第5章集成運(yùn)算放大電路5.1集成電路概述5.2集成運(yùn)放的基本組成及各部分的功能5.3集成運(yùn)放的典型電路及性能指標(biāo)5.4集成運(yùn)放的使用5.5理想集成運(yùn)算放大器5.1集成電路概述

前面介紹的都是分立元件電路。所謂分立元件電路是指由單個(gè)電阻、電容、二極管和三極管等連接起來(lái)組成的電路。由于分立元件電路中的元器件都裸露在外，因此體積大，工作可靠性差。

電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向和趨勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)集成化，因此，集成運(yùn)算放大電路是本章的重點(diǎn)內(nèi)容之一。本章首先介紹集成電路的一些基本知識(shí)，然后著重討論模擬集成電路中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放或運(yùn)放）。

5.1.1集成電路及其發(fā)展

定義：集成電路簡(jiǎn)稱IC（IntegratedCircuits），是60年代初期發(fā)展起來(lái)的一種半導(dǎo)體器件。它是在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將電路的有源器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等）、無(wú)源器件（電阻、電感、電容）及其布線集中制作在同一塊半導(dǎo)體基片上并加以封裝，形成緊密聯(lián)系的一個(gè)整體電路。

發(fā)展：人們經(jīng)常以電子器件的每一次重大變革作為衡量電子技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。1904年出現(xiàn)的半導(dǎo)體器件（如真空三極管）稱為第一代，1948年出現(xiàn)的半導(dǎo)體器件（如半導(dǎo)體三極管）稱為第二代，1959年出現(xiàn)的集成電路稱為第三代，而1974年出現(xiàn)的大規(guī)模集成電路，則稱為第四代。可以預(yù)料，隨著集成工藝的發(fā)展，電子技術(shù)將日益廣泛地應(yīng)用于人類社會(huì)的各個(gè)方面。5.1.2集成電路的特點(diǎn)

與分立元件電路相比，集成電路具有以下四個(gè)突出特點(diǎn)：

（1）體積小，重量輕與1946年發(fā)明制成的第一臺(tái)電子管電子計(jì)算機(jī)重量，重量從3余噸到幾十克；體積從170多平方米到一個(gè)火柴盒大（包括散熱電機(jī)）；但它的運(yùn)算速度從每秒鐘五千次左右到每秒百萬(wàn)次以上。

（2）可靠性高，壽命長(zhǎng)

半導(dǎo)體集成電路的可靠性與普通晶體管相比，可以說(shuō)提高了幾十萬(wàn)倍以上。例如，1964年的晶體管電子計(jì)算機(jī)的故障間隔平均時(shí)間為73小時(shí)，而1964年的半導(dǎo)體集成電路電子計(jì)算機(jī)為4650小時(shí)；到1970年時(shí)，達(dá)到了12400小時(shí)；1985年Inter公司生產(chǎn)的8398單片機(jī)，平均無(wú)故障工作時(shí)間為3.8×107小時(shí)（片內(nèi)含有12萬(wàn)個(gè)晶體管）。顯而易見，集成化程度越高，可靠性越高。

（3）速度高，功耗低晶體管電子計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度為每秒幾十萬(wàn)次，普通集成電路的運(yùn)算速度每秒可達(dá)幾百萬(wàn)次。目前，我國(guó)用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路組裝的計(jì)算機(jī)，其運(yùn)算速度每秒已達(dá)幾十萬(wàn)億次。在功耗方面，一臺(tái)晶體管收音機(jī)（交流電源供電）所消耗的功率不到一瓦，而集成單元電路的功耗只有幾十微瓦，相當(dāng)于一個(gè)晶體管功耗的千分之一。一般的半導(dǎo)體集成電路每次的邏輯運(yùn)算所需的能量為10nJ（1nJ=10-9J）左右，近年來(lái)，由于新技術(shù)的采用，已使每次邏輯運(yùn)算所需的能量降低到1nJ以下。

（4）成本低在應(yīng)用上，如果要達(dá)到電子線路的同樣功能，采用集成電路和采用分立元件電路相比，前者的成本要低許多。原因有二：第一、集成電路的器件價(jià)格低，一塊集成電路中不論含有多少只晶體管，最后只需一只外殼來(lái)封裝，而對(duì)分立元件，有多少只晶體管就要有多少只外殼封裝，有時(shí)外殼的成本比管芯的成本還高。第二、分立元件電路投入安裝調(diào)試的勞動(dòng)力成本又高出了集成電路很多。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，集成電路集成化程度將不斷提高，制造成本也會(huì)日趨降低。5.1.3集成電路的分類1.集成電路的分類（1）按制造工藝分類按照集成電路的制造工藝不同可分為半導(dǎo)體集成電路（又分雙極型集成電路和MOS集成電路），薄膜集成電路和混合集成電路；（2）按功能分類集成電路按其功能的不同，可分為數(shù)字集成電路，模擬集成電路和微波集成電路。模擬集成放大器——集成運(yùn)算放大器（集成運(yùn)放）。（3）按集成規(guī)模分類集成規(guī)模又稱集成度，是指集成電路內(nèi)所含元器件的個(gè)數(shù)。按集成度的大小，集成電路可分為小規(guī)模集成電路（SSI），內(nèi)含元器件數(shù)小于100；中規(guī)模集成電路（MSI），內(nèi)含元器件數(shù)為100～1000個(gè)；大規(guī)模集成電路（LSI），元器件數(shù)為1000～10000個(gè)；超大規(guī)模集成電路（VLSI），元器件數(shù)目在10000至100000之間。集成電路的集成化程度仍在不斷地提高，目前，已經(jīng)出現(xiàn)了內(nèi)含上億個(gè)元器件的集成電路。2.集成運(yùn)放的分類

集成運(yùn)放有四種分類方法。（1）按用途分類集成運(yùn)放按其用途分為通用型和專用型兩大類。①通用型集成運(yùn)放通用型集成運(yùn)放的參數(shù)指標(biāo)比較均衡全面，適用于一般的工程設(shè)計(jì)。一般認(rèn)為，在沒(méi)有特殊參數(shù)要求情況下工作的集成運(yùn)放均可列為通用型。由于通用型應(yīng)用范圍寬、產(chǎn)量大，因而價(jià)格便宜。作為一般應(yīng)用，首先考慮選擇通用型。②專用型集成運(yùn)放這類集成運(yùn)放是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的，其參數(shù)中往往有一項(xiàng)或幾項(xiàng)非常突出，可分為：

