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运算放大器的内部结构与指标定义

运算放大器电路

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描述

运算放大器的内部结构

运放的种类很多,具体的实现电路也千差万别,但是基本结构都差不多如下图所示

电源电压

运算放大器基本结构

图中差分放大级主要是提高共模抑制比,电压放大级主要是提高电压放大倍数,输出级用于提高输出功率。可以说,运算放大器是差分放大器的直接应用。

电源电压

运算放大器原理图

如上图所示,是一个简单的运算放大器原理图。T1、T2组成了差分放大器,构成了运放的差分放大级;T3、T4组成复合管共射极电路,构成了运放的电压放大级;T5、T6组成了两级射极跟随器构成电路输出级,提高带负载能力。

电源电压

差分式输入级原理图

如图是运算放大器第一级,即差动式输入级,是一个基本的差分放大电路,这一级是集成放大器的核心和基础部分。三极管T1、T2特性相同,电路参数也对称,如Rc1=Rc2等。两三极管发射极连接在一起串联一个恒流源。

当没有输入信号时,vs1=vs2=0,由于电路完全对称ic1=ic2,Rc1和Rc2两端的压降相同,那么输出信号vo=vc1-vc2=0。当输入信号vs1、vs2不相等时,vo则有信号电压输出。

运算放大器的指标定义

运算放大器的指标有很多,这里我们说一说几个在设计中较为常用的指标:

1 输入偏置电流(Input bias current)Iib,运放输出电压为零时,两个输入端静态电流的平均值
2 输入失调电流(Input offset current)Iio,运放输出电压为零时,两个输入端静态电流之差。
3 输入失调电压(Input offset voltage)Vio,运放输入电压为零时,存在一定的输出电压,为了使这个输出电压为零,在室温(25℃)及标准电源电压下,在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。在实践中,失调电压的偏置补偿非常困难,一方面是对于高放大倍数运放,很小的错误调节也会导致过补偿或欠补偿,另一方面偏置电压对温度的依赖性导致,温度变化,误差也会变化。
4 最大上升速度,运放在闭环状态下,输入为大信号时,输出电压对时间的最大变化速度。
5 输入、输出电阻,输入端共模电阻Rcm和差动电阻Rd。对于运算放大器的控制,Rd电阻上的电压降被放大,需要在设计中考虑。运放搭输入电阻在低频时较大,随着频率升高而减小,输出电阻随着频率升高成感性阻值增大。
6 开环差模电压增益,由于运放电容影响与频率有关,数据手册中的数值仅适用于直流和低频放大。
7 单位增益带宽和开环带宽,单位增益带宽是指运放在开环差模电压增益为0db时的频率,开环带宽则是开环差模电压增益下降到3db时的频率。这两个频率说明了开环增益的频率响应。

审核编辑:刘清

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