第9章集成运算放大器及其应用

1、第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 第第9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用9.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述9.2 放大电路中的反馈放大电路中的反馈9.3 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用9.4 正弦波振荡器正弦波振荡器9.5 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 学学 习习 要要 求求1.了解集成运放的基本组成、电压传输特性和主要参/数。掌握理想集成运放的基本分析方法。2. 理解负反馈放大电路的分析方法以及对电路性能的影响，掌握负反馈放大电路参数的

2、计算。3. 掌握用集成运放组成的比例、加、减、积分和微分运算电路的工作原理及特性分析。4. 了解电压比较器的工作原理及应用。5. 理解正弦波振荡电路的组成和分析方法，掌握RC正弦波放大电路参数的计算，了解LC正弦波放大电路的分析方法。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 集成电路是采用半导体集成工艺制成的具有特定电路功能的独立模块。集成运算放大器（以后简称集成运放）是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。集成运放是一种由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器。性能理想的集成运放应该具有电压增益高、输入电阻大、输出电阻小、工作点漂移小等特点。与此同时，

3、在电路的选择及构成形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 9.1 集成运算放大器概述9.1.1 集成运算放大器的特点和结构第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 集成运放在电路设计上具有许多特点，主要有： (1) 级间采用直接耦合方式。 (2) 尽可能用有源器件代替无源元件。 (3) 利用对称结构改善电路性能。 集成运放电路的组成结构，一般是由输入级、中间放大级、输出级和偏置电流源四部分组成，如图9-1所示。 图9-1 集成运放电路组成结构第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 1输入级输入级 输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须要求要有较高的输

4、入电阻，而且对共模信号有很强的抑制能力以克服零点漂移，所以采用双端输入的形式。 2中间级中间级 中间级要提供高的电压增益，故称为中间放大级。为减小对前级的影响，还要求有较高的输入电阻，以保证运放的运算精度。 4偏置电流源偏置电流源 偏置电流源电路的作用是给上述各电路提供合适的偏置电流，偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定静态工作点。 3输出级输出级 输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，故称为互补输出级。其主要作用是以获得正负两个极性的输出电压或电流，提供足够的功率以满足负载的需要。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.1.2 运

5、算放大器的主要参数 运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。 1运算放大器的静态技术指标运算放大器的静态技术指标 输入失调电压UIO ：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。UIO是表征运放内部电路对称性的指标。输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 输入偏置电流IB：运放两个输

6、入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。输入失调电压温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。输入失调电流温漂 ：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值 最大差模输入电压 ：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时，差分管将出现反向击穿现象。最大共模输入电压 ：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。TUddIOTIddIOidmaxUicmaxU第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2运算放大器的动态技术

7、指标运算放大器的动态技术指标开环差模电压放大倍数 ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。差模输入电阻 ：输入差模信号时，运放的输入电阻。 共模抑制比 ：与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益 与共模电压增益 之比，常用分贝数来表示。 KCMR=20lg(Aud / Auc ) (dB) （9-1）3dB带宽 ：运算放大器的差模电压放大倍数 在高频段下降3dB所定义的带宽 。单位增益带宽 (BWG)： 下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽 。HfduAduAidrCMRKduAcuAHfCfduACf第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 转换

8、速率 (压摆率)：反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。即 （9-2）等效输入噪声电压Un：输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。maxoRddtuS RS第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.1.3 运算放大器特性和分类 1集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 集成放大器的符号按照国家标准如图9-2所示。运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号“+”或“IN+”表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符

9、号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有“+”号。实际的集成运放通常必须有正、负电源端有的品种还有补偿端和调零端。集成运放各引脚的功能和主要参数要查相关的手册。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 表示输出与输入电压与输出电压之间的关系特性称为电压传输特性。从运放的电压传输特性看，可以分为线性区和非线性区。如图9-2c。a) 国家标准符号 b)原符号 c）电压传输特性 图9-2集成运放的符号及电压传输特性第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 线性区是指输出电压和输入电压之间呈线性关系，即 uO=AuD(uP-uN)

10、 （9-3） 其中AuD为集成运放的开环差模电压放大倍数。非线性区是指不满足线性关系的区域，即输出uO不随输入电压而变化，一般为接近电源值的常数。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2集成运放的分类集成运放的分类 为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。 (1)通用型 通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用型运放已很少使用

