單電源運放的介紹
單電源運放按照輸出擺幅分為2類:一類是以LM358,LM324等為代表的傳統單電源運放。他們的共同特點是輸出幅值不能擺動到電源電壓的上下限,因此限制了輸出電路的動態響應范圍;另一類是以TLV2472等為代表的(軌對軌)單電源運放,LM358運放,但討論的結果同樣實用于性能優越的單電源運放。
單電源運放不僅可以單電源供電,而且也可以雙電源供電。如果采用雙電源供電,單電源運放就失去了他的優勢,從而與普通的雙電源運放在使用上沒有太大的區別。因此本文只討論單電源運放的單電源供電工作方式。
單電源運放內部電路分析
通用單電源運放的內部電路原理圖基本相同,這里以LM358作為對象進行分析。LM358的內部電路原理圖如圖1所示。分析時按照偏置電路、差分輸入級、中間放大級、推挽輸出級4個部分逐一分析。
1)偏置電路
在TI公司LM358的數據手冊中,運放內部的偏置電路已經全部用等效電流源替代。這些電流源分別為整個電路提供合適的靜態工作點,或作為有源負載。
2)差分輸入級
輸入級是雙端輸入單端輸出的差分放大電路。其中Q1和Q4為縱向PNP管放大倍數大,Q2與Q3為橫向PNP管,發射結承壓高。電路采用的是共集共射形式,因此輸入級有較強的放大能力、較高的耐壓能力和較高的輸入電阻。
3)中間放大級
中間放大級也采用的是共集共射放大電路。Q10,Q11組成兩級共射跟隨器,使中間放大級具有很大的輸入電阻,從而進一步提高了輸入級的放大倍數。Q10,Q11雖然不能放大電壓,但是具有很大的電流放大倍數,可以為Q12提供更大的基極電流,同時100A的電流源也作為Q12的有源負載使中間級有很大的放大能力。
4)輸出級
輸出級分為2種情況。當雙電源供電時由Q5,Q6,Q13組成互補輸出級但是存在交越失真。當單電源供電時Q5,Q6組成兩級射級跟隨電路,使輸出級具有很低的輸出電阻。此時Q12的集電極電位:
輸出端的電位UO是Q13的發射級電位,所以Q13的發射結反偏截止。
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