第三章  集成运算放大器

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知识点三：集成运放简介

集成运算放大器（简称运放）是一种高电压放大倍数的直接耦合放大器。它工作在放大区时，输入和输出呈线性关系，所以它又被称为线性集成电路。随着线性集成电路的发展，集成功率放大电路的应用也日益广泛。集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路，具有输出功率大、频率特性好、非线性失真小、外围连接元件少和使用方便等优点。因此，在收音机、电视机、收录机和开关功放电路中广泛采用各类专用集成功率放大电路。集成功放的原理和前述分立元件电路基本相同。在实际应用中，应掌握其引出脚与外围元件的作用、信号流程及典型应用条件。集成功放的外形和符号可以从器件手册中查到。

3.1集成运放的组成

1.集成电路的特点

集成电路是将半导体三极管、二极管、电阻等元件及连线全部集中制造在同一小块半导体基片上，成为一个完整的固体电路。集成电路的元件密度高、引线短、外部接线少，从而提高了电子设备的可靠性和灵活性，并且降低了成本，为电子技术的应用开辟了一个新的时代。         

将彼此独立的三极管、二极管、电阻、电容等用导线连接成的电路称为分立元件电路。与分立元件电路相比，集成电路除了体积小、元件高度集中外，还有以下特点：

(1）所有各元件是在同一块硅片上用相同的工艺过程制造的，因而具有相同的同向偏差、温度特性等参数，特别适用于制造对称性较高的差分放大电路。

(2）由于电阻元件是由硅半导体的体电阻构成的，阻值范围有一定的局限性，一般在几十欧到几十千欧之间，过高或过低的电阻制造很困难。

(3)由于集成工艺不适于制作大容量的电容，更难于制造电感器件，所以电路结构大都采用直接耦合方式。

(4)为了提高集成度和集成电路性能，一般集成电路的功耗要小，这样集成运放各级的偏置电流通常较小。

(5)在集成电路中，制造有源器件比制造大电阻占用的面积小，工艺上也不麻烦。所以在集成放大电路中，常用三极管代替电阻，尤其是大电阻。

2.集成电路分类和组成

集成运放种类较多，有通用型，还有为适应不同需要而设计的专用型，如高速型、高阻型、高压型、大功率型、低功耗型及低漂移型等。在实际应用中，考虑到便宜与采购方便，一般应选择通用型集成运放，特殊需要时，则应选择专用型。集成运放最早应用于信号的运算，所以它又被称为运算放大器。随着集成运放技术的发展，目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，它成为组成电子系统的基本功能单元。集成电路常有三种外形，即双列直插式、圆壳式和扁平式，如图3.18所示。

集成电路它有四部分组成，如图3.19所示。

(1)偏置电路：采用恒流源，向各级提供稳定的静态电流。偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。与分立元件不同，集成运放多采用恒流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流，从而确定了合适的静态工作点。

(2)输入级：为了抑制零漂，采用差动放大电路，输入级的好坏对提高集成运放的整体质量至关重要，如输入电阻、共模抑制比、输入电压范围以及电压放大倍数等许多性能指标的优劣，输入级都起决定性作用。输入级又称前置级，它往往是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求其输入电阻高，差模放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小。输入级大都采用差分放大电路的形式。最常见的有三种：基本形式、长尾式和恒流源式。

(3)中间级：为了提高放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路。中间级的主要任务是提供足够大的电压放大倍数，不仅要求电压放大倍数足够大，而且还要求输入电阻较高。中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射（或共源）放大电路。而且为了提高电压放大倍数，经常采用复合管做放大管，以恒流源作集电极负载。其电压放大倍数可达千倍以上。

(4)输出级：为了提高电路驱动负载的能力，一般采用互补对称输出级电路集成运放的输出级直接与负载相连接，为了提高它的带负载能力，要求输出电阻较低。此外，输出级的交流电压和电流的幅度都比较大，故还要求它有较大的输出功率。显然，在放大器的三种组态中，具有低输出电阻的共集（或共漏）放大器最适合作为输出级的电路。但是，一般的射级输出器因为功耗大、效率低、输出电压范围不够大，还不能直接作为输出级电路，因而必须加以改进。过流保护电路集成运放输出级的输出电流很大，当输出端意外短路或负载电流太大时，容易损坏运放的内部管子，所以必须有过流保护电路。