集成运放电路技术题目解答共8题
【题目5】：集成运放和分立元件放大电路在电路结构上有什么不同考虑？
【相关知识】：放大电路的性能指标，分立器件放大电路的组成和集成放大电路的基本制作工艺等。
【解题方法】：首先给出放大电路的一般结构，然后从放大电路的制造工艺和制作成本出发，分析设计分立放大电路和集成放大电路的不同。
【解答过程】：1．组成放大电路的器件或原材料
图1是典型分立（或离散）元器件构成的放大电路原理图。
图1
构成这类放大电路的主要元器件有三极管（场场效应管）、电阻、电解电容（耦合或旁路用）等。
图2是uA741运算放大电路的原理图，集成运算放大电路中的电阻、电容和晶体管全部由单晶硅材料制作。
图2
2．静态偏置电路设计
分立元件放大电路中的电阻常用材料是金属膜，成本远低于三极管。因此，分立元件放大电路中的偏置电路尽量采用电阻分压器形式。而集成运放由于制作工艺的特点，制作一个大电阻所需的硅芯片面积要远高于制作晶体管的面积。因此，在集成放大电路中会尽量少用电阻，一般不采用电阻分压方式提供静态偏置。
分立元件放大电路中常用的大容量（大于1
）电容通常是铝质电解电容，小容量电容有瓷片电容、独石电容等，成本一般都较低。设计时可应用大电容实现低频交流旁路(图1中的
)或直流隔直作用(图1中的C1，C2)。而集成运放中，利用PN结电容效应很难制作出容量稍大的电容。
由于制造工艺的限制，分立元件放大电路中不同三极管特性参数的离散性很大，例如，即使同一批次三极管的放大倍数
可能在200～400之间，设计时必须充分考虑。集成放大电路的特点是在同一基片上可以制作参数一致性好的晶体管。
因此，集成运放电路中大量采用晶体管设计恒流源偏置电路。集电极负载也不采用电阻，而是采用恒流源作为负载。
3．级间耦合设计
放大电路的主要性能指标有：电压放大倍数，电流放大倍数，输入电阻，输出电阻和通频带等。不同组态的单级放大电路的的指标特性如表1。
单级放大电路由于不能同时满足上述四个指标，因而必须采用多级级联放大。级间耦合可以采用直接耦合、阻容耦合和变压器耦合等。
由于电解电容成本不高，在分立放大电路中级间常采用阻容耦合，这样可减少各级之间静态工作点的相互影响。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能制作大容量电解电容，级间通常采用直接耦合。直接耦合时，不但要考虑各级工作点之间的影响，还要考虑各级之间的电平偏移。
【题目6】：应用集成运放应注意哪些保护？
【相关知识】：运放的各种保护电路。
【解题方法】：集成运放的使用十分方便。只要在集成运放外部加上合适的电源电压，同时差分输入信号电压不超出规定的范围，其内部恒流源偏置电路会自动保证各级工作在放大状态，并不需要用户设计静态偏置电路，用户只需进行动态设计。但送入运放电路的动态信号不能破坏运放内部晶体管的放大状态，同时要考虑外部输入平衡、提高共模抑制能力，以及防止输出短路和电源反接等措施。
【解答过程】：1．差模输入保护
运算放大电路的开环放大倍数很大，当工作在开环状态，会因为差模电压过大而损坏。图1是采用二极管限止差模输入幅度的常用保护电路，运放的差模电压被限止在
之间。
2．共模输入保护
运算放大器虽然有很大的共模抑制比，共模放大倍数很小，但并不意味着可以加很大的共模电压。过大的共模电压可能会破坏内部的偏置，导致内部放大电路不能工作在放大状态。为防止这种情况的出现，必须在运放差分输入端加保护电路限止共模电压。图2是限止共模电压的一种方法，图中信号输入端的电压被限止在
之间。
设计单电源供电的集成运放电路时，则需要在输入端提供一定的直流共模电压。
3．电源端和输出端的保护
为了防止接入运放的电源极性错误，可以在电源输入端接入具有单向导通特性的二极管实现保护。图3中的二极管(f82)可以防止由于电源极性接反造成运放的损坏。当电源极性接反时，因
均不导通，运放无法工作。
图3中的电阻R可以限止运放的输出电流，防止因输出短路可能造成运放损坏的现象。
4．平衡电阻
为了减少失调电压和失调电流的影响，同相输入端的等效直流电阻和反相输入端的等效直流电阻必须相等。如图4中的
就是平衡电阻，其取值必须满足
。
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