第十七章 集成运算放大器 202SIE 本章内容：主要介绍集成电路在信号运算和信号 处理方面的应用。 §17-1集成运放的简单介绍 一、集成电路的发展过程 科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展， 而电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业 生产水平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历 了四次重大的变革
WXH WXH 1 2025 年 1 月11日星期六 第十七章 集成运算放大器 本章内容：主要介绍集成电路在信号运算和信号 处理方面的应用。 §17-1 集成运放的简单介绍 一、集成电路的发展过程 科学研究和生产的需要推动着电子技术的发展， 而电子器件和电路的改进又带来了科学技术和工业 生产水平的进一步提高。迄今，电子器件已经经历 了四次重大的变革
集成电路的发展过程 WXH 202S磊uHIE 1、1904年，电子三极管（真空三极管）为第一次。 2、1948年，费来明发明了晶体三极管为第二次。 3、1958年，集成电路[移相振荡器]为第三次。 4、1974年，出现了大规模集成电路为第四次。 (中国65年生产第一块TTL与非门)
WXH WXH 2 2025 年 1 月11日星期六 4、1974年，出现了大规模集成电路为第四次。 1、1904年,电子三极管（真空三极管）为第一次。 2、1948年，费来明发明了晶体三极管为第二次。 3、1958年，集成电路[移相振荡器]为第三次。 一、集成电路的发展过程 （中国65年生产第一块TTL与非门）
现在集成电路的规模，正在以平均12年翻一番的速度在增大。 25磊 19481966 1971 1980 1990 1998 1999 小规模 中规模 大规模 超大规模 超超大规模 超亿规模 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI 理论集成度 10-100100~10001000≈10万 10万~100万 100万~1亿 >1亿 商业集成度1 10 100~1000 1000~2万 2万~5万 >50万 >1000万 触发器 计数器 单片机 16位和32位 图象 SRAM 加法器 ROM 微处理器 处理器 128位CPU 1967年在一块晶片上完成1000个晶体管的研制成功。 77年美国30mm制作13万个晶体管，即64K位DRAM。 集成电路集成度的提高主要依靠三个因素 (1)设计技术的提高，简化电路，合理布局布线 (2)器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条） (生产环境：超净车间) (3)芯片面积增大，从1~5mm到现在的1cm2 由于现在这三方面都有所突破，所以集成规模发展很 快.这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？
WXH WXH 3 2025 年 1 月11日星期六 现在集成电路的规模，正在以平均1～2年翻一番的速度在增大。 1948 1966 1971 1980 1990 1998 1999 小规模 中规模 大规模 超大规模 超超大规模 超亿规模 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSI 理论集成度 10-100 100～1000 1000～10万 10万～100万 100万～1亿 ＞1亿 商业集成度 1 10 100～1000 1000～2万 2万～5万 ＞50万 ＞1000万 触发器 计数器 单片机 16位和32位 图象 SRAM 加法器 ROM 微处理器 处理器 128位CPU （1）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线 （2）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条） （生产环境：超净车间） （3）芯片面积增大，从1～5 mm2到现在的1 cm2 1967年在一块晶片上完成1000个晶体管的研制成功。 集成电路集成度的提高主要依靠三个因素 由于现在这三方面都有所突破，所以集成规模发展很 快.这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？ 77年美国30mm2制作13万个晶体管，即64K位DRAM
集成电路的技术发展是否有极限？ 在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？ 如果“有”，它的极限是多少？还有没有新 的方法以求得继续发展。 目前使用的16兆位DRAM集成电路的线条宽度为0.5微米， 64兆位DRAM集成电路的线条宽度为0.3微米，继续发展可望 达到0.01微米，0.01微米的概念相当于30个原子排成一列的 长度。这一尺寸在半导体集成电路中，己经成为极限，再小 PN结的理论就不存在了，或者说作为电子学范畴的集成电路 已达极限，就会从电子学跃变到量子工学的范畴，由量变到 质变，随之而来的一门新的工程学一对量子现象加以工程 应用的“量子工学”也就诞生了，由这一理论指导而将做成 的量子器件，将延续集成电路的发展。现在美国和日本正投 入大量的人力和物力进行这方面的研究，并且在“原子级加 囚 工”方面取得了一定的成果
WXH WXH 4 2025 年 1 月11日星期六 目前使用的16兆位DRAM集成电路的线条宽度为0.5 微米， 64兆位DRAM集成电路的线条宽度为0.3 微米，继续发展可望 达到0.01微米，0.01微米的概念相当于30个原子排成一列的 长度。这一尺寸在半导体集成电路中，已经成为极限，再小 PN结的理论就不存在了，或者说作为电子学范畴的集成电路 已达极限，就会从电子学跃变到量子工学的范畴，由量变到 质变，随之而来的一门新的工程学——对量子现象加以工程 应用的“量子工学”也就诞生了，由这一理论指导而将做成 的量子器件，将延续集成电路的发展。现在美国和日本正投 入大量的人力和物力进行这方面的研究，并且在“原子级加 工”方面取得了一定的成果。 集成电路的技术发展是否有极限？ 在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？ 如果“有”，它的极限是多少？还有没有新 的方法以求得继续发展
