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【圖文分享】運(yùn)算放大器的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-07-14 

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【圖文分享】運(yùn)算放大器的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)-KIA MOS管


半導(dǎo)體制造商生產(chǎn)各種運(yùn)算放大器IC。一些針對高速進(jìn)行了優(yōu)化,其他針對高精度進(jìn)行了優(yōu)化;一些使用雙極結(jié)型晶體管,另一些使用場效應(yīng)晶體管;大多數(shù)是電壓反饋型的,但有些是為電流反饋而設(shè)計(jì)的。因此,現(xiàn)代運(yùn)算放大器的原理圖存在無數(shù)種變化,而且,我們無權(quán)使用這些原理圖。這就是為什么研究741運(yùn)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(shè)備,已成為第一批高性能,用戶友好型運(yùn)算放大器之一,具有近乎傳奇的地位。盡管741不再是最先進(jìn)的設(shè)備,但仍然可以很好地介紹運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的基本原理。


運(yùn)算放大器

這是德州儀器(ti)的LM741數(shù)據(jù)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(shí),我們要做的第一件事是將原理圖劃分為多個(gè)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(chuàng)建設(shè)備的整體功能。


741體現(xiàn)了一種直觀而有效的架構(gòu),這將是許多放大器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的良好起點(diǎn)。它由輸入級,中間級和輸出級組成。


運(yùn)算放大器輸入級輸入級接受兩個(gè)輸入信號,并將它們轉(zhuǎn)換為單端信號,然后傳送到中間級。


運(yùn)算放大器


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


如您所見,運(yùn)算放大器的輸入端子直接連接到雙極結(jié)型晶體管的基極。這導(dǎo)致非常低的輸入電流。差分對具有一個(gè)有源負(fù)載,并產(chǎn)生一個(gè)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(yùn)算放大器階段中間級包括三個(gè)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(gè)高收益階段。


運(yùn)算放大器


從輸入級接收輸出信號的晶體管(Q15)被配置為發(fā)射極跟隨器(提供高輸入阻抗),并且該發(fā)射極跟隨器的輸出被傳送到配置為公共端的晶體管(Q17),發(fā)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(fù)載是充當(dāng)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(fù)載。(如果您想了解為什么有源負(fù)載均優(yōu)于電阻負(fù)載,請參閱這篇文章和它的續(xù)集。)


您可能已經(jīng)注意到,中間級包括一個(gè)電容器(C1)。這實(shí)際上是一個(gè)非常重要的組成部分。它被稱為補(bǔ)償電容器,借助米勒效應(yīng),它極大地改變了運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)。有關(guān)更多信息,請參閱AAC關(guān)于運(yùn)算放大器頻率補(bǔ)償?shù)奈恼隆?/span>


運(yùn)算放大器輸出級此時(shí),我們已經(jīng)對輸入信號進(jìn)行了差分放大,將它們轉(zhuǎn)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(yīng)。現(xiàn)在我們需要在信號傳遞到輸出端子之前對其進(jìn)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(qū)動能力,而741通過AB類輸出級實(shí)現(xiàn)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(jié)合在一起。


運(yùn)算放大器


摘要

標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)算放大器架構(gòu)由三個(gè)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(yùn)算放大器的輸入級具有一個(gè)差分對和一個(gè)有源負(fù)載。

高增益級包括一個(gè)射極跟隨器,一個(gè)有源負(fù)載的共射極放大器和一個(gè)補(bǔ)償電容器。

輸出級是AB類放大器。



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