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模电第六章集成运算放大器电路原理精品文档_图文


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第六章 集成运算放大器电路原理

第六章 集成运算放大器电路原理
集成运算放大器是采用微电子技术,将晶体管、电阻、 电容及连线制作在硅片上的电路。
本章介绍集成运放的单元电路和典型集成运放芯片, 重点是差动放大器、恒流源和互补跟随输出级电路。掌握 不同输入输出类型的差动放大器的动特性分析:差(共) 模电压增益、输入输出电阻以及共模抑制比的求法;理解 恒流源的原理,熟悉几种典型恒流源的电路原理图。

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.1 集成运算放大器的电路特点

集成运放:多级放大电路。







电路设计上的主要特点: Ui 入









级 Uo

(1) 高增益直接耦合。

(2) 用有源器件代替无源元件。

电流源电路

(3) 利用对称结构改善电路性能。 集成运放电路框图

理想运放:电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工 作点漂移小、失调电压和失调电流为零等特点。

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.2 电 流 源 电 路
电流源对提高集成运放性能的作用: 1、给各级电路提供稳定的直流偏置电流; 2、作为有源负载,提高单级放大器的增益。
一、单管电流源电路

晶体管的恒流特性

恒流源电路 等效电流源表示法

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第六章 集成运算放大器电路原理

恒流条件: 恒流管始终为放大状态。

由电路的交流等效电路可以证明,Ro近似为

Ro

?

rce

? ?1? ?

rbe

?R3
?R3 ?RB

? ? ?

RB ? R1 || R2

rCE ?UA / ICQ

若 UA=100V,ICQ=50μA,则 rCE = 2M。

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第六章 集成运算放大器电路原理

二、镜像电流源 镜像电流源:晶体管V1代替电阻R2和R3。

Ir

? U CC ? U BE Rr

? U CC Rr

IC 2

?

IC1

?

Ir

?

2 I B1

?

Ir

?

2

IC 2 ?1

IC 2

?

?1Ir 2 ? ?1

若β1>>1,则IC2≈Ir,Ir一定, IC2恒 定;改变Ir ,则IC2改变。

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三路镜像电流源如图示

UCC

Rr

Ir

V5

V1

IC2 V2

增加V5射随器减小误差。

IC3 V3

IC4
IC1?Ir ?4IB1

V4

? IC 1?Ir?4IB 1(1?5)

?? ?? IC 2?IC 3?IC 4?1(1 1(? 1?5)5 ? )4Ir?Ir
一般β1(1+β5)>>4 容易满足,IC2、IC3、IC4更接近 Ir,并 且受β的温度影响也小。

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第六章 集成运算放大器电路原理

多集电极晶体管镜像电流源
UCC V2
V1

UCC V3

Rr

Ir

IC1 IC2

IC3

Rr Ir

IC2

IC3

利用一个三集电极横向PNP管组成双路电流源(横向 PNP管是采用标准工艺,在制作NPN管过程中同时 制作出来的一种PNP管)。

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第六章 集成运算放大器电路原理

三、比例电流源 输出电流与参考电流成比例

U B 1 ? E IE 1 R 1? U B2? EIE 2 R 2

UBE1

?UT

ln

IE1 IS1

UBE2

?UT

lnIE2 IS2

IS1 ? IS2

U B1 E ?U B2 E?U Tln IIE E 1 2?? U Tln IIE E 1 2

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第六章 集成运算放大器电路原理

当两管的射极电流相差10倍以内时:

U B1E ? U B2E?U Tln IIE E 1 2 ? U Tl1 n? 0 6m 0 V 室温下,可认为UBE1≈UBE2。则有:

IE1R1?IE2R2 若β1>>1,则IE1≈Ir ,IE2≈IC2,有

IC 2?R R 1 2Ir

Ir?U C R C r? ? U R 1 B E 1?R U r? C C R 1

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第六章 集成运算放大器电路原理

四、微电流电流源(提供微安级的小电流)

IE2?R 12(U B1 E?U B2 E )?U R T 2ln IIE E1 2

当β>>1时,IE1≈Ir,IE2≈IC2,有:

R2

?

