第4章集成运算放大电路

R8
8
T 16
T22
T 17
R6
R 7
Rp
T15 T18
T21
T24
+VCC
7
T 14
R9 +V O
R10 6
T20
T23 4 -V EE
1. 输入级
输入级的性能好坏对提高集成运放的整体质量 起着决定性作用。很多性能指标，如输入电阻、输 入电压（包括差模电压、 共模电压）范围、 共模抑 制比等，主要由输入级的性能来决定。
集成运放的总体结构
简单的集成运放
1.原理电路：
2.符号
u- － u－+ ＋
uo
3.集成运放的特点：
电压增益高 输入电阻大 输出电阻小
通用型集成运放F007
T8
T9 T12
3
+
T1
T3
T2
_2
T4
IREF
R5
39k
T7
T5
1
T6 T10
5
T11
R 1 R2
R3
R4
T13
A B
T19
C
30pF 9
KCMRR=∞；
失调电压、 失调电流及它们的温漂均为0；
上限频率 fH=∞。 尽管理想运放并不存在， 但由于实际集成运放 的技术指标比较理想，在具体分析时将其理想化一般 是允许的。这种分析计算所带来的误差一般不大， 只是在需要对运算结果进行误差分析时才予以考虑。
1. 线性区
集成运放工作在线性区时， 其输出信号和输入信 号之间有以下关系成立:
6. 输入失调电压温漂dUIO/dt和输入失调电流温漂 dIIO /dt
在规定的工作温度范围内，输入失调电压对温度 的变化率称为输入失调电压温漂，用以表征UOS受温 度变化的影响程度， 一般为1～50μV/℃，好的可达0.5 μV/℃。
在规定的工作温度范围内，输入失调电流对温度的 变化率称为输入失调电流温漂，用以表征IOS受温度变 化的影响程度， 一般为1～5nA/℃，好的可达pA/℃数 量级。
Uo=Aod(Ui1+Ui2) 由于一般集成运放的开环差模增益都很大，因此， 都要接有深度负反馈，使其净输入电压减小，这样才 能使其工作在线性区。
7. 最大共模输入电压UIcmax UIcmax是在线性工作范围内集成运放所能承受的最
大共模输入电压。超过此值，集成运放的共模抑制比、 差模放大倍数等会显著下降。
8. 最大差模输入电压UIdmax UIdmax是运放同相端和反相端之间所能承受的最大
电压值。 输入差模电压超过UIdmax时，可能使输入级的 管子反向击穿。
4. F007的输出级主要由三部分电路组成： 互补对称电路； UBE扩大电路； 过载保护电路。
基本技术Fra Baidu bibliotek标
1. 输入失调电压UOS
实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称， 当输入电压为零时, 输出电压并不为零。 规定在室温 （25℃）及标准电源电压下，为了使输出电压为零， 需在集成运放两输入端额外附加的补偿电压称为输入 失调电压UOS。UOS越小越好， 一般约为0.5～5mV 。
4-2集成运算放大器的线性应用
理想运算放大器的条件及特点
在分析集成运放构成的应用电路时，将集成运放 看成理想运算放大器，可以使分析大大简化。理想运 算放大器应当满足以下各项条件：
开环差模电压放大倍数 Aod=∞；
差模输入电阻 rid=∞；
输出电阻
ro=0；
输入偏置电流 IB1=IB2=0；
共模抑制比
在图中，T1～T7以及R1、R2、R3 组成F007的输 入级。其中， T1～T4 组成共集—共基复合差动放大 器（V1、V2为共集电路，V3、V4为共基电路），构 成整个运放的输入电路。
2.
在集成运放中，为了减少静耗、限制温升，必须 降低各管的静态电流。而集成工艺本身又限制了大阻 值偏置电阻的制作，因此，集成运放多采用恒流源电 路作为偏置电路。这样既可使各级工作电流降低，又 可使各级静态电流稳定。F007中采用的恒流源电路是 “镜像电流源”及“微电流源”电路。
4. 开环差模电压放大倍数Aod
集成运放在开环时（无外加反馈时）输出电压与 输入差模信号电压之比称开环差模电压放大倍数Aod。 它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝（dB） 表示，目前最高值可达140 dB以上。
5. 共模抑制比KCMRR
KCMRR是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数 之比， 即KCMRR=|Aod/Aoc| ，其含义与差动放大器中所 定义的KCMRR相同，高质量的运放KCMRR可达160 dB。
第4章 集成运算放大电路
4-1 概述 4-2 集成运算放大电路的线性应用 4-3 集成运算放大电路的非线性应用
4-1 概述
运算放大器实际上就是一个高增益的多级直接耦 合放大器，由于它最初主要用作模拟计算机的运算放 大，故至今仍保留这个名字。 集成运算放大器则是 利用集成工艺，将运算放大器的所有元件集成制作在 同一块硅片上，然后再封装在管壳内。集成运算放大 器简称为集成运放。随着电子技术的飞速发展，集成 运放的各项性能不断提高，目前，它的应用领域已大 大超出了数学运算的范畴。使用集成运放，只需另加 少数几个外部元件， 就可以方便地实现很多电路功 能。可以说，集成运放已经成为模拟电子技术领域中 的核心器件之一。
3. 中间级
中间级是由T16、T17组成的复合管共射放大电路， 其输入电阻大，对输入级的影响小；其集电极负载为 有源负载（由恒流源T13组成），而T13的动态电阻很大， 加之放大管的β很大，因此中间级的放大倍数很高。
此外，在T16、T12的集电极与基极之间还加接了一 只约30 pF的补偿电容， 用以消除自激。
9. 差模输入电阻rid rid是集成运放在开环时， 输入电压变化量与由
它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去 的动态电阻。一般为MΩ数量级，以场效应管为输入 级的可达104 MΩ。
10. 开环输出电阻ro ro是集成运放开环时，从输出端向里看进去的等
效电阻。 其值越小，说明运放的带负载能力越强。
2. 输入失调电流IOS IOS是当运放输出电压为零时，两个输入端的偏
置电流之差，IOS=|IB1IB2|。它是由内部元件参数不一致 等原因造成的。 IOS越小越好，一般为1 nA～10μA。
3. 输入偏置电流 IB IB是当输出电压为零时， 流入运放两输入端静态
基极电流的平均值IB=(IB1+IB2)/2。该值越小，信号源 内阻变化时引起输出电压的变化越小， 因此，IB越小 越好，一般为1nA～100 μA。