低功耗或微功耗型集成運(yùn)放：電源電壓在±15V時(shí)，功耗小于6mW，甚至是μW級(jí)。

高速型集成運(yùn)放：在快速A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率一定要高，有的可達(dá)2kV/μs～3kV/μs；單位增益帶寬一定要足夠大。高速型集成運(yùn)放的主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。

寬頻帶集成運(yùn)放：一般增益帶寬積應(yīng)大于10MHz，常用于寬頻帶放大電路中。

高精度型集成運(yùn)放：特點(diǎn)是高增益、高共模抑制比、低偏流、低溫漂、低噪聲等。

高電壓集成運(yùn)放：正常輸出電壓Uo大于±22V。

功率型集成運(yùn)放：輸出級(jí)可向負(fù)載提供較大的輸出功率。例如，有些單片音頻放大器可輸出十幾瓦的功率。

高輸入阻抗集成運(yùn)放：輸入阻抗非常大，輸入電流非常小。輸入級(jí)往往采用MOS管。

低溫漂型集成運(yùn)放：在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，需要集成運(yùn)放的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化，低溫漂型集成運(yùn)放就是為此而設(shè)計(jì)的。

此外，專用型集成運(yùn)放還有跨導(dǎo)型、程控型、低噪聲型、集成電壓跟隨器等。

（2）按供電電源分類①雙電源集成運(yùn)放絕大部分集成運(yùn)放在設(shè)計(jì)中都是正、負(fù)對(duì)稱的雙電源供電，以保證運(yùn)放的優(yōu)良性能。②單電源集成運(yùn)放這類運(yùn)放采用特殊設(shè)計(jì)，在單電源下能實(shí)現(xiàn)零輸入、零輸出。交流放大時(shí)，失真較小。（3）按制作工藝分類集成運(yùn)放按制作工藝可分為三類，分別是：雙極型集成運(yùn)放、單極型集成運(yùn)放和雙極—單極兼容型集成運(yùn)放。（4）按級(jí)數(shù)分類集成運(yùn)放按級(jí)數(shù)可分為四類，分別是：?jiǎn)芜\(yùn)放、雙運(yùn)放、三運(yùn)放和四運(yùn)放。5.1.4集成電路制造工藝簡(jiǎn)介

在集成電路的生產(chǎn)過(guò)程中，在直徑為3～10mm的硅片上，同時(shí)制造幾百甚至幾千個(gè)電路。人們稱這個(gè)硅晶片為基片，稱每一塊電路為管芯，如圖5-1所示?；瞥珊?，再經(jīng)劃片、壓焊、測(cè)試、封裝后成為產(chǎn)品。圖5-2（a）、（b）所示為圓殼式集成電路的剖面圖及外形，圖（c）、（d）所示為雙列直插式集成電路的剖面圖及外形。

圖5-1基片與管芯圖圖5-2集成電路的剖

面及外形圖

基片制成后，再經(jīng)劃片、壓焊、測(cè)試、封裝后成為產(chǎn)品。圖5-2（a）、（b）所示為圓殼式集成電路的剖面圖及外形，圖（c）、（d）所示為雙列直插式集成電路的剖面圖及外形。1.主要制造工序

集成電路的制造工藝較為復(fù)雜，在制造過(guò)程中需要很多道工序，現(xiàn)將制造過(guò)程中的幾個(gè)主要工藝名詞介紹如下：（1）氧化：在溫度為800～1200oC的氧氣中使半導(dǎo)體表面形成SiO2薄層，以防止外界雜質(zhì)的污染。（2）光刻與掩模：制作過(guò)程中所需的版圖稱為掩模，利用照相制版技術(shù)將掩?？淘诠杵戏Q為光刻。（3）擴(kuò)散：在1000oC左右的爐溫下，將磷、砷、或硼等元素的氣體引入擴(kuò)散爐，經(jīng)一定時(shí)間形成雜質(zhì)濃度一定的N型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。每次擴(kuò)散完畢都要進(jìn)行一次氧化，以保護(hù)硅片的表面。（4）外延：在半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)與基片結(jié)晶軸同晶向的半導(dǎo)體薄層，稱為外延生長(zhǎng)技術(shù)。所形成的薄層稱為外延層，其作用是保證半導(dǎo)體表面性能均勻。（5）蒸鋁：在真空中將鋁蒸發(fā)，沉積在硅片表面，為制造連線或引線作準(zhǔn)備。

2.隔離技術(shù)及電路元件的制造雖然集成電路各元件均制作在一塊硅片上，但各元件之間必須是相互絕緣的，這就需要隔離。常用的隔離技術(shù)有PN結(jié)隔離和介質(zhì)隔離兩種。PN結(jié)隔離技術(shù)是利用PN結(jié)反向偏置時(shí)具有很高電阻的特點(diǎn)，把元件所在N區(qū)或P區(qū)四周用PN結(jié)包圍起來(lái)，使元件之間絕緣。

PN結(jié)隔離的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是隔離島（N型區(qū)圍成的一塊區(qū)域，該區(qū)域周圍是P型區(qū)）之間所能承受的電壓不高，存在較大的寄生電容效應(yīng)，影響電路的高頻效應(yīng)，只適用于工作電壓不高、結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的模擬和數(shù)字集成電路。介質(zhì)隔離是用SiO2等介質(zhì)材料將隔離島與襯底、隔離島與隔離島之間隔離開來(lái)。介質(zhì)隔離的最大優(yōu)點(diǎn)是不需外加偏置電壓，且寄生電容小，但制造工藝復(fù)雜，成本高，一般用于電源電壓較高、對(duì)隔離性能要求較高的模擬集成電路之中。隔離島形成后，便可在其中制造所需的元件，制造過(guò)程與PN結(jié)隔離的制造過(guò)程完全相同。

各種無(wú)源元件并不需要特殊工藝，例如：用NPN型管的發(fā)射結(jié)作為二極管和穩(wěn)壓管，用NPN型管基區(qū)體電阻作為電阻，用PN結(jié)勢(shì)壘電容或MOS管柵極與溝道間等效電容作為電容等。3.集成電路中元件的特點(diǎn)

與分立元件相比，集成電路中的元件有如下特點(diǎn)：（1）具有良好的對(duì)稱性。由于元件在同一硅片上用相同的工藝制造，且因元件很密集而環(huán)境溫度差別很小，所以元件的性能比較一致，而且同類元件溫度對(duì)稱性也較好。（2）電阻與電容的數(shù)值有一定的限制。由于集成電路中電阻和電容要占用硅片的面積，且數(shù)值愈大，占用面積也愈大。因而不易制造大電阻和大電容。因此，電阻阻值范圍為幾十歐～幾千歐，電容容量一般小于100pF。（3）縱向晶體管的β值大；橫向晶體管的β值小，但PN結(jié)耐壓高。

