第07章 集成运算放大电路.

7.1.1
集成运算放大器的基本组成


集成运算放大器的电路符号 集成运算放大器的电路符号如图7-1所示。它有两个 输入端，一个反相输入端和一个同相输入端。分别 用“-”“+”表示。有一个输出端，输出电压 与反 相输入端输入电压 的相位相反，而与同相输入端输 入电压 的相位相同。 集成放大器满足下列关系式 (7-1) 式中， 为集成运算放大器开环电压放大倍数。
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集成运算放大器的主要参数
也可以反过来说，若要使输出电压为零，则必须在 输入端加一个很小的补偿电压，这个电压就是输入 失调电压。它反映了线性组件内部制造的对称程度 。一般Uos为毫伏数量级，其值越小越好，理想运 放的Uos为零。 输入失调电压的大小还随温度、电源电压的变化而 变化。通常输入失调电压对温度的变化率称之为输 入电压温度漂移(简称输入失调电压温漂)，用 dUOS/dT表示，一般为±(10~20)μ V/℃
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集成运算放大器的基本组成
2. 中间级 运算放大器的放大倍数主要是由中间级提供的，因 此要求中间级有较高的电压放大倍数。一般放大倍 数可达几万甚至几十万以上，通常由多级放大电路 组成。如图7-2所示，V8、V9分别组成共集、共射放 大电路，并有恒流源ICB作负载，因而使该级可获得 很高的电压增益，V14作为射级跟随器，起隔离作用 ，并可进一步提高电压放大倍数。
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集成运算放大器的主要参数
7.1.2.2

输入失调电压UOS及温漂电压dUOS /dT 如果集成运放差动输入级非常对称，当输入电压为 零时，输出电压也应为零(不加调零装置)。但实际 上它的差动输入级很难达到对称，通常在室温25oC以 下，为了使输入电压为零时输出电压为零，在输入 端加的补偿电压叫做输入失调电压UOS。它的大小反 映了当输入信号为零时，运算放大器的输出电压应 为零。但实际上由于制造工艺等多方面原因，它的 差动输入级很难做到完全对称，故当输入为零时， 输出并不为零，这一输出电压折合到输入端的值就 U o U os 称为输入失调电压，即 Ad
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集成运算放大器的基本组成
图7-2 集成运算放大器F74l的简化原理图
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集成运算放大器的基本组成
1. 输入级 输入级是集成运算放大器性能保证的关键。为了减 少零点漂移和抑制共模干扰信号，要求输入级温漂 小，共模抑制比高，有极高的输入阻抗，一般采用 具有恒流源的差动放大电路。电路中V1、V2、V3和V4 组成差动放大电路。Ｖ5、V6及V7组成恒流源电路， 作为差动输入级的有源负载。这一级不但能有效地 抑制零漂，且具有较高的输入阻抗，对输入信号也 具有一定的放大能力。
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集成运算放大器的基本组成

集成运算放大器的内部电路框图 集成运算放大器的内部电路框图如图7-3所示。
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图7-3 集成运放原理框图
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集成运算放大器的主要参数

运算放大器的好坏常用一些参数表征。为了合理地 选用和正确地使用运放，必须了解其各主要参数的 意义。下面介绍集成运放的一些主要参数。 7.1.2.1 开环差模电压增益Ad Ad 是集成运放在开环状态、输出不接负载时的直流 差模电压增益。它是决定运算放大器运算精度的主 要因素。Ad 越大，说明性能越好，目前运放的Ad可 以达到105～108.5或(100~170dB)，理想运放的Ad值为 无穷大。值得注意的是，Ad 是频率的函数，随着信 号频率(一般超过几兆赫)的增高，Ad 将下降。
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集成运算放大器的基本组成

4. 偏置电路 偏置电路是为整个电路提供偏置电流、设置合适静 态工作点的。偏置电路大多由各种恒流源电路组成 。它们一般也作为放大器的有源负载和差动放大器 的发射极电阻。 集成运算放大器除上述四部分外，还要有一些辅助 电路，如过电流、过电压、过热保护电路等，图中 略。
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集成运算放大器的基本组成
3. 输出级 该级的作用是提供一定幅度的电流和电压输出，用 以驱动负载工作。对输出级的要求是输入阻抗高、 输出阻抗低。输出阻抗低是为了提高带负载能力； 输入阻抗高是为了实现中间级与输出级的隔离。所 以输出级常采用互补对称或准互补对称功率放大电 路，如图7-2所示，输出级采用了甲乙类互补对称功 率放大电路，V10、V11工作在二极管状态，为V12、V13 提供静态偏置电压(约为1.4V)，从而消除了交越失 真。
7.1

集成运算放大器简介
模拟集成电路是以电压或电流为变量对模拟量进行 放大、转换、调制的集成电路，它可分为线性集成 电路和非线性集成电路。线性集成电路是指输入信 号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运 算放大器。非线性集成电路是指输入、输出信号的 变化成非线性关系的集成电路，如集成稳压器。
7.1

集成运算放大器简介


线性集成电路总结起来有如下特点。 (1) 集成电路中一般都采用直接耦合的电路结构，而 不采用阻容耦合结构。 (2) 集成电路的输入级采用差动放大电路，其目的是 为了克服直接耦合电路的零漂。 (3) NPN管和PNP管配合使用，从而改进单管的性能。 (4) 大量采用恒流源来设置静态工作点或作有源负载 ，用以提高电路性能。
第7 章 集成运算放大电路
7.1

集成运算放大器简介

集成电路是利用半导体的制造工艺，把管子、电阻 、电容、电路和连线等做在一个半导体基片上，形 成不可分割的固体块。集成电路中，元件密度高、 连线短、焊点少、外部引线少，因此大大提高了电 子线路及电子设备的灵活性和可靠性。它具有通用 性强、可靠性高、体积小、重量轻、功耗小及性能 优越等特点，而且外部接线很少，调试极为方便， 现在已经广泛应用于自动测试、自动控制、信息处 理以及通信工程等各个电子技术领域。 集成电路按制造工艺不同分为半导体集成电路，薄 膜、厚膜集成电路和混合集成电路；按有源元件类 型不同分为单极型、双极型集成电路；按功能不同 又可分为数字集成电路和模拟集成电路。
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7.1.1
集成运算放大器的基本组成
图7-1 运算放大器的电路符号
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集成运算放大器的基本组成
7.1.1.2

集成运算放大器的基本组成 集成运算放大器的类型很多，电路也各不相同，但 从电路的总体结构上看，它们都具有许多共同之处 ，通常都是由输入级、中间级、输出级和偏置电路 组成。如图7-2所示电路为集成运算放大器F741的 简化原理图。