评价集成运放性能指标的参数很多，一般可分为输入参数、差模特性参数、共模特性参数和频率特性参数等，现简要介绍如下。

1．输入参数

（1）输入偏置电流IIB

IIB是指在室温及标准电源电压条件下，以理想电流源驱动运放差分输入端，使Vo=0时，两个输入端静态电流的平均值，即IIB=（IB1+IB2）/2。理想运放的偏置电流IB1=IB2=0。一般双极型运放的IIB在10nA～1μA之间；JFET输入级的运放IIB在0.1nA～0.5pA之间；采用MOSFET输入级的运放IIB在皮安数量级。

（2）输入失调电压VIO及其温漂dVIO/dT

VIO是指在室温及标准电源电压条件下，为了使静态时VO=0而在输入端所加的补偿电压值。它反映输入级差分对三极管的VBE失配程度。VIO越小，表明失配程度越小。通常值在1μV～20mV，理想运放VIO=0。

dVIO/dT是指在规定的温度范围内，VIO随温度变化的平均变化率，即VIO的温度系数，它是衡量运放电压温漂的重要指标，其值越小越好。理想运放dVIO/dT=0；普通运放一般为（0.3～30μV）/℃，低漂移运放小于lμV/℃；超低漂移运放小于0.1μV/℃。

（3）输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT

IIO是指在VO=0时，两输入端偏置电流之差，即IIO=IB1－IB2。它反映差分对三极管输入电流的不对称程度。IIO越小越好。理想运放的IIO=0，实际运放一般为0.5～5μA。

dIIO/dT与dVIO/dT类似，是IIO的温度系数，也是衡量运放温漂的重要性能指标，其值越小越好。理想运放的dIIO/dT=0，实际运放一般为（3μA～50nA）/℃。

2．差模特性参数

（1）开环差模电压增益Avd

Avd是指运放在无外加反馈网络情况下的差模电压增益。不同功能的运放Avd相差悬殊，理想运放的Avd→∞。

（2）差模输入电阻Rid

Rid是指开环运放在输入差模信号时，两输入端之间的动态电阻。Rid越大，对信号源的影响越小。理想运放的Rid→∞；双极型运放的Rid在几十千欧到几兆欧之间；单极型运放的Rid可达109Ω以上。

（3）最大差模输入电压Vid max

Vid max是指运放的两个输入端之间所能允许输入的最大差模电压值。若输入差模电压超过此值，可使输入级晶体管的PN结反向击穿。

3．共模特性参数

（1）共模抑制比KCMRR

前面介绍过，KCMRR是指开环运放的差模电压增益与共模电压增益之比值。其值越大越好。理想运放的KCMR→∞，实际上不同功能运放的KCMRR不同，有的在60～70dB之间，有的高达180dB以上。

（2）最大共模输入电压Vic max

Vic max是指允许输入共模电压的最大值，即运放的共模抑制特性明显恶化时的共模输入电压值。定义为KCMRR下降6dB时所加的共模输入电压值。超过此值，运放将不能正常工作，KCMRR将明显下降。

（3）共模输入电阻Ric

Ric是指运放的每个输入端对地的共模动态电阻。

4．频率特性参数

（1）开环带宽BW

开环带宽BW又称为－3dB带宽，是指开环差模电压增益下降3dB时对应的频率fH。理想运放的fH→∞。

（2）转换速率SR

SR反映运放对高速变化的输入信号的响应能力。定义为额定负载及输入阶跃大信号时，输出电压的最大变化率，即。SR越大，运放的高频特性越好。

其他参数不再一一介绍，用时查阅集成电路手册即可。

集成运放的电压传输特性

集成运放的代表符号如图3.20所示，其输入端一般为输入级差分放大电路的输入端，输出端为互补发射极输出级的输出端。图3.20（a）所示的是国家标准规定的符号，图3.20（b）是国内外常用的符号。两种符号的三角形箭头表示信号从左（输入端）向右（输出端）的传输方向，本书采用图3.20（b）的符号。