（4）用有源元件取代無(wú)源元件。由于縱向NPN管占用硅片面積小且性能好，而電阻和電容占用硅片面積大且取值范圍窄，因此，在集成電路的設(shè)計(jì)中盡量多采用NPN型管，而少用電阻和電容。復(fù)習(xí)思考題

5.1.1將二極管、三極管、電阻、電容等元器件及連接導(dǎo)線同時(shí)制作在

上，構(gòu)成一個(gè)具有某種功能的完整電路，這就是

。

5.1.2集成運(yùn)放按照集成度如何進(jìn)行分類？

5.1.3

集成電路中，為何用有源元件取代無(wú)源元件？

5.1.4

簡(jiǎn)述通用型集成運(yùn)放和專用型集成運(yùn)放的特點(diǎn)。

5.1.5

集成電路的誕生，為電子技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)哪些突出的改變？5.2集成運(yùn)放的基本組成及功能

內(nèi)部組成：即集成運(yùn)放的內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。它通常包含4個(gè)基本組成部分，即輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路，如圖5-3所示。圖5-3集成運(yùn)放的基本組成圖5-3集成運(yùn)放的基本組成

輸入級(jí)：由差動(dòng)放大電路組成。它具有很高的輸入電阻，并能很好地克服零點(diǎn)漂移。中間級(jí)：由一至二級(jí)直接耦合的共發(fā)射級(jí)電路構(gòu)成。信號(hào)的放大主要是在這一級(jí)完成，因此它的電壓放大倍數(shù)非常高。

輸出級(jí)：大多采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（將在第8章介紹）。因此，電路的輸出電阻很低、輸出功率大、帶負(fù)載能力強(qiáng)。

偏置電路：的作用是向各級(jí)放大電路提供合適的偏置電流，確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。各個(gè)放大級(jí)對(duì)偏置電流的要求各不相同。對(duì)于輸入級(jí)，通常要求提供一個(gè)比較小（一般為微安級(jí)）的偏置電流，而且非常穩(wěn)定，以便提高集成運(yùn)放的輸入電阻，降低輸入偏置電流、輸入失調(diào)電流及其溫漂等等。在集成電路中，大多采用電流源的形式作為偏置電路。5.2.1偏置電路——電流源

在電子電路中，特別是模擬集成電路中，廣泛使用不同類型的電流源（也稱恒流源）。它的用途之一是為各種基本放大電路提供穩(wěn)定的偏置電流；第二個(gè)用途是用做放大電路的有源負(fù)載。下面討論幾種常見的電流源。

1.基本電流源電路

用三極管實(shí)現(xiàn)恒流源，如圖5-4所示。當(dāng)I1＞＞IB時(shí)，I1≈I2≈，則IC≈IE≈

，因而圖5-4基本恒流源

IC便是電流源的輸出電流。由上式可以看出，當(dāng)電阻R1、R2、R3及電源VEE選定后，IC即被確定。

所以當(dāng)電阻R1、R2、R3及電源VEE選定后，IC即被確定。例如，R1=R2=R3=5kΩ，-VEE=-12V，UBEQ=0.7V，則

結(jié)論：基本恒流源電路中由于用了三個(gè)電阻,不利于集成化,因此經(jīng)常采用圖5-5所示的鏡像電流源。

圖5-4基本恒流源

2.鏡像電流源

圖5-5中三極管VT1和VT2具有完全相同的輸入特性和輸出特性，且由于兩管的b、e極分別相連，UBE1=UBE2，IB1=IB2，IC1=IC2，

因此就像照鏡子一樣，VT2的集電極電流和VT1的相等，

所以該電路稱為鏡像電流源。由圖5-5可知，VT1的b、c極相連，VT1處于臨界放大狀態(tài)，電阻R中電流IR為基準(zhǔn)電流，表達(dá)式為

圖5-5鏡像電流源

且IR=IC1+IB1+IB2=IC2+2IB2=(1+2/)IC2，所以當(dāng)β＞＞

2時(shí)，有β

可見，只要電源VCC和電阻R確定，則IC2就確定，恒定的IC2可作為提供給某個(gè)放大級(jí)的靜態(tài)偏置電流。另外，在鏡像電流源中，VT1的發(fā)射結(jié)對(duì)VT2具有溫度補(bǔ)償作用，可有效地抑制IC2的溫漂。例如當(dāng)溫度升高使VT2的IC2增大的同時(shí)，也使VT1的IC1增大，從而使UBE1（UBE2）減小，致使IB2減小，從而抑制了IC2的增大。

結(jié)論：鏡像電流源的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有一定的溫度補(bǔ)償作用。缺點(diǎn)是當(dāng)直流電源VCC變化時(shí)，輸出電流IC2幾乎按同樣的規(guī)律波動(dòng)，因此不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。此外，若輸入級(jí)要求微安級(jí)的偏置電流，則所用電阻R將達(dá)兆歐級(jí)，在集成電路中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

圖5-5鏡像電流源3.比例電流源

可見，兩個(gè)三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。

圖5-6比例電流源

比例電流源改變了鏡像電流源中IC2≈IR的關(guān)系，而使IC2可以大于或小于IR，與IR成比例，從而克服了鏡像電流源的上述不足，如圖5-6所示。它是在鏡像電流源的基礎(chǔ)上，在三極管VT1、VT2的發(fā)射極分別接入兩個(gè)電阻R1和R2。可得UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2

由于VT1、VT2的特性完全相同，因此可以認(rèn)為UBE1=UBE2，則IE1R1=IE2R2若兩只三極管的基極電流可以忽略，由上式可得

結(jié)論：與鏡像電流源一樣，比例電流源也具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，而且，由于發(fā)射極接入電阻R1和R2，因此具有很好的溫度補(bǔ)償作用。但是，這兩種電流源有著共同的缺點(diǎn)，就是當(dāng)直流電源VCC變化時(shí)，輸出電流IC2幾乎按同樣規(guī)律波動(dòng)，不適用于直流電源在大范圍內(nèi)變化的集成運(yùn)放。此外，若輸入級(jí)需要提供微安級(jí)的偏置電流時(shí)，則所用電阻將達(dá)到兆歐級(jí)，這在集成電路中幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。圖5-6比例電流源4.微電流源圖5-7微電流源

