電子技術(shù)復(fù)習(xí)集成運(yùn)算放大器解讀

第三章集成運(yùn)算放大電路一、集成電路（ItegratedCirciut簡(jiǎn)稱(chēng)IC）定義

-----采用專(zhuān)門(mén)的半導(dǎo)體制造工藝，將大量的晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻、電容等元件及它們間的連線(xiàn)所組成的完整電路制作在一小塊單晶硅片上，形成具有特定功能的單元電路。

集成放大電路是一種高電壓放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的多極直接耦合放大電路，最初多用于各種模擬信號(hào)的運(yùn)算（如比例、求和、求差、積分、微分…），故被稱(chēng)為集成運(yùn)算放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放。3.1集成運(yùn)算放大電路概述

由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻、電容等元器件根據(jù)不同連接方式組成的電路，稱(chēng)為分立元件電路。(1)、集成電路按集成度(每一片硅片中所含元、器件數(shù))大小分為：小規(guī)模集成電路(SmallScaleIntegration，簡(jiǎn)稱(chēng)SSI)、中規(guī)模集成電路(MediumScaleIntegration，簡(jiǎn)稱(chēng)MSI)、大規(guī)模集成電路(LargeScaleIntegration．簡(jiǎn)稱(chēng)LSI)

超大規(guī)模集成電路(VeryLargeScaleIntegration，簡(jiǎn)稱(chēng)VLSI)。(2)、集成電路按功能分為：數(shù)字電路：模擬電路：集成運(yùn)放、集成功放、集成穩(wěn)壓電源電路

(3)、集成電路按晶體管性質(zhì)分為：晶體管-晶體管-邏輯電路（(Transistor—TransistorLogic)，簡(jiǎn)稱(chēng)TTL電路）獲雙極型晶體管集成電路。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管集成電路（即MOS電路）或單極型場(chǎng)效應(yīng)管集成電路。二、分類(lèi)3.1.2集成運(yùn)放電路的組成及其各部分的作用若將集成運(yùn)放看成一個(gè)“黑盒子”，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。vP、vN、vO均以“地”為公共端。集成運(yùn)放符號(hào)兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端vPvNvOvOvPvN集成運(yùn)放原理框圖1、輸入級(jí)（前置級(jí)）集成運(yùn)放是多極直接耦合放大電路，整個(gè)電路輸出零點(diǎn)漂移大小，主要由輸入級(jí)決定。

輸入級(jí)往往是一個(gè)雙端輸入、有良好對(duì)稱(chēng)性的高性能差分放大電路。一般要求該放大器的輸入電阻高，差模電壓放大倍數(shù)大，抑制共模信號(hào)能力強(qiáng)（共模抑制比大），靜態(tài)電流小。

vPvNvOvPvNvO2、中間級(jí)是整個(gè)集成運(yùn)放的主放大器，它的作用是使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)放大能力，通常由一級(jí)或兩級(jí)直接耦合放大電路組成，多采用共射或共源放大電路。為了提高電壓放大倍數(shù)，經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，以恒流源做集電極負(fù)載。其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上?；竟采浞糯箅娐贩€(wěn)Q共射放大電路3、輸出級(jí)多采用射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出電路，使其具有輸出電壓線(xiàn)性范圍寬、輸出電阻小（即帶負(fù)載能力強(qiáng)）、非線(xiàn)性失真小等特點(diǎn)。其主要作用是提高電路的帶負(fù)載能力。+VCCvsvivo鏡像電流源微電流源有源負(fù)載用于共射放大電路4、偏置電路用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。與分立元件電路不同，集成運(yùn)放采用電流源電路為各級(jí)提供合適又穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流，從而確定合適而穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。Re3.4理想集成運(yùn)放的參數(shù)和工作區(qū)

性能指標(biāo)理想化的集成運(yùn)放稱(chēng)為理想運(yùn)放。3.4.1理想化集成運(yùn)放的性能指標(biāo)三個(gè)最基本參數(shù)：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

1、開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)（開(kāi)環(huán)差模增益）Aod=∞

任何信號(hào)不管信號(hào)有多小，都能進(jìn)行放大，且放大倍數(shù)無(wú)窮大。

2、差模輸入電阻rid=∞

可以跟前面的任何信號(hào)源連接，信號(hào)源不受影響。

3、輸出電阻ro=0

任何一個(gè)負(fù)載（無(wú)論負(fù)載大?。┒寄軒?。

4、共模抑制比KCMR=∞

5、上限截止頻率fH=∞6、失調(diào)電壓VO1、失調(diào)電流IO1和它們的溫漂dVO1/dT（℃）、dIO1/dT（℃）均為零，且無(wú)任何干擾和內(nèi)部噪聲。沒(méi)有輸入失調(diào)。

7、頻帶無(wú)限寬。半導(dǎo)體器件有電容存在，會(huì)影響頻率特性，理想情況要求不影響，所有頻率的信號(hào)都能進(jìn)行放大。一、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放符號(hào)3.4.2理想集成運(yùn)放在不同工作區(qū)的特征工作區(qū)域只有線(xiàn)性區(qū)、非線(xiàn)性區(qū)。vPvNvO反相輸入端同相輸入端所謂“虛短路”是指理想集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位無(wú)窮接近，但又不是真正短路的特點(diǎn)。vOvi=vP-vNO實(shí)際特性非線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū)線(xiàn)性區(qū)理想特性二、理想運(yùn)放在線(xiàn)性工作區(qū)的特點(diǎn)1、理想集成運(yùn)放在線(xiàn)性工作區(qū)的特點(diǎn)vPvNiPiN所謂“虛斷路”是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流趨于零，但又不是真正斷路的特點(diǎn)。理想運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)，采用“虛斷”和“虛短”的方法。

“虛短路”

vP≈vN。“虛斷路”

iP=iN=02、理想集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)的電路特征理想集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)的電路特點(diǎn)就是引入負(fù)反饋。理想集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)的必要條件是引入深度負(fù)反饋。vPvNvO3、理想集成運(yùn)放的非線(xiàn)性工作區(qū)當(dāng)集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)（即沒(méi)有引入負(fù)反饋）或只引入了正反饋時(shí)，集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。其特點(diǎn)：輸出電壓只有兩種狀態(tài)，不是正飽和電壓＋VOM,就是負(fù)飽和電壓－VOM，一般比電源電壓低1~2伏。（1）當(dāng)同相端電壓大于反相端電壓，即vP>vN時(shí)，vo=＋VoM；當(dāng)反相端電壓大于同相端電壓，即vP<vN時(shí)，vo=－VoM。（2）由于理想運(yùn)放的差模輸入電阻無(wú)窮大rid→∞，所以?xún)糨斎腚娏鳛?，iP=iN=0。vi=vP-vNvO理想運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)，采用vP、vN電壓比較方法（1）vP>vN時(shí)，vo=＋VoM；（2）vP<vN時(shí)，vo=－VoM。（3）“虛斷路”

iP=iN=0

綜上所述，在分析具體的集成運(yùn)放應(yīng)用電路時(shí)，首先判斷集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)還是非線(xiàn)性區(qū)，再運(yùn)用線(xiàn)性區(qū)和非線(xiàn)性區(qū)的特點(diǎn)分析電路的工作原理。理想運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)，采用vP、vN電壓比較方法（1）vP>vN時(shí)，vo=＋VoM；（2）vP<