11、了。以典型的通用型运放CF741(A741)为例，输入失调电压12 mV、输入失调电流20 nA、差模输入电阻2 M，开环增益100 dB、共模抑制比90 dB、输出电阻75 、共模输入电压范围13 V、转换速率0.5 V/s。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 (2)高速型和宽带型 用于宽频带放大器、高速A/D和D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重 fH 或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR 。 (3) 高精度(低漂移型） 用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 (4)高输入

12、阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。 (5) 低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 (6) 功率型 这种运放的输出功率可达1 W以上，输出电流可达几个安培以上。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.1.4 理想运算放大器满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。 1) 开环差模放大倍数Aod=，实际上Aod80dB即可。 2) 差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大23个量级即可。 3) 输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小23个量级即可。 4) 带宽足够宽。 5) 共模抑制比足够大。

13、实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。 1理想运算放大器的条件理想运算放大器的条件第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2理想运算放大器的特性理想运算放大器的特性 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运算放大器必须在闭环下工作。(1) 虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此，运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近

14、似等电位，相当于“短路”。 开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。虚短是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 (2) 虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1 M以上。因此，流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚开路，简称虚断。显然不能将两输入

15、端真正断路，下面举两个例子以说明虚短和虚断的运用。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 例例9-1 有一理想运算放大器组成的电路如图9-3所示，试求输出电压的表达式和电压放大倍数 解：根据虚断，iI 0，故u+ 0，且iI iF根据虚短，u+ u- 0iI = (uIu- )/R1 uI/R1uo iF Rf =uI Rf /R1电压增益 Auf= uo/ uI =Rf /R1根据上述关系式，该电路可用于反相比例运算。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 例例9-2 有一理想运算放大器组成的电路如图9-4所示，试求输出电压的表达式和电压放大倍数

16、解：根据虚断，uI = u+ 根据虚短，uI = u+ u- u+= uI = uo R1 /(R1+ Rf) uo uI 1+(Rf /R1)所以，电压增益 Auf= uo /uI =1+(Rf /R1) 根据上述关系式，该电路可用于同相比例运算。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.2 放大电路中的反馈9.2.1 反馈的概念 1反馈的定义 在放大电路中，信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称为正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以，放大电路无反馈也称

17、开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见图9-5。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 iXfXiXfiiXXX是输入信号，是反馈信号， 称为净输入信号。所以有 图9-5 反馈概念方框图第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2负反馈和正反馈负反馈和正反馈加入反馈后，净输入信号 输出幅度增加的反馈称为正反馈 正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反

18、馈；反之为正反馈。iXiXiXiX第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 3电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈称为电压反馈；反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈。电压反馈与电流反馈的判断：将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 4串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为

19、串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。对于晶体管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入晶体管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 5交流反馈和直流反馈交流反馈和直流反馈反馈信号只有交流成分时为交流反馈，反馈信号只有直流成分时为直流反馈，既有交流成分又有直流成分时为交直流反馈。正反馈和负反馈的判断法之二：正反馈可使输出幅度增加，负反馈则使输出幅度减小。

20、在明确串联反馈和并联反馈后，正反馈和负反馈可用下列规则来判断：反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈；反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。对晶体管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 例例9-3 试判断图9-6a所示电路的反馈组态 解：根据瞬时极性法，见图中的“+”、“-” 号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故为电流反馈。结论是直流电流并联负反馈。 经Rf 加在

21、E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在晶体管两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。图9-6 (a)例9-3图第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 例例9-4 试判断所示电路的反馈组态。 解：解：根据瞬时极性法，见图中的 “+”、“-” 号，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放两个输入端，故为串联反馈。因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。 结论：结论：交、直流串联电压负反馈。图9-6(b) 例9-4图第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.2.2 反馈的基本方程 1闭环放大倍数的一般表达式闭环放大倍数的一般表达式

22、 根据图9-5可以推导出反馈放大电路的基本方程。 放大电路的开环放大倍数ioXXA（9-5）反馈网络的反馈系数ofXXF （9-6）第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 放大电路的闭环放大倍数iofXXA （9-7） 以上几个量都采用了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由于fiiXXXAXXAiofFAAXXX1)/(fii式中 ，（9-8） FAXXXXXXofioifFA称为环路增益。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 当 1时， ,相当负反馈； 2反馈深度反馈深度 称为反馈深度 .1FA.1FA= .f.AA（9-9） 它反映了反馈对放

