1.1 集成運算放大器的類型和特點

集成電路是在半導體制造工藝的基礎上將許多元器件與連接導線所組成的完整電路，用統一工藝程序制作在一小塊硅單晶片上，成為不可分的固體組件。集成電路可分為數字集成電路和模擬集成電路兩大類。

1.1.1 集成運算放大器的類型

集成運算放大器是集成電路中的一個重要部分，它實際上是一種雙端輸入、單端輸出、高增益、高輸入電阻、低輸出電阻的多級直接耦合放大器。當給其外加不同性質的反饋網絡時，能實現一系列各種各樣的電路功能。

國產集成運算放大器有通用型和特殊型兩大類。

1. 通用型

通用型有通用1型（低增益）、通用2型（中增益）及通用3型（高增益）三類。

通用型的指標比較均衡全面，適用于一般電路。

2. 特殊型

特殊型有高精度型、高阻抗型、高速型、高壓型、低功耗型及大功率型等。

特殊型的指標大多數有一項指標非常突出，它是為滿足某些專用的電路需要而設計的。

1.1.2 集成運算放大器的特點

集成運算放大器，一般是用厚約0.2～0.5mm，面積約為5mm2的P型硅作基片（或稱為襯底），采用與硅平面晶體管相似的生產工藝程序，制作成含有數十個晶體管、二極管、電阻器、電容器以及它們之間的連接導線的完整電路，從而形成了固體組件。外面通常用金屬圓殼或塑料結構封裝，大小與一般小功率半導體管及雙列式8腳封裝，雙列14腳、雙列16腳集成塊類似。與分立元件電路比較，用集成工藝生產的集成運算放大器主要有以下特點。

1. 有利于減小溫度漂移

在集成運算放大器中，所有的元器件處在同一硅片上，距離非常近，又是通過相同的工藝過程制造出來的，這使同一芯片內的元件參數絕對值有相同的偏差，即元器件不僅具有較好的對稱性和一致性，而且元器件之間溫度差異很小，溫度一致性較好，容易制成兩個特性相同的管子和兩個阻值相同的電阻器，故尤其適用于作差分式放大器。因此，集成工藝給集成運算放大器帶來的第一個特點就是：其輸入級都無例外地采用集成差分放大器。由此可以減小溫度漂移和提高共模抑制比。

2. 采用半導體體電阻作電阻

集成運算放大器中的電阻大多數是由硅半導體體電阻構成的，電阻值范圍一般為幾十歐至20k?；制造阻值較高和較低的電阻有一定的困難。如要求阻值較大，則占用的硅片面積也大，不宜采用。此外，電阻值的精度也不容易控制，阻值誤差可達10%～20%。所以，在集成運算放大器的電路中，盡量不采用高阻值的電阻，必要時，也可用半導體三極管等有源元器件來代替，或采用外接電阻器的方法來解決。

3. 用PN結電容取代電容器

在集成運算放大器電路中，只制作小于200pF的電容器，或盡量不用電容器。由于集成運算放大器中的電容器都是由PN結反向偏置下的結電容構成的，誤差較大，而且制造一個電容器所占用硅片的面積，相當于10個左右的晶體三極管和100k?電阻器所占用的集成芯片的面積。

4. 芯片內沒有電感器

在集成運算放大器中，制造電感較難實現，所以集成電路都采用直接耦合方式。這樣就可使電路獲得較好的低頻響應，并可節省硅片面積。

5. PNP管做成橫向的

集成運算放大器中的PNP管大多數是做成橫向的，即從發射極流向集電極的電流是沿硅片橫向的方向。其結構如圖1-1（a）所示。

由于集成電路中所有的元器件都制作在同一硅片上，為了避免它們之間的互相影響，必須將硅片劃分成許多彼此隔離的區域，各元器件就制造在各自的區域內。通常將每一隔離區域稱隔離島。

在目前的集成工藝中，大多數采用反向偏置的PN結隔離方式。一般集成電路是以P型半導體為襯底的，通過氧化，光刻和擴散形成N+掩埋層，而后進行外延生長，在襯底和掩埋層上形成高電阻率的N型外延層。橫向PNP管可以和NPN管同時制成，工藝簡單方便。它是在外延層上制作出兩個靠得很近的P區和P+隔離槽，這兩個P區分別作為橫向PNP管的發射區和集電區，外延層是它的基區。隔離槽穿透處延層與襯底相連通。

為了使N型隔離島與周圍P區之間的PN結處于反向偏置，P+隔離槽和襯底接在電路中最負的電位上，否則就不能起隔離作用。因此，一般情況下，不能將襯底作為集電極，不能做成如圖1-1（b）所示的縱向PNP管。

由于工藝水平的限制，橫向PNP管的基區不能做得很薄，同時發射區又不是高摻雜的，所以它的β值很小，一般小于10。

6. 溫度補償元器件多為半導體三極管結構

集成運算放大器中的二極管是將三極管的集電極與基極短接后代替的，如圖1-2所示的b-e結二極管，它是將b、e作為一個二極管，稱為發射結二極管，這種連接方法的二極管，其正向壓降的溫度系數接近于同類型三極管的b-e結溫度系數，從而能較好地補償半導體三極管發射結的溫度特性。

7. 經常采用復合管和復合電路

在集成運算放大器中，經常采用復合管和復合電路，如共射-共基或共集-共基電路結構。例如：差分輸入級，通常要求其具有電流增益大，反向擊穿電壓高等性能，利用復合結構可以同時滿足這兩方面的要求。將擊穿電壓低的超β（2000～10000）晶體管和低β而擊穿電壓較高（BVceo=80～90V）的橫向PNP管，接成共射-共基電路，就是最好的例子。

8. 設計思路與分立元件電路不同

由于結構上的特點，集成運算放大器在電路設計思路上與分立元器件電路有較大的差別，主要是集成晶體管比集成電阻器、電容器容易得多，因此主要是用有源器件——晶體三極管代替無源元件（電阻器，電容器等），將無源元件的數量減到最少。此外，集成運算放大器還有電源電壓低（Ec＜±20V）和功耗低（P＜100mW）的特點。