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運放原理

生活更新时间:2024-07-23 14:23:46

運放原理（輕松看懂運放原理圖）1

上圖中外圍電路構成的是正相比例放大電路

運放原理（輕松看懂運放原理圖）2

外圍電路非常簡單，這裡就不贅述了。但是，看到上面運放的原理圖，不少同學直呼頭大。這麼複雜，根本無從下手啊。很多課程中，隻講運放的應用，也不會涉及這些内容。就會讓很多人覺得不是很舒服，對于一個天天要使用的東西，總是不明白他的原理。

01、鏡像電流源

先來看最簡單的鏡像電流源

運放原理（輕松看懂運放原理圖）3

從上面的電路中，很容易得到

運放原理（輕松看懂運放原理圖）4

在β很大的情況下，輸出電流和輸入電流基本相等。這是一個很好的特性。可以讓我們用輸入的電流來控制輸出的電流。

02、微電流源

上面這個電流源我們稍微進行定量分析一下，假設運放的正負電源是30V，又因為在芯片中，做不了大電阻，一般最大隻有幾K，那麼，在電流源的輸入端，電流一般是mA級别的。那如果我們需要uA級别的電流呢？

接下來，我們來看改進的電流源。

運放原理（輕松看懂運放原理圖）5

在T2的射極處加一個電阻RE，我們來進行推導

運放原理（輕松看懂運放原理圖）6

根據三極管基極電流公式：

運放原理（輕松看懂運放原理圖）7

變形後得到：

運放原理（輕松看懂運放原理圖）8

帶入上面的公式，可以解得

運放原理（輕松看懂運放原理圖）9

現在我們假設輸入電流為1mA，輸出電阻需要10uA，其中UT為常量26mV，計算得到RE = 120Ω。

這樣，我們就得到了一個10uA的電流源。

為什麼需要這麼小的電流源呢？一般還是基于功耗考慮，不能讓能量都消耗在了運放上面。

03、含有電流源的放大電路

在放大電路中，加入電流源還有什麼好處嗎？

我們将電流源加到經典的共射放大電路中來看看。

運放原理（輕松看懂運放原理圖）10

整理後得到動态等效電路

運放原理（輕松看懂運放原理圖）11

把RC換成電流源後，動态等效圖沒有改變，就是用rce2取代了原來的RC。這裡的rce2會明顯大于原來的RC，這樣電路的放大倍數就被提高了。并且，電流源還給放大管給配置好了靜态電路。

04、再看運放原理圖

再看我們的運放原理圖

運放原理（輕松看懂運放原理圖）12

很容易，能看出來Q4和Q9組成了鏡像電流源，Q10和Q11組成了鏡像電流源，Q13，Q12和R4組成了微電流源。

再看從Q12到R13到Q12的路徑，大概可以計算出它的電流是730uA。那麼Q11的集電極輸出也是730uA。

再計算微電流源的電流，大概為19uA。

計算這個，稍微有點難度，因為是一個超越方程。可以用軟件進行模拟，或者自己寫個小程序來計算。

知道了上面電流源的作用後，我們将電路進行簡化。

運放原理（輕松看懂運放原理圖）13

這樣看，電路結構清爽了不少。

剩下的電路，邏輯結構就很清晰了，三級結構出來了，前面是差分輸入，中間是放大，最後是輸出結構。

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