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了解运放芯片的内部结构

作者:管理员 人气:次 发表时间:2019-08-22 14:27:40

运放芯片是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。它的类型很多,电路也不一样,但结构具有共同之处,下图所示为集成运放的内部电路组成框图。

图中输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差动放大电路,利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能,它的两个输人端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益,它可由一级或多级放大电路组成。输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器构成,以降低输出电阻,提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节。如电平移动电路,过载保护电路以及高频补偿电路等。
常规运放符号看,除了输入、输出3个端子,正常工作时还需供电两个端子,这样一来,运放电路其实是个五端元件了。输入端+、-的标记是依据两输入端与OUT端相互影响的电压变化趋势来规定的,若令IN+端接地(或施加固定不变之电压),信号从IN-端进入,输入电压升高时,输出电压是降低的,呈反相关系,则为反相放大器;反之,当信号从IN+端进入,输入电压与输出电压变化则是同步的,则为同相放大器。
将三角形内部的输出级搬出来,即成为图中的b电路了。运放电路的典型供电电压为±15V,其输出级电路为NPN和PNP三极管构成的电压互补式放大器,Q1的c极接+15V,Q2的c极接-15V。±15V电源的公共地(+15V电源的负端)即为信号地(即0V基准),此后所指输入电压、输出电压的高低,均指针对信号地而言。为了图面简洁,将前级电路的供电省略掉。以下原理分析即据b图而为之。
我们先来从比较特性来出发,规定输入端IN+、IN-与输出级Q1、Q2的对应关系:
IN+对应Q1,当IN+》IN-时,Q1导通,使OUT输出电压往+15V上靠拢;
IN-对应Q2,当IN-》IN+时,Q2导通,使OUT输出电压往-15V上靠拢。
当运放电路处于开环状态时,因其放大倍数无穷大之故,只要IN-和IN+之间略有电位差,其输出电压即要么接近+15V,要么接近-15V。输出只有高、低电平,而无其它结果,这说明开环时,运放变身为比较器身份,而出离放大器区域了。