UT IC2

ln

Ir IC2

已知Ir=1mA,IC2=10μA,则R2为

R2?1 2? 0 ? 61 1? 0 ? 06 3ln11000 ?10k2?

若UCC=15V,则Rr≈15kΩ。总电阻不超过27kΩ。若 用镜像电流源,则Rr=1.5MΩ。

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第六章 集成运算放大器电路原理

五、负反馈型电流源威尔逊电流源

电路特点:

V3 管的基极和射极之间接 入了一个镜像电流源。

调节原理:

镜像电流源的自动调节作用

使得V3 管的输出电流恒定。

IC3↑

IE3↑

IC1↑

IC3↓

IB3↓

Ir恒定

威尔逊电流源

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第六章 集成运算放大器电路原理

Ir?U CC ?U R Br3 E ?U B2 E?U CC ? R r2U BE

Ir ?IC1?IB3 ?IC1?I?C33

IC1 ?IC2

IC3

? ?3 1??3

IE3

IE3

?IC3

?IC1
?1

?IC2
?2

β1=β2=β3=β,有:
IC3?(1??2?22??2)Ir

威尔逊电流源的动态内阻Ro为
?
Ro ? 2 rce

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第六章 集成运算放大器电路原理

串接电流源:两个镜像电流源串接组成。

UCC

Ir

Rr

IC2

V1

V2

V4

V3

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六、有源负载放大器

第六章 集成运算放大器电路原理

Δ

Δ

Δ

V1管集电极电阻 RC → rce3 。射 随器接入负载RL隔离可获得极 高的电压增益。

ui→ IC1↑ΔIC1 ΔIC3 ≈ ΔIC1

ΔIC2= ΔIC3

ΔIC2= ΔIC1

ui 和uo 同相。

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.3 差动放大电路

一、零点漂移现象

在静态时,由于温度变化、电

源波动等因素引起工作点电压

(即集电极电位)偏离设定值而缓

慢地上下漂动的现象。

ΔUip

衡量漂移ΔUip大小:

ΔUC
等效输入 漂移电压

?Uip??UC/Au ΔUip越小,说明放大器抑制零点漂移的能力越强。

抑制温漂的关键:减小输入级的温漂。

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第六章 集成运算放大器电路原理

二、差动放大器的工作原理及性能分析
电路特点: 由两个互为发射极耦合的共 射电路组成,也称射极耦合 差动放大器。 电路结构参数完全对称。
单端输出:输出从任一集电极取出 双端输出:输出从两个集电极间取出。

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第六章 集成运算放大器电路原理

Q点的分析(Ui1=Ui2=0) : 正、负两路电源供电:保证输入端的直流电位为零。

U E??U BE ??0.7V

则流过RE的电流 I 为

I?UE?(?UEE )?UEE ?0.7

RE

RE

IC 1Q?IC2Q?IE1Q?IE2Q?1 2I

U C 1 Q E ? U C 2 Q E ? U C? C 0 .7 ? IC 1 Q R CU C 1 Q ? U C 2 Q ? U C? C IC 1 Q R C

结论:静态时,差动放大器两输出端之间的直流电压为零。

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第六章 集成运算放大器电路原理

1、差模放大特性

差模信号:大小相等、相位相反 Ui1=Uid1,Ui2=Uid2, Uid1= -Uid2
工作特点: 一管的射极电流增大,另一管的射极电流 减小,且增大量和减小量时时相等。
流过RE的信号电流始终为零,公共射极端电位将保持不 变。对差模输入信号,公共射极端为差模地端,即RE相 当对地短路。

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第六章 集成运算放大器电路原理

差模输入:两管输出端电位一端升高,一端降低,且变化 量相等,即双端输出时,RL的中点电位保持不变,为差模 地端。

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第六章 集成运算放大器电路原理

a. 差模电压放大倍数 在双端输出时,输出电压为

U o? d U o 1 ? d U o2 d ? 2 U o 1 ? d? 2 U o2 d

输入差模电压为

U id ? U i1 d ? U i2 d ? 2 U i1 d ? ? 2 U i2 d

Aud

? Uod Uid

? Uod1 Uid1

? Uod2 Uid2

? ? ?RL?
rbe

RL? ? RC || RL / 2

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第六章 集成运算放大器电路原理

单端输出

Aud(单? )U Uoid1 d?2U U oi1 dd1?1 2Aud Au(d单? ) U U oid 2 d?? 2U U iod 11 d??1 2Aud