為了得到微安級(jí)的輸出電流，同時(shí)又希望電阻值不太大，可以在鏡像電流源的基礎(chǔ)上，在三極管VT2的射極電路中接入電阻Re，如圖5-7所示。這種電流源稱為微電流源。

當(dāng)基準(zhǔn)電流IR一定時(shí)，IC1可確定。因?yàn)?/p>

所以

由上式可知，利用兩只三極管發(fā)射結(jié)電壓差ΔUBE可以控制輸出電流IC1

。由于ΔUBE的數(shù)值較小，這樣，用阻值不大的Re即可獲得微小的工作電流，故稱此電流源為微電流源。

結(jié)論：該電路由于VT1、VT2是對(duì)管，兩管基極又連在一起，當(dāng)VCC、R和Re為已知時(shí)，基準(zhǔn)電流IR≈VCC/R，在UBE1、UBE2為一定時(shí)，IC2也就確定了。在電路中，當(dāng)電源電壓VCC發(fā)生變化時(shí)，IR以及ΔUBE也將發(fā)生變化，由于Re的值一般為數(shù)千歐，使得UBE2

＜＜UBE1，以致VT2的UBE2很小而工作于輸入特性的彎曲部分，則IC2的變化遠(yuǎn)小于IR的變化，故電源電壓波動(dòng)對(duì)工作電流IC2的影響不大。圖5-7微電流源5.2集成運(yùn)放的基本組成及功能5.2.2輸入級(jí)——差分放大電路

差分放大電路（也稱差動(dòng)放大電路），其功能是放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差。

選為輸入級(jí)的緣由：由于集成運(yùn)放的內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路，因此必須解決零漂問(wèn)題，電路才能實(shí)用。雖然集成電路中元器件參數(shù)分散性大，但是相鄰元器件參數(shù)的對(duì)稱性卻比較好。差動(dòng)放大電路就是利用這一特點(diǎn)，采用參數(shù)相同的三極管來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，從而有效地抑制零漂。在集成運(yùn)放中多以差分放大電路作為輸入級(jí)。差分放大電路常見的形式有三種：基本形式、長(zhǎng)尾式和恒流源式。1.基本形式的差分放大電路

（1）輸入信號(hào)類型

將兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的單管放大電路組合在一起，就構(gòu)成基本形式差分放大電路，如圖5-8所示。

圖5-8基本形式差分放大電路

差模輸入信號(hào)：在差分放大電路的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相反的信號(hào)，即ui1=-ui2，這種輸入方式稱為差模輸入。差模輸入方式下，差動(dòng)放大電路總的輸入信號(hào)稱為差模輸入信號(hào)，用uid表示，uid為兩輸入端輸入信號(hào)之差，即

uid=ui1–ui2

或者差模輸入電路如圖5-9所示。

圖5-9差模輸入電路

共模輸入信號(hào)：在差分放大電路的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等、極性相同的信號(hào)，即ui1=ui2，這種輸入方式稱為共模輸入，所輸入的信號(hào)稱為共模輸入信號(hào)，用uic表示。uic與兩輸入端的輸入信號(hào)有以下關(guān)系uic=ui1=ui2

共模輸入電路如圖5-10所示。

圖5-10共模輸入電路

特別指出：當(dāng)差分放大電路的兩個(gè)輸入端輸入的信號(hào)大小不等時(shí)，可將其分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)。由于差模信號(hào)uid=ui1–ui2，共模信號(hào)uic可以寫為：

于是，加在兩輸入端上的信號(hào)可分解為：例如，ui1=8mV，ui2=2mV，則此時(shí)uid=ui1-ui2=(8-2)mV=6mV

（2）兩種電壓放大倍數(shù)

差模電壓放大倍數(shù)：差分放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)叫做差模電壓放大倍數(shù)，用Aud表示，以圖5-9所示差模輸入電路為例，假設(shè)兩邊單管放大電路完全對(duì)稱，且每一邊單管放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au，可以推出當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí)，Aud為：

上式表明，差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同。可以看出，差分放大電路的特點(diǎn)是，多用一個(gè)放大管后，雖然電壓放大倍數(shù)沒(méi)有增加，但是換來(lái)了對(duì)零漂的抑制。

圖5-9差模輸入電路

共模電壓放大倍數(shù)：差分放大電路對(duì)共模信號(hào)的放大倍數(shù)叫做共模電壓放大倍數(shù)，用Auc表示，以圖5-10所示共模輸入電路為例，可以推出，當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，Auc為：

上式表明，差分放大電路對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大作用。因?yàn)楣材Ｐ盘?hào)就是由于外界干擾而產(chǎn)生的有害信號(hào)如零漂信號(hào)，必須加以抑制。

綜上所述：差分放大電路對(duì)有效的差模信號(hào)有放大作用，而對(duì)無(wú)效的共模信號(hào)有抑制作用，也就是說(shuō)，要想放大輸入信號(hào)，必須使兩輸入端的信號(hào)有差別，正所謂“輸入有差別，輸出才有變動(dòng)”，差動(dòng)放大電路由此得名。

圖5-10共模輸入電路

（3）共模抑制比

差分放大電路的共模抑制比為：差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，一般用對(duì)數(shù)表示，單位為分貝（dB），用符號(hào)KCMR表示。其表達(dá)式為：

物理意義：共模抑制比描述差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)即零漂的抑制能力。KCMR愈大，說(shuō)明抑制零漂的能力愈強(qiáng)。在理想情況下，差分放大電路兩側(cè)的參數(shù)完全對(duì)稱，兩管輸出端的零漂完全抵消，則共模電壓放大倍數(shù)Auc=0，共模抑制比KCMR=∞。

基本形式差分放大電路總結(jié)：對(duì)基本形式差分放大電路而言，由于實(shí)際中

內(nèi)部參數(shù)不可能絕對(duì)匹配，所以輸出電壓uo仍然存在零點(diǎn)漂移，共模抑制比很低。而且從每只三極管的集電極對(duì)地電壓來(lái)看，其零漂與單管放大電路相同，絲毫沒(méi)有改善。因此，實(shí)際工作中一般不采用這種基本形式差分放大電路，而是在此基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)，組成了長(zhǎng)尾式差分放大電路。

圖5-8基本形式差分放大電路2.長(zhǎng)尾式差分放大電路

（1）電路組成在基本差分放大電路的基礎(chǔ)上，在兩個(gè)放大管發(fā)射極接入一個(gè)發(fā)射極電阻Re，如圖5-11所示。這個(gè)電阻像一條“長(zhǎng)尾”，所以這種電路稱為長(zhǎng)尾式差分放大電路。

