【圖文分享】運算放大器的體系結構和設計技術-KIA MOS管

半導體制造商生產各種運算放大器IC。一些針對高速進行了優化，其他針對高精度進行了優化；一些使用雙極結型晶體管，另一些使用場效應晶體管；大多數是電壓反饋型的，但有些是為電流反饋而設計的。因此，現代運算放大器的原理圖存在無數種變化，而且，我們無權使用這些原理圖。這就是為什么研究741運算放大器很有意義的原因。

741于1968年首次推出。它是一種基于BJT的設備，已成為第一批高性能，用戶友好型運算放大器之一，具有近乎傳奇的地位。盡管741不再是最先進的設備，但仍然可以很好地介紹運算放大器設計的基本原理。

這是德州儀器（ti）的LM741數據表中提供的示意圖。

三階段建筑分析諸如741電路之類的電路時，我們要做的第一件事是將原理圖劃分為多個階段，即將電路劃分為具有相干功能的子電路，并與其他子電路一起工作以創建設備的整體功能。

741體現了一種直觀而有效的架構，這將是許多放大器系統設計的良好起點。它由輸入級，中間級和輸出級組成。

運算放大器輸入級輸入級接受兩個輸入信號，并將它們轉換為單端信號，然后傳送到中間級。

晶體管Q3和Q4形成差分對，這就是為什么我們說運算放大器具有差分輸入級。輸入信號被差分放大，而不是獨立的信號。

如您所見，運算放大器的輸入端子直接連接到雙極結型晶體管的基極。這導致非常低的輸入電流。差分對具有一個有源負載，并產生一個單端輸出信號（在Q6的集電極處），該信號成為下一級的輸入。

中級運算放大器階段中間級包括三個晶體管（Q15，Q17，Q13），其目的是大大增加信號的幅度。換句話說，這是一個高收益階段。

從輸入級接收輸出信號的晶體管（Q15）被配置為發射極跟隨器（提供高輸入阻抗），并且該發射極跟隨器的輸出被傳送到配置為公共端的晶體管（Q17），發射極放大器（提供高增益）；輸出信號來自該晶體管的集電極。

該共射極放大器的負載是充當電流源的晶體管（Q13）；因此，輸入級和中間級都受益于使用有源負載。（如果您想了解為什么有源負載均優于電阻負載，請參閱這篇文章和它的續集。）

您可能已經注意到，中間級包括一個電容器（C1）。這實際上是一個非常重要的組成部分。它被稱為補償電容器，借助米勒效應，它極大地改變了運算放大器的頻率響應。有關更多信息，請參閱AAC關于運算放大器頻率補償的文章。

運算放大器輸出級此時，我們已經對輸入信號進行了差分放大，將它們轉換為單端電壓，施加了高增益，并有益地修改了放大器的頻率響應。現在我們需要在信號傳遞到輸出端子之前對其進行緩沖。

“緩沖器”一詞表示電路提供低輸出阻抗和良好的電流驅動能力，而741通過AB類輸出級實現這些特性。AB類輸出配置將B類配置的高效率與A類配置的低失真結合在一起。

摘要

標準的運算放大器架構由三個相互連接的子電路組成：差分輸入級，高增益級和輸出級。

741運算放大器的輸入級具有一個差分對和一個有源負載。

高增益級包括一個射極跟隨器，一個有源負載的共射極放大器和一個補償電容器。

輸出級是AB類放大器。

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