集成运放电路组成及其各部分的作用
文章目录
一、集成运放是什么？二、集成运放电路的组成及其各部分的作用1.输入级2.中间级3.输出级4.偏置电路5.辅助电路
三、集成运放电路特性总结
一、集成运放是什么？
集成运放，全称运算放大电路，是把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元器件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分等）。
二、集成运放电路的组成及其各部分的作用
集成运放主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路四大部分组成，部分集成运放还包含失调电压调零电路或保护电路。
信号路径：输入信号 → 差分级（抑制共模噪声） → 中间级（主增益） → 输出级（驱动负载）。
1.输入级
输入级又称前置级，往往是一个双端输入的高性能差分放大电路（详细内容可查阅 《差分放大电路分析与仿真》），直接接收外部输入信号，其性能对运放的整体指标影响最大。输入级要求其输入电阻高，减少对输入信号源的负载影响，避免信号源因带载能力不足而衰减。高性能差分电路实现差分放大，抑制零点漂移（直接耦合电路的主要问题）和共模信号（如电源干扰、环境噪声），只放大差模信号（有用信号）。
注：集成运放均采用直接耦合电路。
2.中间级
中间级是整个放大电路的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射或共源放大电路。为了提高电压放大倍数，常采用复合管作为放大管，引入有源负载以恒流源作集电极负载，提供极高的电压增益，将输入级送来的微弱信号放大到足够幅度，满足输出级驱动负载的需求。
3.输出级
输出级连接负载，负责将中间级放大后的信号传输给外部负载。具有输出电压特性范围宽，输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等特点。常采用互补对称功率放大电路（如推挽电路），由 NPN 和 PNP 三极管组成，分别负责正负半周信号的放大，提高输出效率和线性度。
4.偏置电路
偏置电路为运放内部各级电路（输入级、中间级、输出级）提供稳定的静态工作点。集成运放采用电流源电路为各级提供合适的集电极或发射极、漏极、源极静态工作电流，确保各级三极管或场效应管工作在合适的工作状态（如放大区），保证电路的线性放大性能，多采用多路电流源。
5.辅助电路
失调电压调零：当输入级与输出级的直流电平不匹配时（如输入级输出端有直流偏移），通过该电路调整电平，确保输出端直流电位为零（适应单电源供电或负载需求）。 保护电路：防止运放过载（如输出短路、输入信号过大）或电源接反导致器件损坏，常见的有过流保护、过压保护电路。
三、集成运放电路特性
从外部看，集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高电压放大倍数、高输入电阻、低输出电阻，能较好地抑制零点漂移现象的差分放大电路。
集成运放的输出电压uo与输入电压（uP-uN）之间的关系曲线称为电压传输特性，即
u
o
=
(
u
P
−
u
N
)
u_o=(u_P-u_N)
uo=(uP−uN)
从上图可看出，集成运放有线性放大区域（线性区）和饱和区域（非线性区）两部分。在线性区，曲线的斜率为电压放大倍数；在非线性区，输出电压为+UOM或-UOM。
集成运放放大的是uP和uN之间的差值信号，即差模信号，且没有通过外电路引入反馈，故称其电压放大倍数为差模开环放大倍数，记作Aod，因而当集成运放工作在线性区时，
u
o
=
A
o
d
(
u
P
−
u
N
)
u_o=A_{od}(u_P-u_N)
uo=Aod(uP−uN) 通常Aod非常高，可达几十万倍，因此集成运放电压传输特性中的线性区非常窄。
总结
集成运放的各部分协同工作：输入级负责接收和预处理信号，中间级实现信号的高倍放大，输出级驱动负载，偏置电路保障电路稳定工作，辅助电路则进一步优化性能。这种结构使集成运放具有高增益、高输入电阻、低输出电阻、低温漂等优良特性，广泛应用于信号放大、运算、滤波等电子电路中。
集成运放基本特性 差分输入：两个输入端（同相端+和反相端-），放大两输入端的电压差。 单端输出：输出电压与输入差分电压成比例 高增益：开环电压增益可达
1
0
5
10^5
105以上
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