运算放大器工作原理

运算放大器是一种 集成电路，它是将 电阻器、 电容器、 二极管、晶体三极管以及它们的连接线等全部集成在一小块 半导体基片上的完整电路。

常用F007型的封装有圆外壳封装、扁平单列插封装和双列直插封装三种形式。集成电路可以分为 数字集成电路和 模拟集成电路两大类。集成运算放大器是模似集成电路中应用最多的一种。

集成运算放大器，简称集成运放或运放。它的电路图型符号如下图1一1所示。

常用的集成运放有单运放、双运放、四运放。这些仅是为它在不同条件和功能要求而制造而己。

从图中可知集成运算放大器有三个 端子，即反相输入端子、同相输入端子和输出端子。与输出电压极性相反的输入端称为反向输入端（用符号“一”表示）、与输出端电压极性相同的输入端称同相输入端（用符号“ ”表示）。

1、集成运放根据性能要求，可分为通用型和专用型。通用型的直流特性较好，性能上能够满足许多领域应用的需要，价格也便宜。专用型运放低功耗型与高输入阻抗型、高速型、 高精度型及高电压型等等。虽然集成运放的 产品种类很多，内部电路也各有差异，但从电路的中 总体结果上来看又有许多共同之处。它们实际上都是直接 耦合的多级 放大器，极高的电压放大倍数。通常都是由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分来组成。如下图1－2所表示。

2、为了便于了解集成运放的组成，下面以国产通用型集成运放F007型进行分析介绍。 F007型集成运放由24个三极管、10个 电阻器和1个 电容器所组成，其原理电路图如图1－3表示。

①输入级。它是集成运放性能指标好与坏的关键，通常采用差分放大电路来减小温度漂移，获得尽可能高的共模抑制此，以及良好的输入特性。输入级还要求具有高的输入电阻，可以采用共集、共基复合电路。 F007的输入级是由VT1~VT6组成的差动式放大电路，由vT6的集电极输出，VT1、VT3和VT2、VT4组成共集……共基复合差动电路。ⅤT7用来构成VT5、VT6的偏置电路。

②偏置电路。它根据各级的需要，集成运放内部采用各种形式的 电流源电路。 电流源具有很大的动态电阻，可以作为中间级的有源负载和差分电路的恒流源电阻。电流源还为各级提供小而稳定的直流偏置电流，从而确定合适而稳定的静态工作点。 在电路中，由 Ucc→VT12→R5→VT11→Uee构成主偏置电路。主偏电路中VT11和V10组成微电流源，由lc10供给输入级中的VT3、ⅤT4的偏置电流。ⅤT8和VT9组成镜像电流源，供给VT1、VT2的工作电流。必须指出，由输入的偏置本身构成反馈环，可减小零点漂移。ⅤT12和ⅤT13构成双端输出的镜像电流源，VT13是一个双集电极的PNP型三极管，可以看成两个三极管，它们的两个基→射结互为并联。一路输出VT13的集电极B，提供VT17的偏置电流，同时又作为中间放大级的有源负载；另一路输出为vT13的集电极A，提供了输出级的偏置电流。

③中间级。它是集成运放的主要电压放大级，采用带有源负载的共射或共基放大电路来挖提高电压增益，并将差分放大电路的双端输入转换成集成运放的单端输出。 F007集成运放这一级由ⅤT16和ⅤT17组成复合管共射极放大电路，其交流阻抗很大，所以这一级可以获得很高的电压放大倍数，与此同时它也具有较高输入电阻。

④输出级。它是用来提高电路的输出电流和功率，即带负载能力。 F007集成运放的输出级是由VT14和VT20组成的互补对称电路。为了使电路工作于甲乙类放大状态，利用VT18管集→射极两端电压Uce18接于VT14和VT20两管基极之间，给ⅤT14、VT20提供一起始偏置电压，同时利用VT19管（接成二极管）的Uee连接于VT18管的基极和集电极之间，形成负反馈偏置电路，从而使Uce18的值比较稳定。 这个偏置电路由VT13A组成的电流源供给恒定的工作电流，VT22管接成共集电极电路。减小对中间级的影响。 为了防止输入级 信号过大或输出短路而造成的损坏，电路内备有过电流保护元件。当正向输出电流过大，流过VT14和R9的电流增大，将使R9两端的压降增加到足以使VT15管由截止状态进入导通状态，Uce15下降，从而限制VT14的电流。当负向输出电流过大时，流过VT20和R10的电流增加，使R10两端电压增大，使VT21由截止状态进入导通状态，同时VT23和VT24均导通，降低VT16及VT17的基极电压，使vT17的Uc17和VT22的Ue22上升，使vT20趋于截止状态，因而限制了VT20的电流，达到了保护的目的。 整个电路要求当输入信号为零时输出也应为零，在电路的输入级中，VT5、VT6管发射极两端还可以接一 电位器RP，中间滑动触点接－Uee，从而来改变vT5、vT6的发射极电阻来保证集成运放静态时输出为零的要求。