《四章节集成运放内部电路设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四章节集成运放内部电路设计.ppt（55页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、模拟电子电路及技术基础,孙 肖 子,西安电子科技大学,模拟电子电路与技术基础课程的特点是 “概念性、工程性、实践性“强！,“注重物理概念，采用工程观点； 重视实验技术，善于总结对比； 理论联系实际，注意应用背景； 寻求内在规律，增强抽象能力。”,4.1 集成运放电路电路概述,集成电路(IC：Integrated Circuit)是在同一块微小的硅片上经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等工艺，将电阻、二极管、晶体管、场效应管及小电容和它们之间的连线组成的完整电路制作在一起，最后再进行封装，形成的一个实现特定功能的完整电路。,集成电路分类： 通用型运放： 专用型运放：高阻型、高速型、高精度型、低温漂
2、型、低/微功耗型、高压大功率型 特定功能运放：仪表用放大器、缓冲放大器、隔离放大器等。,4.1 集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,4.1 集成运放电路电路概述,集成运放的组成：,1.输入级 输入电阻高、差模电压放大倍数大、共模信号抑制能力强、静态电流和失调偏差小。,2.中间级 提供足够大的电压放大倍数，多采用共发射极(或共源极),3.输出级 提高输出功率、降低输出电阻(即提高带负载能力)、减小非线性失真和增大输出电压的动态范围。,4.偏置电
3、路 采用恒流源电路.,4.1 集成运放电路电路概述,1.高增益直接耦合放大器,2.尽量用有源器件代替无源元件,3.利用对称结构改善电路性能,集成运放的特点：,4.广泛采用复合管,5.温度稳定性较高,6.集成度高，功耗小,4.2 集成运放电路中的电流源电路,1.单管电流源电路,2. 镜像电流源,镜像电流源的温度补偿作用,多路镜像电流源,多集电极晶体管电流源,3.比例电流源,4.微电流电流源,5.威尔逊电流源 负反馈型电流源,因为,所以,6.改进型电流源-加射随器隔离的电流源,改进的多输出镜像电流源,4. 2. 2场效应晶体管组成的电流源,T1一定工作于恒流区,T1、T2的电性能完全相同,MOS多
4、输出电流源电路,例,对于N沟道FET组成的电流镜，宽 长比的比值为2：4：101：2：5， 所以有,，,P沟道FET电流镜的宽长比的比值 为2：10：41：2：5，所以有,4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载,有源负载的特点,(1)采用有源负载的放大器具有很高的电压增益。 (2) 有源负载放大器的增益与电源电压无关。 (3) 可以大大节约芯片面积。,4. 2. 3 电流源的主要应用-有源负载,有源负载共射放大电路,有源负载射级跟随器,4.3.1 零点漂移现象,43差分放大电路,所谓的零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号是一个随时间变化，漂移不定的非零信号,结构特点:,结构高度对称,
5、有两个输入端,两个输出端,4.3.2一般差分放大电路的特性分析,1、抑制零漂原理,2、差模信号和共模信号,两端输入信号大小相同、极性相反的信号称差模信号,两端输入完全相同的信号称为共模信号,任意信号：当 时，称它们为任意信号， 任意信号可以分解为差模信号和共模信号之和,式中,3、差模增益和共模增益,差模电压增益定义,共模电压增益定义,总的输出电压,4、共模抑制比,差模电压增益越大，共模电压增益越小， 则共模抑制能力越强，抑制零漂的能力愈强， 放大电路的性能越优良。,5、典型差分放大电路及四种工作方式,（a）双端输入、 双端输出 （b）单端输入、 双端输出 （c）双端输入、 单端输出 （d）单端
6、输入、 单端输出,6、基本工作原理 (1) 静态分析,(2)动态分析 1) 双端输入，双端输出工作方式。 双端输入，双端输出差模电压增益。,差摸输入交流等效电路 小信号等效电路,等效为对地短路,负载电阻,中点的交流信号电位为零,差模输出电阻,差模输入电阻,双端输入，双端输出共模电压增益。,共模输入差分放大电路 共模输入信号的交流通路,共模电压增益为,共模抑制比,共模输入电阻,共模输出电阻,2) 双端输入，单端输出工作方式。 双端输入，单端输出差模电压增益。,双入单出差模交流通路 双入单出共模交流通路,其中,差模输入电阻,差模电压增益为,差模输出电阻,双端输入，单端输出共模电压增益,共模放大倍数
7、,一般情况下,且,共模输入电阻,共模输出电阻,3） 单端输入的差分放大电路,单端输入单端输出,可看作是任意输入的一个特例,：,差模信号,共模信号,4.3.3 带恒流源的差分放大电路,恒流源的动态电阻,4.3.4有源负载的差分放大电路,用镜像电流源作差分放大电路的有源集电极负载电阻，可以使单端输出具有与双端输出相同的差模放大倍数及共模抑制比,4.3.5 MOS差分放大器,采用有源负载的MOS差分放大器,差模电压增益,2.共模电压增益,由于电路两边对称,共模增益为0，,趋于无穷大。,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,2.共模电压增益,共模输入时的有源负载MOS差分放大器,由于电路两边对称，必有
8、,1、有源负载差分放大 器的共模增益为0，,2、 趋于无穷大,4.3.6差分放大电路的传输特性及应用,1、差分放大器的传输特性,晶体管发射极电流与BE结电压之间的关系,输出电压,1）当,时，差分放大器处于平衡状态,2）差模电压,输入与输出可保持线性关系,时,2、展宽输入动态范围及差分放大器的其它应用,(1) 展宽输入动态范围,引入串联电流负反馈电阻R，展宽输入线性动态范围,(2) 倒相器,（3）自动增益控制电路,（4）波形变换电路,3 双平衡模拟乘法器,当,时,由此可求得输出电压,K称为标度因子,44 集成运算放大器的输出电路,1、BJT管输出级,互补原理电路 交越失真波形 简单互补电路,45
9、集成运算放大器内部电路举例,4. 5. 1 BJT通用运算放大器F007,1、差分输入级,(1) 差模输入范围大,(3) 电压增益和输入阻抗高。,(2)共模输入范围大，共模抑制比高,、,组成中间电压放大级,2、中间级,3、输出级：互补对称输出级由T14、T18、T19组成。,4、保护电路,D1、D2、R8、R9组成输出级的过载保护电路。,4. 5. 2 C14573集成运算放大电路,C14573是四个独立的运放制作在一个芯片上的器件。,第一级是采用共源形式的双端输入、单端输出差分放大电路。P沟道管T3和T4构成源极输出的差分放大电路，N沟道管T5和T6管组成镜像电流源，作为差分放大电路有源负载。,第二级是由T7与T8组成一个高增益共源放大电路， T7为有源负载,