第5章集成运算放大器 5.1集成运算放大器简介 5.,2理想集成运放及其分析特点 53集成运放大器的线性应用 5.4有源滤波电路 5.5电压比较器
第5章 集成运算放大器 5.1 集成运算放大器简介 5.2 理想集成运放及其分析特点 5.3 集成运放大器的线性应用 5.4 有源滤波电路 5.5 电压比较器
51集成运算放大器简介 集成电路是相对分立电路而言的。由所需各单个元器件连接而成 的电子电路,称为分立电路。一个电路的元器件及其有关的连接线 制作在同一块半导体硅片上,并能完成特定功能的电子电路则称为 集成电路。集成电路在体积,重量以及功耗等方面均比前者更小, 更轻,更低,而且由于缩短了元器件相互之间的连接距离,免去了 焊接点,从而提高了工作可靠性,降低了成本。这些突出优点,决 定了分立电路将逐渐被集成电路所取代。 按集成电路的集成度可分小规模,中规模,大规模和超大规模集 成电路;按电路功能可分模拟集成电路和数字集成电路,模拟集成 电路又有集成运算放大器,集成功率放大器集成稳压电源等多种
5.1 集成运算放大器简介 集成电路是相对分立电路而言的。由所需各单个元器件连接而成 的电子电路，称为分立电路。一个电路的元器件及其有关的连接线 制作在同一块半导体硅片上，并能完成特定功能的电子电路则称为 集成电路。集成电路在体积，重量以及功耗等方面均比前者更小， 更轻，更低，而且由于缩短了元器件相互之间的连接距离，免去了 焊接点，从而提高了工作可靠性，降低了成本。这些突出优点，决 定了分立电路将逐渐被集成电路所取代。 按集成电路的集成度可分小规模，中规模，大规模和超大规模集 成电路；按电路功能可分模拟集成电路和数字集成电路，模拟集成 电路又有集成运算放大器，集成功率放大器集成稳压电源等多种
5.1.1集成运放的电路构成及特点 集成运算放大器从电路结构而言,是一个具有高开环电压 放大倍数的多级直接耦合放大电路。集成运放的内部电路 般是由输入极,中间极,输出级和偏置电路四个基本环节组 成。图5-1为电路结构框图。 为使运放有较高的输入电阻及很强的抑制零点漂移的能力 ,输入级都采用差动放大电路,有晶体管或场效应管(输入 电阻极高)组成。同相端输入信号时,输出信号与输入信号 同相(同极性),反相端输入时,输出信号与其反相(极性 相反)
5.１.1 集成运放的电路构成及特点 集成运算放大器从电路结构而言，是一个具有高开环电压 放大倍数的多级直接耦合放大电路。集成运放的内部电路一 般是由输入极，中间极，输出级和偏置电路四个基本环节组 成。图5-１为电路结构框图。 为使运放有较高的输入电阻及很强的抑制零点漂移的能力 ，输入级都采用差动放大电路，有晶体管或场效应管（输入 电阻极高）组成。同相端输入信号时，输出信号与输入信号 同相（同极性），反相端输入时，输出信号与其反相（极性 相反）
运放的高开环电压放大倍数(A≈103-10)主要有中间放大 级提供,一般由共发射极组成多级直接耦合放大电路 要求输出级有较低的输出电阻,较强的带负载能力,能提供 足够大的输出电压和输出电流。一般由互补对称的射极输出器 组成输出极(工作原理在功放一章讨论)。 偏置电路为上述各级放大电路提供合适而又稳定的偏置电流 般都由各种晶体管恒流源电路构成
运放的高开环电压放大倍数（Au ≈103 -107）主要有中间放大 级提供，一般由共发射极组成多级直接耦合放大电路。 要求输出级有较低的输出电阻，较强的带负载能力，能提供 足够大的输出电压和输出电流。一般由互补对称的射极输出器 组成输出极（工作原理在功放一章讨论）。 偏置电路为上述各级放大电路提供合适而又稳定的偏置电流 ，一般都由各种晶体管恒流源电路构成
输入级 中间级本 输出级 偏置电路 图5-1集成运放结构框图 下面我们以F007(F741)为例来介绍运放的各个组成部分。 F007是通用型运算放大器,具有高增益(105)和较宽的共模输 入电压范围,又因内部电路合理,使用时不必外接补偿电容来消 除本身引起的寄生震荡,因此,被广泛应用于加法器,积分电路 和一般的反馈放大器中。其电原理图如图5-2所示
