姓名：劉爍爍 ；學(xué)號(hào)：20181213904；學(xué)院：廣州研究院
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【嵌牛導(dǎo)讀】實(shí)際運(yùn)放電路怎么分析？
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【嵌牛正文】分析、仿真和改進(jìn)一個(gè)實(shí)際運(yùn)算放大器
此運(yùn)放采用BJT晶體管工藝，雖然年代久遠(yuǎn)，其設(shè)計(jì)還是非常經(jīng)典，下圖其內(nèi)部電路圖：
該電路涉及的以下主要知識(shí)點(diǎn)：
鏡像電流
差動(dòng)放大
達(dá)林頓電路
互補(bǔ)發(fā)射級(jí)跟隨器
米勒自舉補(bǔ)償
轉(zhuǎn)換速率(SR)與增益帶寬
.....
一、鏡像電流電路的基本原理
理想BJT的集電極電流Ic與Vbe關(guān)系為
下圖為BJT的基本電流鏡電路：
對(duì)于(a)有：
根據(jù)基爾霍夫電流定律有：
對(duì)于芯片IC內(nèi)所形成的電流鏡像像的配對(duì)BJT，若發(fā)射極面積完全相同的話，則二者的飽和電流相同?？墒?，實(shí)際上各個(gè)發(fā)射極面積難免有些誤差，所以飽和電流也有+/-1%到+/-10%的誤差，從而，對(duì)于IC芯片而言，上圖(a)的Q1與Q2的集電極電流也存有+/-1%到+/-10%的相對(duì)誤差。這個(gè)誤差太大了，其改進(jìn)如上圖(b)所示:
對(duì)于(b)有：
運(yùn)放電路圖中有三個(gè)電流鏡：
Q6與Q10 Q6與Q5 Q3與Q4
假設(shè)穩(wěn)壓二極管D2的齊納電壓為5.6V，則：
Q6與Q5 鏡像源：
當(dāng)外部輸入0電壓時(shí)，
二、以鏡像電流為負(fù)載的差動(dòng)放大
輸入差動(dòng)放大電路簡(jiǎn)化如下圖：
Ic1與Ic2的特性曲線如下：
在靜態(tài)工作點(diǎn)附近具有最大的跨導(dǎo)gm，當(dāng)差動(dòng)信號(hào)達(dá)到+/-100mv,即4到5倍VT時(shí)，Ic1/Ic2一個(gè)幾乎截止，另一個(gè)幾乎飽和。
對(duì)Ic1做冪級(jí)數(shù)展開(kāi)：
那么運(yùn)放的輸入阻抗是多少？第一級(jí)是差分對(duì)輸入，且是共射結(jié)構(gòu)：
三、達(dá)林頓電路
對(duì)于圖中的Q9與Q11也可看成達(dá)林頓電路，因?yàn)镽4>>Q11的輸入阻抗Rin11=100*26/0.86=3k,其遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于R4的50k,所以Q9的集電極變化電流基本全部流入Q11的基極，因而Q9與Q11組成達(dá)林頓電路，其
四、互補(bǔ)發(fā)射級(jí)跟隨器
Q14/Q15構(gòu)成互補(bǔ)發(fā)射級(jí)跟隨器，跟隨器的電壓增益約為1，而輸入阻抗約為
Q14/Q15構(gòu)成二極管偏置電路，防止互補(bǔ)發(fā)射級(jí)跟隨器的輸出失真
五、整個(gè)電路的簡(jiǎn)化與小信號(hào)等效模型
下面是增益估算模型
低頻增益
由上圖可知低頻增益為：
高頻增益
由于中間級(jí)的輸入級(jí)Q9是跟隨器，輸入阻抗很高，高頻時(shí)C2電容的米勒自舉效應(yīng)使得C2在輸入端的等效值很大，阻抗很低，所以變化電流主要流過(guò)C2，同時(shí)由于C2的在中間級(jí)輸入端的等效電容大，高頻時(shí)工作頻率高，使得輸入端交流電位趨于0，故C2兩端電壓即為中間級(jí)的輸出電壓：
高頻時(shí)電壓增益按-6db/倍頻下降，其特征頻率為:
八、C1電容對(duì)頻率的影響
在低頻時(shí)C1阻抗遠(yuǎn)大于R2的5k,Ic4/Ic2保持為1，而在高頻時(shí)C1阻抗遠(yuǎn)小于R2的5k，此時(shí)Ic4/Ic2保持將不再為1：
九、轉(zhuǎn)換速率與相位補(bǔ)償關(guān)系
由前所述，當(dāng)差動(dòng)放大的輸入信號(hào)較大時(shí)，比如大于+/-200mv，則差動(dòng)放大器的對(duì)稱兩管子一個(gè)飽和一個(gè)截止，輸出電流為方波電流：
注意：此關(guān)系只針對(duì)一階主極點(diǎn)的運(yùn)放成立，比如：
NJM4580:
以下是TI的運(yùn)放，紅色圈的基本滿足以上關(guān)系：
