集成運算放大電路

集成運算放大電路

集成運算放大電路是一種直接耦合的多級放大電路，它是利用半導體的集成工藝，實現電路、電路系統和元件三結合的產物。由於採用集成工藝，可以使相鄰元器件參數的一致性好，且採用多電晶體的複雜電路，

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使之性能做得十分優越。集成運算放大器的型號各異，但用得最為普遍的是通用型集成運放，其內部電路一般為差分輸入級、中間級和互補輸出級，並帶有各種各樣的電流源電路。本章先從多級放大電路開始，分析直接耦合存在的問題，引出差分放大電路的組成特點、電路分析方法及其性能指標，並對集成運放中常用的電流源作簡單介紹。對於集成運放，主要講述其外部特性、使用方法，為後續章節使用運算放大器提供必要的知識。

多級放大電路的耦合方式和動態分析

　第2、第3章對各單管放大電路作了詳細的分析，任何一個電路系統都是由若干個單管放大電路串接而成的多級放大電路組成，這樣才能滿足電路系統一放大能力、輸入電阻、輸出電阻的要求。組成多級放大電路的每一個單管放大電路稱為一級，級與級之間的連線方式稱為級間耦合方式。多級放大電路常見的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合。
將放大電路的前級輸出與後級輸入通過耦合電容連線的方式稱為阻容耦合方式。圖4．1．1所示為兩級阻容耦合放大電路，由圖知，第一級的輸入與信號源、第二級的輸出與負載也採用耦合電容連線。

(1)阻容耦合的優點
　由圖可見，由於電容對直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各
級之間的靜態工作點是相互獨立的，一旦畫出圖示電路的直流通路，各自獨立，這樣就帶來兩個好處：
1)設計各級的靜態工作點不必考慮前、後級的影響，而且分析、計算及調整靜態工作點十分方便。
2)由於電容的隔直作用，前級工作點的溫度漂移不會傳輸到下一級。儘管在環境溫度發生變化時每一級的Q點均有一些變化，但作為整個電路系統，靜態工作點變化不大。
(2)阻容耦合存在的問題
　1)由於電容的容量不可能做得無窮大，故阻容耦合放大電路的下限截止頻率人，o，只能放大頻率較高的交流信號，對變化緩慢的直流信號，阻容耦合放大電路無能為力。
　2)由於集成工藝中無法做大容量電容，故阻容耦合方式無法集成化。
　4．1．2直接耦合
將前一級的輸出端直接連線到後一級的輸入端，這種耦合方式稱為直接耦合，如圖4．1．2所示。
圖中，兩級共射放大電路之間通過短路線連線，且第一級的輸入與信號源，第二級的輸出與負載均採用短路線連線。
(1)直接耦合的優點
1)由於整個電路中沒有耦合電容和旁路電路，即使信號ui的頻率為零，信號仍能逐級放大、傳輸。
2)同樣，整個電路中無大電容，便於集成化。
(2)直接耦合電路存在的問題
1)由圖4．1．2可見，由於級與級之間沒有隔直電容，各級口點互相牽制，相互影響，這我們設定、計算及調整Q點將帶來困難。
2)直接耦合電路並不是簡單的前級與後級的短路線連線，它存在著一個直流電平的配置問題。由圖4．1．2可知，若第二級射極不接電阻R5,將造成靜態時uCE1=UBE2，T1管由於集電極電位被T2基極鉗位，T1管工作在飽和區。同樣，由於月3取值不可能太大而造成IB2較大，T2管也工作在飽和區。一個多級放大電路中，只要有一級的口點不合適，整個電路就將無法正常工作。R5的接人提高了T2管基極的直流電位，只要取值合適，可以使T1、T2管均工作在放大區。值得注意的是，由於不能接旁路電容，R5的加入將使第二級的放大倍數下降。
3)由於第一級的輸出直接連線第二級的輸入，若電路參數的變化(如環境溫度改變)使第一級的集電極電位有一個小的變化△uC1，它將作為“信號”被第二級放大，造成零點漂移。

套用

集成放大電路最初多用於各種模擬信號的運算上,故被稱為集成運算放大電路,簡稱集成運放。

英文名稱IntegratedOperational Amplifier。

集成運放廣泛用於模擬信號的處理和發生電路之中,因其高性能,低價位,在大多數情況下,已經取代了分立元件放大電路。集成運算放大電路由四部分組成,包括輸入級,中間級,輸出級和偏置電路。輸入級通常由差動放大電路構成,目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。中間級通常由共發射極放大電路構成,目的是為了獲得較高的電壓放大倍數。輸出級通常由互補對稱電路構成,目的是為了減小輸出電阻,提高電路的帶負載能力。中間級一般由各種恆流源電路構成,作用是為上述各級電路提供穩定、合適的偏置電流,決定各級的靜態工作點。因為矽片上不能製作大電容,所以集成運放均採用直接耦合方式。集成運放有兩個輸入端,標“+”的輸入端稱為同相輸入端,輸入信號由此端輸入時,輸出信號與輸入信號相位相同;標“-”的輸入端稱為反相輸入端,輸入信號由此端輸入時,輸出信號與輸入信號相位相反。集成運放工作在兩個區域:線性區和非線性區。當集成運放工作線上性區時,電路中都引入了負反饋。