简单的集成电路运算放大器

第21讲

6.3 简单的集成电路运算放大器

主要内容:

本节主要介绍了集成电路运算放大器。

基本要求：

了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。

教学要点：

1．集成电路运算放大器的组成

集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。

（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。

（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。

此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等2．简单的运算放大器

简单运算放大器的原理电路如图所示。

（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。

（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。

（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v id=v i1-v i2为零时，输出电压v O=0的目的。

（4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。

（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2）,与一个输出端3。在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压v i1从反相输入端输入时（v i2=0），如v i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v C2（+）→v O2（–）→v B6（–）→v O（–）则输出信号电压v o 与v i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v i2(v i1=0)时，可以检验，输出电压v o与v i2同相。

6.4 集成电路运算放大器的主要参数（选讲内容）

教学要点:

1．输入失调电压V IO

一个理想的集成运放，当输入电压为零时，输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称，通常在输入电压为零时，存在一定的输出电压。在室温（25℃）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压V IO。实际上指输入电压V I=0时，输出电压V O折合到输入端的电压的负值，即

V IO的大小反应了运放制造中电路的对称程度和电位配合情况。V IO值愈大，说明电路的对称程度愈差，一般约为±（1~10）mV。

2．输入偏置电流I IB

BJT的集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流I BN和I BP。输入偏置电流是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值，如图XX_01所示。当时，偏置电流为

输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。从使用角度来看，偏置电流愈小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小，故它是重要的技术指标。一般为10nA~1μA。

3．输入失调电流I IO

在BJT集成电路运放中，输入失调电流I IO是指当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即

由于信号源内阻的存在，I IO会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为零。所以，希望I IO愈小愈好，它反映了输入级有效差分对管的不对称程度，一般约为1 nA~0.1 μA.

4．温度漂移

放大器的温度漂移是漂移的主要来源，而它又是由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂移所引起的，故常用下面方式表示：

（1）输入失调电压温漂∆V IO/∆T

这是指在规定温度范围内V IO的温度系数，也是衡量电路温漂的重要指标。∆V IO/∆T不能用外接调零装置的办法来补偿。高质量的放大器常选用低漂移的器件来组成，一般约为±（10~20）μV/℃。

（2）输入失调电流温漂∆I IO/∆T

这是指在规定温度范围内I IO的温度系数，也是对放大器电路漂移的量度。同样不能用外接调零装置来补偿。高质量的运放每度几个pA。

5．最大差模输入电压V idmax

所指的是集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。超过这个电压值，运放输入级某一侧的BJT将出现发射结的反向击穿，而使运放的性能显著恶化，甚至可能造成永久性损坏。利用平面工艺制成的NPN管约为±5V左右，而横向BJT可达±30V以上。

6．最大共模输入电压V icmax

这是指运放所能承受的最大共模输入电压。超过V icmax值，它的共模抑制比将显著下降。一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达±13V。

7。最大输出电流I omax

是指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。通常给出输出端短路的电流。

8．开环差模电压增益A V O

是指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。A V O与输出电压V O的大小有关。通常是在规定的输出电压幅度（如V O=±10V）测得的值。A V O又是频率的函数，频率高于某一数值后，A V O的数值开始下降。图XX_02表示741型运放A V O的频率响应。

9．开环带宽BW（f H）

开环带宽BW又称为–3dB带宽，是指开环差模电压增益下降3dB时对应的频率f H。741型集成运放的频率响应A V O（f）如图XX_02所示。由于电路中补