圖5-11長(zhǎng)尾式差分放大電路

圖5-8基本形式差分放大電路

工作原理分析：長(zhǎng)尾電阻Re對(duì)共模信號(hào)具有抑制作用。假設(shè)在電路輸入端加上正的共模信號(hào)，則兩只管子的集電極電流iC1、iC2同時(shí)增加，使流過(guò)發(fā)射極電阻Re的電流iE增加，于是發(fā)射極電位uE升高，從而兩管的uBE1、uBE2降低，進(jìn)而限制了iC1、iC2的增加。

但是對(duì)差模輸入信號(hào)，由于兩管的輸入信號(hào)幅值相等而極性相反，所以iC1增加多少，iC2就減少同樣的數(shù)量，因而流過(guò)Re的電流總量保持不變，即ΔuE=0，所以長(zhǎng)尾Re對(duì)差模輸入信號(hào)無(wú)影響。

圖5-11長(zhǎng)尾式差分放大電路

圖5-8基本形式差分放大電路

結(jié)論：長(zhǎng)尾電阻Re的接入使共模放大倍數(shù)減小，降低了每只管子的零點(diǎn)漂移，但對(duì)差模放大倍數(shù)沒(méi)有影響，因此提高了電路的共模抑制比。Re越大，抑制零漂的效果越好。但是，隨著Re的增大，Re上的直流壓降將越來(lái)越大。為此，在電路中引入一個(gè)負(fù)電源VEE來(lái)補(bǔ)償Re上的直流壓降，以免輸出電壓變化范圍太小。引入VEE后，靜態(tài)基極電流可由VEE提供，因此可以不接基極電阻Rb，如圖5-11所示。

圖5-11長(zhǎng)尾式差分放大電路

圖5-8基本形式差分放大電路

（2）靜態(tài)分析

當(dāng)輸入電壓等于零時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱，故設(shè)IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2

=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，β1=β2=β。由三極管的基極回路可得IBQR+UBEQ+2IEQR

e=VEE則靜態(tài)基極電流為：

靜態(tài)集電極電流和電位為：ICQ≈IBQ

VCQ=VCC-ICQRc(對(duì)地)靜態(tài)基極電位為：VBQ=-IBQR(對(duì)地)

圖5-11長(zhǎng)尾式差分放大電路β

（3）動(dòng)態(tài)分析

圖5-11所示長(zhǎng)尾式差分放大電路差模輸入的交流通路和微變等效電路如圖5-12所示。

圖5-12長(zhǎng)尾式差分放大電路差模輸入

的交流通路和微變等效電路差模電壓放大倍數(shù)為：其中，=Rc//(RL/2)。

（3）動(dòng)態(tài)分析圖5-12長(zhǎng)尾式差分放大電路差模輸入

的交流通路和微變等效電路從兩管輸入端向里看，差模輸入電阻為:Rid=2(R+rbe)兩管集電極之間的輸出電阻為:Ro=2Rc

在長(zhǎng)尾式差分放大電路中，為了在兩個(gè)

參數(shù)不完全對(duì)稱的情況下能使靜態(tài)時(shí)的uo為零，常常接入調(diào)零電位器RP，如圖5-13（a）所示，圖5-13（b）

是其差模輸入的

交流通路。

圖5-13接入調(diào)零電位器的長(zhǎng)尾式差分放大電路

【例5-1】在圖5-13（a）所示的差分放大電路中，已知VCC=VEE=12V，三極管的=50，UBEQ=0.7V，Rc=30kΩ，R

e=27kΩ，R=10kΩ，RP=500Ω，設(shè)RP的活動(dòng)端調(diào)在中間位置，負(fù)載電阻RL=20kΩ。試估算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q、差模電壓放大倍數(shù)Aud、差模輸入電阻Rid和輸出電阻Ro

。β

圖5-13接入調(diào)零電位器的長(zhǎng)尾式差分放大電路

解：由三極管的基極回路可知?jiǎng)t

ICQ≈IBQ=50×0.004mA=0.2mAVCQ=VCC-ICQRc=(12-0.2×30)V=6VVBQ=-IBQR=-0.004×10=-0.04V=-40mV差模電壓放大倍數(shù)為:則Ro=2Rc=2×30kΩ=60kΩ

長(zhǎng)尾式差分放大電路總結(jié)：Re越大，抑制零漂的能力越強(qiáng)。但Re的增大是有限的，原因有兩個(gè)：一是在集成電路中難于制作大電阻；二是在同樣的工作電流下Re越大，所需VEE越高。為此，可以考慮采用一個(gè)三極管代替原來(lái)的長(zhǎng)尾電阻Re。

在三極管輸出特性的恒流區(qū)，當(dāng)集電極電壓有一個(gè)較大的變化量ΔuCE時(shí)，集電極電流iC基本不變。此時(shí)三極管集電極、發(fā)射極之間的等效電阻的值很大。用恒流三極管充當(dāng)一個(gè)阻值很大的長(zhǎng)尾電阻Re，既可在不用大電阻的條件下有效地抑制零漂，又適合集成電路制造工藝中用三極管代替大電阻的特點(diǎn)，因此，這種方法在集成運(yùn)放中被廣泛采用。

圖5-11長(zhǎng)尾式差分放大電路

3.恒流源式差分放大電路

恒流源式差分放大電路如圖5-15所示。恒流三極管VT3的基極電位由Rb1、Rb2分壓后得到，可認(rèn)為基本不受溫度變化的影響，則當(dāng)溫度變化時(shí)VT3的發(fā)射極電位和發(fā)射極電流也基本保持穩(wěn)定，而兩個(gè)放大管的集電極電流iC1和iC2之和近似等于iC3，所以iC1和iC2將不會(huì)因溫度的變化而同時(shí)增大或減小，

可見，接入恒流三極管后，抑制了共模信號(hào)的變化。

有時(shí)，為了簡(jiǎn)化起見，常常不把恒流源式差分放大電路中恒流三極管VT3的具體電路畫出，而采用一個(gè)簡(jiǎn)化的恒流源符號(hào)來(lái)表示，如圖5-16所示。圖5-15恒流源式差分放大電路圖5-16圖5-15的簡(jiǎn)化畫法4.差分放大電路的4種接法

