運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)原理

在中低速模擬信號(hào)處理電路中，運(yùn)算放大器經(jīng)常被作為電壓取差模塊被用于負(fù)反饋回路、電壓比較電路、信號(hào)放大電路等。早期的運(yùn)算放大器大多基于電阻與BJT晶體管設(shè)計(jì)，除了在模擬電路中有所應(yīng)用，也被應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)等計(jì)算系統(tǒng)。根據(jù)輸入阻抗輸出阻抗的需求，運(yùn)算放大器還分為結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管輸入、MOSFET管輸入、CMOS集成等形式。隨著CMOS集成電路工藝和數(shù)字電子技術(shù)的興起，現(xiàn)今運(yùn)算放大器多采用全MOSFET管設(shè)計(jì)，應(yīng)用領(lǐng)域也主要集中在模擬電路。

運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)有二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，在高速應(yīng)用中還有單級(jí)結(jié)構(gòu)。在一般應(yīng)用中，三級(jí)運(yùn)放較常見(jiàn)。一個(gè)運(yùn)算放大器中主要包括：參考電流源模塊、電壓差分放大器模塊、電壓放大模塊、相位穩(wěn)定模塊、輸出擴(kuò)流模塊。

參考電流源模塊為所有放大級(jí)提供偏移電流，通過(guò)兩級(jí)電流鏡互相復(fù)制，參考電流源可以將電源電壓波動(dòng)的干擾降至最低，如圖中運(yùn)放，M8~M13、RB構(gòu)成一參考電流源。

差分放大級(jí)作為運(yùn)算放大器的輸入，主要起到取電壓差的作用。第一級(jí)輸入阻抗高、共模抑制比高，但是放大倍數(shù)較低約為100V/V，如圖中M1~M5組成了一個(gè)差分放大器。

運(yùn)算放大器的第二級(jí)為電壓放大級(jí),通常由一個(gè)共源MOSFET放大器構(gòu)成，放大倍數(shù)約為1000V/V，但是頻率響應(yīng)和帶負(fù)載能力較差。放大器形式也分為甲、已類。在運(yùn)算放大器的第二級(jí)還有一個(gè)相位補(bǔ)償電容Cc，利用米勒效應(yīng)達(dá)到自身數(shù)百倍的等效容值，主要用于主導(dǎo)此運(yùn)放的所有極點(diǎn)以穩(wěn)定自身輸出。在此級(jí)還有一個(gè)工作于線性區(qū)作為電阻使用的MOSFET管M14，也是通過(guò)抵消零點(diǎn)的方法來(lái)達(dá)到穩(wěn)定輸出。

大多運(yùn)算放大器還包括第三級(jí)擴(kuò)流級(jí)，放大倍數(shù)通常為1V/V，但是具有較低輸出電阻和高頻率響應(yīng)。根據(jù)需求不同，還分為甲、已類放大器等。