集成运算放大器基础知识

集成运算放大器基础知识

集成运算放大器简称为集成运放，进一步简称为运放.它除了能对信号进行加减乘除，微分积分，指数对数等运算之外，还能对信号进行整流滤波，放大限幅比较等处理，还能产生正弦、三角、锯齿、多谐等振荡波形。它已取代了绝大部分由分立元件构成的上述功能电路。

5.3.1 集成运放电路的组成

集成运放是一个高增益多级直接耦合的线性放大器，通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成，见图5.15 。输入级采用差动放大电路，实现抑制零点漂移，提高共模抑制比，和单端化输出等功能。中间级采用有源负载，实现高增益放大功能。输出级采用NPN和 PNP互补的甲乙类推挽输出电路结构（下一章详介）。实际上是射极输出器，实现低阻输出功能。偏置电路由各种电流源组成，为上述三部分电路提供偏置电流和用做有源负载。



集成运放有三种封装。一为金属帽状或称罐状封装，罐口引8、10、12根管脚。这种封装显得过时，现在很少采用。二为双列直插陶瓷或塑料封装，是目前用得最广泛的一种，它需要在印刷电路板上打管脚孔 ，管脚焊在板的背面。三为双列（贴片）封装，主要用于超小形、微型设备中，印刷电路板采用双面或多层板，管脚与印刷线路在同一侧，用专用烙铁，电风枪等工具焊上或取下集成块。管脚的识别，要注意产品标志，例如突键、凹口、标志圆点等。最新出现的有锡球栅状阵列封装，引脚在集成电路底部。

集成运放的符号见图5.16 ，图(a)是常用符号，图(b)是国家标准符号。

图中标“＋”号的为同相输入端，该端信号相位与输出信号相位相同。图中标“－”号的为反相输入端，该端信号相位与输出信号相位相反。



5.3.2 集成运放的主要参数

1.输入偏置电流IiB

在给定测试温度下（例如25℃），输入信号为零时，两输入端的静态电流的平均值，即IiB=?（IB1+IB2）越小，运放的输入电阻越高，输入失调电流愈小。



3.输入失调电压UI0及其温漂

与Ii0相仿，在输入端施加微量差模电压，使得输出电压为零，此施加的电压称为输入失调电压UI0。同理将输入失调电压的变化量与对应的温度变化量之比称为输入失调电压温漂，记作△Uio/△T4.最大差模输入电压Uidm

指运放两输入端之间允许输入的最大电压差，超过此电压，输入级某一侧晶体管发射结可能出现反向击穿，使输入特性明显恶化，甚至损坏集成电路，

5.最大共模输入电压Uicm

指运放所能承受的最大输入共模电压。超过此电压，共模抑制比显著下降，甚至出现“锁死”现象，进而造成永久性损坏。

6.输出电压最大摆幅Uopp

指在标称电源电压和额定输出电流条件下，输出不产生明显的削波或非线性失真，运放所提供的最大输出电压峰峰值。有时正、负峰大小不一致。

7.转换速率SR



8.开环带宽BW

指开环差模电压增益下降3dB时所对应的频率。

9.单位增益带宽BWG

指开环差模电压增益下降到0dB时所对应的频率。

此外，还有差模电压增益Aud、共模电压增益Auc 、共模抑制比CMRR、差模输入电阻Rid和输出电阻R0等重要参数。



值得注意的是：

1.上述各种参数的获得，是在一定的测试条件下进行的。不同的测试条件，获得的参数值常常是不一样的，有的相差甚大。测试条件通常有环境温度、电源电压、信号内阻、负载阻抗、测试信号动态范围，以及测试电路结构等等。

2.集成电路制造商定给的参数有典型值，最大值和最小值。一般的设计采用典型值，高稳定高可靠的设计，就必须根据要求采用最小值或最大值。



5.3.3 集成运放的类型

集成运放分通用型和专用型两大类，通用型的典型产品uA741，中国型号为F007，它的差模增益达100dB，单位增益带宽为1MHz，专用型的有如下几种：

1.高输入阻抗型

一般要求差模输入阻抗不小于1010Ω，输入级采用结型或MOS型场效应管。它的典型产品是CA3130，中国产品为5G28。该集成电路主要用于跨接式测量仪器仪表拾取微弱信号，采样一保持电路等。

2.低功耗型

一般要求功耗小于6mW。该类集成运放主要用于便携式测量仪器仪表和通信设备，即使用在电池供电的场合。它的典型产品有 PC253、

FO11、F012、F013、FC54、XFC-75等。

3.低漂移型

一般要求ΔUi0/ΔT≤2V/℃，CMRR＞110dB，该类集成运算又称高精度型，主要用于微弱信号的精密检测和精密运算。它的典型产品有 A725、FC72、F714等。

4.高速型

一般要求在Auf =1时的转换速度SR＞40V/ S,该类集成运放主要用于高速采样一保持，高速积分，宽带电视放大、A/D、D/A转换器等，它的典型产品有F318、F715、F772、4E321等，此外还有超高SR=1000V / S的F3554。

5.宽带型

一般要求，在小信号工作时单位增益带宽BWG＞10MHz，在大信号工作时，要求闭环增益带宽乘积G.B＞100MHz或功率带宽BWP＞300KHz，该类集成电路主要用于测量放大、宽带视频放大、中频放大、有源滤波器等。其典型产品有F507、F1520系列、F733系列、XFC-79等。

6.高压型

一般要求最大电源电压US≥±28V以上，输出电压峰峰值UOPP≥±20V以上，该类集成运放主要用于高共模电压下的测量放大器，大功率音频放大器，驱动高电压的浮动负载（平衡负载），其典型产品有F1536 、F143/F343、BG315等。此外还有超高压UOPP ＝±140V的F3583 。

7.其他专用集成运算

(1) 跨导型运放将输入电压转换成输出电流，典型产品有LM3080，

(2) 程控型运放是运放的偏置电流置于外部的控制下，以决定该运放处于工作状态，还是截止状态。典型产品有LM4250、LM146、MC14573、MC14575等。

(3) 电流型运放，也称诺顿放大器，它实现对输入电流进行放大功能。该电路用于放大缓冲，有源滤波，波型发生，逻辑转换等，主要产品有MC3301、MC3401、LM1900、LM3900等。

(4) 集成电压跟随器，是专门设计的电压跟随器，其输入阻抗高，转换速率快，输出阻抗低，电路无外接元件等，用于阻抗变换、缓冲、取样—保持、有源滤波、峰值检测等电路，典型产品有F102和F110等。