下面我们以F007（F741）为例来介绍运放的各个组成部分。 F007是通用型运算放大器，具有高增益（105）和较宽的共模输 入电压范围，又因内部电路合理，使用时不必外接补偿电容来消 除本身引起的寄生震荡，因此，被广泛应用于加法器，积分电路 和一般的反馈放大器中。其电原理图如图5-2所示。 输 入 级 中 间 级 输 出 级 偏置电路 Ui Uo 图5-1集成运放结构框图
15V 14 R 4.5kg R 25k 39 kQ 30 pF Rg 7.5kQ 10 50 kQ R2 R R 1 kQ 50 k T1 kg 3 kQ 5 R 外接调零电位器 输入级 偏置电路 中间级 输出级 图52F007电原理图
图5-2 F007电原理图
F00输入级由V1~V组成,如图5-3a所示,V1、V2和v3 T4分别组成共集电极组态双端输出的差动放大电路和共基极 组态单端输出的差动放大电路。V5、V和T组成源电路,作 为V3、V4差动放大电路的集电级有源负载。V、V组成镜 像电流源,给V1、V2提供偏置电流。中间级如图5-3b所示,它 是由V16、V17组成的复合管及由V12、V13组成的镜像电流源作为 有源负载的共射放大电路。其放大倍数可达1000多倍 输出级如图5-3c所示
F007输入级由V1～V9组成，如图5-3a所示，V1、V2和V3、 T4分别组成共集电极组态双端输出的差动放大电路和共基极 组态单端输出的差动放大电路。V5、V6和T7组成源电路，作 为V3、、V4差动放大电路的集电级有源负载。V8、V9组成镜 像电流源，给V1、V2提供偏置电流。中间级如图5-3b所示，它 是由V16、V17组成的复合管及由V12、V13组成的镜像电流源作为 有源负载的共射放大电路。其放大倍数可达1000多倍。 输出级如图5-3c所示
E<15 V F00输入级由v1 V组成,如图5-3a所示, V1、V2和V3V分别组 V 成共集电极组态双端输 V434 出的差动放大电路和共 基极组态单端输出的差 动放大电路。 和 Q;V,组成源电路,作为v 3 1 kQ 50 kQ V4差动放大电路的集电 1 kQ ￡15V 级有源负载。V8、V组 成镜像电流源,给V1、V2 T10 ks 提供偏置电流。 图5-3aF007输入级电路图
图 5 -3a F007输入级电路图 F007输入级由 V 1 ～ V 9组成，如图 5 -3a所示， V 1 、 V 2 和 V 3 、 V 4分别组 成共集电极组态双端输 出的差动放大电路和共 基极组态单端输出的差 动放大电路。 V 5 、 V 6 和 V 7组成源电路，作为 V 3 、 、 V 4差动放大电路的集电 级有源负载。 V 8 、 V 9 组 成镜像电流源，给 V 1 、 V 2 提供偏置电流
+15V 中间级如图5-3b所示, 它是由V16、V17组成 至输出级 的复合管及由V12 30 pF 4.5K2 15 V12组成的镜像电流 R 39 7.5 源作为有源负载的共 射放大电路。其放大 倍数可达1000多倍。 3 kn o-15V 图5-3bF007中间级电路图
图5-3b F007中间级电路图 中间级如图5-3b所示， 它是由V16、V17组成 的复合管及由V12、 V13组成的镜像电流 源作为有源负载的共 射放大电路。其放大 倍数可达1000多倍
输出级如图5-3c所示, 15 V 14 R r s R 10 17 15 V 图5-3cF007输出级电路图 由V1、V1g复合管组成PMP三极管与V4组成准互补推挽功率放大电路
图5-3c F007输出级电路图 输出级如图5-3c所示， 由V18、V19复合管组成PNP三极管与V14组成准互补推挽功率放大电路