模擬电路第五章集成运算放大器.docVIP

第5章 集成运算放大器 5.1 教 学 要 求 1、熟悉集成运放的组成及结构特点。 2、掌握集成电路的偏置技术—电流源技术。熟悉常用的电流源电路及其特点、应用。 3、掌握差分放大电路的组成及工作原理；深刻理解差模增益、共模增益、共模抑制比的概念；熟悉差分放大电路的输入、输出方式。 4、熟悉通用型运放741（F007）的设计思想及主要特点。 5、熟悉集成运放的主要参数。 5.2 基本概念和内容要点 5.2.1集成运放的组成及特点 集成运放是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大器。 1、集成运放的组成原理框图 集成运放的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图5.1示出了其内部电路组成原理框图。 其中对输入级的要求是输入电阻大、噪声低、零漂小；中间级的主要作用是提供电压增益，它可由一级或多级放大电路组成；输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力；偏置电路为各级提供合适的偏置电流。此外还有一些辅助环节，如单端化电路、相位补偿环节、电平移位电路、输出保护电路等。 2、集成运放的结构特点 （1）元器件参数的精度较差，但误差的一致性好，宜于制成对称性好的电路，如差动放大电路。 （2）制作电容困难，所以级间采用直接耦合方式。 （3）制作管子比制作电阻更方便，所以常用由晶体管或场效应管组成的恒流源为各级提供偏置电流，或者用做有源负载。 （4）采用一些特殊结构，如横向PNP管（β低、耐压高、fT小）、双集电极晶体管等。 5.2.2 电流源电路 电流源电路是广泛应用于集成电路中的一种单元电路。在集成电路中，电流源除了作为偏置电路提供恒定的静态电流外，还可利用其输出电阻大的特点，作有源电阻使用。 1、BJT电流源电路 表5.1示出了几种BJT电流源电路。 表5.1 常见的几种BJT电流源 类型 电路结构 Io与IR的关系式 输出电阻 特点 基本镜像电流源 Ro=rce2 β、VCC较小时，Io精度较低、热稳定性较差。 改进型镜像电流源 Ro=rce2 有T3管隔离，在β较小时也有Io≈IR，Io精度提高。 比例式电流源 按比例输出毫安级电流，Io/IR与电阻成反比。Ro增大，Io精度提高。 微电流源 提供微安级电流，Io＜＜IR。Ro增大，Io精度提高。 威尔逊电流源 Io精度高。因为有负反馈，所以Io稳定性也好。 2、MOS管电流源电路 若 为镜像电流源电路； 若 为比例电流源电路。 5.2.3 差分放大器 典型的差分放大器由两个完全相同的共发电路经射极电阻REE耦合而成（见表5.2）。该电路具有抑制零点漂移的作用，广泛用于直接耦合放大器和集成电路的输入级。 1、几个基本概念 （1）差模信号和共模信号 大小相等、极性相反的信号称为差模信号，而大小相等、极性相同的信号称为共模信号。 差模输入电压定义为两输入电压的差值，即 vid=vi1－vi2 （5—2） 共模输入电压定义为两输入电压的平均值，即 vid加在两管输入端之间，因此，对单管而言，每管的差模输入电压仅为vid/2；而vic加在每个管子的输入端，故两个输入端上的共模电压相等，均为vic。 （2）差分放大器的半电路分析法 由于电路两边完全对称，因此差分放大器分析的关键，就是如何分别在差模输入和共模输入时，画出半电路的交流通路，并进而确定其各项性能指标。 画半电路交流通路的关键在于如何对公共元件（REE、RL）进行处理。 （3）差模电压增益 （4）共模电压增益 （5）共模抑制比 2、差分放大器的性能 见表5.2所示。 表5.2 差分放大器的性能 双端输出差分放大器 单端输出差分放大器 差模性能 共模性能 差模性能 共模性能 Rid=2Ri1=2rbe Rid=2Ri1=2rbe Rod=2Ro1≈2RC Rod=2Ro1≈2RC Rod1=Ro1≈RC Roc=Ro1≈RC Avc→0 vo=vo1－vo2=Avdvid vo1=voc1+vod1= Avc1vic+Avd1vid vo2=voc2+vod2= Avc2vic+Avd2vid 抑制零漂的原理： （1）利用电路的对称性； （2）利用REE的共模负反馈作用。 抑制零漂的原理： 利用REE的共模负反馈作用。 差分放大器可采用各种改进型电路。例如，为提高其共模抑制能力，可用电流源取代电阻REE；为改