运算放大器的偏置电路与分立放大电路的偏置电路设计有很大不同,主要由各种形式的恒流源电路实现,熟悉各种形式的恒流源电路是阅读运放电路的基础。运算放大器的输入级通常是差分放大电路,其主要功能是抑制共模干扰和温漂,双极型运放中差分管通常采用CC-CB复合管,以便拓展通频带;运算放大器的中间级采用共射或共源电路,并采用恒流源负载和复合管以增加电压放大倍数。双极型运算放大器的输出级采用互补输出形式,其主要功能是提高负载能力并增大输出电压和电流的动态范围。二只输出管轮流导通,每管工作在乙类状态。为消除交越失真,通常会给输出管提供适当的偏置电流,让其工作在甲乙类状态。
集成运算放大电路的一般组成及其单元结构,如恒流源电路、差分放大电路、CC-CE、CC-CB电路和互补输出电路等。运算放大器主要由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路等四部分组成,如图1所示。
图1
由于集成电路工艺的限制,各级之间采用直接耦合。为保证输入短路时,输出直流电平为零,有时还需要在级间加入电平移动电路。运算放大电路的主要功能是进行线性放大。此外还有一些附加功能电路,如交流镜像电流源电路,输出保护电路,交越失真补偿电路,电平移动电路等, 这些电路为保证放大功能提供辅助作用,通常并不影响放大电路指标计算。对辅助电路进行简化,可以方便交流分析。得到简化的交流等效电路后,将晶体管用小信号模型替代,就可以计算放大电路的动态指标。
图2是uA741运算放大电路的等效电路图,试分析其基本工作原理。
图2
运放电路的结构分解
输入级是一个差动放大电路,主要由、(共集-共基组合)和、组成。中间放大级由、、组成共集—共射电路;输出级由、组成互补输出电路。
静态偏置分析
与构成微镜像电流源,一方面给、的基极提供偏置,另一方面由、构成的镜像电流源给、、、的集电极提供恒流偏置,同时作为、的恒流负载。
是多集电极管,它与构成镜像电流源。一方面给提供偏置电流,同时作为的有源负载。则是给提供偏置电流,同时作为的有源负载。
将电路中的镜像直流电流源用等效恒流源代替,得到等效直流通路如图3所示。
图3
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