三端电压分别用v+、v－、vo表示。两个输入端一个称为同相端，用“+”号表示，从该端送输入信号时，其输出电压vo与输入电压v+（或称vP）同相位；另一个输入端称为反相端，用“－”号表示，从该端送输入信号时，其输出电压vo与输入电压v－（或称vN）反相位。

当两输入信号电压v+和v－同时加到集成运放输入端时，其输出电压vo与输入差模电压（即同相输入端与反相输入端之间的差值电压）之间的关系称为电压传输特性，即

对于正、负两路电源供电的集成运放，电压传输特性曲线如图3.21（a）所示。从图示特性曲线可以看出，集成运放有线性放大区域（称为线性区）和饱和区（称为非线性区）两部分。

在线性区，曲线的斜率为差模电压增益，该区满足

其中Avd为集成运放开环增益，它其实是集成运放中各级放大电路电压增益的乘积。由于Avd非常大，可达几十万，因此集成运放电压传输特性的线性区非常窄。

在非线性区输出电压只有两种可能：VOM或-VOM。

为了便于对集成运放的各种应用电路进行分析，常常将集成运放的各项技术指标进行理想化，将其看作一个理想的运算放大电路。理想运放的技术参数应满足下列条件：

① 开环差模电压增益Avd→∞；

② 差模输入电阻Rid→∞；

③ 输出电阻Ro→0；

④ 共模抑制比KCMR→∞；

⑤ 输入偏置电流IIB→0；

⑥ 开环带宽BW→∞；

⑦ 无失调误差。

理想运放的概念，实际上是通过对次要因素的忽略，简化了对运放应用电路的分析过程，是工程中对运放电路的一种常用分析方法。当然，由于受到集成电路制造工艺水平的限制，实际集成运放的各项技术指标不可能达到理想化条件的要求，但是在通常情况下，将集成运放的实际电路作为理想运放进行分析估算时，所形成的误差一般都在允许范围内。本书以后对各种集成运放应用电路的分析，将均视为理想运放。

理想运放电压传输特性曲线如图3.21（b）所示。对于工作在线性区的理想运放，利用它的参数可以导出下述两条重要的特性，又称为理想运放的实用特性。

① 运放同相输入端与反相输入端的电压差近似为零，即

这是因为在线性区内，输出电压vo为有限值，而Avd→∞，因而vid=vo/Avd≈0。两输入端近似看做短路，称为“虚短”。

② 流入运放两个输入端的电流近似等于零，即

这是因为理想运放Rid→∞，即两输入端又可近似看做断路，称为“虚断”。

运放理想化所引出“虚短”、“虚断”概念非常重要，式（3.3.2）和式（3.3.3）是运放线性应用电路分析的主要出发点，后面集成运放的应用中还会大量运用。

专用集成运算放大器

集成运放按特性可分为通用型和专用型（或特殊型）两大类。通用型运放的增益一般较高，其他参数没有特殊的要求，如F007型运放就属于通用型运放。专用型运放是指在某一方面的性能指标特别优异的运放，它按特性参数又可分为高速型、高输入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高压型、大功率型、高精度型、跨导型、低噪声型等。通用型运放应用范围广，产量大，价格便宜，是首选的对象，但在某些持殊要求场合，必须选择专用型运放。现对专用型运放简要介绍如下：

1．高输入阻抗型

这种类型集成运放的差模输入电阻Rid＞109Ω，输入偏置电流IIB为几皮安～几十皮安，故又称为低输入偏置电流型。实现这些指标的主要措施，一般是利用FET输入阻抗高、BJT电压增益高的特点相结合而构成差分输入级电路，常称为BiFET型电路。高输入阻抗型运放广泛应用于生物医学电信号测量的精密放大电路、有源滤波器、采样保持放大器、对数和反对数放大器和模/数、数/模转换器等。此类产品有LF356、LF347（四运放）、全MOSFET的CA3130、AD515、LF0052等。

