运算放大器工作原理图解_运算放大器工作原理

运算放大器是一种集成电路,它将电阻、电容、二极管、三极管及其连接线集成在一个很小的半导体衬底上。

常用的F007封装有三种形式:圆壳封装、扁平单插封装和双列直插封装。集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路。集成运算放大器是应用最广泛的模拟集成电路之一。

集成运算放大器,简称集成运算放大器或运算放大器其电路图符号如下图1-1所示。

常用的集成运算放大器包括单运放、双运放和四运放。这些只是在不同的条件和功能需求下为它做的。

从图中可以看出,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相输入端(用符号“一”表示),与输出端电压极性相同的输入端称为同相输入端(用符号“”表示)。

1、集成运算放大器按性能要求可分为通用型和专用型。通用型具有良好的DC特性,在性能上可以满足很多领域的需求,而且价格便宜。专用运算放大器具有低功耗、高输入阻抗、高速度、高精度和高电压等特点。虽然集成运算放大器的种类很多,内部电路也各不相同,但从电路的整体结果来看,有很多共同点。它们实际上是直接耦合的多级放大器,具有极高的电压放大。它通常由四部分组成:输入级、中间级、输出级和偏置电路。如下图1-2所示。

2、为了了解集成运算放大器的组成,下面对国产通用集成运算放大器F007进行分析和介绍。F007型集成运算放大器由24个三极管、10个电阻和1个电容组成。其原理电路图如图1-3所示。

输入阶段。它是集成运算放大器性能指标的关键。通常,差分放大器电路用于降低温度漂移,获得尽可能高的共模抑制和良好的输入特性。输入级也需要高输入电阻,可以使用共集电极共基极复合电路。F007的输入级是由VT1~vT6组成的差分放大电路,由vT6的集电极输出,VT1、VT3和VT2、VT4组成共集共基复合差分电路。 T7用于构成VT5、VT6的偏置电路。

偏置电路。根据各级的需要,在集成运算放大器内部采用了多种形式的电流源电路。电流源具有较大的动态电阻,可用作中间级的有源负载和差分通道的恒流源电阻。电流源还为所有级提供小且稳定的DC偏置电流,从而确定合适且稳定的静态工作点。电路中,主偏置电路由UccVT12R5VT11Uee组成。主偏置电路中的VT11和V10构成微电流源,lc10在输入级提供VT3、T4T4的偏置电流。 T8和VT9组成镜像电流源,提供VT1、VT2的工作电流。必须指出的是,零点漂移可以通过输入偏置本身形成的反馈环路来降低。T12和 T13构成双端输出的镜像电流源。VT13是一个PNP三极管,有两个集电极,可以看作是两个三极管,它们的两个基极-发射极结是并联的。VT13的一个输出集电极B提供VT17的偏置电流,也用作中间放大级的有源负载;另一个输出是vT13的集电极A,它提供输出级的偏置电流。

中级。它是集成运算放大器的主要电压放大级,利用带源负载的共射极或共基放大电路提高电压增益,将差分放大电路的双端输入转换为集成运算放大器的单端输出。F007是复合集成运算放大器

输出阶段。用来提高电路的输出电流和功率,即负载能力。F007集成运算放大器的输出级是由VT14和VT20组成的互补对称电路。为了使电路工作在甲乙类放大状态,VT18管发射极两端的电压Uce18接在VT14和VT20的基极之间,为VT20提供一个初始偏置电压。同时,VT19管的Uee(二极管接法)连接在VT18管的基极和集电极之间,形成负反馈偏置电路,使Uce18的值相对稳定。在该偏置电路中,由VT13A组成的电流源提供恒定的工作电流,VT22连接到公共集电极电路中。减少对中间阶段的冲击。为了防止过量输入级信号或输出短路造成的损坏,电路中提供了过流保护元件。当正向输出电流过大时,流过VT14和R9的电流会增加,这将使R9两端的压降增加到足以使VT15管由关断状态转为导通状态,Uce15减小,从而限制VT14的电流。当负输出电流过大时,流过vT20和R10的电流增加,使R10两端的电压增加,使VT21从关断状态导通。同时VT23和VT24都导通,降低了VT16和VT17的基极电压,使vT17的Uc17和Ue22上升,使VT20截止,从而限制了VT20的电流,达到保护的目的。整个电路要求当输入信号为零时,输出应该为零。在电路的输入级,VT5、VT6管的发射极两端还可以接一个电位器RP,中间滑动触点接- Uee,以改变vT5、vT6的发射极电阻,保证集成运算放大器静态时零输出的要求。