若单端输出时的负载接在一个输出端和地之间,计算Aud 时,总负载为R′L=RC‖RL。

b. 差模输入电阻 c. 差模输出电阻

Rid

?Uid Iid

?2Uid1 Iid

?2rbe

双端输出时为

Rod?2RC

单端输出时为

Ro d(单) ?RC

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第六章 集成运算放大器电路原理

2、共模抑制特性 共模信号: Ui1=Ui2=Uic

电路等效

共模信号引起两管集电极电位变化完全相同,故流过 负载RL 的电流为零,相当于RL开路。

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第六章 集成运算放大器电路原理

a、共模电压放大倍数

双端输出

Auc?U Uoicc?Uoc1U?icUic2

电路完全对称,Uoc1=Uoc2,Auc=0。

单端输出:

A u(c 单? ) U U oi1 cc 或A u(c 单? ) U U oic 2 c
?? A u(单 c ? ) U U o i1 c c?U U o i2 c c??rb? e(1? R C)2 R E

一般 (1+β)2RE >> rbe

Auc(单)?

?

RC 2RE

一般 |Auc(单)|<0.5

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第六章 集成运算放大器电路原理

差放电路完全对称且在同一工作环境下,则温度、电源 等引起的两管等效输入漂移电压可以等效成共模输入信 号。由于RE的负反馈作用,使得等效输入漂移电压大为 减小,双端输出时,则被完全抵消。

b、 共模输入电阻
? R ic?U Iiic c?2 U Iii1 c c?1 2[rb? e(1?)2R E]
c、共模输出电阻

单端输出时为

Roc(单) ?RC

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第六章 集成运算放大器电路原理

3、共模抑制比KCMR

共模抑制比KCMR:差模放大倍数与共模放大倍数之比的

绝对值,即

KCMR ?

Aud Auc

KCMR ? 20 lg

Aud Auc

(dB)

KCMR意义:衡量差动放大电路对差模信号的放大和对共

模信号的抑制能力,反映实际差动电路的对称性。

双端输出理想对称:KCMR→∞

单端输出不对称

? KCMR ?

Aud Auc

? RL' RE rbeRC

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第六章 集成运算放大器电路原理

4、对任意输入信号Ui1和Ui2的放大特性

Ui1

?Ui1?Ui2 2

?Ui1?Ui2 2

?Uid1?Uic1

Ui2

??Ui1?Ui2 2

?Ui1

?Ui2 2

?Uid2

?Uic2

共模信号

Uic1?Uic2?Ui1? 2Ui2?Uic

差模信号

Uid1??Uid2?Ui1? 2Ui2

则差模输入电压 U id ? U i1 d? U id 2? U i1? U i2

叠加原理 → Uo = Uod + Uoc

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第六章 集成运算放大器电路原理

双端输出时:
A u c ? 0 U o ? A u d U i d ? A u d ( U i 1 ? U i 2 ) 单端输出时:
1 Uo1?2AuU d id?Au(c单 )Uic Uo2??1 2AuU did?Au(c单 )Uic 当共模抑制比足够大时,即 Aud >> Auc (单) 时,有: Uo1?12AudUid ?12Aud(Ui1?Ui2) Uo2 ??12AudUid ??12Aud(Ui1?Ui2) 结论:差动放大器只放大两输入端的差信号。

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第六章 集成运算放大器电路原理

当共模抑制比足够高时,差动电路通过公共电阻 RE 的负反馈,自动将射极电位调整为:
UE?12(Ui1?Ui2)?Uic 从而把两输入端的差信号变为差模信号,两输入端的 和信号变为共模信号。
当信号源接入两输入端,若信号源两端不接地即浮地, 为双端输入,此时信号源两端分别对地电压之和的一半 为共模电压分量,若信号源一端接地,为单端输入,此 时信号电压的一半为共模电压分量。

