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4.4 集成电路运算放大器中的电流源 电 流 源 概 述 集成电路电流源 二、微电流源 三、比例式电流源 四、多路电流源 第四章 集成运算放大电路 集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 集成电路的优点: 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 集成电路的分类: 模拟集成电路、数字集成电路; 小、中、大、超大规模集成电路; ? ? 4.1 集成运放的内部结构及特点 集成电路内部结构的特点: 1. 电路元件制作在一个芯片上,元件参数偏差方向一致,温度均一性好。 2. 电阻元件由硅半导体构成,范围在几十到20千欧,精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。 3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。 4. 二极管一般用三极管的发射结构成。 UEE +UCC u+ uo u– 反相 输入端 同相 输入端 T3 T4 T5 T1 T2 IS 原理框图: 输入级 中间级 输出级 与uo反相 与uo同相 对输入级的要求:尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。 对中间级的要求:足够大的电压放大倍数。 对输出级的要求:主要提高带负载能力,给出足够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。 集成运放的结构 (1)采用四级以上的多级放大器,输入级和第二级一般采用差动放大器。 (2)输入级常采用复合三极管或场效应管,以减小输入电流,增加输入电阻。 (3)输出级采用互补对称式射极跟随器,以进行功率放大,提高带负载的能力。 R2 T3 R1 R3 -UEE +UCC ui2 uo E RC T1 RC T2 ui1 T4 IC =IC1+ IC2 = ?1 IB + ?2(1+ ?1 ) IB = [?1 + ?2(1+ ?1 ) ]IB 为减小IB, 提高输入电阻,T1、T2采用复合三极管 ? = IC / IB = ?1 + ?2(1+ ?1 ) ? ?1 ?2 IC IB IE ?1 ?2 ? IC1 IC2 IB2 -UEE +UCC E RC T1 RC T2 T5 T6 RC3 RE2 RC4 RE3 T7 T9 T8 RE4 RE5 T11 T10 RL 第4级:互补对称射极跟随器 差动放大器 第2级 第1级:差动放大器 第3级:单管放大器 – + 集成运放内部结构(举例) 极 性 判 断 ri 大: 几十k? ? 几百 k? 运放的特点: KCMRR 很大 ro 小:几十 ? 几百? A o 很大: 104 ? 107 理想运放: ri ? ? KCMMRR ? ? ro ? 0 Ao ? ? 运放符号: + - u- u+ uo - + + u- u+ uo ? Ao 国际符号 国内符号 4.2 集成运放的主要性能指标 一、开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 ? 107之间。理想运放的Aod为?。 二、共模抑制比KCMMR 常用分贝作单位,一般100dB以上。 三、差模输入电阻rid ri1M?, 有的可达100M?以上。 四、输出电阻ro ro =几?-几十?。 五、最大共模输入电压UIcmax 六、最大差模输入电压UIdmax 七、-3dB带宽fH 运放是直流放大器, 也可放大低频信号,不适用于高频信号。 还有其他一些反映运放对称性、零漂等的参数。不再一一介绍。 关于集成运放的应用在后面章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。 4.3 理想集成运算放大器 运放的特点: Ri 大: 几十k? ? 几百 k? KCMR 很大 Ro 小:几十 ? 几百? A o 很大: 104 ? 107 理想运放: Ri ? ? KCMR ? ? Ro ? 0 Ao ? ? 运放符号: + - u- u+ uo - + + u- u+ uo ? Ao 国际符号 国内符号 +UOPP -UOPP ? Ao越大,运放的线性范围越小,必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。 ui uo _ + ? + Ao 运放工作在线性区时的特点 例:若UOPP=12V,Ao=106, 则|ui|12?V时,运放 处于线性区。 线性放大区 u+-u- uo 理想运放在线性区的两个重要特点: 虚短路 虚断路 放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。 一、电流源电路的特点:这是输出电流恒定的电路。它具有很高的输出电阻。 1、BJT、FET工作在放大状态时,其输出电流都是具有恒流特性的受控电流源;由它们都可构成电流源电路。
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