模电课件(第五版)6集成电路运算放大器.ppt
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差分式放大器,6章集成电路运算放大器,集成电路运算放大器中的电流源,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。
2、在模拟集成电路中,常用的电流源电路有:
镜象电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等3、电流源电路一般都加有电流负反馈,4、电流源电路一般都利用PN结的温度特性,对电流源电路进行温度补偿,以减小温度对电流的影响。
电流源概述,电流源概述,集成电路电流源,一、镜象电流源,镜象电流源,其中:
基准电流是稳定的,故输出电流也是稳定的。
二、精密镜象电流源,精密镜象电流源和普通镜象电流源相比,其镜象精度提高了倍。
精密电流源,电路中增加了T3管,IB3比镜象电流源的2IB小3倍。
因此IC2和IREF之间的镜象精度提高了倍。
三、微电流源,微电流源电路,接入Re2电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源,适用微功耗的集成电路和集成放大器的前置级中。
微电流源,IC2远小于IREF,当R取几k时,IREF为mA量级,而IC2可降至A量级的微电流源。
且IC2的稳定性也比IREF的稳定性好。
四、比例式电流源,在镜象电流源电路的基础上,增加两个发射极电阻,使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系,即可构成比例电流源。
比例式电流源,五、多路电流源,通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流,即可构成多路电流源。
图中一个基准电流IREF可获得多个恒定电流IC2、IC3。
多路电流源,差分放大电路,电路完全对称的理想情况:
差模电压增益,差模信号,放大两个输入信号之差,共模信号,差分放大电路仅对差模信号具有放大能力,对共模信号不予放大。
差模信号:
是指在两个输入端加幅度相等,极性相反的信号。
共模信号:
是指在两个输入端加幅度相等,极性相同的信号。
差分放大电路的组成,差分放大电路是由两个特性基本相同的三极管组成,电路参数对称相等。
差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。
静态分析,动态分析,当输入信号为零时,即,当在电路两个输入端各加一个大小相等,极性相反的信号电压,,一管电流增加,另一管电流减小,所以,即在两个输出端有信号电压输出。
抑制零点漂移的原理,零点漂移当放大电路的输入端短路时,输出端还有电压输出。
在差分电路中,温度的变化,电源电压的波动都会引起两管集电极电流、集电极电压的变化,其效果相当与在两个输入端加入了共模信号,由于电路对称,在理想的情况下,输出电压不变,从而抑制了零点漂移。
差模电压增益,双端输入、双端输出,双端输入、单端输出,加负载电阻RL,差分放大电路有两个输出端集电极C1和集电极C2。
若信号从C1和C2输出,则称为双端输出,反之,若信号仅从集电极C1或C2对地输出,则称为单端输出。
共模电压增益Avc,
(1)双端输出时:
(2)单端输出时:
共模电压增益越小,放大电路的性能越好。
Avc1越小,抑制共模信号的能力越强。
(2)差模输入电阻,不论是单端输入还是双端输入,差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。
(3)输出电阻,输出电阻在单端输出时,双端输出时,,共模抑制比,
(2)单端输出时共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。
(1)双端输出时KCMR为无穷大,恒流源差分放大电路,为了提高共模抑制比应加大Re。
但Re加大后,为保证工作点不变,必须提高负电源,这是不经济的。
可用恒流源T3来代替Re。
恒流源动态电阻大,可提高共模抑制比。
同时恒流源的管压降只有几伏,可不必提高负电源之值。
恒流源电流数值为IE=(VZ-VBE3)/Re,双电源差分放大电路,差分放大电路的静态计算,将电路中信号源短路即可获得计算静态的直流通路。
已知:
=100,VBE=0.6V,另一种工程估算法:
交流参数rbe:
例1:
解:
小结(对于基本共发放大器构成的差放),例2:
一、估算Q点:
二、动态分析:
等效的发射极耦合电阻REE比例式电流源的输出电阻,例2:
1.双出(双入或单入):
差模特性:
rbe=1.3k,画差模信号通路:
例2:
画共模信号通路:
把直流电源、Vid都短路;RL两端共模信号电位相等,故其中无共模电流流过,故可视作开路;由于两臂的共模信号电流同时流过T4、R1,因此,把它等效到每管发射极时,需用2REE表示。
RW的影响可略。
共模特性:
已算得rbe=1.3k,电流源的输出电阻(等效的REE)为4050k。
1.双出(双入或单入):
共模信号通路,例2:
2.单出-(双入或单入):
(1)差模特性:
差模信号通路,例2:
2.单出-(双入或单入):
(2)共模特性,集成电路运算放大器,集成电路运算放大器,集成电路运算放大器,集成运算放大器是一种高电压增益,高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
运算放大器方框图,1.输入级使用高性能的差分放大电路,它必须对共模信号有很强的抑制力,而且采用双端输入双端输出的形式。
4.偏置电路提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流,以稳定工作点。
3.输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成,以获得正负两个极性的输出电压或电流。
具体电路参阅功率放大器。
2.电压放大级要提供高的电压增益,以保证运放的运算精度。
中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。
运算放大器的引线,运算放大器的符号中有三个引线端,两个输入端,一个输出端。
一个称为同相输入端,即该端输入信号变化的极性与输出端相同,用符号+表示;另一个称为反相输入端,即该端输入信号变化的极性与输出端相反,用符号“-”表示。
输出端在输入端的另一侧,在符号边框内标有+号。
集成放大器的符号,运算放大器外形图,1.差模电压放大倍数Avd=,实际上Avd80dB即可。
理想运算放大器的条件,2.差模输入电阻Rid=,实际上Rid比输入端外电路的电阻大23个量级即可。
3.输出电阻Ro=0,实际上Ro比输入端外电路的电阻小12个量级即可。
4.带宽足够宽。
5.共模抑制比足够大。
实际上在做一般原理性分析时,产品运算放大器都可以视为理想的。
只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。
理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。
为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。
理想运算放大器的特性,
(1)虚短由于运放的电压放大倍数很大,一般都在80dB以上。
而运放的输出电压是有限的,一般在10V14V。
因此运放的差模输入电压不足1mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。
开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。
显然不能将两输入端真正短路。
(2)虚断,由于运放的差模输入电阻很大,一般都在1M以上。
因此流入运放输入端的电流往往不足1A,远小于输入端外电路的电流。
故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。
“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。
显然不能将两输入端真正断路。
下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。
例1:
试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。
电压增益Avf=Vo/Vi=Rf/R1,反相比例运算电路,根据虚断I-=I+0,解:
根据虚短V+V-0,Ii=(ViV-)/R1Vi/R1,If=(V-Vo)/Rf-Vo/Rf,IiIf,Vi/R1=-Vo/Rf,电压并联负反馈,例2:
试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。
电压增益,同相比例运算电路,根据虚断I-=I+0,解:
根据虚短V+V-Vi,电压串联负反馈,
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- 课件 第五 集成电路 运算放大器