源电压下，输入电压为零时，为使运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称,失调电压,U,IO,。,U,IO,越大，电路的对称程度越差，其值一般在1,V几mV。,输入失调电流,I,IO,为2个静态输入电流之差,3.4.1 输入失调参数,39,偏置电流,I,IB,越小越好。其值一般为：BJT在10nA1,A；FET在0.1nA0.05pA。,输入失调电流,I,IO,反映电路的对称程度。其值一般在1nA0.1,A。,3、温度漂移,输入失调电压温漂,U,IO,/,T,：,规定温度范围内,U,IO,的变化量与温度变化量之比。,其值一般在（1020）,V/,C。,输入失调电流温漂,I,IO,/,T,：,规定温度范围内,I,IO,的变化量与温度变化之比。,其值一般为nA/,C。,40,3.4.2 差模特性参数,1、开环差模电压放大倍数,A,uo,在标准电源电压及规定负载下，运放工作在开环时，,它决定运放运算的精度，,A,uo,一般在80120dB。,2、最大差模输入电压,U,idmax,运放正常工作时允许输入的最大差模电压。超过此值，会使输入对管的PN结反向击穿。一般为几至几十伏。,41,3差模输入电阻,r,id,运放输入差模信号时的输入电阻。,r,id,越大，对信号源的影响越小。BJT输入级的,r,id,为10,5,10,6,，MOSFET输入级的,r,id,可达10,9,以上。,42,3.4.3 共模特性参数,1、共模抑制比,K,CMR,一般在80dB以上。,2、最大共模输入电压,U,icmax,运放所能承受的最大共模输入电压。超过,U,icmax,，共模抑制比将显著下降。,一般定义,K,CMR,下降6dB时的共模输入电压为,U,icmax,。,43,3.4.4 动态参数,1、开环带宽,f,BW,f,BW,=,f,H,2、转换速率S,R,运放在额定负载及输入阶跃大信号时，输出电压变化的最大速率。,反映运放对高速变化的输入信号的响应情况。,集成运放是高增益的直流放大器，下限频率,f,L,=0, 上限频率,f,H,就是其开环带宽,f,BW,。,44,3.4.5 电源特性参数,2、电源电压抑制比,K,SVR,运放工作在线性区时，输入失调电压随电源电压的变化率。,反映电源电压对运放输出性能的影响。,1、电源电压变化范围,在保证运放处于放大状态，且性能参数变化不大的前提下，电源电压允许的最大值与最小值之差。,45,集成运放的电路符号,u,+,同相输入端,u,反相输入端,u,o,输出端,A,uo,开环电压放大倍数,46,3.5 理想集成运算放大器,理想运算放大器,的技术参数,集成,运放工作的,传输特性,集成,运放的工作特,点,47,一、,理想运算放大器,的技术参数,理想运放是将集成运放的各项技术指标理想化，即,1、差模电压放大倍数,A,uo,=,。,2、差模输入电阻,r,id,=,。,3、输出电阻,r,o,=0,。,4、带宽BW,=,。,5、共模抑制比,K,CMR,=,。,现代运放在低频工作时的性能已十分接近理想运放，故在分析运放应用电路时，将实际运放视为理想运放进行估算。,48,二、,集成运放工作的传输特性,+U,im,U,im,u,id,/mV,u,o,/V,+U,om,U,om,0,饱和区,线性区,实际运放,理想运放,49,三、,集成运放的工作特点,输出电压与两个输入端电压之间存在线性放大关系，即,u,o,=,A,uo,（,u,+,u,）,（1）差模输入电压等于零,虚短,A,uo,=,（2）输入电流等于零,虚断,r,id,=,1、工作在线性区的特点,+U,im,U,im,u,id,/mV,u,o,/V,+U,om,U,om,0,50,Q|A,您的问题是？,善于提问,勤于思考,问答环节,结束语,感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边,感谢您的观看与聆听,本课件下载后可根据实际情况进行调整,