第三讲模拟电路设计（10学时） - 电气与信息工程学院 - 湖南文理学院.ppt

第三讲 模拟电路设计 序言：集成电路 集成电路是指半导体集成电路，即以半导体材料为基片，将至少有一个是有源元件的两个以上元件和部分或全部互连线路集成在基片之中或基片之上，以执行某种电子功能的中间产品或最终产品。 Integrated Circuit, 通常简称IC，是指将很多微电子器件集成在芯片上的一种高级微电子器件。 通常使用硅为基础材料，在上面通过扩散或渗透技术形成N型和P型半导体及P－N结。实验室中也有以砷化镓(GaAs)为基材的芯片，性能远超硅芯片，但是不易量产，价格过高。将各种电路组件（如电晶体和电阻）聚集于矽晶体或半导体芯片上的装置。集成电路乃是以其所包含的电子组件数目来分类，缩写是IC。也称为chip。 集成电路三大类：模拟集成电路、数字集成电路、模拟数字混合集成电路。 一、模拟电路的设计 模拟电路设计的主要任务是设计电压放大器和功率放大器，且重点是电压放大器的设计，难点是微弱信号精密放大与高频信号放大。 集成运算放大器分：通用型运放和专用型运放。 其中： 通用型运放—直流性能较好、种类多、满足许多领域要求、便宜、用途广，分单运放、双运放、四运放； 专用型运放—性能技术指标特别，满足特殊应用场合，如低功耗型、高精度型、高输入阻抗型、高速宽带型、高压型、电流型、程控型、跨导型、斩波稳零型等。 二、集成运算放大器的基本结构 三、运算放大器的主要技术指标 8、输入偏置电流IIB—是当输出电压为0时两个输入端偏置电流的平均值，是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，取决于集成运放输入级静态集电极电流以及输入级放大管的β值。一般输入偏置电流愈大其失调电流愈大，BJT型运放IIB约1 μ A以下，FET型运放IIB在1nA以下。 9、最大共模输入电压UIcm—表示运放输入端所能承受的最大共模电压。 10、最大差模输入电压UIdm—表示运放反相输入端与同相输入端之间能承受的最大电压。超过限度会使输入级差分对管的某一个管子的发射结击穿。 11、－3dB带宽fH—表示Aod下降3dB时的频率，一般运放fH值在几kHz以下。 12、单位增益带宽BWG—指Aod降至0时的频率，即此时开环差模电压放大倍数为1。 13、转换速率SR—在额定负载下输入一个大幅度的阶跃信号时输出电压的最大变化率。 四、运算放大器的选择方法——高性价比 从满足电气性能上考虑： 1、若无特殊要求，选用通用型运放（若电路中包含多个运放，应优先选用多运放芯片）；如：LM101、LM124、LM148、LM224、LM324、LM747、μA741、 μA748、 μP151等 2、对于低能源系统可选用低功耗集成运放，一般在mW级别，可电池供电；这类运放多为MOS型运放，如μPC153、 μPC253、 ICL7641、CA3708等。 3、在精密测量（如微弱信号检测、精密模拟计算、仪表放大器、高增益直流放大等）放大电路中要求温漂小、噪声低，可选用低漂移低噪声运放，如OP07、OP09、OP11、OP27、OP37、 μA725、MAX7650等。 4、若系统要求具有高输入阻抗（如采样/保持电路、积分器、峰值检波、测量放大器）可选用高阻抗集成运放（输入电阻在10～106MΩ，偏置电流pA数量级，输入级采用JFET、MOSFET），如μA711 、μA774、LF351/347/441/442/444、OP15/16/17 。 5、若系统工作频率要求很高（如高速采样保持、精密比较器、A/D、D/A、高频振荡及信号发生器、锁相环电路）可选用高速及宽带集成运放（转换速率高、频率特性好、单位增益带宽达10MHz即具有高的带宽），如μA751 /772、LM318、MC1520等 。 6、若系统要求高输出电压（如大功率输出电路的电压放大、高电压幅值的信号发生器等）可选用高压型运放（注：考虑必要的保护），如：LM143、MC1536、BG315等。 7、如跨导运放、程控运放、电流型运放等视实际情况而定。 五、理想运算放大器 理想运放的技术指标 所谓理想运放就是将集成运放的各项技术指标理想化，即：Aod、 rid、 KCMR、fH 均为∞；ro、IIB、UIO、IIO均为0等。 六、基于集成运算放大器的基本电路 (一)反相比例放大器的特点与设计要点 典型电路如图所示。电路特性如表所示。 (二)同相比例放大器的特点与设计要点 典型电路如图所示。电路特性如表所示。 (三)差分输入比例放大器的特性与设计 典型电路如图所示。 在差分放大电路中，电阻匹配十分重要，此时差分电路的共模抑制比由运放本身的共模抑制比和外部电阻失配而形成的共