23、大电路影响的程度。可分为三种情况：.1FA AAf 当 1 这称为起振条件。既然 | |1，起振后就要产生增幅振荡，需要靠晶体管大信号运用时的非线性特性去限制幅度的增加，这样电路必然产生失真。这就要靠选频网络的作用，选出失真波形的基波分量作为输出信号，以获得正弦波输出。 也可以在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益，从而达到稳幅的目的。这在下面具体的振荡电路中加以介绍。.FA.FA第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.4.2 RC正弦波振荡电路 1. RC网络的频率响应网络的频率响应RC串并联网络的电路如图9-22所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，R

24、C并联臂的阻抗用Z2表示。通常选取R1=R2=R，C1=C2=C，其频率响应如下其频率响应如下图9-22 RC串并联网络第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 谐振频率为 f0= 212121CCRRRCRCRZCRZj1)j/1/()j/1 (21)1j(31j+C)j/1 ( )j1(C)j/1 ()j1/(+C)j/1 ()j1/( 212.o.f.RCRCRRRRCRRRRCRRRCRRRCRZZZUUFRC10RCf210令为谐振角频率，则 （9-41）第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 幅频特性 （9-42）相频特性.F200222)

25、(31)1(31RCRC3arctg3arctg0000Fffff第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2RC文氏桥振荡电路文氏桥振荡电路 （1） RC文氏桥振荡电路的构成RC文氏桥振荡器的电路如图9-23所示，RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了R3和R4负反馈网络。图9-23 RC文氏桥振荡器第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 C1、R1和C2、R2正反馈支路与R3、R4负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏电桥。当C1 =C2、R1 =R2时F=0 f0= 为满足振荡的幅度条件 =1，所以Af3。加入R3R4支路，构成串联电压负反馈31

26、.o.f.UUFRC213143fRRA.FA第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 （2） RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠热敏电阻R4实现的。R4是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R4上所加的电压升高，即温度升高，R4的阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是负温度系数，应放置在R3的位置。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.4.3 LC正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路的构成与RC正弦波振荡电路相似，包括有放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅电路。这里的选频网络是由LC并联谐振电路构成，正反馈网

27、络因不同类型的LC正弦波振荡电路而有所不同。1LC并联谐振电路的频率响应LC并联谐振电路如图9-24a所示。显然输出电压是频率的函数。输入信号频率过高，电容的旁路作用加强，输出减小；反之频率太低，电感将短路输出。并联谐振曲线如图9-24b所示。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 a)LC并联谐振电 b) 并联谐振曲线图9-24 并联谐振电路及其谐振曲线第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 谐振时谐振频率考虑电感支路的损耗，用R表示。谐振时，电感支路电流或电容支路电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品质因数对于图9-24（b）的谐振曲线，Q值大的

28、曲线较陡较窄，图中Q1Q2。并联谐振电路的谐振阻抗0100CLLCf210CRRLIIIIQ00CL/1/CLQCQLQRCLZ000谐振时，LC并联谐振电路相当一个电阻。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 2变压器反馈LC振荡电路 变压器反馈LC振荡电路如图9-25所示。LC并联谐振电路作为晶体管的负载，反馈线圈2与电感线圈相耦合，将反馈信号送入晶体管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。有关同名端的极性请参阅图9-26。图9-25 变压器反馈LC振荡电路 图9-26 同名端的极

29、性第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为LCf210 （9-52）第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 3电感三端式LC振荡电路图9-27为电感三端式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2端是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正，图中晶体管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。图9-27 电感三端式LC振荡电路第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 4电容三端式LC

30、振荡电路与电感三端式LC振荡电路类似的有电容三端式LC振荡电路，见图9-28。（a）CB组态 （b）CE组态图9-28 电容三端式LC振荡电路第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 例例9-8 图9-29为三端式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。 a) b)图9-29 例9-8的电路图第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 5石英晶体LC振荡电路利用石英晶体高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图9-30所示。 a)串联型 f0 =fs b）并联型 fs f0uI UL时，uO1为低电平，uO2为低电平，VD3、VD4截止，uO=低电平。第第9 9

31、章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 高电平信号的电位水平高于某规定值UH的情况，相当比较电路正饱和输出。低电平信号的电位水平低于某规定值UL的情况，相当比较电路负饱和输出。该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。 图9-35 窗口比较器 图9-36 窗口比较器的传输特性第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 9.5.4 比较器的应用比较器主要用来对输入波形进行整形，将不规则的输入波形整形为方波输出，其原理如图9-37所示。 a) 正弦波变换为矩形波 b) 有干扰的正弦波变换为方波图9-37 用比较器实现波形变换第第9 9章章 集成运算放