差分放大電路有兩個(gè)放大三極管，它們的基極和集電極分別是放大電路的兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。差分放大電路的輸入端、輸出端有4種不同的接法，即雙端輸入-雙端輸出、雙端輸入-單端輸出、單端輸入-雙端輸出，單端輸入-單端輸出。下面以長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路為例介紹不同接法的性能。（1）雙端輸入-雙端輸出圖5-17雙入-雙出差分放大電路Auc=0KCMR→∞Rid=2(Rb+rbe)

Ro=2Rc（2）單端輸入-雙端輸出圖5-18單入-雙出差分放大電路

電路分析：當(dāng)忽略電路對(duì)共模信號(hào)的放大作用時(shí)，單端輸入就可以等效為雙端輸入情況，故雙端輸入-雙端輸出的結(jié)論均適用于單端輸入-雙端輸出。

這種接法的特點(diǎn)是可以把單端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙端輸出，作為下一級(jí)的差動(dòng)

輸入，適用于負(fù)載兩端任何一端不接地，而且輸出正負(fù)對(duì)稱性好的情況。（3）雙端輸入-單端輸出圖5-19雙入-單出差分放大電路Rid=2(Rb+rbe)Ro=Rc（4）單端輸入-單端輸出圖5-20單入-單出差分放大電路

電路分析：這種接法的特點(diǎn)是，它比單管基本放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂的能力，而且可根據(jù)不同的輸出端，得到輸出與輸入電壓的

同相或反相關(guān)系。4鐘接法差分放大電路總結(jié)：（1）差分放大電路的主要性能指標(biāo)僅與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。（2）差分放大電路雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)就是半邊差模等效電路的電壓放大倍數(shù)，而單端輸出時(shí)，則是半邊差模等效電路電壓放大倍數(shù)的一半（不接負(fù)載電阻）。（3）差模輸入電阻不管是雙端輸入還是單端輸入，都是半邊差模等效電路輸入電阻的兩倍。（4）輸出電阻在單端輸出時(shí)，Ro=Rc；在雙端輸出時(shí)，Ro=2Rc。表5-1

差分放大電路4種接法的性能比較5.2.3中間級(jí)—采用有源負(fù)載的共射放大電路

采用有源負(fù)載的理由：中間級(jí)的主要任務(wù)是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，為此，不僅要求中間級(jí)本身具有較高的電壓增益，同時(shí)為了減少對(duì)前級(jí)的影響，還應(yīng)具有較高的輸入電阻。共射放大電路（或共源放大電路，此處以共射放大電路為例）具有較高的電壓放大倍數(shù)，而且，為了提高電壓放大倍數(shù)，比較有效地方法是增大集電極電阻Rc。然而，一方面集成電路的工藝不便于制造大電阻；另一方面，為了維持放大管的靜態(tài)電流不變，在增大Rc的同時(shí)必須提高電源電壓，當(dāng)電源電壓增大到一定程度時(shí)，電路的設(shè)計(jì)就變得不合理了。由前面對(duì)恒流源式差分放大電路的介紹可知，當(dāng)三極管工作在放大區(qū)（也稱恒流區(qū)）時(shí)，c-e之間的等效電阻rce的值很大。因此，在集成運(yùn)放中，常采用由三極管構(gòu)成的電流源取代Rc，這樣在電源電壓不變的情況下，既可獲得合適的靜態(tài)電流，對(duì)于交流信號(hào)，又可得到很大的等效的Rc。由于三極管和場(chǎng)效應(yīng)管均為有源器件，而上述電路中又以它們作為負(fù)載，故稱之為有源負(fù)載。另外，中間級(jí)的放大管有時(shí)采用復(fù)合管的結(jié)構(gòu)形式，這樣不僅可以得到很高的電流放大系數(shù)β，以便提高本級(jí)的電壓放大倍數(shù)，而且能夠大大提高本級(jí)的輸入電阻，以免對(duì)前級(jí)放大倍數(shù)產(chǎn)生不良的影響，特別是在前級(jí)采用有源負(fù)載時(shí)，其效果是提高了集成運(yùn)放總的電壓放大倍數(shù)。1.復(fù)合管的接法及其β和rbe

復(fù)合管可由兩只或兩只以上的三極管組合而成，也可由場(chǎng)效應(yīng)管與三極管組合而成，此處重點(diǎn)介紹由三極管組成的復(fù)合管。三極管復(fù)合管的接法有多種，它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。例如，在圖5-21中，圖5-21（a）和圖5-21（b）分別由兩個(gè)同為NPN型或同為PNP型的三極管組成，但圖5-21（c）和圖5-21（d）中的復(fù)合管由不同類型的三極管組成。圖5-21復(fù)合管的接法

復(fù)合管連接要求：對(duì)于由相同或不同類型的三極管組成復(fù)合管，首先，在前、后兩只三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電流的實(shí)際方向一致，以便形成適當(dāng)?shù)碾娏魍?，否則電路不能形成通路，復(fù)合管無(wú)法正常工作。其次，為了實(shí)現(xiàn)電流放大，應(yīng)將前級(jí)三極管的集電極電流或發(fā)射極電流作為后級(jí)三極管的基極電流，外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩只三極管均為發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，使兩管都工作于放大區(qū)。

在圖5-21中，圖5-21（a）和圖5-21（b）前級(jí)的iE1就是后級(jí)的iB2，二者的實(shí)際方向一致。而在圖5-21（c）和圖5-21（d）中，前級(jí)的iC1就是后級(jí)的iB2，二者的實(shí)際方向也一致。對(duì)于基極回路和集電極回路的外加電壓，應(yīng)為圖5-21括號(hào)內(nèi)所示的正、負(fù)極性，則前、后兩只三極管均工作于放大區(qū)。圖5-21復(fù)合管的接法

綜合圖5-21所示的幾種復(fù)合管，可以得出以下結(jié)論。

（1）由兩個(gè)相同類型的三極管組成的復(fù)合管，其類型與原來(lái)的相同。復(fù)合管的β≈β1β2，復(fù)合管的rbe=rbe1+(1+β1)rbe2。

（2）由兩個(gè)不同類型的三極管組成的復(fù)合管，其類型與前級(jí)三極管相同。復(fù)合管的β=β1(1+β2)≈β1β2，復(fù)合管的rbe=rbe1。

復(fù)合管的優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)介紹可以看出，復(fù)合管與單只三極管相比，其電流放大系數(shù)β大大提高，因此，復(fù)合管常用于集成運(yùn)放的中間級(jí)，以提高整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)，不僅如此，復(fù)合管也常常用于輸入級(jí)和輸出級(jí)。2.由復(fù)合管構(gòu)成的有源負(fù)載共射放大電路

