模电第二版孙肖子第六章.ppt

《模电第二版孙肖子第六章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第二版孙肖子第六章.ppt（53页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理模拟电子电路及技术基础模拟电子电路及技术基础董 招 辉南 华 大 学第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理模拟电子电路与技术基础模拟电子电路与技术基础课程的特点是课程的特点是“概念性、工程性、实践性概念性、工程性、实践性”强强！“注重物理概念，采用工程观点；注重物理概念，采用工程观点；重视实验技术，善于总结对比；重视实验技术，善于总结对比；理论联系实际，注意应用背景；理论联系实际，注意应用背景；寻求内在规律，增强抽象能力。寻求内在规律，增强抽象能力。”第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.1

2、6.1 集成运放电路特点集成运放电路特点1.1.高增益直接耦合放大器高增益直接耦合放大器2.2.尽量用有源器件代替无源元件尽量用有源器件代替无源元件3.3.利用对称结构改善电路性能利用对称结构改善电路性能第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.2 6.2 电流源电路电流源电路1.1.单管电流源电路单管电流源电路晶体管实现恒流特性的条件：保证始终工作在放大状态晶体管实现恒流特性的条件：保证始终工作在放大状态第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2.2.镜像电流源镜像电流源小时小时,误差大误差大第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理增加

3、射随器增加射随器(V5),(V5),以减小误差的多路镜以减小误差的多路镜像电流源像电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理多集电极晶体管镜像电流源多集电极晶体管镜像电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理3.3.比例电流源比例电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理4.4.微电流电流源微电流电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理5.5.威尔逊电流源威尔逊电流源负反馈型电流源负反馈型电流源所以所以第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放

4、大器电路原理6.6.有源负载放大器有源负载放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3 6.3 差动放大器差动放大器6.3.1 6.3.1 零点漂移零点漂移静态时，由于温度变化、电源波动等因素的影响，静态时，由于温度变化、电源波动等因素的影响，使使工作点电压偏离设定值。工作点电压偏离设定值。影响：影响：当漂移电压大到一定程度时，会使后级放大器当漂移电压大到一定程度时，会使后级放大器进入截止或饱和状态，整个放大电路将无法正常工作。进入截止或饱和状态，整个放大电路将无法正常工作。等效输入漂移电压：等效输入漂移电压：U Uipip影响：影响：限制了放大器所能放大的最小信号限

5、制了放大器所能放大的最小信号第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3 6.3 差动放大器差动放大器6.3.1 6.3.1 直接耦合放大器的直接耦合放大器的”零点漂移零点漂移”积累现象积累现象减小漂移：减小漂移：关键在于减小输入级放大器的漂移关键在于减小输入级放大器的漂移第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.2 6.3.2 差动放大器的工作原理及性能分析差动放大器的工作原理及性能分析一一.直流工作点分析直流工作点分析结构特点结构特点:结构高度对称结构高度对称,有两个输入端有两个输入端,两个输出端两个输出端,令令:第六章第六章 集成运算放大器电路

6、原理集成运算放大器电路原理定义：定义：差模输入信号差模输入信号共模输入信号共模输入信号第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理二二.差模放大特性差模放大特性1.1.差模放大倍数差模放大倍数注意信号的注意信号的相位关系相位关系单端输出放大倍数单端输出放大倍数双端输出放大倍数双端输出放大倍数第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2.2.差模输入电阻输入电阻3.3.差模输出电阻差模输出电阻双端输出双端输出-单端输出单端输出-第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三.共模抑制特牲共模抑制特牲1.1.共模电压放大倍数共模电压放大倍数双端输出双端

7、输出单端输出单端输出2.2.共模输入电阻共模输入电阻3.3.共模输出电阻共模输出电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理4.4.共模抑制比共模抑制比双端输出双端输出单端输出单端输出第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理 4.对任意输入信号的放大特性对任意输入信号的放大特性双端输出：双端输出：单端输出：单端输出：结论：结论：不论哪种接法，差动放大器只放大两输入端的不论哪种接法，差动放大器只放大两输入端的差模信号，而抑制其共模信号。差模信号，而抑制其共模信号。第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.3具有恒流源的差动放大电路具有恒

8、流源的差动放大电路前述基本差动放大器，存在两个缺点：一是共模抑制比做不前述基本差动放大器，存在两个缺点：一是共模抑制比做不高，二是不允许输入端有较大的共模电压变化。高，二是不允许输入端有较大的共模电压变化。K KCMRCMR(单单)的上限约为的上限约为300300，而与而与R RE E的取值无关。的取值无关。不能单靠增大不能单靠增大R RE E来提高共模抑制比；来提高共模抑制比；U Uicic变化变化 U Ue e变化变化I IC C变化变化r rbebe变化变化A Audud变化变化第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.3 6.3.3 具有恒流源的差动放大电路具有

