運(yùn)放原理圖解析

雖然我們學(xué)過三大放大電路，在實(shí)際應(yīng)用中，直接使用三大放大電路的情況很少。大多數(shù)情況都是采用運(yùn)放搭建的，運(yùn)放使用起來真是很方便。但是，運(yùn)放到底是如何制成的呢？我們先來看一張經(jīng)典的運(yùn)放LM741。
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上圖中外圍電路構(gòu)成的是正相比例放大電路

外圍電路非常簡(jiǎn)單，這里就不贅述了。 但是，看到上面運(yùn)放的原理圖，不少同學(xué)直呼頭大。 這么復(fù)雜，根本無從下手啊。 很多課程中，只講運(yùn)放的應(yīng)用，也不會(huì)涉及這些內(nèi)容。 就會(huì)讓很多人覺得不是很舒服，對(duì)于一個(gè)天天要使用的東西，總是不明白他的原理。

今天開始，我?guī)Т蠹襾斫馕鲞@張電路圖。 再復(fù)雜的電路，也是有分析方法的。 最關(guān)鍵的是，你不要被它嚇到，其實(shí)最核心的還是我們前面介紹過的三極管放大電路。

01—鏡像電流源

我們先來看最簡(jiǎn)單的鏡像電流源

從上面的電路中，很容易得到

在β很大的情況下，輸出電流和輸入電流基本相等。 這是一個(gè)很好的特性。 可以讓我們用輸入的電流來控制輸出的電流。

02—微電流源

上面這個(gè)電流源我們稍微進(jìn)行定量分析一下，假設(shè)運(yùn)放的正負(fù)電源是30V，又因?yàn)樵?a target="_blank">芯片中，做不了大電阻，一般最大只有幾K，那么，在電流源的輸入端，電流一般是mA級(jí)別的。 那如果我們需要uA級(jí)別的電流呢？

接下來，我們來看改進(jìn)的電流源。

在T2的射極處加一個(gè)電阻R 和 ，我們來進(jìn)行推導(dǎo)

根據(jù)三極管基極電流公式：

變形后得到：

帶入上面的公式，可以解得

現(xiàn)在我們假設(shè)輸入電流為1mA，輸出電阻需要10uA，其中UT為常量26mV，計(jì)算得到R和 = 120Ω。

這樣，我們就得到了一個(gè)10uA的電流源。

為什么需要這么小的電流源呢？ 一般還是基于功耗考慮，不能讓能量都消耗在了運(yùn)放上面。

03—含有電流源的放大電路

在放大電路中，加入電流源還有什么好處嗎？

我們將電流源加到經(jīng)典的共射放大電路中來看看。

整理后得到動(dòng)態(tài)等效電路

把RC換成電流源后，動(dòng)態(tài)等效圖沒有改變，就是用rCE2取代了原來的R C 。 這里的rCE2會(huì)明顯大于原來的R C ，這樣電路的放大倍數(shù)就被提高了。 并且，電流源還給放大管給配置好了靜態(tài)電路。

04—再看運(yùn)放原理圖

再看我們的運(yùn)放原理圖

很容易，能看出來Q4和Q9組成了鏡像電流源，Q10和Q11組成了鏡像電流源，Q13，Q12和R4組成了微電流源。

再看從Q12到R13到Q12的路徑，大概可以計(jì)算出它的電流是730uA。 那么Q11的集電極輸出也是730uA。

再計(jì)算微電流源的電流，大概為19uA。

計(jì)算這個(gè)，稍微有點(diǎn)難度，因?yàn)槭且粋€(gè)超越方程。 可以用軟件進(jìn)行模擬，或者自己寫個(gè)小程序來計(jì)算。

知道了上面電流源的作用后，我們將電路進(jìn)行簡(jiǎn)化。

這樣看，電路結(jié)構(gòu)清爽了不少。

剩下的電路，邏輯結(jié)構(gòu)就很清晰了，三級(jí)結(jié)構(gòu)出來了，前面是差分輸入，中間是放大，最后是輸出結(jié)構(gòu)。

關(guān)于輸入和輸出，如果有小伙伴不是很懂，我們會(huì)在后面繼續(xù)進(jìn)行講解。

05—結(jié)尾

今天，運(yùn)放原理圖的解析，就講到這里了，不知小伙伴們看懂沒有。 如果覺得我講得不好，歡迎拍磚，在后臺(tái)給我留言即可。

另外，三極管在模擬電路中，除了放大，還有很多其他用處。 最典型的就是利用它r那靜態(tài)電阻小，動(dòng)態(tài)電阻大的特點(diǎn)。 上面含有電流源的放大電路中，其實(shí)就是利用到了三極管的這一點(diǎn)。