運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

運(yùn)放的種類很多，具體的實(shí)現(xiàn)電路也千差萬(wàn)別，但是基本結(jié)構(gòu)都差不多如下圖所示

運(yùn)算放大器基本結(jié)構(gòu)

圖中差分放大級(jí)主要是提高共模抑制比，電壓放大級(jí)主要是提高電壓放大倍數(shù)，輸出級(jí)用于提高輸出功率。可以說(shuō)，運(yùn)算放大器是差分放大器的直接應(yīng)用。

運(yùn)算放大器原理圖

如上圖所示，是一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器原理圖。T1、T2組成了差分放大器，構(gòu)成了運(yùn)放的差分放大級(jí)；T3、T4組成復(fù)合管共射極電路，構(gòu)成了運(yùn)放的電壓放大級(jí)；T5、T6組成了兩級(jí)射極跟隨器構(gòu)成電路輸出級(jí)，提高帶負(fù)載能力。

差分式輸入級(jí)原理圖

如圖是運(yùn)算放大器第一級(jí)，即差動(dòng)式輸入級(jí)，是一個(gè)基本的差分放大電路，這一級(jí)是集成放大器的核心和基礎(chǔ)部分。三極管T1、T2特性相同，電路參數(shù)也對(duì)稱，如Rc1=Rc2等。兩三極管發(fā)射極連接在一起串聯(lián)一個(gè)恒流源。

當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，vs1=vs2=0，由于電路完全對(duì)稱ic1=ic2，Rc1和Rc2兩端的壓降相同，那么輸出信號(hào)vo=vc1-vc2=0。當(dāng)輸入信號(hào)vs1、vs2不相等時(shí)，vo則有信號(hào)電壓輸出。

運(yùn)算放大器的指標(biāo)定義

運(yùn)算放大器的指標(biāo)有很多，這里我們說(shuō)一說(shuō)幾個(gè)在設(shè)計(jì)中較為常用的指標(biāo)：

1 輸入偏置電流（Input bias current）Iib，運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值
2 輸入失調(diào)電流（Input offset current）Iio，運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流之差。
3 輸入失調(diào)電壓（Input offset voltage）Vio，運(yùn)放輸入電壓為零時(shí)，存在一定的輸出電壓，為了使這個(gè)輸出電壓為零，在室溫（25℃）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，在輸入端加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。在實(shí)踐中，失調(diào)電壓的偏置補(bǔ)償非常困難，一方面是對(duì)于高放大倍數(shù)運(yùn)放，很小的錯(cuò)誤調(diào)節(jié)也會(huì)導(dǎo)致過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，另一方面偏置電壓對(duì)溫度的依賴性導(dǎo)致，溫度變化，誤差也會(huì)變化。
4 最大上升速度，運(yùn)放在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號(hào)時(shí)，輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大變化速度。
5 輸入、輸出電阻，輸入端共模電阻Rcm和差動(dòng)電阻Rd。對(duì)于運(yùn)算放大器的控制，Rd電阻上的電壓降被放大，需要在設(shè)計(jì)中考慮。運(yùn)放搭輸入電阻在低頻時(shí)較大，隨著頻率升高而減小，輸出電阻隨著頻率升高成感性阻值增大。
6 開環(huán)差模電壓增益，由于運(yùn)放電容影響與頻率有關(guān)，數(shù)據(jù)手冊(cè)中的數(shù)值僅適用于直流和低頻放大。
7 單位增益帶寬和開環(huán)帶寬，單位增益帶寬是指運(yùn)放在開環(huán)差模電壓增益為0db時(shí)的頻率，開環(huán)帶寬則是開環(huán)差模電壓增益下降到3db時(shí)的頻率。這兩個(gè)頻率說(shuō)明了開環(huán)增益的頻率響應(yīng)。

審核編輯：劉清