集成運放的基本組成電路

集成運放的基本組成電路集成運放的形狀特點→基本組成電路框圖→偏置電路→差分放大輸入級→中間放大級→互補(bǔ)對稱輸出級。

1、集成運放的形狀結(jié)構(gòu)介紹

現(xiàn)在使用的運算放大器都是集成組件，應(yīng)用最廣泛的集成放大器是集成運算放大器（集成運放），最早用于模擬計算機(jī)，并由此而得名。隨著技術(shù)指標(biāo)的不斷提高和價格的日益降低，作為一種通用的高性能放大器，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動掌握、精密測量、通信、信號處理以及電源等電子技術(shù)應(yīng)用的全部領(lǐng)域。

集成運放有金屬圓殼式和陶瓷雙列直插式等封裝形式，如圖5.1所示是集成運放F007和μA741的形狀、管腳圖。

圖中：①、⑤、⑧——空腳

②——反相輸入端

③——為同相輸入端

⑥——為輸出端

⑦——正電源端

④——負(fù)電源端

集成運放內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡單，而對使用者來說，須把握的是其主要性能及其連接和使用的方法，因而本章不再具體介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在詳細(xì)應(yīng)用中，集成運放可視為一個高增益（80~140dB）、高輸入電阻、低輸出電阻的多級直接耦合放大器，為了抑制零點漂移,抵制溫漂變化對電路的影響，輸入級采納了差分放大電路。差分放大電路，有兩個輸入端和一個輸出端。圖5.2所示是集成運放的電氣符號及其管腳標(biāo)準(zhǔn)接法。

集成運算放大器內(nèi)部通常包括四個組成基本部分，如圖5.3方框圖所示。

2、偏置電路

主要作用：向各放大級供應(yīng)合適的靜態(tài)工作點。

各放大級對偏置電流和工作電流要求不同，差分輸入級的偏置電流最?。é藺級），且要求穩(wěn)定。為此，偏置電路常采納各種電流源電路。應(yīng)用最廣泛的電流源是鏡像電流源，另外還有比例電流源、微電流源等。

1.鏡像電流源

如圖5.4是鏡像電流源電路。

IR=UCCUBER——基準(zhǔn)電流

VT1、VT2參數(shù)對稱，IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC

則IC=IR2IB=IR2ICβ

所以IC2=IC1=IC=IR1+2β≈IR(β2)

2.微電流源

如圖5.5是微電流源電路。

T2的放射極接入一個電阻Re2，UBE2UBE1，使IC2IC1≈IR=VCCUBER。

由于IC=IS(eUBEUT1)≈ISeUBEUT

所以UBE1UBE2=UTln(IC1IC2IS2IS1)≈UTlnIC1IC2

由圖5.4UBE1UBE2=IE2Re2≈IC2Re2則

Re2=UTlnIC1IC2IC2

說明，若已知IC1（mA級）和IC2（mA級），可以求出Re2。

3、差分放大輸入級

本級電路對于集成運放的質(zhì)量和性能指標(biāo)起打算作用，內(nèi)部采納直接耦合方式。為了提高輸入電阻，削減零點飄移，提高整個電路的共模抑制比，一般都是利用集成運放內(nèi)部元件參數(shù)對稱性，采納差分放大電路結(jié)構(gòu)。它的主要作用是：抑制放大電路的零點漂移。

差分放大電路主要形式：基本形式、長尾式和恒流源式。這里主要介紹基本形式。

1.基本形式

如圖5.6所示為基本形式差分放大電路。

工作原理：

電路中參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)完全對稱，可以抑制溫度變化對輸出電壓的影響，即抑制零點漂移。兩管輸入信號分別為Ui1、Ui2。

差模輸入信號:Uid=Ui1Ui2

共模輸入信號:Uic=Ui1+Ui22

Ui1=Uic+12Uid=Uic+Uid1

Ui2=Uic12Uid=Uic+Uid2

可見，兩個管子除了得到大小相等、極性相同的共模輸入電壓Uic外，還分別得到大小相等、極性相反的差模輸入電壓±12Uid。

①若Ui1=Ui2，兩個管子只是輸入共模信號，由于電路對稱，Uo=Uoc=Uc1Uc2=0。

②Ui1≠Ui2，可按上式進(jìn)行信號分解，分別得到共模信號Uic和差模信號Uid。

共模電壓放大倍數(shù):Auc=UocUic=0

差模電壓放大倍數(shù):Aud=UodUid

Uc1=Au1Uid1=Au112Uid，Uc2=Au2Uid2=Au2(12Uid)，Uc1=Uc2

由于電路完全對稱,所以

Au1=Au2=Au單

Aud=UodUid=Uc1Uc2Uid=2Uc12Uid1=Au單=βRcRs+rbe

共模抑制比:KCMR=20lg|AudAuc|，用來描述差分放大電路對零漂的抑制力量。

抱負(fù)時，Auc=0，KCMR=∞。

2.恒流源式差分放大電路

如圖5.7所示為.恒流源式差分放大電路

VT3為固定分壓式偏置電路，Ic3基本不受溫度變化的影響，很穩(wěn)定，是恒流源，其特性如圖5.8所示。VT2、VT1對稱，IC1=IC2=12IC3也穩(wěn)定，不會由于溫度變化而同時增加或減小，因而抑制了共模信號的變化和零漂。

當(dāng)輸入共模信號時，VT3的C、E之間的等效電阻rCE3=ΔuCEΔiC≈∞（即恒流源的等效電阻），起共模負(fù)反饋作用，使Auc減??；當(dāng)輸入差模信號時，VT2、VT1對稱，Δic≈0，兩管的放射極之間RW中點（電位不變）為“溝通地”，rCE3不起任何作用，即不影響Aud。

恒流源式差分放大電路定量分析：

（1）靜態(tài)分析

UR1=R1R1+R22UCC

ICQ3≈IEQ3=UB3UBEQ3R3

ICQ1=ICQ2=12ICQ3

UCQ1=UCQ2=UCCICQ1RC1（對地）

IBQ1=IBQ2≈ICQ1β

UBQ1=UBQ2=IBQ1RS（對地）

（2）動態(tài)分析

VT3構(gòu)成的恒流源起共模負(fù)反饋作用和抑制零漂，因此Auc=0；對差模輸入信號沒有任何影響。

RW——調(diào)零電阻，差模輸入時，RW中點為“溝通地”,對應(yīng)的溝通通路如圖5.9所示。

Aud=UodUid=Aud單=ΔUc1ΔUid1=βRCRS+rbe+(1+β)RW2

rid=2[RS+rbe+(1+β)RW2]

KCMR=20lg|AudAuc|=∞

4、共射放大中間級

中間級主要作用——電壓放大。

要求電壓放大倍數(shù)要高，一般采納有源負(fù)載的共射放大電路。為了提高放大倍數(shù)，并減小對輸入級的影響，放大管往往采納復(fù)合管。

如圖5.10是一個有源負(fù)載復(fù)合管共射放大電路。

VT3與VT4——鏡像電流源，等效電阻值很大。

兩個NPN型三極管VT1與