32、大器及其应用集成运算放大器及其应用 阅读与应用阅读与应用集成电路常识集成电路常识 集成电路是近几十年半导体器件发展起来的高科技产品，其发展速度异常迅猛，从小规模集成电路（含有几十个晶体管）发展到今天的超大规模集成电路（含有几千万个晶体管或近千万个门电路）。集成电路的体积小，耗电低，稳定性好，从某种意义上讲，集成电路是衡量一个 电子产品是否先进的主要标志。 集成电路按功能可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类；按其制作工艺可分为半导体集成电路、薄膜集成电路、厚膜集成电路和混合集成电路等；按其集成度可分为小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路

33、(VLSI)，它表示了在一个硅基片上所制造的元器件的数目。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 集成电路的封装形式有晶体管式封装、扁平封装和直插式封装。集成电路的引脚排列次序有一定的规律，一般是从外壳顶部向下看，从左下脚按逆时针方向读数，其中第一脚附近一般有参考标志，如凹槽、色点等。 1数字集成电路数字集成电路 (1)数字集成电路的分类及型号数字集成电路按结构不同可分为双极型和单极型电路。其中双极型电路有DTL、TTL、ECL、HTL等多种；单极型电路有JFET、NMOS、PMOS、CMOS等四种。数字集成电路的型号命名法参见附录5。 (2) 数字集成电路及其使用在实际

34、工程中，最常用的数字集成电路主要有TTL和CMOS两大系列，下面分别作以介绍。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 1)TTL集成电路 TTL集成电路是用双极型晶体管为基本元件集成在一块硅片上制成的，其品种、产量最多，应用也最广泛。国产的TTL集成电路有T1000T4000系列，T1000系列与国标CT54/74系列及国际SN54/74通用系列相同；T2000高速系列与国标CT54H/74H系列及国际SN54H/74H高速系列相同；T3000肖特基系列与国标CT54S/74S系列及国际SN54S/74S肖特基系列相同；T4000低功耗肖特基系列与国标CT54LS/74L

35、S系列及国际SN54LS/74LS低功耗肖特基系列相同。54系列与74系列的主要区别在其工作环境温度上，54系列为：-55+125；74系列为：070。另外这些系列的区别还在于典型门的平均传输时间和平均功耗这两个参数不同，其它的电参数和外引脚功能基本相同，必要时，可互为代换使用。TTL集成电路在使用时要注意：不许超过其规定的工作极限值，以确保电路能可靠工作。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 TTL集成电路只允许在5V10%的电源电压范围内工作。TTL门电路的输出端不允许直接接地或接电源，也不准许并联使用（开路门和三态门例外）。TTL门电路的输入端悬空相当于接高电平1

36、，但多余的输入端悬空（与非门）易引入外来干扰使道路的逻辑功能不正常，所以最好将多余输入端和有用端并联在一起使用。在电源接通的情况下，不要拔插集成电路，以防电流冲击造成电路永久性的损坏。 2)CMOS集成电路 CMOS集成电路以单极型晶体管为基本元件制成，其发展迅速，主要是因为它具有功耗低、速度快、工作电源电压范围宽（如CC4000系列的工作电源电压为318V）、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出能力强、温度稳定性好及成本低等优点，尤其是它的制造工艺非常简单，为大批量生产提供了方便。CMOS集成电路有三种封装方式：陶瓷扁平封装第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 （工作温度范

37、围是-55+100）；陶瓷双列直插封装（工作温度范围是-55+125）；塑料双列直插封装（工作温度范围是-40+85）。CMOS集成电路在使用时要注意：电源电压端和接地端绝对不许接反，也不准超过其允许工作电压范围（VDD=318V）。CMOS电路在工作时，应先加电源后加信号；工作结束时，应在撤除信号后再切断电源。为防止输入端的保护二极管因大电流而损坏，输入信号的电压不能超过电源电压；输入电流不宜超过1mA，对低内阻的信号源要采取限流措施。CMOS集成电路的多余输入端一律不准悬空，应按其逻辑要求将多余的输入端接电源（与门）或接地（或门）；CMOS集成电路的输出端不准接电源或接地，也不许将两个芯片

