《模拟电子线路》第7章-杨凌

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1、杨杨 凌凌 模模 拟拟 电电 子子 线线 路路 第第7 7章章第第7章章 集成运算放大器集成运算放大器 7.0 引言引言 集成电路是集成电路是20世纪世纪60年代初发展起来的一种新型器件年代初发展起来的一种新型器件.它它采用半导体集成工艺采用半导体集成工艺,把众多晶体管、电阻、电容及连线制作把众多晶体管、电阻、电容及连线制作在一块硅片上在一块硅片上,做成具有特定功能的独立电子线路做成具有特定功能的独立电子线路.与分立元件与分立元件电路相比电路相比,集成电路具有性能好、可靠性高、体积小、耗电少、集成电路具有性能好、可靠性高、体积小、耗电少、成本低等优点成本低等优点,因此在很短时间内得到飞速发展并

2、获得了广泛因此在很短时间内得到飞速发展并获得了广泛应用应用. 集成运算放大器是一种模拟集成电路集成运算放大器是一种模拟集成电路.由于早期主要用于由于早期主要用于模拟计算机模拟计算机,实现各种数学运算实现各种数学运算,由此而得名由此而得名,并沿用至今并沿用至今.今天今天,集成运放的应用已远远超出模拟运算的范围集成运放的应用已远远超出模拟运算的范围,而作为一种高增而作为一种高增益器件广泛应用与各种电子设备中益器件广泛应用与各种电子设备中.7.0 引引 言言一、集成电路的分类一、集成电路的分类按集成度分类按集成度分类SSI: 含有十几到几十个元、器件含有十几到几十个元、器件, 硅片面积约十平方毫米硅

3、片面积约十平方毫米.MSI: 含有一百到几百个元、器件含有一百到几百个元、器件, 硅片面积约几平方毫米硅片面积约几平方毫米.LSIVLSI集成度已突破集成度已突破1亿元、器件亿元、器件/片片按功能分类按功能分类模拟集成电路模拟集成电路:集成运放、集成功放集成运放、集成功放 、集、集 成稳压器等成稳压器等数字集成电路数字集成电路7.0 引引 言言图图 7.1 三、集成电路的特点三、集成电路的特点 1、电路结构与元件参数具有对称性、电路结构与元件参数具有对称性; 2、用有源器件代替无源器件、用有源器件代替无源器件;二、集成电路的封装外形二、集成电路的封装外形(a) 圆壳式圆壳式 (b)双列直插式双

4、列直插式 (c)扁平式扁平式 7.0 引引 言言 3、采用复合结构的电路、采用复合结构的电路,如复合管、如复合管、CE-CB及及CC-CB等组等组合电路合电路; 4、级间采用直接耦合方式、级间采用直接耦合方式; 5、用作温度补偿或电平移动的二极管、用作温度补偿或电平移动的二极管,大都采用大都采用BJT的发射的发射结构成结构成.四、集成运放简介四、集成运放简介 集成运算放大器是一种模拟集成电路集成运算放大器是一种模拟集成电路. 作为一种高增益器作为一种高增益器件广泛用于各种电子设备中件广泛用于各种电子设备中.7.0 引引 言言 目前目前,集成运放的种类繁多集成运放的种类繁多,按照性能不同按照性能

5、不同,通常把它们划通常把它们划分为通用型和专用型两种分为通用型和专用型两种.通用型运放的性能指标比较均匀通用型运放的性能指标比较均匀,适适用于一般应用场合用于一般应用场合,专用型运放则是根据某些特殊要求专用型运放则是根据某些特殊要求,着重提着重提高其中一项或几项性能指标高其中一项或几项性能指标,如高输入阻抗型、低漂移型、高如高输入阻抗型、低漂移型、高速宽带型、低功耗型等等速宽带型、低功耗型等等. 本章将着重讨论集成运放的组成原理及性能参数本章将着重讨论集成运放的组成原理及性能参数.对构成对构成运放的基本单元电路运放的基本单元电路差动放大器和电流源电路将作详细讨差动放大器和电流源电路将作详细讨论

