§4.1 集成运放电路概述
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§4.1.2 组成及各部分功能 Structure & Function
ouput
input
输入级
中间级
输出级
偏置电路
一、输入级 (Input Stage) (high input resistance) 二、中间级 (Intermediate Stage) (high voltage gain) 三、输出级 (Output Stage) (low output resistance) 四、偏置电路 (Biasing Circuit) (proper quiescent point)
输入失调电流及其温漂
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6. Input biasing current 输入偏置电流 7. Maximum common-mode input voltage; 最大共模输入电压 8. Maximum differential input voltage; 最大差模输入电压 9. (Upper) Cut-off frequency (-3dB break frequency); 上限截止频率 10. Unity-gain frequency (Aod=1) 单位增益带宽 11. Slew rate. 转换速率
开环差模电压增益
2. Common-mode rejection ratio KCMR
共模抑制比
3. Differential input resistance rid
差模输入电阻
4. Input offset voltage and thermal voltage drift
输入失调电压及其温漂
Hale Waihona Puke 5. Input offset current and thermal input offset current drift
Chapter 4 集成运算放大电路
Integrated Circuit Op- Amps
1
第四章 集成运算放大器 Integrated Circuit Op-Amps
§4.1 集成运放电路概述 §4.2 电流源电路 §4.3 集成运算放大器简介 §4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路
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§4.1.1 结构特点 运算，放大
VCC Rb I b1 βIb1 + uo rbe1 rce1 rce2 RL uI Rb T2 + R T1 uo RL T3
IR
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二、Differential Amplifier with Active Load
VCC T3 ic3 ic1 + uI T1 T2 I -VEE T4 ic4 ic2 io RL
§4.2.1 基本电流源电路 §4.2.2 改进型电流源电路 §4.2.3 多路电流源电路 §4.2.4 有源负载放大电路
7
基本电流源电路) §4.2.1 Basic Current Source (基本电流源电路 基本电流源电路
镜像电流源） 一、Current mirror (镜像电流源） 镜像电流源
IR
VCC R T0 IC T1
VCC − VBE IR = R
12
二、Wilson Current source（威尔逊电流源） （威尔逊电流源）
VCC IC1 IC0 IR B IE2 IC2
I E 2 = IC1 + 2 I B = IC1 + IC1 = 2 IC1
β
β β +2
IE2 =
IC1 T1
T0 Re0 IE0 Re1
待改进的方面： 待改进的方面：
IC1的取值取决于 e0和Re1的比值 的取值取决于R 很小，工艺上受一定限制。 如希望 IC1很小，工艺上受一定限制。
IE1
10
微电流源) 三、Widlar Current Source (微电流源 微电流源
β>>1时 VCC IR T0 RE R
2 IR ≈ IR + 2β + 2 )
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§4.2.3
Multiple Current Sources (多路电流源电路 多路电流源电路) 多路电流源电路
VCC IR R IC1
IE0Re0≈IE1Re1≈IE2Re2≈IE3Re3
IC2 IC3
IE0 Re0
IE1 Re1 Re2
IE2
Re3
IE3
中间级： 中间级： T15~T17, T13组成 组成
T13
复合放大管 有源负载（ 电流源) 有源负载（T13电流源 电流源 高增益 输出级： 输出级：VBE倍增电路 甲乙类准互补推挽功率 放大电路
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(通用型运算放大器 通用型运算放大器F007) 通用型运算放大器
功率输出级及其保护电路
甲乙类准互补推挽功率放 大电路
D1,D2,R9,R10及T15 组成输出过流保护电路 组成输出过流保护电路 uR7+uD1=uBE14+ioR9 R9,R10不对称补偿
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(通用型运算放大器 通用型运算放大器F007) 通用型运算放大器
F007集成电路简介 集成电路简介
功率输出级
单端输出,差模时,双端效果; 共模时,∆ic4=∆ic6, ∆ic4-∆ic6=0,CMRR大 静态工作点稳定作用 过流 保护 输入级 偏置电路 中间增益级
存在问题： IR大时，R损耗大； IR小时，R阻值本身太大， 不易集成。 当β>>2不成立,即β较小时， IC1与IR 的差别不能忽略
9
二、 比例电流源
VCC UBE0+IE0Re0=UBE1+IE1Re1 IR R
IR
V CC − U BEO ≈ , R + Re0
IC1
Re0 ≈ IR R e1
作用： 作用：为各级提供合适的偏置
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(通用型运算放大器 通用型运算放大器F007) 通用型运算放大器
输入级电路
T1~T7, R1~R3组成 组成
T1~T4：共集-共基结构 ：共集 共基结构 输入电阻大， 输入电阻大，频带宽 T5,T6,T7：改进型镜像电流源做有源负载 ： 差模时， 差模时，∆iC3=-∆iC4, ∆iC3=∆iC5, ∆ ∆ ∆iC5=∆iC6, ∆iC6=-∆iC4 ∆ ∆
T0 R IR -VCC
VCC T1 IR IC T0 R IC T1
IR = IC =
VCC − VBE R
= I C + 2I B = I C + 2
IC
β
β β +2
IR
if : β >> 2, then : IC ≈ I R
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镜像电流源） 一、Current mirror (镜像电流源） 镜像电流源
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§4.1.3 Voltage Transfer Characteristics (电压传输特性 电压传输特性) 电压传输特性
VCC uP uN uo -VEE Aod
uo
Positive saturation voltage
Aod---open-loop voltage gain Aod 可达上万倍，百万倍 可达上万倍，
返回
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§4.3 Description of OP-Amps 集成运算放大器简介
input
输入级
中间级
输出级
ouput
偏置电路
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(通用型运算放大器 通用型运算放大器F007) 通用型运算放大器
(通用型运算放大器 通用型运算放大器F007) 通用型运算放大器
偏置电路
前级
IR5
后级
T8~T13，R4,R5：偏置电路 IR5： 基准电流
Operational Amplifiers
直接耦合 差分电路 恒流源 复杂电路 有源负载 复合型式
Op-Amps
direct coupling differential circuit constant current source complicated circuit active load composite circuit
IC1 T1 IE1
U BE 0 − U BE1 I C 1 ≈ I E1 = , Re
UT IR I C1 ≈ ln Re I C1
VCC − U BEO IR ≈ R
不成立,即 较小时， 当β>>1不成立 即β较小时， 不成立 误差不能忽略
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§4.2.2 Modified Current Source 改进型电流源电路） （改进型电流源电路）
返回 23
§4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 Op-Amps Parameters and Low Frequency Equivalent Circuit
§4.4.1 主要性能指标
§4.4.2 低频等效模型
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§4.4.1 主要性能指标 Main Specifications 1. Open-loop voltage gain Aod
一、Modified Current Source IR T0
VCC T2
R
IE2
IC1 T1
VCC − 2VBE IR = R
IC1 = IC0 = I R − I B2 = I R − IC1 = IR ≈ IR 2 1+ (1 + β )β
IE2 2I 2IC1 = I R − B1 =I R− (1 + β ) 1+ β (1 + β )β
2.
3.
29
Current mirror: ∆ic4= ∆ic3;
+ uo -
∆ic3= ∆ic1 有∆uId时, ∆ic1=-∆ic2 ∆io= ∆ic4- ∆ic2 =∆ic1-(-∆ic1)=2∆ic1