阅读运算放大器电路图的方法

2012-02-22 15:49:30来源: 互联网

阅读运算放大器电路图的方法

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

        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。

        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。

        运算放大器的读图过程如下:

        (1) 运放电路结构分解

        根据运放结构特点,将运放分解成输入级、中间级和输出级、基准电流源等四个基本部分。

        (2) 基准电流分析

        运放电路中均有一个供偏置用的基准电流源,由它产生基准参考电流

        (3) 静态偏置分析

        在基准电流基础上,通过镜像直流电流或微镜像直流电流源,产生各种大小的直流恒流源或直流微恒流源,这些直流恒流源提供放大用晶体管的静态偏置。

        将镜像直流源电路用等效恒流源代替,可以得到等效直流通路,用于分析各级直流偏置。

        (4) 交流分析

        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

        (1) 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。

        (2) 基准电流分析

        组成运放的基准电流源,中得到的基准电流为

        (3) 静态偏置分析

        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

        (4) 交流分析

        差分输入级中的管构成高精度交流镜像电流源,,因而提供给的电流为,使单端输出的差分电路达到双端输出的效果。同时分别作为的有源负载。

        电容C的作用是进行相位补偿,用于防止该运放可能产生的自激振荡。

        输出级中的给互补输出管提供静态偏置,以消除交越越失真。

        是输出限流保护用取样电阻,当输出电流过大时,导通,通过组成的镜像电流源,将该电流镜像至的另一个基极,通过负反馈抑制输出电流的增大。

        将辅助电路简化后的等效交流通路如图4所示。

图4

        其中,是恒流源的内阻。

        例2,图5是CMOS运放C14573的等效电路图,试分析其基本工作原理。

图5

        (1) 运放电路的结构分解

        输入级是差动放大电路,主要由增强型MOS管组成。输出级是一个简单的共源电路,由实现。

        (2) 基准电流分析

        和外接电阻R产生运放的基准电流

        (3) 静态偏置分析

        构成镜像电流源,且作为源极上的恒流源,并为它们提供直流偏置, 的恒流源负载。

        构成镜像电流源,且漏极提供直流偏置,同时作为的恒流源负载。

        将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6所示。

图6

        (4) 交流分析

        差分输入级中的管构成交流镜像电流源,,因而提供给的电流为,使单端输出的差分电路达到双端输出的效果。

        电容C的作用是相位补偿,用于防止自激振荡。

        将辅助电路简化后的等效交流通路如图7所示。

图7

        其中,是恒流源的内阻。

关键字:运算放大器  电路图

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0222/article_14487.html
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