集成运算放大器的概述与应用

随着科学技术的迅速发展，要求电子电路所完成的功能越来越多，其复杂程度也不断增加。例如，一台电子计算机上所采用的元器件数目就高达几千甚至上万个元件。元件数目的庞杂，给分立元件电路的应用带来极大的问题：其一是元器件数目增多必将导致设备的体积、重量、电能消耗增大；其二是元器件之间的焊点太多，必然造成设备的故障率提高。人们为解决上述问题，研制出崭新的电子器件——集成电路。

集成电路（英文简称IC）是20世纪60年代初发展起来的一种新型半导体器件。集成电路体积小、密度大、功耗低、引线短、外接线少，从而大大提高了电子电路的可靠性与灵活性，减少了组装和调整工作量，降低了成本。自1959年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了40多年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如，在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中，在数控机床、仪器仪表等工业设备中，在通信技术和计算机中，在音响、电视、录像、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的发展，对各行各业的技术改造与产品更新起到了促进作用。

从总体上看，集成电路相当于一种电压控制的电压源元件，即它能在外部输入信号控制下输出恒定的电压。实际上，集成电路又不是一个元件，它具有一个完整电路的全部功能。目前，集成电路正向材料、元件、电路、系统四合一上过渡。熟练掌握集成运放电路的分析方法，是今后实际工作中灵活应用运算放大器的重要基础。集成电路按外形封装形式分为圆壳式、扁平式、单列直插式、双列直插式等，如图3.1所示。目前国内应用最多的是双列直插式。

图3.1　集成电路的几种外形

利用特殊半导体技术，在一块P型硅基片上制作出许多二极管、三极管、电阻、电容和连接导线的电路称为集成工艺。基片上所包含的元器件数称为集成度。按照集成度的不同，集成运放有小规模、中规模、大规模和超大规模之分。小规模集成电路一般含有十几到几十个元器件，它是单元电路的集成，芯片面积约为几平方毫米；中规模运放含有一百到几百个元器件，是一个电路系统中分系统的集成，芯片面积约10mm2左右；大规模和超大规模集成运放中含有数以千计或更多的元器件，它是把一个电路系统整个集成在基片上。集成电路的型号类型很多，内部电路也各有差异，但它们的基本组成是相同的，主要由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路四部分构成，如图3.2所示。

1.输入级

集成运放的输入级又称为前置级，是决定运放性能好坏的关键，通常由一个高性能的双端输入差动放大器组成。输入级要求输入电阻高，差模电压放大倍数大，共模抑制比大，静态电流小，利用差动放大电路的对称特性来提高整个电路的共模抑制比和电路性能。

(www.xing528.com)

图3.2　集成运放的基本组成框图

2.中间级

中间放大级是整个集成运放的主放大器，它性能的好坏，直接影响集成运放的放大倍数。在集成运放中，通常采用复合管的共发射极电路作为中间级电路，主要作用是提高电压增益。

3.输出级

输出级又称功率放大级，要求有较小的输出电阻以提高带负载能力，通常采用电压跟随器或互补的电压跟随器组成。输出级一般由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的较大输出电压或电流，目的是降低输出电阻，提高带负载能力。

4.偏置电路

集成运放工作在线性区时，其外部常常接有偏置的反馈电路，以便向集成运放内部各级电路提供既合适又稳定的静态工作点电流，一般由各种电流源电路构成。

此外，集成运放电路中还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路等。