第10章 集成运算放大器
集成运算放大器是模拟集成电路的最主要的代表器件，一直在模拟集成电路中居主导地位。由于这种放大器早期是在模拟计算机中实现某种数学运算，故名运算放大器。现在，它的应用已远远超过了模拟计算的范围，在信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域都得到了广泛的应用。
10.1 集成运算放大器概述
（一）集成运算放大器简称集成运放，是一种电压放大倍数很高的直接耦合的多级放大电路。通常如图10-1所示，由输入级、中间级和输出级三个基本部分组成。 输入端 输入级 中间级 输出级 输出端
图10-1 集成运放的组成
输入级一般都采用双端输入的差分放大电路，这样可以有效地减少零点漂移、抑制干扰信号。其差模输入电阻ri很大，可达105～106?，最低的也有几十千欧。 中间级用来完成电压放大，一般采用共射放大电路。由于采用多级放大，使得集成运放的电压放大倍数可高达104～106倍。 输出级一般采用互补对称放大电路或共集放大电路。输出电阻很小，一般只有几十欧至几百欧，因而带负载的能力强，能输出足够大的电压和电流。 总之，集成运放是一种电压放大倍数高，输入电阻大，输出电阻小，零点漂移小，抗干扰能力强，可靠性高，体积小，耗电少的通用电子器件。 运算放大器的电路符号如图10-2所示。
反向输入端 A0 －－ u 输出端
＋ ＋u0 u ＋ 同向输入端
u0 图10-2 运算放大器的电路符号
正饱和区 （二）电压传输特性 UOM 集成运放的输出电压u0与输入电压ud之间的关系
ud u0＝f(ud)称为集成运放的电压传输特性。如图10-3所示，
它包括线性区和饱和区两部分。在线性区内，u0与ud成 线性区 正比关系，即
u0?A0ud?A0(u??u?)
－UOM 负饱和区 图10-3 电压的输出特性
线性区的斜率取决于A0的大小。由于受电
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源电压的限制，u0不能随ud的增加而无限制增加，因此，当u0增加到一定值后，便进入了正、负饱和区u0??U0M??UEE。
集成运放在应用时，工作于线性区的称为线性应用，工作于饱和区的称为非线性应用。由于集成运放的A0非常大，线性区很陡，即使输入电压很小，由于外部干扰等原因，不引入深度的负反馈很难稳定在线性区。 集成运放的主要参数有开环电压放大倍数和共模抑制比等，需要时可查阅有关手册。
10.2 反馈的基本概念
集成运算放大器需引入负反馈才能工作在线性区。因此，在讨论集成运放的应用之前，先介绍反馈的基本概念及应用。
比较 净输入 环节 输入信号 输出信号 信号
放大电路 xi xd x0 xf
反馈电路 反馈信号
图10-4 反馈示意图
将放大电路输出回路的输出信号（电压或电流）通过某一电路或元件，部分或全部地送回到输入回路中去的措施称为反馈。 无反馈时，放大电路的电压放大倍数称为开环电压放大倍数，即
xA0?0
xd
有反馈时，放大电路的电压放大倍数称为闭环电压放大倍数，即
xAf?0
xi反馈信号与输出信号之比称为反馈系数，即
F?xfx0
10.4 理想运算放大器
对反馈有了基本的了解后，现在可以进一步来分析运放。前面已提，集成运放的开环电压放大倍数非常高，输入电阻非常大，输出电阻非常小，这些都已非常接近理想的程度。因此，在分析集成运放电路时，为了简化分析，可以将实际的运算放大器看成是理想的运放。 理想运放的主要条件是：
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（1）开环电压放大倍数A0接近于无穷大，即
uA0?0??
ud（2）开环输入电阻ri接近于无穷大，即
ri??
（3）开环输出电阻r0接近于零，即
r0?0
（4）共模抑制比KCMRR接近于无穷大，即
KCMRR??
理想运放的电压传输特性如图10-5所示，由于A0??。线性区几乎与纵坐标重合。
不加负反馈时，稍有ud即进入饱和区，故
u??u?时，u0??UOM??UCC u??u?时，u0??UOM??UEE
理想运放的图形符号图10-6所示，只需把图中的A0改为?。
u0 ＋UOM ud u －ud －UOM ＋ ＋u －－反馈电路 i i ＋－ ＋ ? ＋ u0 图10-5 理想运放的电压输出特性
图10-6 运算放大器的电路符号
引入深度负反馈后，由于u0是个有限值，故可得到以下结论：
u（1）ud?0?0，即u??u?，两个输入端相当于短路，但实际并非短路，故称为“虚短
A0路”； （2）i???i??路”；
ud?0，即两个输入端之间相当于断路，但实际并非断路，故称为“虚断ri- 54 -
第10章 集成运算放大器
