1.1 集成运算放大器的类型和特点

集成电路是在半导体制造工艺的基础上将许多元器件与连接导线所组成的完整电路，用统一工艺程序制作在一小块硅单晶片上，成为不可分的固体组件。集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类。

1.1.1 集成运算放大器的类型

集成运算放大器是集成电路中的一个重要部分，它实际上是一种双端输入、单端输出、高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器。当给其外加不同性质的反馈网络时，能实现一系列各种各样的电路功能。

国产集成运算放大器有通用型和特殊型两大类。

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）三类。

通用型的指标比较均衡全面，适用于一般电路。

2. 特殊型

特殊型有高精度型、高阻抗型、高速型、高压型、低功耗型及大功率型等。

特殊型的指标大多数有一项指标非常突出，它是为满足某些专用的电路需要而设计的。

1.1.2 集成运算放大器的特点

集成运算放大器，一般是用厚约0.2～0.5mm，面积约为5mm2的P型硅作基片（或称为衬底），采用与硅平面晶体管相似的生产工艺程序，制作成含有数十个晶体管、二极管、电阻器、电容器以及它们之间的连接导线的完整电路，从而形成了固体组件。外面通常用金属圆壳或塑料结构封装，大小与一般小功率半导体管及双列式8脚封装，双列14脚、双列16脚集成块类似。与分立元件电路比较，用集成工艺生产的集成运算放大器主要有以下特点。

1. 有利于减小温度漂移

在集成运算放大器中，所有的元器件处在同一硅片上，距离非常近，又是通过相同的工艺过程制造出来的，这使同一芯片内的元件参数绝对值有相同的偏差，即元器件不仅具有较好的对称性和一致性，而且元器件之间温度差异很小，温度一致性较好，容易制成两个特性相同的管子和两个阻值相同的电阻器，故尤其适用于作差分式放大器。因此，集成工艺给集成运算放大器带来的第一个特点就是：其输入级都无例外地采用集成差分放大器。由此可以减小温度漂移和提高共模抑制比。

2. 采用半导体体电阻作电阻

集成运算放大器中的电阻大多数是由硅半导体体电阻构成的，电阻值范围一般为几十欧至20kΩ；制造阻值较高和较低的电阻有一定的困难。如要求阻值较大，则占用的硅片面积也大，不宜采用。此外，电阻值的精度也不容易控制，阻值误差可达10%～20%。所以，在集成运算放大器的电路中，尽量不采用高阻值的电阻，必要时，也可用半导体三极管等有源元器件来代替，或采用外接电阻器的方法来解决。

3. 用PN结电容取代电容器

在集成运算放大器电路中，只制作小于200pF的电容器，或尽量不用电容器。由于集成运算放大器中的电容器都是由PN结反向偏置下的结电容构成的，误差较大，而且制造一个电容器所占用硅片的面积，相当于10个左右的晶体三极管和100kΩ电阻器所占用的集成芯片的面积。

4. 芯片内没有电感器

在集成运算放大器中，制造电感较难实现，所以集成电路都采用直接耦合方式。这样就可使电路获得较好的低频响应，并可节省硅片面积。

5. PNP管做成横向的

集成运算放大器中的PNP管大多数是做成横向的，即从发射极流向集电极的电流是沿硅片横向的方向。其结构如图1-1（a）所示。

由于集成电路中所有的元器件都制作在同一硅片上，为了避免它们之间的互相影响，必须将硅片划分成许多彼此隔离的区域，各元器件就制造在各自的区域内。通常将每一隔离区域称隔离岛。

在目前的集成工艺中，大多数采用反向偏置的PN结隔离方式。一般集成电路是以P型半导体为衬底的，通过氧化，光刻和扩散形成N+掩埋层，而后进行外延生长，在衬底和掩埋层上形成高电阻率的N型外延层。横向PNP管可以和NPN管同时制成，工艺简单方便。它是在外延层上制作出两个靠得很近的P区和P+隔离槽，这两个P区分别作为横向PNP管的发射区和集电区，外延层是它的基区。隔离槽穿透处延层与衬底相连通。

为了使N型隔离岛与周围P区之间的PN结处于反向偏置，P+隔离槽和衬底接在电路中最负的电位上，否则就不能起隔离作用。因此，一般情况下，不能将衬底作为集电极，不能做成如图1-1（b）所示的纵向PNP管。

由于工艺水平的限制，横向PNP管的基区不能做得很薄，同时发射区又不是高掺杂的，所以它的β值很小，一般小于10。

6. 温度补偿元器件多为半导体三极管结构

集成运算放大器中的二极管是将三极管的集电极与基极短接后代替的，如图1-2所示的b-e结二极管，它是将b、e作为一个二极管，称为发射结二极管，这种连接方法的二极管，其正向压降的温度系数接近于同类型三极管的b-e结温度系数，从而能较好地补偿半导体三极管发射结的温度特性。

7. 经常采用复合管和复合电路

在集成运算放大器中，经常采用复合管和复合电路，如共射-共基或共集-共基电路结构。例如：差分输入级，通常要求其具有电流增益大，反向击穿电压高等性能，利用复合结构可以同时满足这两方面的要求。将击穿电压低的超β（2000～10000）晶体管和低β而击穿电压较高（BVceo=80～90V）的横向PNP管，接成共射-共基电路，就是最好的例子。

8. 设计思路与分立元件电路不同

由于结构上的特点，集成运算放大器在电路设计思路上与分立元器件电路有较大的差别，主要是集成晶体管比集成电阻器、电容器容易得多，因此主要是用有源器件——晶体三极管代替无源元件（电阻器，电容器等），将无源元件的数量减到最少。此外，集成运算放大器还有电源电压低（Ec＜±20V）和功耗低（P＜100mW）的特点。