集成運(yùn)放的基本組成電路

集成運(yùn)放的基本組成電路集成運(yùn)放的形狀特點(diǎn)→基本組成電路框圖→偏置電路→差分放大輸入級(jí)→中間放大級(jí)→互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)。

1、集成運(yùn)放的形狀結(jié)構(gòu)介紹

現(xiàn)在使用的運(yùn)算放大器都是集成組件，應(yīng)用最廣泛的集成放大器是集成運(yùn)算放大器（集成運(yùn)放），最早用于模擬計(jì)算機(jī)，并由此而得名。隨著技術(shù)指標(biāo)的不斷提高和價(jià)格的日益降低，作為一種通用的高性能放大器，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)掌握、精密測(cè)量、通信、信號(hào)處理以及電源等電子技術(shù)應(yīng)用的全部領(lǐng)域。

集成運(yùn)放有金屬圓殼式和陶瓷雙列直插式等封裝形式，如圖5.1所示是集成運(yùn)放F007和μA741的形狀、管腳圖。

圖中：①、⑤、⑧——空腳

②——反相輸入端

③——為同相輸入端

⑥——為輸出端

⑦——正電源端

④——負(fù)電源端

集成運(yùn)放內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，須把握的是其主要性能及其連接和使用的方法，因而本章不再具體介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在詳細(xì)應(yīng)用中，集成運(yùn)放可視為一個(gè)高增益（80~140dB）、高輸入電阻、低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大器，為了抑制零點(diǎn)漂移,抵制溫漂變化對(duì)電路的影響，輸入級(jí)采納了差分放大電路。差分放大電路，有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。圖5.2所示是集成運(yùn)放的電氣符號(hào)及其管腳標(biāo)準(zhǔn)接法。

集成運(yùn)算放大器內(nèi)部通常包括四個(gè)組成基本部分，如圖5.3方框圖所示。

2、偏置電路

主要作用：向各放大級(jí)供應(yīng)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

各放大級(jí)對(duì)偏置電流和工作電流要求不同，差分輸入級(jí)的偏置電流最小（μA級(jí)），且要求穩(wěn)定。為此，偏置電路常采納各種電流源電路。應(yīng)用最廣泛的電流源是鏡像電流源，另外還有比例電流源、微電流源等。

1.鏡像電流源

如圖5.4是鏡像電流源電路。

IR=UCCUBER——基準(zhǔn)電流

VT1、VT2參數(shù)對(duì)稱，IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC

則IC=IR2IB=IR2ICβ

所以IC2=IC1=IC=IR1+2β≈IR(β2)

2.微電流源

如圖5.5是微電流源電路。

T2的放射極接入一個(gè)電阻Re2，UBE2UBE1，使IC2IC1≈IR=VCCUBER。

由于IC=IS(eUBEUT1)≈ISeUBEUT

所以UBE1UBE2=UTln(IC1IC2IS2IS1)≈UTlnIC1IC2

由圖5.4UBE1UBE2=IE2Re2≈IC2Re2則

Re2=UTlnIC1IC2IC2

說(shuō)明，若已知IC1（mA級(jí)）和IC2（mA級(jí)），可以求出Re2。

3、差分放大輸入級(jí)

本級(jí)電路對(duì)于集成運(yùn)放的質(zhì)量和性能指標(biāo)起打算作用，內(nèi)部采納直接耦合方式。為了提高輸入電阻，削減零點(diǎn)飄移，提高整個(gè)電路的共模抑制比，一般都是利用集成運(yùn)放內(nèi)部元件參數(shù)對(duì)稱性，采納差分放大電路結(jié)構(gòu)。它的主要作用是：抑制放大電路的零點(diǎn)漂移。

差分放大電路主要形式：基本形式、長(zhǎng)尾式和恒流源式。這里主要介紹基本形式。

1.基本形式

如圖5.6所示為基本形式差分放大電路。

工作原理：

電路中參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，可以抑制溫度變化對(duì)輸出電壓的影響，即抑制零點(diǎn)漂移。兩管輸入信號(hào)分別為Ui1、Ui2。

