在分析集成运放电路时,首先应将电路“化整为零”,分为偏置电路、输入级、中间级和输出级四个部分;进而“分析功能”,弄清每部分电路的结构形式和性能特点;“统观整体”,研究各部分相互间的联系,从而理解电路如何实现所具有的功能;必要时再进行“定量估算”。
一、原理电路 双极型集成运放的原理电路如图3.4.1(a)所示,首先将偏置电路分离出来,然后再对放大电路进行分析。
1.对偏置电路的分析 在集成运放电路中,若有一个支路的电流可以直接估算出来,通常该电流就是偏置电路的基准电流。 观察图3.4.1(a)所示电路,电阻.R中的电流Ix4=2VccUunl0R4为
电流源的基准电流。T与T构成镜像电流源,T,R,与T构成微电流源,故T,T,T和R,R构成多路电流源;T的集电极电流为输入级提供静态电流,Γ的集电极电流为中间级和输出级提供静态电流。用电流源符号取代两路电流源电路,则得图(b)所示简化后的放大电路部分,两个输入端的差值(uu)为输入电压。
2. 对原理电路的定性分析 观察图(b)电路,按输入信号(uu)传递的顺序可以看出,所示为三级大电路。与图3.2.1所示集成运放电路方框图对照,级是以T管和T管为放大管、双端输入、单端输出的差分放大电路,以减小整个电路的温漂,增大共模抑制比。第二级是以T和Γ管组成的复合管为放大管、以
恒流源作有源负载的共射放大电路,可获得很高的电压放大倍数。第三级是准互补电路,带负载能力强,且不失真输出电压幅值接近
电源电压;R,R和T,组成U倍增电路,用来消除交越失真。电路还采用NPN 和 PNP型混合使用的方法,以保证各级均有合适的静态工作点,且输入电压为零时输出电压为零。
当输入的差模信号极性u为正、u为负时,aaT管集电极动态电位的极性为负,即1,管的基极动态电位为负,因而T和T.管集电极动态电位为正(共射电路输出电压与输入电压反相),所以输出电压为正(OCL电路是电压跟随电路)。 因此,u与u极性相同,u与u极性相反。可见,uuuuun为同相输入端,uu为反相输入端。
3. 对原理电路的定量估算为了分析动态参数,首先应画出图3.4.1(b)所示电路的交流等效电路,如图3.4.2所示。因为T和T管的集电极所接恒流源的动态电阻无穷大,所以T和T管的动态电流全部流向输出级;且T,管的集电极和发射极之间无动态压降,即可视为短路。因为在输入信号极性不同时,输出级的T,和T,T,和T。中只有一对管子工作,所以交流等效电路中可只画一半电路。
交流等效电路中各支路的电流方向是以输入信号方向为依据逐级确定的。设电路中所有
晶体管的电流放大系数均为β,以下逐级分析电流关系。
若电阻R远远大于第二级放大电路的输入电阻,则T管的基极电流/sla=βIb,而且根据图中电流关系可得II=βI=βlIvI=βI=βlIbI=βIb=β4I1T管的发射极电流全部流入负载,负载电阻上的电流I=I2Ia=βI7βl因此,图3.4.1所示电路的电压放大倍数A5=Δu0Δ(u0un)=I1R1l12r>β3R12r=1上式表明要使电压放大倍数达到几十万甚至上百万倍不是太困难的事。同时说明,双极型管放大电路高电压放大倍数是依靠晶体管的电流放大作用的积累来实现的。输入电阻R1=r1b1+r12=2r1因为差分放大电路的集电极静态电流很小,为几十微安甚至更小,所以输入电阻很大。