运放体系结构与设计技术

半导体制造商生产各种运放集成电路。有些是为高速而优化，有些是为高精度而优化;有的使用双极结晶体管，有的使用场效应晶体管;大多数是电压反馈型，但有些是为当前的反馈。因此，现代OP-AMPS的原理图中存在无数变化，而且，我们无法访问这些原理图。这就是研究741 OP-AMP的原因。

741在1968年首次推出。它是一款基于bjt的设备，作为第一个高性能、用户友好的运算放大器之一，获得了近乎传奇的地位。虽然不再是一个最先进的设备，741仍然提供了一个很好的介绍基本原则的运放设计。

的数据表中提供的原理图LM741来自德州仪器。

三级架构

在分析像741的电路时需要做的第一件事是将原理图分为阶段 - 即，在具有相干功能的子通话中，并且与其他子通信算子一起使用以创造设备的整体功能。

741举例说明了一种直观且有效的架构，这将是许多放大器系统设计中的一个很好的起点。它由输入阶段，中间阶段和输出级组成。

运放输入级

输入级接受两个输入信号，并将它们转换为发送到中间级的单端信号。

晶体管Q3和Q4形成a差异对，这就是为什么我们说运算放大器有一个差分输入级。输入信号被区别放大，而不是作为独立信号。

正如你所看到的，运放的输入端子直接连接到a的基极双极结型晶体管。这导致非常低的输入电流。差分对具有有效负载并产生单端输出信号（在Q6的集电极处），这成为下一个阶段的输入。

中间运放级

中间阶段包括三个晶体管(Q15, Q17, Q13)，其目的是大幅度提高信号的幅值。换句话说，这是一个高增益阶段。

接收输入级输出信号的晶体管(Q15)被配置为发射极跟随器(提供高输入阻抗)，并且该发射极跟随器的输出被发送到配置为共发射极放大器(提供高增益)的晶体管(Q17);输出信号来自这个晶体管的集电极。

该公共发射器放大器的负载是作为电流源的晶体管（Q13）;因此，输入阶段和中间阶段都受益于有源负载。（如果您想了解为什么有效负载优于电阻负载，请参阅本文和它的续集。)

您可能已经注意到中间级包括电容器（C1）。这实际上是一个极其重要的组成部分。它被称为补偿电容，借助米勒效应，它大大改变了OP-AMP的频率响应;有关更多信息，请参阅AAC的文章OP-AMP频率补偿。

OP-AMP输出级

此时，我们已经差别放大了输入信号，将它们转换为单端电压，施加高增益，并有利地修改放大器的频率响应。现在我们需要在信号发送到输出终端之前对其进行缓冲。

“缓冲器”这个词意味着电路提供低输出阻抗和良好的电流驱动能力，而741通过AB类输出级实现了这些特性。AB类输出配置结合了B类配置的高效率和A类配置的低失真。

概括

• 标准OP-AMP架构由三个互连的子电路组成：差分输入级，高增益级和输出级。
• 741运放的输入级有一个差动对和一个有源负载。
• 高增益级由一个发射极跟随器、一个主动加载的共发射极放大器和一个补偿电容组成。
• 输出级是AB类放大器。