模拟集成运算放大器及其运用

4-3 理想集成运算放大器
一、 理想集成运算放大器的主要技术指标
1、开环电压放大倍数Au0
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。集成运放的Au0一般很高，约为104～107；
2、差模输入电阻ri和输出电阻r0
集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧； 由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间；
左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图
从实物外形图上可看出，μA741集成运放有8个 管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：
外部接线图
+12V 7
正电源端
空脚
8
输出端
调零端
765
反相输入 2
同相输入 3
∞ －
＋ ＋
输出 6
1 54
μA741
调零端
1 2 34
反相输入端
负电源端
同相输入端
为减小IB， 提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管
RC
uo
T1 T2
ui1
E
T3 R3 -UEE
+UCC
IC1 IC
RC ui2
IB 1
R1
IB2
IC =IC1+ IC2
IC2 2
IE
= 1 IB + 2(1+ 1 ) IB T4 = [1 + 2(1+ 1 ) ]IB R2 = IC / IB
对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二 级一般采用差动放大器。
（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减 小输入电流，增加输入电阻。
（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行 功率放大，提高带负载的能力。
= 1 + 2(1+ 1 ) 1 2
集成运放内部结构（举例）
极
性
判 断
RC
–
RC T1 T2
第2级
RC3
T5 T6
+
E
RE2
+UCC
RE3
T7
T10
RE4 T8
RL
RE5
T9 T11
RC4
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
-UEE
第4级：互补对称射极跟随器
μA741集成运算放大器的偏置电路
集成运算放大器（简称集成运放）：直接耦合的高放大 倍数的线性集成电路。
二、集成运放产品分类简介
1. 通用型
通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共 模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围 宽；不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等。
2. 特殊型 特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：
12、静态功耗PD 电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。
13、开环频宽BW
开环电压放大倍数随信号频率升高而下降3dB所对应 的频宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明 书等有关资料中查阅。
输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入 端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。
6、输入偏置电流IIB
输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。 一般为微安数量级，IIB越小越好。
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7、开环电压放大倍数AVO 电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。AVO 越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的AVO可 达105倍。
8、开环输入阻抗ri 指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。 ri越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。
9、开环输出阻抗ro 电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。ro越小， 运放性能越好。一般在几百欧左右。
10、共模抑制比KCMR 电路开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数 AVC之比。KCMR越大，运放性能越好。一般在80dB以上。 11、输出电压峰-峰值VOPP 放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。
学习集成运算放大器
学习目的与要求
1. 了解和熟悉集成运算放大器的组成及其图符号； 2. 掌握集成运放的理想化条件及其分析方法； 3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理； 4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。
4.1 模拟集成电路的概念
集成电路：把晶体管、电阻、电容以及连接导线等集中 制造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。
调零电位器
-12V
∞
U-
－
＋
U0
U+
＋
集成运放的电路图符号
二、集成运放原理框图：
与uo反相
反相 输入端
u–
同u相+
输入端
与uo同相
T1 T2
输
IS
入
级
+UCC
T4
T3
T5
uo
中
输
间
出
级
级 UEE
对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
集成电路的优点：体积小、重量轻、安装方便、功耗小、 工作可靠等。
集成电路的类型：以集成度即管子和元件数量可分为一百 以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路； 一千至十万个之间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集 成电路。按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电 路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型 器件兼容组成的集成器件。此外，还有线性集成电路和数字集 成电路等。
三、集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
3、最大共模输入电压Uicmax
指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电 压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成 器件损坏。
4、输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入 端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不 对称的程度，VIO越小，运放性能越好。 5、输入失调电流IIO
（1）高输入阻抗型 差模输入电阻不小于109Ω。 （2）高精度型 ΔVIO∕ ΔΤ小于2μV∕οС。 （3）宽带型 增益带宽大。
（4）低功耗型 当电源电压 15V 时，最大功耗不大于6mW。
（5）高速型 转换速率大于30Vµs。
（6）高压型 输出电压较高。
3、按结构分类
双极型运放、结型场效应管输入级运放、MOS型场效应 管输入级运放、MOS型运放。