2．高精度、低漂移型

高精度运放不仅具有高增益、高共模抑制比，而且具有低失调、低漂移和低噪声等特点。因为只有这样，才能减小误差，达到高精度的目的。因而，在毫伏级或更低的微弱信号检测、高精度稳压电源及自动控制仪表中都需要高精度运放。为了降低失调、减小漂移和噪声，提高共模抑制比，除了通过改进制造工艺提高差分输入级的对称性外，在电路结构上常采用超β三极管差分输入级、具有偏流抵消能力的差分输入级和自动稳零技术。

在典型的NPN三极管标推工艺流程中再增加一道额外的扩散工序，便可制造出基区有效宽度仅有0.1～0.2μm、电流放大系数β在3000～5000之间的三极管，称之为超β三极管。利用特性匹配优良的超β三极管作共射-共基组合差分放大电路的共射管，可以使输入偏置电流IIB降低到几个纳安范围内，但不能得到理想的输入失调电流IIO值。如OP77、AD707等采用偏流抵消电路的高精度运放，输入失调电流IIO可控制在0.1～0.3nA之间。

运放自动稳零技术的基本设计思想是将运放的失调电压记忆在记忆电容上，然后将它送回到运放的输入端，抵消运放本身的失调电压。这种自动稳零技术在MOS集成运放得到了广泛的应用。此类产品有AD508、OP-17以及CMOS单片集成动态自动稳零运放ICL7650等。例如，ICL7650的失调电压VIO在-1μV～+1μV之间，失调电压的温漂dVIO/dT＝0.01μV/℃。

3．高速型

对高速信号进行测量和处理时，需要运放的反应速度快，以保证精度。例如，脉冲放大器、高速DAC缓冲器、高速ADC输入放大器、高速数据采集系统和高速测试系统等应用场合需要运放的转换速率SR大于几十伏/微秒，甚至高达几百伏/微秒，单位增益带宽BWG大于几十兆赫，甚至高达几百兆赫。在设计高速运放时，信号通道中常采用NPN三极管，以提高转换速率；同时加大工作电流，以使电路中各种电容的充\放电速度加快；或采用场效应管和双极型三极管相兼容的BiFET结构，或采用全MOSFET结构，使电路的输入动态范围加大，因而电路转换速率也增大。此类产品有μA715、LH0032和AD841等。例如典型高速运放AD841的SR=300V/μs，BWG=40MHz。

4．低功耗型

电子电路集成化的最大优点是使复杂电路小巧轻便。随着便携式仪器应用范围的扩大，必须要求电源小型化、集成电路的功耗低。一般运放的功耗在几十毫瓦到几百毫瓦之间，低功耗运放的功耗则在微瓦数量级。它的电源电压在±0.5～±1.0V间器件才能正常工作，因而低功耗运放常用电池作供电电源。低功耗运放以CMOS、BiFET结构较多。

在电路结构上，此类运放一般采用外接偏置电阻和用有源负载代替高阻值电阻的方法，以降低静态偏置电流的总功耗，使电路处于最佳工作状态，以获得良好的电气性能。低功耗型运放一般用于对能源有严格限制的遥测、遥感、生物医学和空间技术研究的设备中。此类产品有μPC253、ICL7641及CA3078等。

5．高压型

通用型运放的电源电压最大值为±18V（或单电源36V）。实际应用中，有时需要运放输出电压几十伏或几百伏，则电源电压必然要随之提高。为了满足输出高电压的要求，运放电路设计中所采取的措施主要是利用三极管的集电结高耐电压性能、横向PNP三极管的发射结高耐电压性能和单三极管串接等方法来提高耐电压，或用FET作为输入级，耐电压指标可提高到300V左右。此外，为使运放工作在高电压和大电流（或大功率）的情况下，电路中要采取特殊的保护措施。例如超高压型运放3583，其电源电压最高允许为±150 V，输出电压可达±140 V。此类产品有D41、LM143及HA2645等。

