【正文】 URRRUIIIR?????? 集成運(yùn)放電路舉例 集成運(yùn)算放大器 F007 雙極型集成運(yùn)放 F007是一種通用型運(yùn)算放大器 。由于它性能好 ， 價(jià)格便宜 ， 所以是目前使用最為普遍的集成運(yùn)放之一 。 F007的電路原理圖如下圖所示 。 圖中各引出端所標(biāo)數(shù)字為組件的管腳編號(hào) 。 F007由三級(jí)放大電路和電流源等組成 ， 下面分別作一介紹 。 V8V92V1V23V3V4V7V5V61R11 kR35 0 kR21 k5R43 . 2 kV1 0V1 2V1 3V1 14 . 5 kC3 0 pR53 9 kR7R67 . 5 kV1 6V1 7V1 5V D1V D2V1 9V1 8R85 0R92 5V1 4764△ IC 3△ IC 5△ IC 4△ IC 6△ IO+ 1 5 V 1 5 V+集成運(yùn)算放大器 F007原理圖 +ui +uoui UC C UC C集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào) 調(diào)零端 原理圖中的簡(jiǎn)化符號(hào) ① ② ③ ④ ⑤ ⑦ ⑥ +ui +uoui 國(guó)外（本書）符號(hào) ∞+ui +ui uo國(guó)標(biāo)符號(hào) 作業(yè)： p228 67， 69， 610， 611。 MOS集成運(yùn)算放大器 MOS集成運(yùn)放主要有 NMOS和 CMOS兩種類型 。 NMOS由單一的 N溝道 MOS管組成 ， 具有制作工藝簡(jiǎn)單 ， 集成度高的特點(diǎn) 。 而 CMOS是在 NMOS工藝中加入 P阱擴(kuò)散工序 ， 形成 P型隔離區(qū) ， 然后以該區(qū)為襯底制作 N溝道管 。 這樣 ，電路由互補(bǔ)的 NMOS和 PMOS管組成 。 制作工藝稱為CMOS工藝 。 由于 CMOS電路具有高增益 、 低功耗 、 可消除背柵效應(yīng)以及電路設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn) 。 因而 CMOS工藝成為當(dāng)前集成工藝的主流 。 下圖示出了 CMOS工藝中互補(bǔ)器件的結(jié)構(gòu)示意圖 。 S DGSGDP＋N＋N＋P＋P＋P＋P 阱N 型襯底接電路的最低電位 接電路的最高電位 NMOS管 PMOS管 一 . MOS管鏡像電流源 基本 MOS鏡像電流源如圖所示 。 V1， V２ 為兩個(gè)性能匹配的 ENMOS管 ， Ir為參考電流 。 若兩管工作在恒流區(qū) ， 則有 22 2 211 1 11//1DSDD D SUI W LI W L U??????U DD I r I V 1 V 2 222 11//DrWLI I IWL??忽略溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，則 若兩管寬長(zhǎng)比相等，為鏡像電流源；若寬長(zhǎng)比不等，則為比例電流源。 2( ) ( 1 )2n o xD G S G S t h D SC Wi u U uL? ?? ? ? ? ? ? CMOS集成運(yùn)放中的基本單元電路 實(shí)際 MOS管鏡像電流源 V1V2V3IoIrUD D UDD= uDS3+ uDS1。 uDS3= uGS3， uDS1= uGS1。 當(dāng)選擇 UDD 2UGSth V1 V2 u均工作在恒流區(qū) ， 則有 用 V3管實(shí)現(xiàn)參考電流 Ir。 圖中 211 1 31()2n oxD G S G Sth DC Wi u U iL?? ? ? ? ?23313()2n o xr D D D G S G S thCWI i U u UL?? ? ? ? ? ?若 V1和 V3管的寬長(zhǎng)比為 n， 則 21113 3 1/ ()/D D G S G SthG S G SthU u UWLnW L u U?????在已知 n值時(shí) ， 可解得 1( 1 )1D D G S thGSU n Uun????再根據(jù) Ir式 ， 可解得 Ir值 二 . CMOS互補(bǔ)放大器 EGUD DV1V2Uo++uI放大管為 NMOS， 有源負(fù)載管為柵壓恒定的 PMOS管 。 下面通過(guò)圖解來(lái)確定工作點(diǎn)： 由于 ID1=ID2， 當(dāng) EG2選定后 ， uGS2 = EG2 UDD， uDS2 = uDS1 UDD 。 此時(shí)的輸出特性 222 2 1( ) | ( ) |G S G D DD D S U D S D D E Ui f u f u U ?? ? ? 現(xiàn)將該輸出特性曲線的原點(diǎn)設(shè)在V1管輸出特性曲線的 UDD處 ， 則該特性曲線 ， 即為 V1管的直流負(fù)載線 。 如圖示： 直流負(fù)載線 uI=UGSQ1+ui 0UG S t h 1uD S 1UG S 1iD 1UG S Q 1 當(dāng) uI≤UGSth1， V1管截止 ， UDS2 =0， ID1 = ID2=0 ， UDS1= UDD 。 UD DUG S 2EGUD DV1V2Uo++uIUG S 1 AUG S 1 BBCuouI0UG S t h 1ABV1放 V2放 放放 放 放 放 放UD DQUGS1UD S Q 1ID QAoUGS1A≤uI≤UGS1B， 如 AB段 , V1和 V2管均在恒流區(qū) 。 UGSth1uI≤UGS1A， 如 oA段 , V1管在恒流區(qū)而 V2管在變阻區(qū) 。 uI UGS1B， 如 BC段 , V1管在進(jìn)入變阻區(qū)而 V2管仍在恒流區(qū) 。 