6、论,之后之后,介绍一种介绍一种典型的典型的BJT集成运放实例集成运放实例741,对对MOS集成集成运放只作简要介绍运放只作简要介绍.7.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用 前几章所讲的前几章所讲的BJT和和FET 放大器的偏置技术通常都会用放大器的偏置技术通常都会用到分压电阻网络到分压电阻网络.此技术适用于分立电路此技术适用于分立电路,不适用于集成电路不适用于集成电路.因为因为,电阻偏置技术要采用耦合电容及旁路电容电阻偏置技术要采用耦合电容及旁路电容,在在IC上上,电阻电阻需要占用很大的面积需要占用很大的面积,而制作微法级的耦合电容几乎是不可而制作微法级的耦合电容几乎是不可能的能的.在模

7、拟集成电路中在模拟集成电路中,广泛采用电流源电路为放大器提供广泛采用电流源电路为放大器提供偏置偏置.此外此外,电流源电路还可用作放大器的有源负载电流源电路还可用作放大器的有源负载.本节讨论本节讨论几种常见的电流源电路几种常见的电流源电路.一、镜像电流源一、镜像电流源 图图7.2示出了基本镜像电流源电路的结构示出了基本镜像电流源电路的结构.7.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用大自然在晴朗宁静时显示出的古典主义图像,具有精确的镜反映对称性.I07.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用微风吹起微澜,镜反映对称性稍有偏离,大自然显示出稍微偏离古典的图像.I0R07.1 电流源电路及其应用电

8、流源电路及其应用轻风徐来，把一池水面拂皱，云影散乱，镜像对称性有较大的偏离，在这里可以看到印象主义的由来。 图图 7.2R+VCCT1T2IREFIC2IC12IB7.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用当当较大时较大时,忽略忽略BJT 的基极电流的基极电流 VCCVBE VCCIC2=IC1IREF = R R(7-1)注意注意: 只有当只有当VCCVBE ,2时时, IC2IREF IREF IC2 = 1+2/ 若若不够大不够大,则 IC2与与IREF互成镜像的精度将会降低互成镜像的精度将会降低,为此为此,采用图采用图7.3所示的三晶体管镜像电流源电路所示的三晶体管镜像电流源电路.图

9、图 7.3+VCCIEIE3RE3IC2RT1T2IREFT37.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用IREF=IC1+IB3IE3=IB1+IB2IB3=IE3/(1+3)1=2=3 2 + IC2= IREF 2 +2 IREF VCC2VBE IREF = R 镜像电流源电路适用于较大工作电流镜像电流源电路适用于较大工作电流(mA数量级数量级)的场合的场合.二、比例式电流源二、比例式电流源R1R+VCCT1T2IREFIC2IC1R2IE1IE2图图 7.47.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用VBE1+IE1R1=VBE2+IE2R2 IC1 IC2VBE1VBE2VTln

10、VTln IS IS IC1 =VTln IC2 VBE1VBE2 =IE2R2IE1R1 IC2R2IC1R1 R1 VT IC1 R1 IC2=IC1 + ln IC1 R2 R2 IC2 R2 IC2 R1 (7-2)IREF R2其中其中: VCCVBE IREF= R+R1R+VCCT1T2IREFIC2IC1R2图图 7.57.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用三、微电流源三、微电流源 R1 VT IC1 R1 IC2=IC1 + ln IC1 R2 R2 IC2 R2 R1= 0 VT IC1 VT IREFIC2= ln ln (7-3) R2 IC2 R2 IC2 该电

11、路能提供微安级的电流该电路能提供微安级的电流,且输出电流对电源电压且输出电流对电源电压变化不敏感变化不敏感. VT IC1 VT VCCIC2= ln ln R2 IC2 R2 RIC2 IREFR+VCCT3IO=IC3T1T2图图 7.67.1 电流源电路及其应用电流源电路及其应用四、威尔逊电流源四、威尔逊电流源 上述电流源存在两个共同的缺点上述电流源存在两个共同的缺点:1 、动态输出电阻不够大、动态输出电阻不够大;2 、输出电流受、输出电流受的影响较大的影响较大. VCC2VBE IREF = R 2 +2 IO= IREFIREF 2+2+2 (7-4)其中其中: Ro rce2 (7