集成电路运算放大器_电路基础知识

集成电路运算放大器

点击数：7864 次录入时间：03-04 11:53:18 整理：http://www.55dianzi.com 电路基础知识

集成运放组成

简单集成运放结构原理图

集成运放输入输出相位关系及符号

文字说明

集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。

简单运算放大器的原理电路图中。T₁,T₂对管组成差分式放大电路，信号由双端输入、单端输出。为了提高整个电路的电压增益，电压放大级由T₃,T₄组成复合管共射极电路。由T₅,T₆所组成的两级电压跟随器构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v_id=v_i1-v_i2为零时，输出电压v_O=0。R₇和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T₉一起构成电流源电路以提高T₅的电压跟随能力。由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2),与一个输出端3。在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。利用瞬时极性法分析可知：当输入信号电压v_i1从反相输入端输入时（v_i2=0)，如v_i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v_C2（+）→v_O2（–）→v_B6（–）→v_O（–）则输出信号电压v_o与v_i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v_i2(v_i1=0)时，可以检验，输出电压v_o与v_i2同相。

　　

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741型集成运放组成

简化电路级输入级工作原理

组成

工作原理

文字说明

本知识点介绍一种通用型集成运算放大器741的电路组成及工作原理。

1．偏置电路

741型集成运放由24个BJT、10个电阻和一个电容所组成。在体积小的条件下，为了降低功耗以限制温升，必须减小各级的静态工作电流，故采用微电流源电路。

由+V_CC→T₁₂→R₅→T₁₁→–V_EE构成741的主偏置电路，决定偏置电路的基准电流I_REF。主偏置电路中的T₁₁和T₁₀组成微电流源电路（I_REF»I_C11），由I_C10供给输入级中T₃、T₄的偏置电流。I_C10远小于I_REF。

T₈和T₉为一对横向PNP型管，它们组成镜像电流源，I_E8=I_E9，供给输入级T₁、T₂的工作电流（I_E8»I_C10）。这里I_E9为I_E8的基准电流。于是I_C1=I_C2=（1+2/b）I_C8/2，I_C1» I_C3= I_C4» I_C5= I_C6。必须指出，输入组的偏置电路本身构成反馈环，可减小零点漂移。例如，当温度升高时，引起I_C3、I_C4的增加，则产生如下的自动调整过程：

由此可见，由于I_C10恒定，上述反馈作用保证了I_C3和I_C4十分恒定，从而起到了稳定工作点的作用，提高了整个电路的共模抑制比。

T₁₂和T₁₃构成双端输出的镜像电流源，T₁₃是一个双集电极的横向PNP型BJT，可视为两个BJT，它们的两个基-集结彼此并联。一路输出为T_13B的集电极，使I_C16+ I_C17= I_C13B，主要作为中间放大级的有源负载；另一路输出为T_13A的集电极，供给输出级的偏置电流，使T₁₄、T₂₀工作在甲乙类放大状态。

2．输入级

在简化电路中，输入级是由T₁~T₆组成的差分式放大电路，由T₆的集电极输出，T₁、T₃和T₂、T₄组成共集-共基复合差分电路。纵向NPN管T₁、T₂组成共集电路可以提高输入阻抗，而向PNP管T₃、T₄组成的共基电路和T₅、T₆、T₇组成的有源负载，有利于提高输入级的电压

增益、最大差模输入电压并扩大共模输入电压范围，同时可以改善频率响应。另外，有源负载比较对称，有利于提高输入级的共模抑制比。T₇用来构成T₅、T₆的偏置电路。在这一级中，T₇的b₇比较大，I_B7很小，所以I_C3=I_C5。这就是说，无论有无差模信号输入，总有I_C3= I_C5= I_C6的关系。