9、恒流源的差动放大电路1.1.工作点工作点 2.2.差模放大倍数差模放大倍数3.3.共模抑制比共模抑制比 4.4.差模输入电阻差模输入电阻5.5.输出电阻输出电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.3.3 6.3.3 具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路1.1.工作点工作点第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理具有电流源的差动放大器的动态分析，具有电流源的差动放大器的动态分析，与前面的分析与前面的分析完全相同。完全相同。有关差模指标的计算公式，有关差模指标的计算公式，对电流源的差动电对电流源的差动电路同样适用。路同样适用。由于电流源的动态

10、内阻由于电流源的动态内阻Ro非常大非常大，因此无因此无论双端输出还是单端输出，论双端输出还是单端输出，共模电压放大倍数都可近似为共模电压放大倍数都可近似为零，零，从而使共模抑制比趋于无穷大。从而使共模抑制比趋于无穷大。第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理另外，另外，由于电流源的输出端电位在很宽范围内变化时，由于电流源的输出端电位在很宽范围内变化时，输出电流的变化极小，输出电流的变化极小，因而当输入共模信号引起射极电位改因而当输入共模信号引起射极电位改变时，变时，将不会影响差模性能。将不会影响差模性能。因此，因此，引入电流源后，引入电流源后，扩大扩大了差动电路的共模输入电压

11、范围。了差动电路的共模输入电压范围。第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理 6.3.4 差动放大器的传输特性差动放大器的传输特性目的：目的：研究差动放大器的线性动态范围和大信号的非线性特性研究差动放大器的线性动态范围和大信号的非线性特性熟悉差模输入信号与电流分配的关系熟悉差模输入信号与电流分配的关系了解差动放大器传输特性的应用了解差动放大器传输特性的应用第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理 简化的差动放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理公式推导：公式推导：第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理可见，差动放

12、大器线性动态范围很小可见，差动放大器线性动态范围很小 超过超过 ,电路进入限幅状态，产生严重电路进入限幅状态，产生严重的非线性失真。的非线性失真。iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT0 2UT4UT6UTuidQI2传输特性传输特性第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT0 2UT4UT6UTuidQI2可见，增益可见，增益A

13、U正比于恒流源电流正比于恒流源电流I。那。那么，改变么，改变I就可以控制增益。就可以控制增益。如果使如果使I受到另外一个信号受到另外一个信号ub的控制，的控制，那么就可以实现信号的相乘。那么就可以实现信号的相乘。即，即，第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理扩大线性动态范围的方法扩大线性动态范围的方法加射极负反馈电阻加射极负反馈电阻第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章

14、集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理2.增益的自动控制增益的自动控制应用应用：1.小小信号的线性放大信号的线性放大 应用应用：利用差分放大器的传输特性可以实现利用差分放大器的传输特性可以实现第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理3.信号的相乘运算信号的相乘运算第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理5.信号的变换信号的变换将三角波变成正弦波、方波将三角波变成正弦波、方波4.信号的信号的整形整形将不规则的输入波形整形为矩形波将不规则的输入波形整形为矩形波6.电压比较器电压比较器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理7.高速电流开关

15、一一高速电流开关一一ECL逻辑电路逻辑电路只要只要 I 不太大，就可保证不太大，就可保证晶体管在电流最大时不饱晶体管在电流最大时不饱和，所以开关速度很快。和，所以开关速度很快。第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.4 6.4 集成运算放大器的输出级电路集成运算放大器的输出级电路NPNNPN与与PNPPNP管组成互补管组成互补对称对称跟随器跟随器,输出电阻小输出电阻小,带负载能力强带负载能力强.NPNNPNPNPPNP发射结零偏置发射结零偏置,存在存在交越失真交越失真.第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理为了克服交越失真为了克服交越失真,要加偏置电路

16、要加偏置电路M MN NM M点与点与N N点直流电压差点直流电压差1.41.4伏伏,交流电压可视为相等交流电压可视为相等.A.BA.B两点交流电位也可枧为相同两点交流电位也可枧为相同第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.5 6.5 集成运放芯片电路举例集成运放芯片电路举例-F007(LM741)-F007(LM741)第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理6.6 MOS6.6 MOS集成运算放大器集成运算放大器一一.MOS.MOS电流源电流源第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理二二.CMOSCMOS共源放大器共源放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三.CMOS.CMOS差动放大器差动放大器第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理四四.CMOSCMOS运放举例运放举例第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理第六章第六章 集成运算放大器电路原理集成运算放大器电路原理三三.CMOS.CMOS差动放大器差动放大器