第三集成运算放大器放大电路精要.ppt

第三章 集成运算放大器电路 内容概述 集成运算放大器是一个集成形式的直接耦合多级放大电路，它一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。 差动放大电路是输入级的主要结构形式，利用其电路结构的对称性来增加对温漂的抑制能力； 电流偏置是集成运放的一大特点，用于偏置电路的电流源以镜像电流源为基本单元电路，其改进电路有微电流源和多路电流源等形式； F007是集成运放的典型代表，了解其电路组成有利于对集成运放举一反三。 基本单元电路是同相比例器和反相比例器。 教学内容 3.1 概述 3.2 电流源电路 3.3 差动放大电路 3.4 集成运算放大器 3.5 集成运放的简单应用电路 3.1 概述 电路组成 集成运算放大器是具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大电路的集成化。 集成运放内部电路一般可分为四个组成部分，即输入级、中间级、输出级及偏置电路。 电路组成 输入级：常采用差动放大电路，要求输入电阻高、静态电流小、具有一定的电压放大能力以及抑制零点飘移的能力。 中间级：一般采用有源负载的共射（共源）放大电路，要求能提供较大的电压放大倍数。 输出级：采用射极跟随器或互补对称电路，要求输出电阻小，带负载能力强。 偏置电路：常采用电流源电路，用于合理设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 集成运算放大器的电路结构特点 一、因为硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件(晶体管或场效应管)取代电阻。 二、因为相邻元件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰等影响后的变化也相同，所以集成运放中大量采用各种差分放大电路(输入级)和恒流源电路(作偏置电路或有源负载)。 三、因为制作不同形式的集成电路，只是所用掩模不同。增加元器件并不增加制造工序，所以集成运放允许采用复杂的电路形式，以达到提高各方面性能的目的。 四、因为硅片上不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。 五、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式，以得到各方面性能俱佳的效果。 3.2 电流源电路 单管电流源电路 1、电路结构形式 由一个晶体管和相应的电阻组成的电流源电路。 2、工作原理 如图所示，合理选择电路参数，使得电路满足：I1IBQ，电阻R2上的电压为 单管电流源电路 晶体管发射极电流为 由于IC=IE，从晶体管集电极来看，该电路可以等效为一个电流源。 单管电流源电路的动态电阻 求该电路动态电阻，作出其微变等效电路。 单管电流源电路的动态电阻 求该电路动态电阻，作出其微变等效电路。 电流源的动态电阻是相当大的。只要晶体管工作在放大状态，该电路就是一个较为理想的恒流源电路。 镜像电流源电路 1、电路结构形式 可分为基本镜像电流源电路和改进型镜像电流源电路。 镜像电流源电路 2、工作原理分析 T1与T2特性完全相同，且发射结电压相等，因此基极电流和集电极电流完全相等。即有 IB1=IB2=IB IC1=IC2 由于T1的UBE=UCE，故处于临界放大 状态， IC1=βIB1成立。由电路可得 只要β 2，则有 镜像电流源电路 3、电路特点 优点：是电路结构简单，且具有一定的温度补偿作用； 缺点：不能实现输出电流与基准电流之间的比例调节。对于确定的电源电压，当要求输出电流较小时，必须增大电阻R的数值，这在某些情况下实现起来并不方便。 比例电流源电路 1、电路结构形式 为了实现输出电流与基准电流之间的比例调节，在两个晶体管的发射极加上电阻。 2、工作原理分析 由右图可得 UBE1+IE1RE1= UBE2+IE2RE2 根据PN结的电流方程，可得发射结电压与电流的关系 比例电流源电路 2、工作原理分析 考虑到T1与T2特性完全相同，则有IS1=IS2。在室温下，若IE1与IE2相差在10倍以内时，则有 比例电流源电路 2、工作原理分析 如果采用硅管，可近似认为 UBE1=UBE2 IE1RE1≈ IE2RE2 当β1时，有IE1≈IC1≈IR，IE2≈IC2则 微电流源电路 1、电路结构形式 在集成运放电路中，往往要求提供微小电流的电流源，当电源电压一定时，为了实现利用阻值较小的电阻而获得极小的输出电流IC2，可将比例电流源中的RE1短路。 微电流源电路 2、工作原理分析 右图可见，T2管的发射极电流为 T1、 T2特性完全相同，则有 当β1时，有IE1≈IR， IE2≈IC2则 基准电流为 微电流源电路 3、电路特点是利用较小的电阻值，可获得微安级的电流源。