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第六章 集成运算放大器电路原理

三、具有恒流源的差动放大电路

基本差动放大器存在两个缺点:

1、是共模抑制比做不高
rb e?(1??)U IETQ?(1??)2U RE E U E T
单端输出,共模抑制比为:

KCM(单 R ) ?U 2U ETE R RC L ? ?U 2U ETE 若UEE=15V,则室温下,KCMR(单)≤300。 2、不允许输入端有较大的共模电压变化

Uic

UE

ICQ

rbe

Aud

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第六章 集成运算放大器电路原理

用恒流源代替差动电路中的RE如图:

电流源的动态内阻非常大,Auc ≈ 0,KCMR→∞。

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第六章 集成运算放大器电路原理

Q点估算:恒流源为基点来计算Q点

UR2

?

R2 R1 ?R2

UEE

IC1Q?IC2Q?12IC3

IC3

?IE3

?UR2

?UBE R3

U C 1 Q E ? U C 2 Q E ? U C? C U B? E IC 1 Q R C

电流源的引入扩大了差动电路的共模输入电压范围:

UC 1 > Ui c > UB 3 否则差放管或者恒流管进入饱和。

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第六章 集成运算放大器电路原理

四、差动放大器的传输特性 输出电流(或电压)与差模输入电压的关系。
设恒流源电流I小于差放管的集电 极临界饱和电流,即I<UCC/RC,则 差放管的工作点偏向截止区。
iE1 ? IS (euBE1 /UT ?1) ? ISeuBE1 /UT iE2 ? IS (euBE2 /UT ?1) ? ISeuBE2 /UT

I ? iE1 ? iE2

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第六章 集成运算放大器电路原理

I

?

? iE1 ?1?
?

iE 2 iE1

? ? ?

?

?

uBE 2 ?uBE1

iC1 ???1? e UT

? ???

I

?

iE 2

? ?1? ?

iE1 iE 2

? ? ?

?

iC 2

?

uBE1 ?uBE 2

??1? e UT

?

? ???

uBE1?uBE2?uid

I iC1?1?e?uid/UT

I I e ?e uid/2UT

?uid/UT

?2?2euid/2UT ?e?uid/UT

?I?Ith(uid ) 2 2 2UT

I

ic2

? 1?euid/UT

?2I?2Ith???2uU idT

? ? ?

iC1和iC2与成双曲线正切函数关系。

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第六章 集成运算放大器电路原理

uo=-ic1Rc+ ic2Rc=(ic1-ic2) Rc

iC1 ?iC2 ? I

? th?
?

uid 2UT

? ? ?

uo ? ??iC1 ? ?iC2 RC ? ?RCI

? th?
?

uid 2UT

? ? ?

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第六章 集成运算放大器电路原理

传输特性曲线的分析
1、两管集电极电流之和恒等于I 2、传输特性具有非线性特性 在Q点附近,当|uid|≤UT,iC1,iC2和uo与uid成线性关系。 | uid |≥4 UT,传输特性明显弯曲,并趋于水平,即| uid |继
续增大时,iC1,iC2和uo将保持不变。 扩展传输特性的线性区范围:射极串接负反馈电阻 R(或在基极串接电阻RB) 。

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第六章 集成运算放大器电路原理

R(RB)↑,线性区范围↑。线性区范围的扩大,曲线的斜 率减小,表明差动放大器的增益将随之降低。

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第六章 集成运算放大器电路原理

3、差动放大器的增益与 I 成正比

跨导gm:小信号下,Q点处uid对iC的线性控制作用。

gm?? ? u iC id Q?2? ?u iC id 1 Q?2gm1 ΔiC=ΔiC1-ΔiC2=2ΔiC1

g m 1?d d u ic i1 du id? 0?4 U IT

I g m ?2 g m 1 ?2 U T

A u d?d d u u io dQ ? ? R Cd d u iC idQ ? ? g m R C? ? 2 R U C TI

结论:差动电路的gm与 Aud均与电流I成比例。

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第六章 集成运算放大器电路原理

五、差动电路及其应用

1、差动放大器的一般结构

ui1

u01 u02

ui2

a

、只放大差模信号(ui1-ui2)



