時間:2010-04-17 23:13:09 **: 作者:
整合運算放大電路的一般組成及其單元結構,如恆流源電路、差分放大電路、cc-ce、cc-cb電路和互補輸出電路等。
運算放大器主要由輸入級、中間放大級、輸出級和偏置電路等四部分組成,如圖1所示。
圖1運算放大器的偏置電路與分立放大電路的偏置電路設計有很大不同,主要由各種形式的恆流源電路實現,熟悉各種形式的恆流源電路是閱讀運放電路的基礎。
運算放大器的輸入級通常是差分放大電路,其主要功能是抑制共模干擾和溫漂,雙極型運放中差分管通常採用cc-cb復合管,以便拓展通頻帶;
運算放大器的中間級採用共射或共源電路,並採用恆流源負載和復合管以增加電壓放大倍數。
雙極型運算放大器的輸出級採用互補輸出形式,其主要功能是提高負載能力並增大輸出電壓和電流的動態範圍。二只輸出管輪流導通,每管工作在乙類狀態。為消除交越失真,通常會給輸出管提供適當的偏置電流,讓其工作在甲乙類狀態。
由於積體電路工藝的限制,各級之間採用直接耦合。為保證輸入短路時,輸出直流電平為零,有時還需要在級間加入電平移動電路。
運算放大器的讀圖過程如下:
(1) 運放電路結構分解
根據運放結構特點,將運放分解成輸入級、中間級和輸出級、基準電流源等四個基本部分。
(2) 基準電流分析
運放電路中均有乙個供偏置用的基準電流源,由它產生基準參考電流。
(3) 靜態偏置分析
在基準電流基礎上,通過映象直流電流或微映象直流電流源,產生各種大小的直流恆流源或直流微恆流源,這些直流恆流源提供放大用電晶體的靜態偏置。
將映象直流源電路用等效恆流源代替,可以得到等效直流通路,用於分析各級直流偏置。
(4) 交流分析
運算放大電路的主要功能是進行線性放大。此外還有一些附加功能電路,如交流映象電流源電路,輸出保護電路,交越失真補償電路,電平移動電路等, 這些電路為保證放大功能提供輔助作用,通常並不影響放大電路指標計算。對輔助電路進行簡化,可以方便交流分析。
得到簡化的交流等效電路後,將電晶體用小訊號模型替代,就可以計算放大電路的動態指標。
圖2是ua741運算放大電路的等效電路圖,試分析其基本工作原理。
圖2(1) 運放電路的結構分解
輸入級是乙個差動放大電路,主要由、(共集-共基組合)和、組成。中間放大級由、、組成共集—共射電路;輸出級由、組成互補輸出電路。
(2) 基準電流分析
、、組成運放的基準電流源,中得到的基準電流為
(3) 靜態偏置分析
與構成微映象電流源,一方面給、的基極提供偏置,另一方面由、構成的映象電流源給、、、的集電極提供恆流偏置,同時作為、的恆流負載。
是多集電極管,它與構成映象電流源。一方面給提供偏置電流,同時作為的有源負載。則是給提供偏置電流,同時作為的有源負載。
將電路中的映象直流電流源用等效恆流源代替,得到等效直流通路如圖3所示。
圖3(4) 交流分析
差分輸入級中的、、管構成高精度交流映象電流源,,因而提供給的電流為,使單端輸出的差分電路達到雙端輸出的效果。、同時分別作為圖5
(1) 運放電路的結構分解
輸入級是差動放大電路,主要由增強型mos管、組成。輸出級是乙個簡單的共源電路,由實現。
(2) 基準電流分析
和外接電阻r產生運放的基準電流。
(3) 靜態偏置分析
與構成映象電流源,且作為、源極上的恆流源,並為它們提供直流偏置, 、是、的恆流源負載。
與構成映象電流源,且給漏極提供直流偏置,同時作為的恆流源負載。
將映象直流電流源用等效恆流源代替,得到等效直流通路如圖6所示。
圖6(4) 交流分析
差分輸入級中的、管構成交流映象電流源,,因而提供給的電流為,使單端輸出的差分電路達到雙端輸出的效果。
電容c的作用是相位補償,用於防止自激振盪。
將輔助電路簡化後的等效交流通路如圖7所示。
圖7其中,是恆流源的內阻。
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