差模輸入信號(hào):Uid=Ui1Ui2

共模輸入信號(hào):Uic=Ui1+Ui22

Ui1=Uic+12Uid=Uic+Uid1

Ui2=Uic12Uid=Uic+Uid2

可見(jiàn)，兩個(gè)管子除了得到大小相等、極性相同的共模輸入電壓Uic外，還分別得到大小相等、極性相反的差模輸入電壓±12Uid。

①若Ui1=Ui2，兩個(gè)管子只是輸入共模信號(hào)，由于電路對(duì)稱，Uo=Uoc=Uc1Uc2=0。

②Ui1≠Ui2，可按上式進(jìn)行信號(hào)分解，分別得到共模信號(hào)Uic和差模信號(hào)Uid。

共模電壓放大倍數(shù):Auc=UocUic=0

差模電壓放大倍數(shù):Aud=UodUid

Uc1=Au1Uid1=Au112Uid，Uc2=Au2Uid2=Au2(12Uid)，Uc1=Uc2

由于電路完全對(duì)稱,所以

Au1=Au2=Au單

Aud=UodUid=Uc1Uc2Uid=2Uc12Uid1=Au單=βRcRs+rbe

共模抑制比:KCMR=20lg|AudAuc|，用來(lái)描述差分放大電路對(duì)零漂的抑制力量。

抱負(fù)時(shí)，Auc=0，KCMR=∞。

2.恒流源式差分放大電路

如圖5.7所示為.恒流源式差分放大電路

VT3為固定分壓式偏置電路，Ic3基本不受溫度變化的影響，很穩(wěn)定，是恒流源，其特性如圖5.8所示。VT2、VT1對(duì)稱，IC1=IC2=12IC3也穩(wěn)定，不會(huì)由于溫度變化而同時(shí)增加或減小，因而抑制了共模信號(hào)的變化和零漂。

當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，VT3的C、E之間的等效電阻rCE3=ΔuCEΔiC≈∞（即恒流源的等效電阻），起共模負(fù)反饋?zhàn)饔?，使Auc減??；當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，VT2、VT1對(duì)稱，Δic≈0，兩管的放射極之間RW中點(diǎn)（電位不變）為“溝通地”，rCE3不起任何作用，即不影響Aud。

恒流源式差分放大電路定量分析：

（1）靜態(tài)分析

UR1=R1R1+R22UCC

ICQ3≈IEQ3=UB3UBEQ3R3

ICQ1=ICQ2=12ICQ3

UCQ1=UCQ2=UCCICQ1RC1（對(duì)地）

IBQ1=IBQ2≈ICQ1β

UBQ1=UBQ2=IBQ1RS（對(duì)地）

（2）動(dòng)態(tài)分析

VT3構(gòu)成的恒流源起共模負(fù)反饋?zhàn)饔煤鸵种屏闫?，因此Auc=0；對(duì)差模輸入信號(hào)沒(méi)有任何影響。

RW——調(diào)零電阻，差模輸入時(shí)，RW中點(diǎn)為“溝通地”,對(duì)應(yīng)的溝通通路如圖5.9所示。

Aud=UodUid=Aud單=ΔUc1ΔUid1=βRCRS+rbe+(1+β)RW2

rid=2[RS+rbe+(1+β)RW2]

KCMR=20lg|AudAuc|=∞

4、共射放大中間級(jí)

中間級(jí)主要作用——電壓放大。

要求電壓放大倍數(shù)要高，一般采納有源負(fù)載的共射放大電路。為了提高放大倍數(shù)，并減小對(duì)輸入級(jí)的影響，放大管往往采納復(fù)合管。

如圖5.10是一個(gè)有源負(fù)載復(fù)合管共射放大電路。

VT3與VT4——鏡像電流源，等效電阻值很大。

兩個(gè)NPN型三極管VT1與