運算放大器_3.瞭解運算放大器規格(翻譯Understanding Operational Amplifier Specifications)

白皮書:SLOAO11

原文作者:Jim Karki

本文由以下6部分來講解。

引言,介紹,同相放大器,反向放大器,運算放大器電路內部簡圖,運算放大器的參數。

運算放大器內部框圖

實際運放不是理想的,受到許多限制,爲了理解和討論這些限制的源頭,需要立即運放的內部電路,圖6是內部的簡化框圖

 

雖然簡化了,這個電路包含三個級,輸入級,中間級,輸出級

輸入級的功能是放大輸入差分Vp-Vn,並將其轉換爲單端信號。中間級進一步放大信號並提供頻率補償。輸出級提供輸出驅動能力。

輸入級

輸入級的對稱性是其工作的關鍵。晶體管對 Q1-Q2和Q3-Q4儘可能地匹配。Q3是二極管連接的(將三極管連接成二極管,在電路中起溫度補償作用(溫度升高,基極變低,從而穩定溫度對Q4的影響),將發射級和基極連接)。這將迫使Q3中的集電極電流等於IC1。Q3和Q4的基發射極結是平行的,因此它們都看到相同的VBE。由於Q4與Q3匹配,其集電極電流也等於IC1。這個電路叫做電流鏡。

電流源2IE分爲Q1和Q2。這個劃分取決於輸入電壓Vp和Vn。當Vp大於Vn時,Q1的電流大於Q2,IC1大於IC2。

Q3-Q4的電流鏡作用導致IOUT1流入Q2-Q4的集電級。當Vn大於VP時,Q2的電流大於Q1,IC2大於IC1。Q3-Q4的電流鏡動作導致IOUT1流出Q2-Q4的集電級。IOUT1是第一級輸出的單端信號,與差分輸入Vp-Vn成正比。IOUT1=gm1(Vp-Vn)。術語gm1被稱爲輸入級的跨導。輸入級是一個跨導放大器。

中間級

第二級將IOUT1轉換爲電壓並提供頻率補償。如果IOUT1流入Q2-Q4的集電極-集電極結,則第二級輸出電壓被驅動爲正。如果IOUT1從Q2-Q4的集電極-集電極結流出,則第二級輸出電壓被驅動爲負。第二級是電阻放大器,第二級電容器CC提供內部頻率補償。它使增益隨着頻率的增加而降低。沒有CC電容,在大多數應用中需要外部補償,防止運算放大器振盪。

輸出級

輸出級是典型的AB類推輓放大器。Q6和Q7的發射極跟隨器結構爲輸出負載提供電流驅動,具有單位電壓增益。輸出級是電流放大器。

 

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