6．跨导型

前面介绍的运算放大器，一般都具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，因而输出端可视为压控恒压源，放大能力用电压增益来表示，这种运放常称为电压运放。而跨导运放输出阻抗很高，输出端可视为压控恒流源，输入信号用电压表示、输出信号用电流表示，放大能力不用电压增益表示而用跨导gm表示。跨导运放的电路符号如图3.22所示，其输出电流与输入差模电压的关系为

跨导运放不但增益可控，而且具有较高的转换速率、功耗可调、电源电压范围宽、跨导线性度高等特点，广泛应用于取样保持、比较器、乘法运算等电路。

小    结

1．集成电路运算放大器是用集成工艺制成的，具有高增益的直接耦合多级放大电路。它一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。为了抑制温漂和提高共模抑制比，常采用差分放大电路作为输入级；中间为电压放大级；互补对称电压跟随电路常用作输出级；电流源电路构成偏置电路。

2．电流源电路是模拟集成电路的基本单元电路，其特点是直流电阻小，交流电阻大。常用来为集成电路提供稳定的静态工作电流，并可用作放大电路的有源负载。

3．差分放大电路是集成运算放大器的重要组成单元，它对差模信号具有很强的放大能力，而对共模信号却具有很强的抑制作用。由于电路输入、输出方式的不同组合，共有四种典型电路。其主要性能指标仅与输出方式有关、而与输入方式无关，具体的指标计算与共射单级放大电路基本一致。

4．集成运放是模拟集成电路的典型组件。对于它内部电路的分析和工作原理只要求作定性的了解，目的在于了解各级电路的工作原理，掌握它的主要技术指标，做到根据电路系统的要求正确地选择元器件。

5．集成运放的电压传输特性分为线性区和非线性区两部分。线性区输出电压：vo=Avd vid。由于Avd非常大，因此集成运放电压传输特性的线性区非常窄。在非线性区输出电压只有两种可能：VOM或-VOM。为了便于对集成运放的各种应用电路进行分析，常常将其看作一个理想的运算放大电路。理想运放一般应满足开环电压增益AV→∞；输入电阻Rid→∞；输出电阻Ro→0。理想运放存在“虚短”、“虚断”两个非常重要的实用特性。

习    题

1．直接耦合放大电路有哪些主要特点？

2．集成运算放大器的内部电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

3．简述镜像电流源的工作原理及其优缺点。

4．简述微电流源的工作原理及其特点。

5．电流源的主要作用是什么？

6．精密电流源电路如题图3-1所示，三个三极管的参数完全对称，电流放大系数均为β，VBE=0.7V，VCC=15V。（1）证明：；（2）当β值很大时，为使输出电流Io为30μA，电阻R应为多大?

7．在题图3-2所示的各个电流源电路中，已知各三极管特性相同，β值很大，VBE=0.7V。（1）说明各电流源的名称；（2）为了得到图示中的输出电流，确定电阻R的数值。

8．在题图3-3所示的电路中，已知各三极管特性相同，β值很大。求：（1）电路都包含哪几个电流源电路；（2）求各三极管集电极输出电流大小；（3）考虑负载R1、R7电阻值的大小对各电流源的输出电流是否有影响？该电路的作用是什么？

9．什么叫零点漂移？零点漂移产生的原因是什么？如何抑制零漂？

10．现有A、B两个直接耦合放大电路，在同样的温差变化情况下，A、B放大器的输出电压分别漂移了0.6V和0.4V，而A、B两放大器的增益分别为1000和100，问哪个放大器的零漂指标好，为什么？

11．什么是差模信号和共模信号？若在差分放大器的一个输入端加上信号vi1=4V，而在另一输入端加入信号vi2，当vi2分别为0V、+4V、－4V、+6V、－6V时，分别求出上述五种情况的差模信号vid、共模信号vic以及vi1和vi2分别包含的差模成分和共模成分的大小。