+ -

K + +K +

-

-

抑制共模信号(ui1+ui2) ,接地 耦合端电位:ug=(ui1+ui2)/2。 b、 输出信号:uo1=-uo2。

g I
-UEE

c、 Aud(双出)= Aud(单边)|半负载; Aud(单出)= Aud(单边)/2; 差模输入电阻 Ri= 2 Ri |单 ,差模输出电阻 Ro= Ro|单 双端输出电阻加倍。

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第六章 集成运算放大器电路原理

2、差动放大器的应用推广 分离倒相器 自动增益控制放大器 高速电流开关 波形变换电路 电压比较器 模拟乘法器

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第六章 集成运算放大器电路原理

例解1、某差动放大器如图,RC=RL=REE=5.1 kΩ,RB=2 kΩ, UCC=UEE=6V,晶体管参数均为UBE=0.7V,β =50, rbb?=100 Ω,rce很大,视为开路。
(1) 画直流通路,求静态工作点。
(2) 画出差模交流通路,求差模电 压增益、差模输入电阻、差模输 出电阻。

(3) 画出共模交流通路,求共模电压增益、共模输入电 阻、共模输出电阻和共模抑制比。

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第六章 集成运算放大器电路原理

解:(1) 直流通路如图,求静态工作点:

UC1=UC2,故 负载相当开路

IREQ=RU E ?EE2?(?URBB?E1) ?1.04mA
IBQ?I?CQ?0.01mA ICQ?IR 2EQ ?0.52mA
UCEQ?UCC?UEE?ICQRC?IREQRE= 4.04V

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(2) 差模交流通路如图

第六章 集成运算放大器电路原理

rbe?rbb' ??I2CQ 6?260?0

Aud

??β???RC// 12RL?????18.24 RB?rbe

Rid ?2?RB?rbe??9.2 k? Rod ?2RC?10.2k?

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(3) 共模交流通路如图

第六章 集成运算放大器电路原理

Aud ?0

Ric ?12?RB ?rbe ?2(??1)RE??262.4 k?

Roc ?2RC ?10.2k?

KCMR

?

Aud Auc

??

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第六章 集成运算放大器电路原理

问题:

(1)在差动放大电路的射极电阻Re上是否要加旁路电容CE? 答:RE电阻对输入信号的差模分量而言,其上信号电流的变 化量为0,所以不必加旁路电容CE。对输入信号的共模分量, RE形成较强的负反馈来抑制零漂,所以不能加旁路电容CE。
(2)在差动放大电路分析中,为什么要考虑信号源内阻Rs?
答:差动放大电路是直接耦合放大电路,输入端无耦合电容, Rs的不同会影响管子的静态工作点,Rs不同影响也不同。 一般经常在信号源和输入管基极间接较大的电阻Rs。

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第六章 集成运算放大器电路原理

例解2、 求图示电路的静态工作点和差模电压增益和差

模输入电阻和差模输出电阻。
RC

+6 V +UCC RC



7. 5 k
uo

7. 5 k

1、静态工作点的计算

ui1

T1

T2

ui2

I REF

?

U EE ? U BE4 R1 ? R2

?

6 ? 0.7 6.2 ? 0.1

?

0.84mA

100 ? RW IC3

IREF

IC3

?

I REF

R2 R3

? 0.84

mA

IC1Q ? IC2Q ? 0.5IC3 ? 0.42 mA

U C1Q ? U C2Q ? 6 ? 0.42 ? 7.5 ? 2.85 V

T3
R3 100 ?

6.2 k T4 R2
100 ?
UEE ?6 V

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第六章 集成运算放大器电路原理

2、差模动特性计算(β=100)

r be1

?

r be2

?

200

?101 26 0.42

?

6

452

?

Aud

?

? rbe

? RC

?

(1

?

?

)

1 2

RW

?