集成电路的分类 202S磊I 大类分： 模拟集成电路 数字集成电路 模拟集成电路：集成运算放大器，集成功放， 集成稳压电源，集成模数A/D转换和数模D/A转换及 各种专用的模拟集成电路。而集成运放只是模拟集 成电路中的一种，但是应用最为广泛的一种。由于 最初用于作运算用，所以称为集成运算放大器，而 现在的功能已经远远超过了当时的功能，而得到了 方泛的应用。 数字集成电路：门电路，触发器，计数器，存贮器， 微处理器等电路。 74系列，74LSX×,74HC××,4000系列， CMOS等各种型号
WXH WXH 5 2025 年 1 月11日星期六 二、集成电路的分类 模拟集成电路：集成运算放大器，集成功放， 集成稳压电源，集成模数A/D转换和数模D/A转换及 各种专用的模拟集成电路。而集成运放只是模拟集 成电路中的一种，但是应用最为广泛的一种。由于 最初用于作运算用，所以称为集成运算放大器，而 现在的功能已经远远超过了当时的功能，而得到了 方泛的应用。 大类分： 模拟集成电路 数字集成电路 数字集成电路：门电路，触发器，计数器，存贮器， 微处理器等电路。 74系列，74LS××，74HC××，4000系列， CMOS等各种型号
三、集成运放的结构及特点 WXH 结构 结构上有圆壳式、扁平式和双列直插式三种， 管脚引出线有8、10、12、14等多种。 8765 LM741 LM741
WXH WXH 6 2025 年 1 月11日星期六 三、集成运放的结构及特点 结构上有圆壳式、扁平式和双列直插式三种， 管脚引出线有8、10、12、14等多种。 LM741 1 2 3 4 8 7 6 5 结构 1 2 3 4 5 6 7 8 LM741 1 2 3 4 8 7 6 5
2025 特点： 1、制造容量大于2000P℉的电容元件很困难， 如需大电容必须外接，所以集成运放都采用直接 耦合放大电路。 2、制造太大和太小的电阻不经济，占用硅 面积大。一般R的范围为1002~30K2,大电阻 用恒流源代替。 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。 4、元件的精度低，但对称性好，温度特 性好。 囚
WXH WXH 7 2025 年 1 月11日星期六 特点： 4、元件的精度低，但对称性好，温度特 性好。 1、制造容量大于2000PF的电容元件很困难， 如需大电容必须外接，所以集成运放都采用直接 耦合放大电路。 2、制造太大和太小的电阻不经济，占用硅 面积大。一般R的范围为100Ω～30KΩ，大电阻 用恒流源代替。 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做
四、电路的简单说明 WXH 输入级 中间级 输出级 偏置电路 1、输入级 要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放 2、中间级 一 般采用共射放大电路 3、输出级 要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较 大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成 4、偏置电路 给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒 流源电路构成。 四
WXH WXH 8 2025 年 1 月11日星期六 中间级 输出级 偏置电路 输入级 4、偏置电路 给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒 流源电路构成。 四、电路的简单说明 1、输入级 要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放 2、中间级 一般采用共射放大电路 3、输出级 要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较 大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成
四、电路的简单说明 W 202SIE 运算放大器实际上就是一个直接耦合的多级放大电路，它有 两个输入端一个输出端，一般电源都不画。 单运放：LM741/uA741 8脚为空脚。 双运放：LM747(双741) 单电源四运放：LM124/224/324 双电源四运放：LM148/248/348 等等。 LM741 各管脚的用途是 2脚为反相输入端。由此端输入信号， 则输出信号和输入信号是反相的。 3脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输 入信号是同相的。 4脚为负电源端。 其典型接法如下图所示 7脚为正电源端。 6脚为输出端。 1和5脚为外接调零电位器（通常为10K2)的两个端食 囚
WXH WXH 9 2025 年 1 月11日星期六 运算放大器实际上就是一个直接耦合的多级放大电路，它有 两个输入端一个输出端，一般电源都不画。 单运放： LM741/ A741 双运放：LM747（双741） 单电源四运放：LM124/224/324 双电源四运放：LM148/248/348 等等。 四、电路的简单说明 LM741 1 2 3 4 8 7 6 5 2脚为反相输入端。由此端输入信号， 则输出信号和输入信号是反相的。 3脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输 入信号是同相的。 各管脚的用途是： 4脚为负电源端。 7脚为正电源端。 6脚为输出端。 1和5脚为外接调零电位器（通常为10KΩ）的两个端子。 8脚为空脚。 其典型接法如下图所示
WXH +15V 200 uo uo 10K2 简化电路符号 -15V 电路符号 四
WXH WXH 10 2025年1月11日星期六 − u u + u 0 − u u + u 0 1 5 423 7 6 10KΩ -15V +15V 简化电路符号 电路符号