集成功率放大器及其应用

集成运算放大器原理及应用将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。

142图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。

2. 特点：○1硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个○4用有源元件代替大阻值的电阻○5常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P和v N和一个输出端v O，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。

集成运算放大器的发展与应用1.引言集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier，简称集成运放）是现代电子电路中的重要组成部分。

它的发展与应用经历了多个阶段，从早期的晶体管放大器到现代的高性能集成运放，其应用领域也在不断扩展。

本文将详细介绍集成运放的发展历程、应用领域、优势以及未来趋势。

2.集成运算放大器的发展2.1早期阶段在集成运放发展的早期阶段，人们主要使用晶体管搭建放大电路。

然而，这种方法的电路复杂，调试困难，且性能不稳定。

2.2晶体管放大器阶段随着晶体管技术的进步，人们开始将多个晶体管集成到一起，形成了晶体管放大器。

这种放大器具有更稳定的性能和更小的体积，但在使用上仍然存在一些不便。

2.3集成电路放大器阶段随着集成电路技术的发展，人们开始将多个晶体管和其他元件集成到一块芯片上，形成了集成电路放大器。

这种放大器具有更高的性能和更小的体积，同时降低了成本。

2.4现代集成放大器阶段随着电子技术的不断进步，现代集成放大器在性能、体积、成本等方面都得到了极大的提升。

同时，为了满足不同应用的需求，各种特殊类型的集成运放也应运而生。

3.集成运算放大器的应用领域3.1信号放大集成运放广泛应用于信号放大领域，用于提高信号的幅度和功率。

3.2模拟运算集成运放可以实现模拟运算，如加法、减法、乘法、除法等，广泛应用于模拟电路中。

3.3数字运算通过数字电路与集成运放的结合，可以实现数字信号的处理与运算。

3.4自动控制集成运放在自动控制系统中起到关键作用，用于实现各种控制算法。

3.5音频处理在音频处理领域，集成运放被广泛应用于音频放大和音效处理。

3.6其他领域除了上述应用领域外，集成运放还广泛应用于通信、测量、电力电子、医疗器械等多个领域。

4.集成运算放大器的优势4.1高增益集成运放具有较高的增益，能够实现对微弱信号的放大。

4.2低失真相比于分立元件搭建的放大电路，集成运放的失真更低。

集成音频功放IC应用于BTL方法探讨与实验BTL(Bridge-Tied-load)意为桥接式负载。

负载的两端分别接在两个放大器的输出端。

其中一个放大器的输出是另外一个放大器的镜像输出，也就是说加在负载两端的信号仅在相位上相差180°。

负载上将得到原来单端输出的2倍电压。

从理论上来讲电路的输出功率将增加4倍。

BTL电路能充分利用系统电压，因此BTL 结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。

在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。

BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。

用集成功放块构成一个BTL放大器需要一个双声道或两个单声道的功放块。

但是并不是所有的功放块都适用于BTL形式，BTL形式的几种接法也各有优劣、下面藉助于制作实验，对各种接法逐一介绍。

实验中用到的功放集成块有LM1875，LM3886，TDA1514，LM4766。

由于个人比较偏好于LM4766的音色，且其他IC的应用杂志上也多有介绍。

因此以LM4766的BTL应用为例。

图1所示是LM4766的第一种BTL应用接法。

输入信号从LM4766放大器B的同相输入端输入，R6，R4，C2是其负反馈网络。

放大器A的反相输入端信号经过R9从放大器B的输出端引入。

并被R9，R1，C1分压。

同时R1，C1，R3鹏又是放大器A的负反馈网络。

假设C6端输入信号为V，放大器B的增益为PB＝（R4＋R6）／R4，B的输出端电压为PB*V。

放大器A的输入是经过分压的，分压系数为R1／（R9＋R1），在电路中一般取R9=R6，R4＝R1。