38、的输出端直接连接使用，以免损坏器件。 2. 模拟集成电路模拟集成电路 (1) 模拟集成电路的分类、特点和结构模拟集成电路按用途可分为运算放大器、直流稳压器、功率放大器和电压比较器等。模拟集成电路的特点和结构有： 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 1)与数字集成电路比较，各种模拟集成电路的电源电压可以不同且较高，视具体用途而定。 2)模拟集成电路的功能多种多样，所以其封装形式也具有多样性，封装形式有金属外壳、陶瓷外壳和塑料外壳三种。金属外壳封装为圆形，陶瓷外壳封装和塑料外壳封装均为扁平型。其引脚排列顺序和数字集成电路相同。 (2) 集成运算放大器（集成运放）自1964

39、年美国仙童公司制造出第一个单片集成运放A702以来，集成运放得到了广泛的应用，目前它已成为线性集成电路中品种和数量最多的一类。 1） 集成运放的分类：集成运放的品种繁多，大致可分为“通用型”和“专用型”两大类。“通用型” 集成运放的各项指标比较均衡，适用于无特殊要求的一般场合。如 CF741（单运放）、CF747（双运放）、CF124（四运放）等。 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 其特点是增益高、共模和差模电压范围宽、正负电源对称且工作稳定。“专用型” 集成运放有低功耗型（静态功耗在1mW左右，如CA3078）；高速型（转换速率在10V/s 左右，如A715）；高

40、阻型（输入电阻在1012左右，如CA3140）；高精度型（失调电压温度系数在1V 左右，如A725）；高压型（允许供电电压在30V左右，如CF343）；宽带型（带宽在10MHz左右，如A772）等。 “专用型”除具有“通用型”的特性指标外，特别突出其中某一项或两项特性参数，以适用于某些特殊要求的场合。如低功耗型运放适用于遥感技术、空间技术等要求能源消耗有限制的场合；高速型主要用于快速A/D和D/A转换器、锁相环电路和视频放大器等要求电路有快速响应的场合。 2） 集成运放的主要参数： 差模开环放大倍数（增益）Aud，是指运放在无反馈情况下的差模放大倍数，是衡量放大能力的重要指标，一般为100dB

41、左右。共模开环放大倍数Auc，是衡量运放抗温漂、抗共模干扰能力的重要指标，优质运放其Auc应接近于零。 第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 共模抑制比KCMR ，此参数为反映运放的放大能力尤其是抗温漂、抗共模干扰能力的重要指标，好的运放应在100dB以上；单位增益带宽BWG，它代表运放的增益带宽积，一般运放为几兆赫兹几十兆赫兹，宽频带运放可达100MHz以上。另外还有输入失调电压UIO、输入失调电流IIO、转换速率SR等。 3） 集成运放的型号命名法： 国标统一命名法规定，集成运放各个品种的型号由字母和阿拉伯数字二部分组成。字母在首部，统一采用CF两个字母。C表示国标

42、，F表示线性放大器，其后的数字表示运放的类型（参见附录C）。 4） 集成运放使用注意事项：集成运放在使用前应进行下列检查：能否调零和消振，正负向的线性度和输出电压幅度；若数值偏差大或不能调零，则说明器件已损坏或质量不好。集成运放在使用时，因其引脚较多，必须注意引脚不能接错。更换器件时，注意新器件的电源电压和原运放的电源电压是否一致。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 (3) 集成直流稳压器(将在10.4介绍)直流稳压电源是电子设备中不可缺少的单元。集成稳压器是构成直流稳压电源的核心，它体积小、精度高、使用方便，因而被广泛应用。集成稳压器结构可分为三端固定稳压器（如CW

43、78系列和CW79系列，其中CW78系列为正电压输出，CW79系列为负电压输出；稳压值有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V）；三端可调集成稳压器（如CW117/217/317输出的是正电压；CW137/237/337输出的是负电压）；多端稳压器（如五端稳压器CW200）。其中CW78/CW79系列稳压块的外形如图10-20所示。集成稳压器的型号由二部分组成。第一部分是字母，国标用“CW”表示，其中“C”代表中国，“W”代表稳压器。国外产品第一部分是字母，表示制造公司。第二部分是数字，表示不同的型号规格，国内外同类产品的数字意义完全一样（见附录三）。第第9 9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 三端集成稳压器具有较完善的过流、过压和过热保护装置，其典型用法可参见10.4。 集成稳压器在满负荷使用时，稳压块必须加合适的散热片；防止将输入与输出端接反；避免接地端（GND）出现浮地故障；当稳压器输出端接有大容量电容器时，应在UIUO端之间接一只保护二极管（二极管正极接UO端），以保护稳压块内部的大功率调整管。 (4)集成功率放大器（集成功放）（见前章阅读应用） 3. 片状集成电路简介片状集成电路简介