2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成运算放大器

集成运算放大器 集成运算放大器 集成运放是实现高增益放大功能的一种集成器件。 集成运放性能特点 Av很大：（104 ~ 107 或 80 ~ 140dB） Ri 很大：（几k ~ 105 M 或 ） Ro很小：（几十 ） 静态输入、输出电位均为零。 集成运放电路符号 反相输入端 同相输入端 输出端 v- v+ vo + - MOS镜像电流源 MOS镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，只是原参考支路中的电阻R被有源电阻T3取代。 T1 VCC T2 IR IO T3 VSS 若 T1 T2性能匹配，工作在饱和区 宽长比分别为(W/l )1 、( W/l )2 根据 ， 得 其中 4.5.3 有源负载差分放大器 T1、T2构成的镜像电流源代替RC4 。 T1 VCC iC3 T2 vi1 T3 T4 IEE VEE iO iC4 iC2 vi2 电路组成： T3、T4构成双端输入单端输出差放。 电路特点： 由镜像电流源知 当差模输入时 则差模输出电流 当共模输入时 则共模输出电流 T1 VCC iC3 T2 vi1 T3 T4 IEE VEE iO iC4 iC2 vi2 性能分析： 结论： 该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。 由于 则 差模增益 差模输入电阻 差模输出电阻 集成运放电路组成 由于实际电路较复杂 ，因此读图时，应根据电路组成，把整个电路划分成若干基本单元进行分析。 输入级 中间增益级 输出级 偏置电路 采用改进型差分放大器 采用1~2级共发电路 采用射随器或 互补对称放大器 采用电流源 F007集成运放内部电路 输入级组成： 由T1、T3和T2、T4组成的共集—共基组合电路构成双入单出差放。 T5、T6、T7组成的改进型镜像电流源作T4管的有源负载。 T8、T9组成的镜像电流源代替差放的公共射极电阻REE。 输入级特点： 改进型差放具有共模抑制比高、输入电阻大、输入失调小等特点，是集成运放中最关键的一部分电路。 中间级组成： T17构成共发放大器。 T13B、T12组成的镜像电流源作有源负载，代替集电极电阻RC。 电路特点： 中间级是提供增益的主体，采用有源负载后，电压增益很高。 隔离级 ： T16管构成的射随器作为隔离级 ，利用其高输入阻抗的特点，提高输入级放大倍数。 输出级组成： T14与T20组成甲乙类互补对称放大器。该放大器采用两个射随器组合而成。 电路特点： 输出电压大，输出电阻小，带负载能力强。过载保护电路 ： T15、R6保护T14管，T21、T22、T24、R7保护T20管。 正常情况保护电路不工作，只有过载时，保护电路才启动。 隔离级 ： T23A管构成的有源负载射随器作为隔离级，可提高中间级电压增益。 T13A与T12组成的镜像电流源作有源负载，代替T23A的发射极电阻RE。 偏置电路： 偏置电路一般包含在各级电路中，采用多路偏置的形式。 T10、T11构成微电流源，作为整个集成运放的主偏置。 电平位移电路 ： 输入级共集—共基组合电路中，采用极性相反的NPN与PNP管进行电平位移。不专门另设电平位移电路。 将上述单元电路功能综合起来可见，F007是实现高增益放大功能的一种集成器件。 它具有高Ri、低Ro、高Av、高KCMR 、低失调、零输入时零输出等特点，是一种较理想的电压放大器件。 4.7 放大器的频率响应 从系统的观点看，小信号放大器为线性时不变系统。 传递函数和极零点 4.7.1 复频域分析法 输入激励信号x(t) 输出激励信号y(t) 若设 拉氏变换 X(s) Y(s) 在初始条件为零时，定义系统的传递函数： (m  n) 式中：标尺因子 H0=bm/an ， Z为零点，p为极点。 在可实现的稳定有源线性系统中，分母多项式各 系数恒为正实数，极点必为负实数或实部为负值 的共轭复数。 零点可以是负实数或实部为负值的共轭复数；也 可以是正实数或实部为正值的共轭复数。 在仅含容性电抗元件的系统中： 只要不出现由电容构成的闭合回路，则极点数=电容数。 若出现闭合回路，则极点数=独立电容数。 C1 C2 C3 图示闭合回路，极点数=2 说明 1）写出电路传递函数表达式 A(s) 频率响应分析步骤 复频域内，无零多极系统传递函数一般表达式： 2）令 s = j，写出频率特性表达式 A(j) 设极点均为负实数( p = -p )，则 4）确定上、下限角频率 3）绘制渐近波特图 RC 低通电路频率响应 C R + - + - vi(t) vo(t) 由图，传递函数表达式 ： 时间常数 式中 ， 令 s