负反馈和正反馈的判别

第11章运算放大器

前两章讲的是分立电路

．．．．，就是由各种单个元件连接起来的电子电

路。集成电路

．．．．是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。近年来，集成电路正在取代分立电路元件，它打破了分立元件和分立电路的设计方法，实现了材料、元件和电路的统一。它的体积小，重量轻，功耗低，可靠性高，价格也较便宜。所以集成电路的问世。是电子技术的一个新的飞跃，使电子技术进入了微电子时代，从而促进了各个科学技术领域先进技术的发展。

就集成度而言，集成电路有小规模、中规模、大规模和超大规模（即SSI，MSI,SIVLL和SI）之分。目前的超大规模集成电路，每块芯片上制有上亿个元件，而芯片面积只有几十平方毫米。就导电类型而言，有双极型、单级型和两者兼容的。就功能而言，有数字集成电路和模拟集成电路。本章所讲的是集成运算放大器。至于其它集成器件，将在后面各章部分别介绍。

11.1运算放大器的简单介绍

11.1.1运算放大器的组成

集成运算放大器的电路可分为输入级、中间级、输出集和偏执电路四个基本组成部分（图11.1.1）

图11.1.1 运算放大器的方框图

输入级是提高运算放大器质量关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。输入级都采用差分放大电路，它有同相和反相两个输入端。

中间级主要进行电压放大倍数高，一般由共发射极放大电路构成。

输出级与负载相连，要求其输出电阻低带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，一般由互补对称电路或射极输出器构成。

偏置电路的作用是为了上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成。

在应用集成运算放大器时，需要知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数，至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。集成运算放大器可用图11.1.1的符号来表示。图中所示的是F007（5G24）集成运算放大器的外形、管脚和符号图。它有双列直插式[图11.1.2a]和圆壳式[图11.1.2b]两种封装。这种运算器需要与外电路相接的是通过7个管脚引出的。各管脚的功能是：

图11.1.2 F007集成运算放大器的外形、管脚和符号图

1,5——外接调零电位器（通常为10KΩ）的两个端子。

2——反相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的（或两者极性相反）。

3——同相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的（或者两者极性相同）。

4——负电源端。接-15V稳压电源。

6——输出端。

7——正电源端。接+15V稳压电源。

8——空脚。

11.1.2 主要参数

运算放大器的性能可用一些参数来表示。为了合理选用和正确选用和正确使用运算放大器，必须了解各主要参数的意义。

1.最大输出电压U

OPP

能是输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大输出电压。F007集成运算放大器的最大输出电压约为正负十三伏。

2.开环电压放大倍数A

uo

在运算放大器的输出端与输入端之间没有外接电路时所测出的差摸电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。

A

uo 越高，所构成的运算电路月稳定，运算精度也越高。A

uo

一般

约为10^4- 10^7,即80 –140dB。

3.输入失调电压U

0I

理想的运算放大器，当输入电压u

1I =u

2I

=0(即把两输入端同时接

地)时，输出电压u

=0。但在实际的运算放大器中，由于制造中

能够元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，u

≠0.反

过来说，如果要u

=0，必须在输入端加一个很小的补偿电压，它

就是输入失调电压。U

0I

一般为几毫伏，显然他愈小愈好。

4.输入失调电流I

0I

输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基极电流

之差，即I

0I =

2

1B

B

I

I-。I0I一般在零点零几毫安级，其值愈小愈好。

5. 输入偏执电流I

0I

输入新年好为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，成为输

入偏执电流，即I

IB =

2

2

B

BI

I

I+.它的大小主要和电路中的第一级管子的

性能有关。这个电流也是愈小愈好，一般在零点几微安级。

6.共模输入电压范围U

ICM

I

运算放大器对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运算放大器的共模抑制性

能就大为下降，甚至造成器件损坏。

以上介绍了运算放大器的几个主要参数的意义，其他参数（如差模输入电阻、差模输出电阻、温度漂移、共模抑制比、静态功耗等）的意义是可以理解的，就不一一说明了。

总之，集成运算放大器具有开环电压放大倍数高、输入电阻高（几兆欧以上）、输出电阻低（为几百欧）、漂移小、可靠性高、体积小的主要特点，所以他已成为一种通用器件，广泛而灵活的运用于各个技术领域中。在选用集成运算放大器时，就像选用其他电路元件一样，要根据它们的参数说明，确定适用型号。

11.1.3 理想运算放大器及其分析依据

在分析运算放大器时，一般可将它看成理想运算放大器。理想化的条件主要有：

开环电压放大倍数A

u

∞→;

差模输入电阻r

id

∞→;

开环输入电阻r

→0;

共模抑制比K

CMRR

∞→.

由于实际运算放大器的上述技术指标接近理想化的条件，因此在分析时用理想运算放大器代替实际放大器所引起的误差并不严重，在工程上是允许的，但这样就使分析过程大大简化。后面对运算放大器都是根据它的理想化条件来分析的。

图11.1.3所示是理想运算放大器的图形符号。它有两个输入端和一个输出端。反向输入端标上“-”号，同相输入端和输出端标上“+”