第九讲集成运算放大器精要.ppt

应用 IR5 微恒流源 +VCC RL R IR IC1 IC2 2IB T1 T2 RE +VCC RL R IR IC1 IC2 2IB T1 T2 基本镜像恒流源电路 改进型的镜像恒流源电路 IB3 IE3 +VCC RL R IR IC1 IC2 T1 T2 T3 第九 讲 集成运算放大器 模拟电子技术基础 主要内容（4学时） 集成电路相关知识 集成运放的特点与构成 恒流源的概念及应用 “虚短”、“虚断”的概念及应用 集成电路IC 采用半导体制造工艺，将大量的晶体管、电阻、电容 等电路元件及其电路连线制作在一块单晶硅上，形成 具有特定电路功能的单元电路。 在我们这个世界上，如果说有一项发明改变的不是某 一领域，而是整个世界和革新了整个工业体系，那 就是杰克发明的【集成电路IC】（Integrated Ciruit）。 1958年9月12日，这是一个伟大时刻的开始，美国德州 仪器公司工程师“杰克.基尔比”发明了世界上第一个 【集成电路IC】。这个电子器件揭开了人类二十世纪 电子革命的序幕，同时宣告了数字信息时代的来临。 集成电路的特点及分类 特点 体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。 分类 （1）按集成度分类：小、中、大、超大规模和 超超大规模； （2）按导电类型分类：双、单极性和两种兼容； （3）按功能分类：数字和模拟。 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。 集成运算放大器简介 集成运算放大器（Operational Amplifier简称运放） 是集成电路中的一种。 它是发明最早、应用最广的IC之一 。该电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、积分、微分……）上，故被称为集成运算放大电路。集成运放内部集成了几拾到几百支晶体管。 其性能接近理想。 1.开环差模电压放大倍数Aod＞105→ ? 2.差模输入电阻Rid＞106Ω→ ? 3.输出电阻RO约为几欧或几十欧→ 0 集成运放的结构框图 偏置 电路 输入级 中间级 输出级 输入端 输出端 输入级— 差分放大器 输出级 — 射极输出器或互补对称功率放大器 偏置电路 — 由镜像恒流源等电路组成 集成运放是一个高放大倍数、高输入阻抗和低 输出阻抗的多级直接耦合放大电路。 集成运放（F007）电路图 输入级 偏置电路 中间级 输出级 输入级 差分输入级是集成运放的最关键部分，要求输入 电阻高，零点漂移小。集成运放常采用： （1）复合管 （2）超β管 （3）场效应管 （4）共集—共基差动放大器 复合管(达林顿管） 为了改善三极管的性能，如提高电流放大系 数、增大输入电阻等，可采用多只三极管构 成复合管来实现。 为什么提高电流放大系 数就能增大输入电阻？ C B E T1 T2 iB iC B E C iB iC 复合管的组成原则 1、前级的管子的发射极或集电极电流(iE或iC) 作为后级管子的基极电流(iB)。 2、前级的管子电流iE或iC注入后级管子的基极 电流iB，前后级电流的流向要一致。 3、复合管的类型(NPN或PNP)与最前级管子 类型相同。 扩充电流放大能力 保证各个管子各极电流均有合适的通路，均能工作在放大区 复合管的构成方式 T1为NPN型，T2为NPN型 T1为PNP型，T2为PNP型 T1为PNP型，T2为NPN型 T1为NPN型，T2为PNP型 射极→基极 射极→基极 集电极→基极 集电极→基极 复合管的等效电流放大系数为： ? = iC iB =?1 ?2 超β管 超β管的结构基本上与普通BJT相同，只是超β 管在工艺上使基区宽度更窄，掺杂浓度更低、 发射区掺杂浓度更高，使超β管在低电流情况下 β=1000~5000。一般在指标要求较高的集成运 放中采用超β管，它可以使输入偏置电流很小， 输入电阻提高且零点漂移小。 场效应管差动输入级 场效应管作为差动管后可以大幅提高输入电阻， 但在一块基片上同时集成场效应管和晶体管时， 集成工艺较为复杂，且不易做得对称，零点漂 移相应会增加，所以集成电路中很少采用这种 结构。 共集—共基差动放大器 ui2 + VCC ui1 T1 T2 T3 T4 uo RC1 RC2 - VCC Io Io1 共集—共基差动放大器电路结构如右图所 示。由高β的NPN管和低β的横向PNP管组 成共集—共基两级差动放大器。 为什么是共集—共基两级 差动放大器？ 共集—共基