12．简述差分放大电路放大差模信号、抑制零漂的原理。

13．三极管的发射极公共电阻Re对抑制零漂有何作用？它对共模输入信号和差模输入信号有何不同影响？

14．带恒流源偏置的差分放大电路为什么能提高对共模信号的抑制能力？

15．差分放大电路有几种输入、输出方式？总结几种方式下差模电压增益、共模电压增益、共模抑制比、差模输入电阻和输出电阻的公式。

16．差分放大电路如题图3-4所示。已知：β1=β2=100，VCC=15V，Rc=5kΩ，Re=7.2 kΩ，RL=10kΩ。（1）说明该差分电路的类型；（2）计算差动三极管的静态工作点；（3）求差模电压增益Avd、输入电阻Rid与输出电阻Rod；（4）求共模电压增益Avc和共模抑制比KCMRR。

17．差分放大电路如题图3-5所示。已知β1=β2=100，VCC=15V，Rc=5kΩ，Re=7.2 kΩ，RL=10kΩ。（1）说明该差分电路的类型；（2）求差模电压增益Avd、输入电阻Rid与输出电阻Rod；（3）求共模电压增益Avc和共模抑制比KCMRR。

18．差分放大电路如题图3-6（a）和题图5-6（b）所示。其中，题图3-6（a）是集电极调零的差分放大电路，题图3-6（b）是发射极调零的差分放大电路。设β1=β2=100，Rp=2kΩ（设RP的活动触头调在中间位置），Rc=5kΩ，Re=7.2kΩ，Rb=2.2kΩ，VCC=VEE=15V。比较这两种差分放大电路的差模电压增益、输入电阻与输出电阻。

19．在题图3-7所示的电路中，若VCC=VEE=6V，三极管的β1=β2=β3=β4=100，Rc1=Rc2=2kΩ，Rb=100Ω，R1=500Ω，R2=4.8kΩ，R3=2.4kΩ，调零电位器的阻值Rp=200Ω（设调零电位器的活动触头调在中间位置）。计算：差模电压增益、差模输入电阻与输出电阻。

20．差分放大电路如题图3-8所示。己知Tl、T2和T3的β=50，VCC=VEE=15V，Rc=6kΩ，RL=12kΩ，R1=20 kΩ，R2=10kΩ，R3=2.1kΩ。共模增益Avc≈0，问：（1）静态时，忽略T3基极电流IB3情况下，估算流过差分三极管Tl、T2集电极的静态电流ICQ和集电极静态电压VCQ；（2）若vi1=0，vi2=10cosωt mV，求vo；（3）若vi1=10sinωt mV，vi2=5mV，求VC1、VC2和Vo瞬态电压。

21．电路如题图3-9所示。设VCC=VEE=15V，三极管的β1=β2=β3=100。求：（1）静态时，若要求vo=0，估算Io；（2）计算电压增益Av=vo/vi=Avd1·Av3。

22．集成运放的电压传输特性分为几个部分？各有什么特点？

23．理想运算放大器的技术参数应满足什么条件？画出其电压传输特性曲线。

24．说明理想运放的两个实用特性是什么。

25．专用集成运算放大器主要包括哪些类型，并简要介绍其作用。

26．题图3-10所示为单端输入的差分放大电路原理图，三极管的电流增益β=135，计算下面各量的值并与仿真结果进行比较。（1）静态工作点；（2）单端输出的电压增益Avd1和Avd2；（3）双端输出的电压增益Avd。

27．差分放大电路如题图3-11所示，三极管的电流放大系数β=150。（1）当输入差模信号vi1=-vi2时，观测计算电路的差模增益；（2）当输入共模信号vi1= vi2时，观测计算电路的共模增益；（3）计算共模抑制比KCMRR；（4）将图中点画线框内的偏置电流源换成电阻RE，偏置电流IEE保持不变，重复上述观测计算；（5）通过上面的计算结果来讨论两种偏置方法对差模增益、共模增益、共模抑制比的影响，并加以简单的解释。