5.3 集成运算放大器
5.3.1集成运算放大器的典型结构 一、集成运算放大器概述?
运算放大器实际上就是一个高增益的多级直接耦合放大器，由于它最初主要用作模拟计算机的运算放大，故至今仍保留这个名字。 集成运算放大器则是利用集成工艺，将运算放大器的所有元件集成制作在同一块硅片上，然后再封装在管壳内。集成运算放大器简称为集成运放。随着电子技术的飞速发展，集成运放的各项性能不断提高，目前，它的应用领域已大大超出了数学运算的范畴。使用集成运放，只需另加少数几个外部元件， 就可以方便地实现很多电路功能。可以说，集成运放已经成为模拟电子技术领域中的核心器件?之一。 ?
(1) 所有元件都是在同一硅片上， 在相同的条件下， 采用相同的工艺流程制造，因而各元件参数具有同向偏差，性能比较一致。 这是集成电路特有的优点， 利用这一优点恰恰可以制造像差动放大器那样的对称性要求很高的电路。实际上， 集成电路的输入级几乎都无例外地采用差动电路，以便充分利用电路对称性， 使输出的零漂得到较好的抑制。 ?
(2) 由于电阻元件是由硅半导体的体电阻构成的，高阻值电阻在硅片上占用面积很大，难以制造，而制作晶体管在硅片上所占面积较小。例如，一个5 kΩ电阻所占用硅片的面积约为一个三极管所占面积的三倍。所以，常采用三极管恒流源代替所需要的高值电阻。
(3) 集成电路工艺不宜制造几十微微法以上的电容，更难以制造
电感元件。为此，若电路确实需要大电容或电感，只能靠外接来解决。由于直接耦合可以减少或避免使用大电容及电感，所以集成电路中基本上都采用这种耦合方式。 ?
(4) 集成电路中需用的二极管也常用三极管的发射结来代替，只要将三极管的集电极与基极短接即可。这样做的原因主要是这样制作的“二极管”的正向压降的温度系数与同类型三极管的 UBE 的温度系数非常接近，提高了温度补偿性能。由此可见，集成电路在设计上与分立元件电路有很大差别，这在分析集成电路的结构和功能时应当予以注意。
二、集成运放的封装符号与引脚功能
U1132OPAMP_3T_VIRTUAL
三、集成运算放大器的内部电路简介?
集成运放型号繁多，性能各异，内部电路各不相同， 但其内部电路的基本结构却大致相同。本节主要从使用的角度来介绍典型集成运放内部电路的组成、工作原理和性能，从而对集成运放有个全面而深入的了解。 ?
集成运放的内部电路可分为输入级、偏置电路、中间级及输出级四个部分。输入级由差动放大器组成，它是决定整个集成运放性能的最关键一级，不仅要求其零漂小，还要求其输入电阻高，输入电压范围大, 并有较高的增益等。偏置电路用来向各放大级提供合适的静态
工作电流,决定各级静态工作点。 在集成电路中，广泛采用镜像电流源电路作为各级的恒流偏置。
中间级主要是提供足够的电压放大倍数，同时承担将输入级的双端输出在本级变为单端输出，以及实现电位移动等任务。 输出级主要是给出较大的输出电压和电流，并起到将放大级与负载隔离的作用。常用的输出级电路形式是射极输出器和互补对称电路，有些还附加有过载保护电路。下面以国产第二代通用型集成运放F007(5G24、 μA741)为例，对各部分电路的功用作以分析。 ?
? F007的电原理图如图4.2.1所示。电路共有九个对外引线端： ②、 ③为信号输入端， ⑥为信号输出端，在单端输入时，②和⑥相位相反，③和⑥相位相同， 故称②为反相输入端，③为同相输入端；⑦和④为正、负电源端； ①和⑤为调零端； ⑧和⑨为（消除寄生自激振荡的）补偿端。
1. 输入级?
输入级的性能好坏对提高集成运放的整体质量起着决定性作用。很多性能指标，如输入电阻、输入电压（包括差模电压、 共模电压）范围、 共模抑制比等，主要由输入级的性能来决定。 ?
在图4.2.1中，V1～V7以及R1、R2、R3 组成F007的输入级。其中， V1～V4 组成共集—共基复合差动放大器（V1、V2为共集电路，V3、V4为共基电路），构成整个运放的输入电路。
差模信号由V1、V2的基极（②、③端）输入，经放大后由V4、 V6的集电极以单端形式输出到中间级V{16} 的基极。 V5、V6、V7 构成V3、 V4 的有源负载。
由V1、V2 组成的共集电路输入电阻已经很高，它们的发射极又串有V3、V4 共基电路的输入阻抗，使输入端②、③之间的差模输入阻抗比一般差动电路提高一倍， 可高达1 MΩ。 2. 偏置电路?
在集成运放中，为了减少静耗、限制温升，必须降低各管的静态电流。而集成工艺本身又限制了大阻值偏置电阻的制作，因此，集成运放多采用恒流源电路作为偏置电路。这样既可使各级工作电流降低，又可使各级静态电流稳定。F007中采用的恒流源电路是“镜像电流源”及“微电流源”电路。 ?
图4.2.4示出了F007的偏置电路，由V8至V{13}以及R4、 R5组成。 图中共三对镜像电流源，它们是V8 与V9、V10与V11、 V12 与V13（其中V10与V11是微电流源）。流过R5 的电流IR是V{12}与V{13}、V{10}与V{11}这两对电流源的基准电流。 3. 中间级?
中间级是由V16、V17组成的复合管共射放大电路， 其输入电阻大，对输入级的影响小；其集电极负载为有源负载（由恒流源V13组成），而V13的动态电阻很大，加之放大管的β很大，因此中间级的放大倍数很高。
此外，在V16、V17的集电极与基极之间还加接了一只约30 pF的补偿电容， 用以消除自激。 ? 4. 输出级?
? F007的输出级主要由三部分电路组成：由V14、V18、V19组成