运算放大器的建筑和设计技术

半导体制造商生产各种各样的操作AMP IC。有些是针对高速进行了优化的，有些是高精度的。有些使用双极连接晶体管，另一些则使用现场效应晶体管；大多数是电压反馈类型，但有些是为当前反馈。因此，现代操作放大器的原理图有无数的变化，此外，我们无法使用这些原理图。这就是为什么研究741运算放大器是有意义的。

741最早于1968年推出。它是一种基于BJT的设备，它已成为最早的高性能，用户友好的运算放大器之一。尽管不再是最先进的设备，但741仍然很好地介绍了操作AMP设计的基本原理。

这是数据表中提供的示意图LM741来自德州仪器。

三阶段架构

分析像741这样的电路时需要做的第一件事是将原理图分为阶段，也就是说，将其分为具有相干函数的子电路，并与其他子电路一起工作以创建设备的整体功能。

741例证了一个直观有效的体系结构，这将是许多放大器系统设计中的良好起点。它由输入阶段，中间阶段和输出阶段组成。

运算放大输入阶段

输入阶段接受两个输入信号，并将它们转换为单端信号，该信号被输送到中间阶段。

晶体管Q3和Q4形成A差分对，这就是为什么我们说运算放大器具有差分输入阶段的原因。输入信号被差异放大，而不是独立信号。

如您所见，运算放大器的输入终端直接连接到双极连接晶体管。这会导致非常低的输入电流。差分对具有主动载荷并产生单端的输出信号（在Q6的收集器上），这成为下一阶段的输入。

中级运算阶段

中间阶段包括三个晶体管（Q15，Q17，Q13），其目的是极大地增加信号的幅度。换句话说，这是一个高级阶段。

从输入阶段接收输出信号的晶体管（Q15）被配置为发射机跟随器（提供很高的输入阻抗），并且该发射极跟随器的输出被传递到晶体管（Q17），该输出被配置为通用 -发射器放大器（提供高收益）；输出信号来自该晶体管的收集器。

该通用发射极放大器的负载是作为当前源的晶体管（Q13）；因此，输入阶段和中间阶段都受益于使用活动载荷。（如果您想了解为什么主动负载优于电阻载荷，请参考本文和它的续集。）

您可能已经注意到中间阶段包括电容器（C1）。这实际上是一个非常重要的组成部分。它被称为补偿电容器，借助米勒效应，它大大改变了操作机的频率响应。有关更多信息，请参阅AAC的文章运算放大器频率补偿。

运算放大器输出阶段

在这一点上，我们已经差异化了输入信号，将它们转换为单端电压，施加了高增益，并有益修改了放大器的频率响应。现在，我们需要在信号传递到输出端子之前对其进行缓冲。

“缓冲区”一词意味着电路提供了低输出阻抗和良好的电流驾驶能力，而741通过类AB输出阶段实现了这些特性。类AB输出配置将类B级配置的高效率与A类配置的低失真相结合。

概括

• 标准的操作AMP架构由三个相互连接的子电路组成：差分输入阶段，高增益阶段和一个输出阶段。
• 741 Op-Amp的输入阶段具有差分对和一个主动载荷。
• 高增益阶段由发射机追随者，积极加载的普通发射极放大器和补偿电容器组成。
• 输出阶段是AB类放大器。