运算放大器的结构

运算放大器用差分放大器作输入级。运放的特性使它们在电子线路中很有用。运放有如下的特性：

1.抑制共模信号：有利于降低交流哼声和噪声。

2.高输入阻抗：容易与高阻抗信号源配合使用。

3.高增益：运放有很高的增益，使用时增益常常通过负反馈减少。

4.输出阻抗低：能向一个低阻抗的负载输出大的信号电流。

单级放大器不可能具备以上全部优良的性能。实际上运算放大器是几级放大器的结合。如图13－11所示，多级电路中的第一级是差分放大器。差分放大器有高共模抑制比和高输入阻抗。有些运算放大器为了得到更高的输入阻抗在第一级用了场效应管。具有BJT和FET两种器件结合的运算放大器称之为BIFET运算放大器。

图13－11的第二级也是差分放大器，使第一级以差动方式输出，得到最好的共模抑制性能和差动电压增益。

图13－11的第三级是共集电极电路，或射极跟随器，这种组态输出阻抗低。注意输出是信号的终端，可以不用差动输出，而用单端输出。在很多电子学的应用中只要求单端输出。

图13－11中注明，一个输入端是同相输入端，另一个输入端是反相输入端。同相输入端指由该端输入信号与输出端同相。反相输入端指输入信号与输出端信号相差180°。

图13－12用简化的方法显示了放大特性。注意三角形，在电路原理图中常用三角形表示放大器。同时要注意反相输入端用（－）号标明，同相端用（＋）标明，这是通常的习惯。

图13－13是国产通用集成运放F007的内部电路原理图，国外同类器件有μA741、LM741等。该器件有一个同相输入端、一个反相输入端和一个单端输出端 。T1、T2、T3、T4组成差分输入级；T5、T6是恒流源；TI6、T17是电压放大级、T18、T19、T23、T14、T20组成互补输出功率放大器；T15、T21、R6、R7组成输出过流保护电路，它的工作原理我们将在十五章讨论；其他晶体管和电阻组成恒流源与偏置电路；Cφ是内部频率补偿电容。T5、T6还有两个补偿端点，这两个端点是用于对直流漂移误差进行校正。不可能生产出完全匹配的三极管和电阻的放大器，总有些偏差。在没有差动直流输入时，理想运算放大器的输出应是零伏,任何偏离电压称作直流失调误差。

图13－14显示了一个典型的调零应用电路。图13－14中同相端与反相端同时接地表示输入应同时为零，此时调节电位器使输出端直流电位处在地电位。电位器调节范围有限，设计调零电路以克服内部偏移量，它在毫伏范围。它不是用于当外电路有一个大的直流差动输入信号时输出调零。在很多应用中，较小的失调量没有问题，不用调零。

多数的运放是集成的，我们看不到集成电路内部有什么，也不便于进行测量。使用时没有必要显示详细内部原理图。图13－15是表示运算放大器的两种典型方法，三角形都代表放大器，本书用图（b）表示运算放大器。在某些图中也画出电源端和失调补偿端。

有很多种可以利用的集成运算放大器。有些用双极型的晶体三极管，有些用双极型与场效应管的结合。专用的运算放大器在某些方面有增强的特性。例如输入阻抗、高频的性能。在这里不可能列出它们所有的特性。下面列出F007（LM741C）集成运放的一些常用特性。

电压增益：200000（106dB）

输出阻抗：75Ω

输入阻抗：2MΩ

共模抑制比：90dB

失调量调节范围：15mV

电压输出范围：±13V

小信号的带宽：1MHz

转换速率：0.5V/μs