圖5-22所示為由復(fù)合管構(gòu)成的有源負(fù)載共射極

放大電路。其中三極管VT1和VT2組成的NPN型復(fù)合管是放大電路，VT3是復(fù)合管的有源負(fù)載。VT3與VT4又

組成鏡像電流源，作為偏置電路，負(fù)責(zé)為放大電路提供合適的集電極直流偏置電流ICQ。由圖5-22可得，基準(zhǔn)電流IREF由VCC、VT4和R支路產(chǎn)生，其表達(dá)式為圖5-22由復(fù)合管構(gòu)成的有源

負(fù)載共射放大電路

根據(jù)基準(zhǔn)電流IREF，即可確定放大管的集電極靜態(tài)電流ICQ。當(dāng)滿足β＞＞2時(shí)，ICQ≈IREF。5.2.4輸出級(jí)—功率放大電路

集成運(yùn)放的輸出級(jí)是向負(fù)載提供一定的功率，屬于功率放大，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱的功率放大電路。關(guān)于功率放大電路將在后面第9章學(xué)習(xí)，此處暫不介紹。復(fù)習(xí)思考題5.2.1集成運(yùn)放的內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是一個(gè)

放大電路。它通常包含4個(gè)基本組成部分，即

、

、

和

。

5.2.2

設(shè)置差分放大電路的目的是什么？

5.2.3

什么是差模信號(hào)？什么是共模信號(hào)？為何說(shuō)差分放大電路要放大的是差模信號(hào)，要抑制的是共模信號(hào)？任意輸入

信號(hào)如何分解為差模信號(hào)和共模信號(hào)？

5.2.4

共模抑制比的物理意義是什么？其對(duì)數(shù)表達(dá)式如何寫？

5.2.5

在差分放大電路中，若ui1=40mV，ui2=20mV，Aud=-100，Auc=-0.5，則可知該電路的共模輸入信號(hào)uic=

mV，差模輸入電壓uid=

mV，輸出電壓uo=

V。

5.2.6

典型的差分放大電路是利用

來(lái)克服溫漂的。在差分放大電路中，用恒流源代替其公共發(fā)射極電阻Re是為了

。

5.2.7

在放大電路中，采用電流源作為有源負(fù)載的目的是為了

電壓放大倍數(shù)，在含有電流源的放大電路中，判斷電路是放大電路還是電流源電路的方法是：電流源是一個(gè)

網(wǎng)絡(luò)，而放大電路是一個(gè)

網(wǎng)絡(luò)。

5.2.8放大電路中采用復(fù)合管的目的是什么？復(fù)合管的類型如何判斷？復(fù)合管在連接時(shí)需要滿足什么要求？5.2.9題圖5.2.9所示為由PNP管構(gòu)成的威爾遜電流源電路，IC3為輸出電流，IREF為基準(zhǔn)電流，試推導(dǎo)輸出電流Io(IC3)的表達(dá)式。

5.2.10

題圖5.2.10所示為恒流源式差分放大電路，設(shè)電路參數(shù)完全對(duì)稱，請(qǐng)分別寫出電位器的滑動(dòng)端位于最左端、最右端和中點(diǎn)時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)Aud的表達(dá)式。題圖5.2.9題圖5.2.105.3集成運(yùn)放的典型電路及性能指標(biāo)5.3.1集成運(yùn)放的典型電路圖5-23F007電路原理圖F007屬于第二代通用型集成運(yùn)放，目前應(yīng)用比較廣泛。F007的外形常見的為圓殼式，共有12個(gè)引腳。圖5-23所示為F007的電路原理圖，電路包括4個(gè)組成部分：偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。

（1）偏置電路。F007的偏置電路由圖5-23中的VT8～VT13以及電阻R4、R5等組成，其作用是為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。

（2）輸入級(jí)。F007的輸入級(jí)由VT1、VT2、VT3和VT4組成共集-共基差分放大電路，以及由VT5和VT6構(gòu)成的有源負(fù)載（代替負(fù)載電阻Rc）。差分輸入信號(hào)由VT1、VT2的基極送入，從VT4的集電極送出單端輸出信號(hào)至中間級(jí)。輸入級(jí)的主要作用是減小零漂，提高共模抑制比。

（3）中間級(jí)。F007中間級(jí)的放大管是由VT16、VT17組成的復(fù)合管，VT13作為其有源負(fù)載。所以中間級(jí)不僅能提供很高的電壓放大倍數(shù)，而且具有很高的輸入電阻，避免降低前級(jí)的電壓放大倍數(shù)。

（4）輸出級(jí)。F007的輸出級(jí)由VT14、VT18和VT19組成。NPN型三極管VT14與由VT18、VT19組成的PNP型復(fù)合管構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路。其中VT14與VT19同為NPN型管，特性比較容易匹配。輸出級(jí)采用這種準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)，主要是為了提高運(yùn)放的輸出功率和帶負(fù)載能力。5.3.2集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

集成運(yùn)放性能的好壞，可用其性能指標(biāo)來(lái)衡量。為了合理、正確地選擇和使用集成運(yùn)放，必須明確其性能指標(biāo)的意義。

（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod。Aod是集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋情況下的直流差模電壓放大倍數(shù)。一般用對(duì)數(shù)表示，即20lgAod，單位為分貝（dB），稱為開環(huán)差模電壓增益。Aod是頻率的函數(shù)，也是影響運(yùn)算精度的重要參數(shù)。一般集成運(yùn)放的開環(huán)差模電壓增益為60dB～120dB，性能較好的集成運(yùn)放，其開環(huán)差模電壓增益大于140dB。

（2）共模抑制比。共模抑制比是指集成運(yùn)放的差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比，一般也用對(duì)數(shù)表示。一般集成運(yùn)放的KCMR為80dB～160dB，該指標(biāo)用于衡量集成運(yùn)放抑制零漂的能力。

（3）差模輸入電阻Rid。該指標(biāo)是指在開環(huán)情況下，輸入差模信號(hào)時(shí)集成運(yùn)放的輸入電阻。其定義為差模輸入電壓Uid與相應(yīng)的輸入電流Iid的變化量之比。Rid用來(lái)衡量集成運(yùn)放向信號(hào)源索取電流的大小。該指標(biāo)越大越好，一般集成運(yùn)放的Rid為10kΩ～3MΩ。