? 101? 7.5 6.45 ? 101? 0.05

?

?65

Rid

?

2[rbe

?

(1 ?

?)

1 2

Rw ]

?

23k?

Rod ? 2RC ? 15k?

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.4 集成运算放大器的输出级电路

输出级要求:向负载提供足够大的信号电压和信号电流, 并具有尽可能小的输出电阻。

Ui = 0

V1、V2截止 ICQ= 0 Uo = 0

Ui > 0 Ui < 0

V1导通, V2截止 V1截止, V2导通

Uo 正半周 Uo 负半周

从而形成 RL 上的完整输出波形, 忽略管子饱和压降,最大电压幅度为±UCC, 最大电流幅度为±UCC /RL。

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第六章 集成运算放大器电路原理

交越失真:由导通电压引起的, 输出电压在两管轮流 工作的衔接处产生的 失真。

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克服交越失真的方法:

第六章 集成运算放大器电路原理

UBE倍 增电路

UAB?UBE4(1?RR12)

二极管偏置方式

模拟电压源偏置方式

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.5 集成运放电路举例

一、集成运算放大器F007
双极型集成运放F007是一种通用型运算放大器。由于它性 能好,价格便宜,使用广泛。F007由三级放大电路和电流 源等组成。
电流源组:V8~V13,R4和R5构成。 输入级:V1~V7 构成有源负载的共集-共基差动放大器。 中间级:V16、V17 构成共射放大器。 输出级:V14、 V18、 V19 构成互补射随器。

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第六章 集成运算放大器电路原理

镜像电流源

V8

V9

3

V1

V2

2

镜像电流源

V12

V13

R5

V3

V4

39k

Δ IC3 V7

Δ IC5

V5

1

R1

R3

1k

50k

Δ IC4

Δ I0 Δ IC6

V6
R2 1k

V10

V11

5 微电流源

R4

3.2k

C 4.5k R7

30p

V15

R6

7.5k

V16 V17

F007电路原理图

7 (+ 15 V)

V14

VD1

R9

25

6

R8

VD2

50

V18 V19
(- 15 V) 4

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第六章 集成运算放大器电路原理

6.6 MOS集成运算放大器
MOS工艺简单,集成度高,用于制造数字集成电路。 MOS运放作为基本模拟单元,应用广泛。 MOS运放分为NMOS和CMOS两种。CMOS:低功耗、 可消除背栅效应及电路设计灵活、简便等而广泛应用。

S G

P+

N+

D

S

N+

P+

P+

D G
P+

P阱

N型衬底

CMOS结构示意图

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第六章 集成运算放大器电路原理

一、MOS集成运放中的基本单元电路

MOS运放电路的组成与双极型运放相同。

1、MOS管电流源

V1、V2管工作于恒流区

基本MOS管镜像电流源

I D 2 ? W2 / L2 ? 1 ? ?U DS 2 I D1 W1 / L1 1 ? ?U DS1

Io

?

ID2

?

W2 W1

/ /

L2 L1

Ir

当V1、V2管的长宽比相同时, Io=Ir,形成严格镜像电流源。 若不等则构成比例电流源。

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第六章 集成运算放大器电路原理

基本MOS管镜像电流源中用V3管实现参考电流源,如图: uDS1= uGS1, uDS3= uGS3

UDD= uDS3+ uDS1>2UGSth 时 ,V1、 V3 管工作于恒流区

iD1

?

?nCox
2

? W1 L1

? (uGS1?UGSth )2

Ir

? iD3

?

?nCox
2

? W3 L3

? (UDD

? uGS1 ?UGSth )2

iD1 ? iD3

2

n

? W1 / L1 W3 / L3

?

? ? ?

UDD ? uGS1 ?UGSth uGS1 ?UGSth

? ? ?

