如何提升運(yùn)算放大器的輸出電流驅(qū)動能力

有些應(yīng)用可以只用一個理想的運(yùn)算放大器來實現(xiàn)，但由于某些物理限制而不能只用一個現(xiàn)實生活中的設(shè)備在實踐中實現(xiàn)。幸運(yùn)的是，通?？梢垣@得第二個放大器的幫助，這樣兩個放大器的組合（恰當(dāng)?shù)胤Q為復(fù)合放大器）可以完成主放大器單獨(dú)無法完成的工作。

復(fù)合放大器的穩(wěn)定性考慮

次級運(yùn)算放大器通常放置在初級運(yùn)算放大器的反饋回路內(nèi)，如圖 1（a） 所示。次級器件引入的相位滯后往往會侵蝕復(fù)合放大器的 相位裕度？ m ，因此我們可能不得不采取合適的頻率補(bǔ)償措施。

圖 1. （a） 復(fù)合電壓放大器的框圖。（b） 計算復(fù)合放大器的開環(huán)增益 a c和噪聲增益 1/β 的電路。

為了評估復(fù)合放大器的穩(wěn)定性，我們將使用關(guān)閉率 （ROC） 技術(shù)。這種技術(shù)要求我們繪制

復(fù)合放大器的總開環(huán)增益a c （= a 1 × A 2 ），以及

它的噪聲增益1/β，其中 β 是復(fù)合放大器的 反饋因子。

然后我們參考圖 2 來確定手頭的情況并相應(yīng)地估計？ m。

圖 2. （a） 經(jīng)常遇到相位裕度情況，其中 （b） 與頻率無關(guān)和 （b） 與頻率相關(guān)的噪聲增益 1/β（jf）。

為了找到c和 1/β，我們斷開圖 1（b） 中的電路，其中次級放大器的輸出阻抗可能遠(yuǎn)小于反饋網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)的阻抗。接下來，我們施加一個測試電壓V t ，我們讓

ac=Vo？Vfac=Vo？Vf

公式 1

和

1β=VtVf1β=VtVf公式 2

提升運(yùn)算放大器的輸出電流驅(qū)動能力

大多數(shù)運(yùn)算放大器旨在提供不超過幾十毫安的輸出電流。例如，久負(fù)盛名的 741 運(yùn)算放大器多可處理 25 mA 的輸出電流。試圖超過此值會激活一些內(nèi)部看門狗電路，以防止實際電流進(jìn)一步增加。

在這種情況下，運(yùn)算放大器將不再正常工作，但至少可以避免因功耗過大而可能造成的損壞。

提高運(yùn)算放大器輸出電流驅(qū)動能力的一種流行方法是使用電壓緩沖器，如圖 3（a） 所示。

圖 3. （a） 使用緩沖器提升運(yùn)算放大器的輸出電流驅(qū)動。（b） 詳細(xì)的緩沖區(qū)示意圖。

Q 1的功能是向負(fù)載 R L提供（或推動）電流，而 Q 2的功能是從 R L吸收（或拉出）電流；這就是為什么說 Q 1 -Q 2對形成推挽輸出級的原因。晶體管 Q 3和 Q 4具有雙重用途：

它們提供達(dá)林頓型功能來提高從輸入到輸出節(jié)點(diǎn)的電流增益。

它們的基極-發(fā)射極電壓降旨在保持 Q 1和 Q 2即使在沒有任何輸出負(fù)載的情況下也已經(jīng)導(dǎo)通，這就是為什么 Q 1和 Q 2也被稱為形成AB 類輸出級的原因。AB 類操作可防止B 類操作固有的失真。

如需更詳細(xì)的分析，請參閱圖 3（b） 的完整示意圖，其中我們注意到以下內(nèi)容：

Q 5 -Q 6和 Q 7 -Q 8對形成兩個電流鏡， 共享相同的偏置電流I BIAS，其中

IBIAS=（VCC？VEBp）？（VEE+VEBn）RBIASIBIAS=（VCC？VEBp）？（VEE+VEBn）RBIAS公式 3

Q 6和Q 8鏡像I BIAS并分別用它來偏置Q 3和Q 4。結(jié)果，Q 3和 Q 4產(chǎn)生基極-發(fā)射極壓降 V EB3和 V BE4。

響應(yīng)于 V EB3和 V BE4，Q 1和 Q 2產(chǎn)生基極-發(fā)射極壓降 V BE1和 V EB2使得

VBE1+VEB2=VEB3+VBE4VBE1+VEB2=VEB3+VBE4方程式 4

在沒有任何負(fù)載的情況下，Q 1和 Q 2必須汲取相同的電流。根據(jù)等式 4，Q 1和 Q 2汲取的公共電流必須等于 Q 3和 Q 4汲取的公共電流，即 I BIAS。因此，在沒有負(fù)載的情況下，集電極電流滿足條件I C1 = I C2 = I C3 = I C4 = I BIAS。

在下一篇文章中，我們將通過在 PSpice 中模擬我們的電壓緩沖器來擴(kuò)展這個對話，并利用該分析來提升我們 741 運(yùn)算放大器的電流輸出驅(qū)動。