（4）輸入失調(diào)電壓Uio。它的定義是，為了使集成運(yùn)放在零輸入時(shí)零輸出，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。Uio實(shí)際上就是輸出失調(diào)電壓折合到輸入端電壓的負(fù)值，其大小反映了集成運(yùn)放電路的對(duì)稱程度。Uio越小越好，一般為±（0.1～10）mV。

（5）最大差模輸入電壓Uidm。這是集成運(yùn)放反相輸入端與同相輸入端之間能夠承受的最大電壓。若超過(guò)這個(gè)限度，則輸入級(jí)差分對(duì)管中的一個(gè)管子的發(fā)射結(jié)可能被反向擊穿。若輸入級(jí)由NPN型管構(gòu)成，則其Uidm約為±5V，若輸入級(jí)含有橫向PNP型管，則Uidm可達(dá)±30V以上。

（6）單位增益帶寬BWG和開環(huán)帶寬BWHf。BWG指開環(huán)差模電壓增益Aod下降到0dB（即Aod=1）時(shí)的信號(hào)頻率，它與三極管的特征頻率類似。BWG用來(lái)衡量集成運(yùn)放的一項(xiàng)重要品質(zhì)因素—增益帶寬積的大小。BWHf則指Aod下降3dB時(shí)的信號(hào)頻率。BWHf一般不高，約幾十赫茲至幾百千赫茲，低的只有幾赫茲。

除上述指標(biāo)外，還有轉(zhuǎn)換速率SR、輸入偏置電流IiB、靜態(tài)功耗PC、最大輸出電壓Uomax等，這里不再一一介紹。復(fù)習(xí)思考題5.3.1F007中的偏置電路由哪些元器件組成？分別構(gòu)成的是哪種電流源？5.3.2試比較電壓放大倍數(shù)與電壓增益的異同。5.3.3為什么說(shuō)集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓越小越好？5.4集成運(yùn)放的使用5.4.1集成運(yùn)放使用中注意的問(wèn)題

在使用集成運(yùn)放時(shí)，必須注意以下幾個(gè)問(wèn)題。1．引腳的識(shí)別

目前集成運(yùn)放的常見封裝方式有金屬殼封裝和雙列直插式封裝，外形如圖5-2所示，且以后者居多。雙列直插式有8、10、12、14、16引腳等種類，雖然它們的外引線排列日趨標(biāo)準(zhǔn)化，但各制造廠略有區(qū)別。因此，使用集成運(yùn)放前必查閱有關(guān)手冊(cè)，辨認(rèn)引腳，以便正確連線。2．參數(shù)測(cè)量

使用集成運(yùn)放往往要用簡(jiǎn)易測(cè)試法判斷其好壞，如用萬(wàn)用表的歐姆擋對(duì)照引腳測(cè)試有無(wú)短路和斷路現(xiàn)象，必要時(shí)還可以采用專門的測(cè)試集成設(shè)備測(cè)量集成運(yùn)放的主要參數(shù)。3．調(diào)零或調(diào)整偏置電壓

由于失調(diào)電壓及失調(diào)電流的存在，輸入為零時(shí)輸出往往不為零。對(duì)于內(nèi)部無(wú)自動(dòng)穩(wěn)零措施的集成運(yùn)放需外加調(diào)零電路，使之在零輸入時(shí)零輸出。對(duì)于單電源供電的集成運(yùn)放，有時(shí)還需要在輸入端加直流偏置電壓，設(shè)置合適的靜態(tài)輸出電壓，以便能放大正、負(fù)兩個(gè)方向變化的信號(hào)。4．消除自激振蕩

自激振蕩是經(jīng)常出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，表現(xiàn)為當(dāng)輸入信號(hào)等于零時(shí)，利用示波器可觀察到集成運(yùn)放的輸出端存在一個(gè)頻率較高、近似為正弦波的輸出信號(hào)。但是這個(gè)信號(hào)不穩(wěn)定，當(dāng)人體或金屬物體靠近時(shí)，輸出波形將產(chǎn)生顯著的變化。產(chǎn)生自激振蕩的原理將在第8章講述。

為防止電路產(chǎn)生自激振蕩，應(yīng)在集成運(yùn)放的電源端加上去耦電容。集成運(yùn)放還需外加頻率補(bǔ)償電容C，應(yīng)注意接入容量合適的電容。5.4.2集成運(yùn)放的保護(hù)

使用集成運(yùn)放時(shí)，為了防止損壞器件，保證安全，除了應(yīng)選用具有保護(hù)環(huán)節(jié)、質(zhì)量合格的器件外，還常在電路中采取一定的保護(hù)措施，常用的有以下幾種：

1.輸入保護(hù)

當(dāng)運(yùn)放的輸入端差模或共模信號(hào)過(guò)大時(shí)，常會(huì)造成輸入級(jí)損壞或運(yùn)放不能正常工作，這時(shí)可采用二極管和限流電阻來(lái)進(jìn)行保護(hù)，如圖5-24所示。圖5-24輸入保護(hù)電路2.輸出保護(hù)

當(dāng)集成運(yùn)放輸出端對(duì)地短路時(shí)，如果沒(méi)有保護(hù)措施，集成運(yùn)放內(nèi)部輸出級(jí)的管子將會(huì)因電流過(guò)大而損壞。為防止輸出端因接外部電壓而過(guò)流或擊穿，可采用穩(wěn)壓管來(lái)保護(hù)，如圖5-25所示，圖中用兩個(gè)對(duì)接的穩(wěn)壓管來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向保護(hù)。

3．電源端保護(hù)

為了防止因電源極性接反而損壞集成運(yùn)放，可利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)保護(hù)，如圖5-26所示。圖5-25輸出端穩(wěn)壓管保護(hù)電路圖5-26電源端保護(hù)復(fù)習(xí)思考題

5.4.1

集成運(yùn)放在使用時(shí)，除本書中介紹的幾個(gè)注意事項(xiàng)外，還需注意哪些問(wèn)題？5.4.2簡(jiǎn)述集成運(yùn)放輸入端保護(hù)、輸出端保護(hù)、電源保護(hù)的保護(hù)原理。5.5理想運(yùn)放5.5.1理想運(yùn)放的指數(shù)指標(biāo)

在分析集成運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，常常將其中的集成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)為：

開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；

差模輸入電阻Rid=∞；

輸出電阻Ro=0；

共模抑制比KCMR=∞；

上限截止頻率fH=∞；輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。5.5.2運(yùn)放的兩種工作狀態(tài)及其特點(diǎn)

在各種應(yīng)用電路中，集成運(yùn)放的工作狀態(tài)可能有線性和非線性兩種狀態(tài)，在其傳輸特性