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ic10供给输入级中vt2、vt4的偏置电流,且ic10远小于iref。
vt8和vt9为一对横向pnp型晶体管,它们组成镜像电流源(ie8=ie9),供给输入级vt1、vt2的工作电流(ie8≈ic10),这里ie9为ie8:的基准电流。于是ic1=ic2=(1+2/β)ic8/2,ic1≈ic3=ic4≈ic5=ic6。必须指出,输入级的偏置电路本身构成反馈环。可减小零点漂移。例如,当温度升高时,则产生如下的自动调整过程;
温度↑→(ic34+ic4) ↑→ie8↑→ie9↑→ic9↑→i3.4↓→(ic3+ic4) ↓
因为:ic9+i3、4=ic10≈常数
由此可见,由于ic10恒定,上述反馈作用保证了ic3和ic4十分恒定,从而起到了稳定工作点的作用。提高了整个电路的共模抑制比。
vt12和vt13构成双端输出的镜像电流源。vt12是一个双集电极的横向pnp型晶体管,可视为两个晶体管,它们的两个基-集结彼此并联。一路输出为vt13a集电极,使ic16+ic17=ic13b,主要作为中间放大级的有源负载;另一种输出为vt13a的集电极,供给输出级的偏置电流,使vt14、vt20工作在甲乙类放大状态。
(2)输入级 图b所示为741的简化电路,只是将图a中产生恒定电流的电路都用恒流源来代替。输入级是由vt1~vt6组成的差动式放大电路。由vt6的集电极输出。vt1、vt3和vt2、vt4组成共集共基复合差动电路,纵向npn型晶体管vt1、vt2组成共集电路可以提高输入阻抗。
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