集成运算放大电路

集成运算放大电路是一种直接耦合的多级放大电路，它是利用半导体的集成工艺，实现电路、电路系统和元件三结合的产物。由于采用集成工艺，可以使相邻元器件参数的一致性好，且采用多晶体管的复杂电路，使之性能做得十分优越。集成运算放大器的型号各异，但用得最为普遍的是通用型集成运放，其内部电路一般为差分输入级、中间级和互补输出级，并带有各种各样的电流源电路。本章先从多级放大电路开始，分析直接耦合存在的问题，引出差分放大电路的组成特点、电路分析方法及其性能指标，并对集成运放中常用的电流源作简单介绍。对于集成运放，主要讲述其外部特性、使用方法，为后续章节使用运算放大器提供必要的知识。
　　 4．1 多级放大电路的耦合方式和动态分析
　　 第2、第3章对各单管放大电路作了详细的分析，任何一个电路系统都是由若干个单管放大电路串接而成的多级放大电路组成，这样才能满足电路系统一放大能力、输入电阻、输出电阻的要求。组成多级放大电路的每一个单管放大电路称为一级，级与级之间的连接方式称为级间耦合方式。多级放大电路常见的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和光电耦合。
　　 将放大电路的前级输出与后级输入通过耦合电容连接的方式称为阻容耦合方式。图4．1．1所示为两级阻容耦合放大电路，由图知，第一级的输入与信号源、第二级的输出与负载也采用耦合电容连接。
　　 (1)阻容耦合的优点
　　 由图可见，由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的静态工作点是相互独立的，一旦画出图示电路的直流通路，各自独立，这样就带来两个好处：
　　 1)设计各级的静态工作点不必考虑前、后级的影响，而且分析、计算及调整静态工作点十分方便。
　　 2)由于电容的隔直作用，前级工作点的温度漂移不会传输到下一级。尽管在环境温度发生变化时每一级的Q点均有一些变化，但作为整个电路系统，静态工作点变化不大。
　　 (2)阻容耦合存在的问题
　　 1)由于电容的容量不可能做得无穷大，故阻容耦合放大电路的下限截止频率人，o，只能放大频率较高的交流信号，对变化缓慢的直流信号，阻容耦合放大电路无能为力。
　　 2)由于集成工艺中无法做大容量电容，故阻容耦合方式无法集成化。
　　 4．1．2 直接耦合
　　 将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，这种耦合方式称为直接耦合，如图4．1．2所示。
　　 图中，两级共射放大电路之间通过短路线连接，且第一级的输入与信号源，第二级的输出与负载均采用短路线连接。　　
　　 (1)直接耦合的优点
　　 1)由于整个电路中没有耦合电容和旁路电路，即使信号ui的频率为零，信号仍能逐级放大、传输。
　　 2)同样，整个电路中无大电容，便于集成化。
　　 (2)直接耦合电路存在的问题
　　 1)由图4．1．2可见，由于级与级之间没有隔直电容，各级口点互相牵制，相互影响，这我们设置、计算及调整Q点将带来困难。
　　 2)直接耦合电路并不是简单的前级与后级的短路线连接，它存在着一个直流电平的配置问题。由图4．1．2可知，若第二级射极不接电阻R5,将造成静态时uCE1=UBE2，T1管由于集电极电位被T2基极钳位，T1管工作在饱和区。同样，由于月3取值不可能太大而造成IB2较大，T2管也工作在饱和区。一个多级放大电路中，只要有一级的口点不合适，整个电路就将无法正常工作。R5的接人提高了T2管基极的直流电位，只要取值合适，可以使T1、T2管均工作在放大区。值得注意的是，由于不能接旁路电容，R5的加入将使第二级的放大倍数下降。
　　 3)由于第一级的输出直接连接第二级的输入，若电路参数的变化(如环境温度改变)使第一级的集电极电位有一个小的变化△uC1，它将作为“信号”被第二级放大，造成零点漂移。