通用运放、差动运放、简单运放

通用型集成运算放大器

通用型集成运算放大器有F001(BG301，5G922，μA702)、FC3(μA

709)、F007(5G24，μA741，BG308)、4E325(AD508)……多种类型，作为例子，下面介绍F007电路的组成和工作原理。

图5.3.1为F007的内部电路图，由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成，是一个中等增益的通用型集成运算放大器。它的主要指标为：开环差模电压放大倍数106dB(2′106)，差模输入电阻2MΩ，输出电阻75Ω，最大输出电压±13V，最大共模输入电压±13V，共模拟制比90dB(3′105)，静态电流1.7mA，静态功耗50mΩ。图中序号为管脚号，下面分析其工作原理。

1. 偏置电路

由T10、T11和R4、R5购成的微电流源作主偏置电路，流过R5的电流为参考电流

运用式

(2.6.10)

试探求得

图5.3.1 F007型集成运放的原理电路

T 8、和T

9

为横向PNP型管，组成镜象电流源。由IC

9

→2IC

1

→2IB

3

→IC

9

的反馈回路，可列方程组

式中b P为横向PNP型管的电流放大系数，取b P=4，列方程组时参考了式(2.6.4)。又因T1和T2为NPN型管，其b很大，可认为I c1≈I E1，联立求解方程组，可得电流

必须指出，输入级的偏置电路本身构成反馈环，可减小零点漂移。例如，当温度长升高时，引起I c3、I c4的增加，则产生如下的自动调整过程：

由此可见，由于I c10的恒定，上述反馈作用保证了I c3和I c4十分恒定，从而起到了稳定工作点的作用，提高了整个电路的共模拟制比。

T12和T13构成双端输出的镜象电流源，T13是一个双集电极的横向PNP型三极管，可视为两个发射结并联的三极管，集电极T13B供给T17的偏置电流，同时又作为复合管T16和T17中间放大级的有源负载；集电极T13A供给输出级的偏置电流。

T13A集电结面积小于T13B集电结面积，T13的两集电极电流分别为

IC13A≈0.18mA，IC13B≈0.5mA

2.输入级

输入级由T1~T8组成，其中T1~T4构成共集—共基单端输出差动电路，输入电阻很大，约2MW。T5~T7为改进型电流源，作差动电路的恒流源负载，用来提高输入级的差模电压放大倍数；电流源T5~T7的另一作用是能将差动电路的单端输出变成双端输出，使输入级的差模电压放大倍数增大一倍。下面用图5.3.2输入级的简化电路来分析其工作原理。

图5.3.2 F007输入级的简化原理电路

在差动电路的两个输入端加差模信号+V i和-V i，则T3和T4集电极电流的变化量大小相等，极性相反。而电流源T5和T6集电极电流的变化量与T3集电极电流的变化量大小相等，极性相同。在输出端可以得到两倍的电流变化量，输出电压的变化量也增大了一倍，因此T5~T7改进型电流源具有将差动电路的输出由单端变双端的作用。

T4为共基级电路，它的等效集电极电阻为恒流源T6的输出电阻；它的负载电阻为中间放大级T16和T17复合管构成的共发射级的输入电阻，它们的阻值都很大，因此输入级的电压放大倍数大于50dB(>320)以上。

在差动电路的两个输入端加共模信号V ic时，；如共模信号正向增大，T1集电极电压升高，T8的集射级间的电压降低，当电压降低到T8进入饱和区时，差动电路失去放大作用；如共模信号负向增大，T3集电极电压降低，T5的集射级间的电压降低，当电压降低到T5进入饱和区时，差动电路同样失去放大作用，因此输入级的最大共模输入电压大于。

3.中间级

图5.3.3为中间级和输出级的简化原理电路。中间级由T16和T17复合管组成共发射极电路，它的等效集电极电阻为恒流源T13B的输出电阻，负载电阻为共集电极T24电路的输入电阻，它们的阻值都很大，因此中间级的电压放大倍数约50dB以上。

图5.3.3 F007中间级和输出级的简化原理电路

4.输出级

T14和T20组成互补推挽电路输出级，可以输出大的电流，利用T18、T19的发射结作二极管和R8来消除交越失真。T24为射极输出器，起中间级与输出推挽电路之间的隔离作用，用来提高中间级的电压放大倍数。恒流源T13A的输出电阻为T24的射极电阻。

5.过载保护电路

F007的过载保护电路由T15、T21~T23和R9、R10组成。

在正常运行时，互补推挽电路T14和T20的射极输出电流不大，R9、R10上的压降较小，不能使T15和T21导通。当外接等效负载电阻R L非常小，或使用时不小心将输出端对地短路时，推挽电路的输出电流增大，可能将T14和T20烧坏，使整个电路报废。例如，当正向输出电流过大时，R9上的压降增大，使T15导通，T14的基极电流减小，集电极电流也减小，保护了T14管；当负向输出电流过大时，R10上的压降增大，使T21导通，镜象电流源T23和T22导通，T16的基极电流减小，集电极电压将增大，T24的发射极电压增大，T20的发射结电压V EB减小，输出电流减小，保护了T20管。

除了上面分析的主要电路外，还有电容C c，它的作用是防止电路产生自激振荡。(关于自激振荡的概念，在第七章介绍。)必须注意，有些产品电容C c是接在电路内部的，有些产品电容C c应该外接。外接电位器R p是用来调零的(称为调零电位器)，即在加上直流电源后，将两个输入端对地短路，微调R p使输出端电位为零。

用瞬时极性法可判断出输入端3为同相输入端，输入端2为反相输入端

简单的运算放大器

运算放大器的种类很多，电路也不尽一致，但在电路结构上有共同之处，大多由三级直接耦合放大器组成，原理图如图5.2.1所示。

图5.2.1 运算放大器内部组成原理图

输入级为差动电路，利用它的对称性可提高整个电路的K CMR。中间级为共发射极电路或组合放大电路，利用它提高整个电路的电压放大倍数。输出级一般由射极输出器或互补对称电路构成，取其输出电阻小的特点，容易与其它电路联接，还可提高输出功率。运算放大器的电路符号如图5.2.2所示