设计思路:I r → uGS1 → n

K
2、CMOS共源放大器

G1

D1

++

+

Ui Ugs1

rds1 rds2 Uo

-

-

gmUgs

-

S1

第六章 集成运算放大器电路原理

iD1

CB IDQ
0 uo

UGS1B

Q UGS1Q

UGAS2 UGS1A

UGSth1

O uDS1

UDSQ1

UDD

恒流区

UDD

A

IDQ

Q

UGS2

B

0

UGSth1 UGS1Q

ui

K

第六章 集成运算放大器电路原理

工作原理分析

ui = UGS1≤ UGSth1 V1截止 UDS2= 0时,ID1 = ID2 = 0,UDS1= UDD
ui > UGS1且 ui < UGS1A V1恒流区, V2变阻区 ui ≥ UGS1A且 ui ≤ UGS1B V1恒流区, V2恒流区

ui > UGS1B V1变阻区, V2恒流区
? ? ? 电Q点压处增:益为rd1 :s?A1 uI1 D ?U U ,Q oi ?rd ?2gs? m1(r2 d1 ID 1s rd,Q 2s)gm 1?2nC o L 1 IxDW Q 1

A u??

I1DQ (?11??12)

2unCoW x1 一般 1可 0以 0达 0上 L1

K

第六章 集成运算放大器电路原理

Au

?

Uo Ui

?

?

1 rds 1

?

1 rds 2

g m1 ? gm2

?

g mB 2

Au

?

?

g m1 g m 2 ? g mB 2

?

?

g m1 g m 2 (1 ? ? 2 )

Au

?

?

1

1 ? ?2

(W / L )1 (W / L )2

Au

?

Uo Ui

?

?

1 rds 1

?

g m1 1? rds 2

g mB 2

?

?

g m1 g mB 2

?

? gm1 ?2gm2

K

第六章 集成运算放大器电路原理

Au

? Uo Ui

? ?gm1(rds1

rds2)

Au ? ?

1 (1 ? 1)
IDQ ?1 ?2

2unCoxW1 L1

K

第六章 集成运算放大器电路原理

3、MOS管差动放大器 MOS管差动放大器是由两个对称的有源负载MOS放大器经 电流源耦合构成。如图:

镜像电流源 做有源负载 双出 单出
差动放 大器
耦合电流源, 提供偏置电流

差模电压增益即单边 CMOS放大器增益。电路 采用电流源作负载,电 压增益为:
Aud?U Uiod?gm(rd2s rd4s)

K

第六章 集成运算放大器电路原理

4、MOS管输出级电路

a、 源极输出器(具有恒流负载) 电压增益:

Au

?

Uo Ui

?

g m1 ?

g m1

g mB1

?

1 rd s 1

?

1 rds 2

Au

?

g m1 g m1 ? g mB1

?1 1 ? ?1

1

1

ro

?

g m1 ? g mB1 ?

1? rd s 1

1 rds 2

?

g m 1 (1 ? ? 1 )

输出电阻比双极型电路大很多。

K
b、低阻输出级电路

第六章 集成运算放大器电路原理

倒相

镜像电流源 信号反相

反馈管,并联 电压负反馈

两路输出信号在负载上同相叠加。

输出电阻为 1/( gm6+gm7 )。

K

第六章 集成运算放大器电路原理

6.7 集成运算放大器的主要性能指标
一、输入失调电压UIO和输入失调电流IIO 在静态时输出端为零电位,运放两输入端之间必须外加的 直流补偿电压,称为输入失调电压,用UIO表示;必须外 加的直流补偿电流,称为输入失调电流,用IIO表示。
二、失调的温漂
在规定的工作温度范围内,UIO随温度的平均变化率称为 输入失调电压温漂,以dUIO /dT表示。IIO随温度的平均变 化率称为输入失调电流温漂,以d IIO /dT表示。

K

第六章 集成运算放大器电路原理

三、输入偏置电流IIB

静态时,输入级两差放管基极电流IB1,IB2的平均值,即

IIB

?

IB1

?IB2 2

四、开环差模电压放大倍数Aud 五、共模抑制比KCMR

六、差模输入电阻Rid

七、共模输入电阻Ric

八、输出电阻Ro

九、输入电压范围

十、带宽

十一、转换速率(压摆率)SR

十二、静态功耗Pc

十三、电源电压抑制比PSRR

K

第六章 集成运算放大器电路原理

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