BJT集成运放原理解析

在集成运放电路中，若有一个支路的电流可以直接估算出来，通常该电流就是偏置电路的基准电流，电路中与之相关联的电流源（如镜像电流源、比例电流源等）部分，就是偏置电路。将偏置电路分离出来，剩下部分一般为三级放大电路，按信号的流通方向，以“输入”和“输出”为线索，既可将三级分开，又可得出每一级属于哪种基本放大电路。

双极型集成运放的原理电路如图5.4.1（a）所示，首先将偏置电路分离出来，然后再对放大电路进行分析。

图5.4.1　双极型集成运放的原理电路

1.对偏置电路的分析

观察图5.4.1（a）所示电路，发现电阻R4中的电流可以估算出来，所以IR4即为偏置电路中的基准电流。

2.对原理电路的定性分析

观察图5.4.1（b）所示电路，按输入信号（ui1-ui2）传递的顺序可以看出，所示为三级放大电路。与图5.1.1所示集成运放电路方框图对照，第一级是以T1管和T2管为放大管的双端输入/单端输出差分放大电路，其作用是减小整个电路的温漂，增大共模抑制比。第二级是以T3和T4管组成的复合管为放大管、以恒流源作有源负载的共射放大电路，可获得很高的电压放大倍数。第三级是准互补电路，带负载能力强，且最大不失真输出电压幅值接近电源电压；R2、R3和T5组成UBE倍增电路，用来消除交越失真。电路还采用NPN管和PNP管混合使用的方法，以保证各级均有合适的静态工作点，且输入电压为零时输出电压为零。

当输入的差模信号极性ui1为正、ui2为负时，T1管集电极动态电位的极性为负，即T3管的基极动态电位为负，因而T3和T4管集电极动态电位为正（共射电路输出电压与输入电压反相），所以输出电压为正（OCL电路是电压跟随电路）。因此，ui1与uo极性相同，ui2与uo极性相反。可见，ui1为同相输入端，ui2为反相输入端。

3.对原理电路的定量估算

为了分析动态参数，首先应画出图5.4.1（b）所示电路的交流等效电路，如图5.4.2所示。因为T3和T4管的集电极所接恒流源的动态电阻无穷大，所以T3和T4管的动态电流全部流向输出级；且T5管的集电极和发射极之间无动态压降，即可视为短路。因为在输入信号极性不同时，输出级的T6和T7、T8和T9中只有一对管子工作，所以交流等效电路中可只画一半电路。

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图5.4.2　图5.4.1所示电路的交流等效电路

交流等效电路中各支路的电流方向是以输入信号方向为依据逐级确定的。设电路中所有晶体管的电流放大系数均为β，以下逐级分析电流关系。

若电阻R1远远大于第二级放大电路的输入电阻，则T3管的基极电流而且根据图中电流关系可得

T7管的发射极电流全部流入负载，负载电阻上的电流为

因此，图5.4.1所示电路的电压放大倍数

上式表明，要使电压放大倍数达到几十万甚至上百万倍不是太困难的事。同时说明，双极型管放大电路的高电压放大倍数是依靠晶体管的电流放大作用的积累来实现的。

输入电阻为

因为差分放大电路的集电极静态电流很小，为几十微安甚至更小，所以输入电阻很大。