因此分压系数为1／PB，放大器A的反相输入信号亦为V，其增益为-（R4＋R6）／R4，R3一般等于R6，所以A的增益为-PB*V。

在负载上得到的输出为此两信号的迭加，即2PB*V。

但是在此种形式的应用中存在着影响音效的环节。

首先是R9必须严格等于R6，否则这一误差将会被A的放大系数所放大，使A 和B的输出信号幅度相差很多。

功 率 放 大 电 路功率放大电路在多级放大电路的输出级，通常在大信号下工作，向负载提供尽可能大的功率，来推动负载工作。

功率放大电路的特点1. 在负载允许的失真限度内尽可能的提供最大输出功率2. 转换效率（直流电源供给功率）负载获得的功率VO P P )(=η高。

3. 非线性失真尽可能小。

4. 散热好功率放大电路的工作状态按三极管静态工作点Q 在输出特性曲线上所处位置的不同，功率放大电路分为甲类、甲乙类、乙类三种工作状态。

甲类当Q 点选择在交流负载线的中点时，信号整个周期内都有静态电流流过，这种工作状态称为甲类。

在甲类状态下，无论有无信号，电源提供的功率为C CC I U P =。

无输入信号，即静态时，电源提供的功率全部消耗在管子和电阻上。

有输入信号时，电源提供的功率一部分转化为有用的输出功率，信号越大，输出功率越大。

由于电流有较大的直流分量C I ，可以证明，甲类功率放大电路的效率理论上最高只能达到50%甲乙类为了提高效率，在电源电压C U 一定的条件下，可使Q 点沿交流负载线下移，使C I 减小，可得到如图所示的甲乙类工作状态。

若Q 下移到0≈C I ，此时静态管耗为最小，这种状态称为乙类。

功率放大电路工作在甲乙类和乙类，虽然降低了静态时的功耗，提高了效率，但却产生严重的波形失真。

乙类为了减小波形失真，在电路形式上一般可采用互补对称射极输出器的输出方式。

乙类互补对称功率放大电路如下图为乙类互补对称功率放大电路的原理图，图中T1为NPN 型晶体管，T2为PNP 型晶体管，它们的特性、参数对称。

电路为正、负电源供电，信号从基极输入，从发射极输出，为一对射极输出器。

静态时0=i u ，两管均处于截止状态，有021==B B I I ，021==C C I I ，所以发射极电位021==E E U U ，输出电压0=o u 。

动态时，在输入正弦交流电压i u 的正半周期T1导通，T2截止，流过负载电阻L R 的电流约为1C L i i =；在i u 的负半周期T1截止，T2导通，流过L R 的电流约为2C L i i =。

集成运算放⼤器及其应⽤第5章集成运算放⼤器及其应⽤在半导体制造⼯艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在⼀块硅基⽚上，构成具有特定功能的电⼦电路，称为集成电路。

集成电路具有体积⼩，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性⾼，性能好等优点，同时成本低，便于⼤规模⽣产，因此其发展速度极为惊⼈。

⽬前集成电路的应⽤⼏乎遍及所有产业的各种产品中。

在军事设备、⼯业设备、通信设备、计算机和家⽤电器等中都采⽤了集成电路。

集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。

模拟集成电路种类繁多，有运算放⼤器、宽频带放⼤器、功率放⼤器、模拟乘法器、模拟锁相环、模/数和数/模转换器、稳压电源和⾳像设备中常⽤的其他模拟集成电路等。

在模拟集成电路中，集成运算放⼤器（简称集成运放）是应⽤极为⼴泛的⼀种，也是其他各类模拟集成电路应⽤的基础，因此这⾥⾸先给予介绍。

5.1 集成电路与运算放⼤器简介5.1.1 集成运算放⼤器概述集成运放是模拟集成电路中应⽤最为⼴泛的⼀种，它实际上是⼀种⾼增益、⾼输⼊电阻和低输出电阻的多级直接耦合放⼤器。

之所以被称为运算放⼤器，是因为该器件最初主要⽤于模拟计算机中实现数值运算的缘故。

实际上，⽬前集成运放的应⽤早已远远超出了模拟运算的范围，但仍沿⽤了运算放⼤器（简称运放）的名称。

集成运放的发展⼗分迅速。

通⽤型产品经历了四代更替，各项技术指标不断改进。

同时，发展了适应特殊需要的各种专⽤型集成运放。

第⼀代集成运放以µA709（我国的FC3）为代表，特点是采⽤了微电流的恒流源、共模负反馈等电路，它的性能指标⽐⼀般的分⽴元件要提⾼。

主要缺点是内部缺乏过电流保护，输出短路容易损坏。

第⼆代集成运放以⼆⼗世纪六⼗年代的µA741型⾼增益运放为代表，它的特点是普遍采⽤了有源负载，因⽽在不增加放⼤级的情况下可获得很⾼的开环增益。

电路中还有过流保护措施。

但是输⼊失调参数和共模抑制⽐指标不理想。

第三代集成运放代以⼆⼗世纪七⼗年代的AD508为代表，其特点使输⼊级采⽤了“超β管”，且⼯作电流很低。