第6章集成电路运算放大器(new)汇编.ppt

第6章 集成运算放大器电路 6–1 集成运算放大器的特点 6–2 电流源电路 6–3 差动放大电路 6–4 集成运算放大器6–5 集成运算放大器的主要性能指标 6–1 集成运算放大器的特点 集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工作点漂移小等特点。 与此同时， 在电路的选择及构成形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 因此， 集成运放在电路设计上具有以下特点： (1) 级间采用直接耦合方式。 (2) 尽可能用有源器件代替无源元件。 (3) 利用对称结构改善电路性能。 (4) 利用复合结构电路。 (5) 电路中二极管常用三极管的发射结代替。 集成运放电路形式多样，各具特色。但从电路的组成结构看，一般是由输入级、中间放大级、输出级和电流源四部分组成，如图6–1所示。 6–2 电流源电路 电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流，另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运放中常用的电流源电路。 一、单管电流源电路 图6–2(a)画出了晶体管基极电流为IB的一条输出特性曲线。由图可见，当IB一定时，只要晶体管不饱和也不击穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶体管，从集电极看进去相当于一个恒流源。由交流等效电路知，它的动态内阻为rce，是一个很大的电阻。为了使IC更加稳定，可以采用分压式偏置电路(即引入电流负反馈)，便得到图6–2(b)所示的单管电流源电路。图6–2(c)为该电路等效的电流源表示法，图中Ro为等效电流源的动态内阻。利用图6–2(b)电路的交流等效电路可以证明，Ro近似为 式中，RB=R1‖R2。 需要指出，晶体管实现恒流特性是有条件的，即要保证恒流管始终工作在放大状态，否则将失去恒流作用。这一点对所有晶体管电流源都适用。 二、镜像电流源 在单管电流源中，要用三个电阻，所以不便集成。为此，用一个完全相同的晶体管V1,将集电极和基极短接在一起来代替电阻R2和R3，便得到图6–3所示的镜像电流源电路。由图可知，参考电流Ir为 如果β11,则IC2≈Ir。可见，只要Ir一定，IＣ2就恒定；改变Ir，IC2也跟着改变。两者的关系好比物与镜中的物像一样，故称为镜像电流源。 三、比例电流源 如果希望电流源的电流与参考电流成某一比例关系，可采用图6–4所示的比例电流源电路。由图可知 即室温下，两管的UBE相差不到60mV，仅为此时两管UBE电压(600mV)的10%。因此，可近似认为UBE1≈UBE2。这样，式(6–3)简化为 可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。参考电流Ir现在应按下式计算： 四、微电流电流源 在集成电路中，有时需要微安级的小电流。如果采用镜像电流源，Rr势必过大。这时可令图6–4电路中的R1=0,便得到图6–5所示的微电流电流源电路。 由式(6–2)、(6–3)可知，在R1=0时： 此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算出所需的电阻R2。例如，已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时，则R2为 五、负反馈型电流源 以上介绍的几种电流源，虽然电路简单，但有两个共同的缺点：一是动态内阻不够大，二是受β影响大。解决的办法引入电流负反馈。 可见，威尔逊电流源不仅有较大的动态内阻，而且输出电流受β的影响也大大减小。 六、有源负载放大器 集成运放要有极高的电压增益，这是通过多级放大器级联实现的。在电压增益一定时，为了减少级数，就必须提高单级放大器的电压增益。因此，在集成运放中，放大器多以电流源作有源负载。 典型的有源负载共射放大电路如图6–8(a)所示。图中，V2,V3管构成镜像电流源作V1管的集电极负载。由于该电流源的动态内阻为rce3，所以此时V1管的电压增益只需将共