第21讲
6.3 简单的集成电路运算放大器
主要内容:
本节主要介绍了集成电路运算放大器。
基本要求：
了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。
教学要点：
1．集成电路运算放大器的组成
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。
（1）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。
（2）.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（3）.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。
（4）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
2．简单的运算放大器
简单运算放大器的原理电路如图所示。
（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。
（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。
（3）T5,T6组成两级电压跟随器，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vid=vi1-vi2为零时，输出电压vO=0的目的。
（4）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。
（5）电路符号：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。
（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压vi1从反相输入端输入时（vi2=0），如vi1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：vC2（+）→vO2（–）→vB6（–）→vO（–）则输出信号电压vo与vi1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入vi2(vi1=0)时，可以检验，输出电压vo与vi2同相。
运放典型应用电路
一、什么是运放
运放，即运算放大器，是一种集成电路芯片，主要用于放大、滤波、求导等信号处理方面。它的特点是输入阻抗高、输出阻抗低，增益高、带宽宽广，可以通过外接电路改变其工作方式。
二、基本运放电路
1. 非反馈式基本运放电路
非反馈式基本运放电路由一个差动输入级和一个单端输出级组成。其中差动输入级由两个晶体管组成，用于将输入信号转换为差模信号；单端输出级由一个共射极晶体管组成，用于将差模信号转换为单端输出信号。
2. 反馈式基本运放电路
反馈式基本运放电路在非反馈式基本运放电路的基础上加入了反馈网络。反馈网络可以改变增益、频率响应等特性，使得运放可以适应不同的应用场合。
三、典型应用电路
1. 反相比例放大器
反相比例放大器是一种常见的运放应用电路。它的原理是将输入信号经过一个负反馈网络后再输入到非反相输入端口上。这样可以实现对输入信号进行负反馈放大，从而达到比例放大的效果。
2. 非反相比例放大器
非反相比例放大器与反相比例放大器类似，只是将输入信号输入到非反相输入端口上。这样可以实现对输入信号进行正反馈放大，从而达到比例放大的效果。
3. 仪表放大器
仪表放大器是一种高精度、高稳定性的运放应用电路。它通过差分输入、高增益、低噪声等设计特点，实现对小信号的高精度测量和处理。
4. 滤波器
滤波器是一种常见的运放应用电路。它通过选择不同的电容和电感组合，可以实现不同类型的滤波功能，如低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
5. 稳压电源
稳压电源是一种常见的运放应用电路。它通过反馈网络控制输出电压，使得输出电压保持稳定不变。稳压电源广泛应用于各种电子设备中。
6. 正弦波振荡器
正弦波振荡器是一种常见的运放应用电路。它通过选择合适的RC组合和反馈网络，可以实现正弦波振荡输出。正弦波振荡器广泛应用于各种信号发生器中。
四、总结
运放是一种功能强大的集成电路芯片，可以应用于放大、滤波、求导等信号处理方面。不同的运放应用电路具有不同的特点和功能，可以满足各种不同的应用需求。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的运放电路，并进行合理设计和调试。
1 集成电路运算放大器的主要参数
1. 输入失调电压VIO
输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO 。
2. 输入偏置电流IIB
是指集成运放输出电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。
IIB=（IBN+IBP）/ 2
3. 输入失调电流IIO
是指当输出电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差。
IIO=｜IBNIBP｜
4. 温度漂移
（1）输入失调电压温漂DVIO / DT
（2）输入失调电流温漂DIIO / DT
5. 最大差模输入电压Vidmax
集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。
6. 最大共模输入电压Vicmax
是指运放所能承受的最大共模输入电压。
7. 最大输出电流Iomax
是指运放所能输出的正向或负向的峰值电流。
8. 开环差模电压增益AVO 2 9. 开环带宽BW (fH)
10. 单位增益带宽 BWG (fT)
11. 转换速率SR
半导体集成电路运算(电压)放大器测试方法的基本原理
在日常生活中，我们常常会听到“半导体”这个词，但它究竟是什么，大家知道的可能没那么多。咱们今天就来聊聊半导体集成电路中的运算放大器，或者说得简单点，就是那个让电子设备变聪明的“小脑袋”。要搞清楚运算放大器怎么运作，我们首先得了解一下测试它的方法。别担心，这并不是一场枯燥的技术讲座，而是一次轻松的电子探索之旅。
1. 运算放大器的基本概念
1.1 什么是运算放大器？
你可以把运算放大器想象成一个超级聪明的电子放大器。它的作用是接收一个很小的电压信号，然后把它放大到一个我们可以轻松处理的水平。它就像是你手机里的音响系统，把声音从听不清楚的微弱音量变成震耳欲聋的音效。运算放大器不仅仅是放大信号，它还能进行各种数学运算，比如加、减、乘、除，这就像是电子世界里的计算器。
1.2 为什么需要测试？
好啦，放大器听起来很酷，但为什么我们要对它进行测试呢？测试就像给车做保养，不检查一下，你怎么知道车子是否还能跑得快？同样，运算放大器如果不测试，那它的性能是不是达标就无从得知了。测试能帮我们检查它的放大能力、稳定性、线性响应等等，确保它在各种条件下都能表现良好。
2. 测试运算放大器的方法
2.1 基本的测试步骤
测试运算放大器的第一步，当然是准备好设备了。你需要一个信号发生器、示波器和一些电阻、电容等基础元件。信号发生器就像是一台制造“音乐”的机器，它会发出各种频率和幅度的信号；示波器则是你的“眼睛”，能够把这些信号的变化情况显示出来。
首先，你得把信号发生器连接到运算放大器的输入端，然后把示波器接到运算放大器的输出端。这样你就可以观察到运算放大器如何将输入信号放大到输出端了。如果你看到的信号和你预期的一样，那么恭喜你，运算放大器在这方面工作得不错。
2.2 检查放大倍数和频率响应
现在，我们进入更深一步的测试。放大倍数就是运算放大器能将输入信号放大的程度。通常我们会用一个叫做“增益”的参数来表示这个倍数。你可以通过改变输入信号的幅度，观察输出信号的变化来计算增益。如果增益稳定，那运算放大器的放大能力就没问题了。