顯然 ， V1和 V2管都應(yīng)工作在恒流區(qū) 即 AB段 。 且 Q點(diǎn)最好設(shè)在 AB的中點(diǎn)處 。 iD2EGUD DV1V2Uo++uIuI= UG S Q 1+ Ui CMOS互補(bǔ)放大器的交流等效電路及電壓增益 ＋＋gm1Uird s1rd s2Uo_U i_G1D1S1S2G2D211 2 11 2 111 2 ( )d s d s m n o x D QD Q D QWr r g C II I L???? ? ?1 1 2()ou m d s d siUA g r rU? ? ? 11 2 121 1 1() n oxuDQCWALI???? ? ? 可見(jiàn)， CMOS放大器的電壓增益隨 IDQ減小而增大。因此 特別適和于小電流下工作。作為低功耗放大器，其 Au1000。 三 、 CMOS管差動(dòng)放大器 在 MOS集成運(yùn)放中 ， 作為輸入級(jí)的差動(dòng)放大器 ， 一般是由兩個(gè)對(duì)稱的有源負(fù)載 MOS放大器經(jīng)電流源耦合構(gòu)成 。 CMOS差動(dòng)放大器如下圖所示 。 UDDV4＋UoV3V1V2＋Uid－－UGG－ USSV0 由于電路采用鏡像電流為負(fù)載 ， 因而從 Ud2輸出的單端電壓增益與雙端輸出相同 。 即 )( 42 dsdsmidoud rrgUUA ?? 可見(jiàn)，當(dāng)后級(jí)接輸入電阻極大的 MOS管負(fù)載時(shí)，該級(jí)差放具有很高的電壓增益。 四 . CMOS集成運(yùn)算放大器 5G14573 5G14573是一種通用型 CMOS集成運(yùn)放 ， 它包含有四個(gè)相同的運(yùn)放單元 。 由于四個(gè)運(yùn)放按相同工藝流程做在一塊芯片上 ， 因而具有良好的匹配及溫度一致特性 ， 為多運(yùn)放應(yīng)用的場(chǎng)合提供了方便 。 V04 0 / 2 0V18 0 / 2 0V21 5 8 / 2 0V33 0 / 2 0V43 0 / 2 0IV2＋－Ui－+IV 0IrRV55 0 / 1 2V65 0 / 1 2V71 9 8 / 1 2IV 1＋ UDD( ＋ 7 .5 V )Uo－ USS( － 7 .5 V )CV04 0 / 2 0V18 0 / 2 0V21 5 8 / 2 0V33 0 / 2 0V43 0 / 2 0IV2＋－Ui－+IV 0IrRV55 0 / 1 2V65 0 / 1 2V71 9 8 / 1 2IV 1＋ UDD( ＋ 7 .5 V )Uo－ USS( － 7 .5 V )C 輸入級(jí)是 CMOS差動(dòng)放大器 ， 只是用 PMOS管 V3， V4組成差放管 ， 而 NMOS管 V3， V4接成鏡像電流源作有源負(fù)載 。 該運(yùn)放由兩級(jí)放大器組成 。 輸出級(jí)是 CMOS共源放大器 ， V7 NMOS管為放大管 ， V4 PMOS管為有源負(fù)載 。 集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo) 一 . 輸入失調(diào)電壓 UIO和輸入失調(diào)電流 IIO 輸入失調(diào)主要反映運(yùn)放輸入級(jí)差動(dòng)電路的對(duì)稱性 二 . 失調(diào)的溫漂 在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi) ， UIO隨溫度的平均變化率稱為輸入失調(diào)電壓溫漂 ， 以 dUIO /dT表示 。 在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi) ， IIO隨溫度的平均變化率稱為輸入失調(diào)電流溫漂 ， 以 d IIO /dT表示 。 三 . 輸入偏置電流 IIB 靜態(tài)時(shí) ， 輸入級(jí)兩差放管基極電流 IB1,IB2的平均值 ，即 221 BBIBIII ??四 . 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aud 五 . 共模抑制比 KCMR 六 . 差模輸入電阻 Rid 七 . 共模輸入電阻 Ric 八 . 輸出電阻 Ro 九 . 輸入電壓范圍 十 . 帶寬 十一. 轉(zhuǎn)換速率 (壓擺率 )SR 該指標(biāo)是反映運(yùn)放對(duì)高速變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)能力。運(yùn)放在額定輸出電壓下，定義為輸出電壓的最大變化率。即 十二 . 靜態(tài)功耗 Pc 十三 . 電源電壓抑制比 PSRR m a x|| oRduSdt?作業(yè)： p228 68， 612， 613。 三 . 克服交越 由于晶體管實(shí)際存在導(dǎo)通電壓 ， 硅管約為 ,因而在正負(fù)半周內(nèi) ， 只有當(dāng)信號(hào)的絕對(duì)值大于 ，管子才導(dǎo)通 。 而在 ～ ， 兩管的輸出電流近似為零 。 因此 ， 輸出波形在兩管輪流工作的銜接處呈現(xiàn)出失真 ， 如圖所示 。 這種失真通常稱為交越失真 。該圖是利用兩管的合成轉(zhuǎn)移特性曲線 (即 iC與 uBE的關(guān)系曲線 )， 形象地來(lái)說(shuō)明交越失真產(chǎn)生的原因 。 二 、 MOS管鏡像電流源 基本 MOS管鏡像電流源如圖所示 。 圖中 V1， V２ 為兩個(gè)性能匹配的 ENMOS管 ， Ir為參考電流 。 若兩 管工作在恒流區(qū) ， 則有 22 2 211 1 11//1DSDD D SUI W LI W L U??????U DD I r I V 1 V 2 222 11//