这里介绍一种通用型集成运算放大器,以741型集成电路运算放大器作为模拟集成电路的典型例子,其原理电路如图1a所示。该电路由输入级、偏置电路、中间级和输出级组成。 (1)偏置电路741型集成运放由24个晶体管、10个电阻和一个电容所组成。在体积小的条件下,为了降低功耗以限制温升,必须减小各级的静态工作电流,故采用微电流源电路。 图1 741型集成运算放大器 a)原理电路 b)简化电路 如图2a所示,由+Vcc→VT12→R5→VT11→- VEE构成主偏置电路,决定偏置电路的基准电流IREF。主偏置电路中的VT11和VT10组成微电流源电路(IREF≈IC11),由I 通用型集成运算放大器在模拟电子技术中扮演着至关重要的角色,其中741型运算放大器是一个典型的代表。741型运算放大器是一种包含了24个晶体管、10个电阻和1个电容的集成电路,设计用于提供高增益、低噪声以及良好的线性性能。它被广泛应用于各种模拟电路,如滤波器、比较器、电压跟随器等。 我们来看偏置电路。在741型运算放大器中,偏置电路是确保内部晶体管正常工作的关键部分。如图1a所示,主偏置电路由VT12、R5、VT11以及-VEE构成,它决定了基准电流IREF。通过微电流源电路(VT11和VT10),可以生成一个稳定的电流源,这个电流源不仅为输入级的VT2和VT4提供偏置电流,还对其他级的静态工作电流进行控制,以实现低功耗运行,防止因温度升高导致的功耗增加。 图2a进一步展示了741的简化偏置电路。VT8和VT9构成了一个镜像电流源(IE8 = IE9),为输入级的VT1、VT2提供工作电流。这种设计保证了输入级的电流稳定性,即使在温度变化时,也能通过反馈机制自动调整,减小零点漂移。例如,当温度上升时,通过改变电流回路中的电流,可以保持VT3和VT4的电流相对恒定,从而提高共模抑制比,即电路对共模信号的抑制能力。 接下来,我们关注输入级。741的输入级是一个差动式放大电路,如图b所示,由VT1到VT6组成。这种结构能有效地抵消共模信号,只放大差模信号,同时提供高的输入阻抗。VT1、VT3和VT2、VT4构成共集共基复合差动电路,VT1和VT2的纵向NPN型晶体管配置提高了输入阻抗,增强了信号处理能力。 中间级通常使用有源负载,这里采用VT12和VT13构成的双端输出镜像电流源。VT12的双集电极设计可以提供两路独立的电流输出,一路作为中间级的有源负载,增强放大能力,另一路则为输出级的偏置电流,确保VT14和VT20工作在甲乙类放大状态,提供线性输出。 输出级的设计则根据需要的功率输出和负载特性进行优化,以确保足够的驱动能力,并且能够处理较大的负载变化。在741中,输出级的晶体管配置确保了既能提供高电压摆幅,又能保持低输出阻抗。 741型运算放大器的内部结构和工作原理展示了模拟集成电路如何通过精细的电路设计实现高性能的运算放大功能。这种通用性使得741成为许多经典模拟电路设计的基础,而理解其内部工作机制对于深入学习模拟电子技术至关重要。
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