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PAGE  5-PAGE 14 5 集成运算放大电路 5.1 教学要求 集成运算放大电路是一种应用广泛的模拟集成电路，内部是采用直接耦合的高增益多级放大器。学习本章应达到： 了解集成电路的基本概念和种类、工艺特点，集成运放的内部结构。 理解模拟集成电路内部的基本单元——电流源偏置电路的分析方法。 理解运放内部电路的基本工作原理与分析方法。 掌握运放的符号、主要参数的意义和集成运放应用中的注意事项等。 5.2基本概念 5.2.1 集成电路概述 在半导体制作工艺的基础上，将一个具有特定功能电子电路中的全部或绝大部分元器件制作在一个硅片上，做成一个独立的器件封装，称为集成电路。 集成电路由于要将很多元器件做在一个很小的硅片上，其电路中的元器件种类、参数、性能和电路结构设计都将受到集成电路制作工艺的限制，具有如下特点： 元器件参数准确度不高，但具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路，例如差分放大电路。 集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，一般在毫瓦级以下。 不易制造大电阻，因为在集成电路中制作大电阻需要占用较大的芯片面积，而且电阻的精度和稳定性都不高。所以，在电路中需要大电阻时，往往使用有源器件的等效电阻替代或者外接。 在集成电路中制作电容器是比较困难的，一般只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器内部一般都采用直接耦合方式。如需大电容，只能外接。 不能制造电感，如一定要用电感，也只能外接。 5.2.2 集成运放内部结构 由于要求高增益和高稳定性，集成运放内部电路采用直接耦合的多级放大器结构，电路的结构框图如图5. 1所示。 图5.1 集成运放内部结构框图 1. 输入级 集成运放对输入级的要求是：电路具有很高的输入阻抗、较小的输入偏置电流、较强的静态工作点漂移抑制能力、很高的共模抑制比和一定的电压增益。输入级有一级差分放大器和两级差分放大器等结构。 2. 中间级 运放对中间级的要求是：具有很高的电压增益和简单的频率响应特性，才能保障整个运放的放大能力和工作稳定性，一般通用型集成运放的中间级都采用单级高增益的共射（源）极放大电路。 3. 输出级 运放对输出级的要求是：具有较强的带负载能力、高的输入阻抗、大的动态范围和对输出端的过载、短路等保护能力。 4. 偏置电路 偏置电路是给运放中各级放大电路提供静态偏置电流的，其性能好坏直接影响运放各项参数。一般情况下，前级信号幅度小，静态电流较小；另外随着电源电压的变化，静态工作点也会有一定的变化，使电路的静态工作点始终保持最佳状态。 5.2.3 集成运放的电路符号 图5.2是集成运放的电路符号，图（a）是现行国家标准规定的符号，（b）是国内外常用符号，符号中有两个输入端和一个输出端。其中，称为反相输入端，因为，以同相输入端为参考点，从端输入信号，经放大后的输出信号与输入信号反相，在符号中标注“－”。同理，以为参考点，从端输入信号，放大后的输出信号与输入信号同相，在符号中标注“+”。 在实际应用中，目前两种符号都有使用。 （a）现行国家标准规定符号 （b）国内外常用符号 图5.2 集成运放的电路符号 5.2.4 电流源偏置电路 集成运放中的偏置电路一般采用电流源偏置，这样可以保证当电源电压在较大范围内波动时放大电路的静态工作点基本稳定，增强电路的电源电压适用性。集成运算放大电路内部偏置电路中常用的电流源电路包括基本镜像电流源、微电流源、多路镜像电流源等几种结构。 对于电流源偏置电路，要能够正确识别其电路类型、电流关系和基本分析方法。 5.2.5 集成运放的主要参数 集成运放的性能参数包括误差特性、放大能力、共模特性、动态特性等现归纳如下： 误差特性：包括输入偏置电流、输入失调电流及温漂、失调电压及温漂等。 放大能力：开环增益、差模输入电阻、输出电阻、最大差模输入电压、额定输出电压及最大输出电流、电源电压范围、开环带宽和单位增益带宽等。 共模特性：共模抑制比、最大共模输入电压、共模输入电阻等。 动态特性：输出电压转换速率、建立时间、最大功率带宽等。 5.3 学习方法指导 学习模拟集成电路首先要理解其内部结构特点，理解直接耦合、电流源偏置和多级放大等基本概念。 模拟集成电路其内部结构虽然复杂，但应用时需要的外围元器件并不多。因此，不必在内部电路分析方面花太多精力。 应掌握集成运算放大电路主要参数的意义。集成运放的参数多，种类、型号繁杂，因此，学会查手册是非常重要的。 理解理想运放与实际运放的性能差距，在实际应用中选择合适的器件型号、应用电路结构和外围器件参数，是获得良好应用效果的保障。 5.4 重点难点分析 学习本章重点在于学会集成运放的应用，而掌握集成运放主要参数的含义是学会其应用的前提。 集成运放内部的电流源偏置电路