今天繼續(xù)了解輸入阻抗問(wèn)題，觀察下圖:

阻抗

了解之前先做以下約定：

1.紅框代表信號(hào)源，內(nèi)阻由電阻分壓代替。

2.黑框代表運(yùn)放器，電阻代表共模阻抗即運(yùn)放輸入腳對(duì)地的電阻。

3.IN+/IN- 代表運(yùn)放的兩個(gè)輸入腳中的一個(gè)。

4.A 點(diǎn)代表信號(hào)源的輸出信號(hào)，運(yùn)放的輸入引腳。

首先考慮在我們沒(méi)有接運(yùn)放時(shí)，A點(diǎn)輸出電壓為6V,當(dāng)接入如圖所示的阻抗時(shí)電壓還是6V嗎？共模電阻和紅框內(nèi)對(duì)地電阻并聯(lián)，阻值變小，相當(dāng)于5k，通過(guò)計(jì)算可以求得A點(diǎn)電壓變?yōu)?V，這樣A的值發(fā)生了改變，試想一下這樣的信號(hào)接入到運(yùn)放的兩端是不是相當(dāng)于比較的兩端信號(hào)發(fā)生了改變，那結(jié)果一定會(huì)發(fā)生偏離。信號(hào)源一般內(nèi)阻是不確定的，一般也不是很小，如果不想改變輸入阻抗，那唯一的辦法就是改變運(yùn)放的內(nèi)阻了，比如內(nèi)阻改為100K，1M等，越大越好，是不是A點(diǎn)電壓就會(huì)無(wú)限接近6V。那怎樣能使用小電流驅(qū)動(dòng)大負(fù)載呢？這樣的器件是不是我們首先能想到三極管，當(dāng)三極管發(fā)射極接上電阻后是不是就可以看作為一個(gè)恒流源，三極管可以完成用uA控制mA設(shè)備，如果感覺(jué)輸入電流還是大呢？對(duì)！再加一級(jí)。那么我們?cè)O(shè)定放大倍數(shù)為100，兩級(jí)放大基極電流即為輸出電流的1/10000，請(qǐng)看下圖：

恒流源

此時(shí)三極管工作恒流的模式，我們可以假設(shè)需要1mA的電流，那么Q2的基極電流是不是就是1/100即10uA，Q1的基極電流為10uA/100,這時(shí)候就相當(dāng)于A點(diǎn)的對(duì)地阻抗很大，運(yùn)放輸入就是使用的這個(gè)原理。

問(wèn)題：我們可以再增加一級(jí)繼續(xù)將電流減少嗎，這樣阻抗是不是更大？

答案是不可以的，此時(shí)A點(diǎn)電流就已經(jīng)很小了，如果再小那抗干擾就特別差了。

此時(shí)的阻抗可以說(shuō)相當(dāng)大了，也沒(méi)有必要再去加一級(jí)了。

這個(gè)電路還有一個(gè)問(wèn)題，就是A處的電壓不能太低至少要1.4V（驅(qū)動(dòng)電壓為0.7V計(jì)算），所以對(duì)于檢測(cè)信號(hào)會(huì)有幅值要求限制，怎么可以減少這個(gè)門檻電壓呢?我們會(huì)不會(huì)想到P管，更換一下，繼續(xù)分析下圖，看看能否符合。

P管恒流源

根據(jù)P管的特性現(xiàn)在幅值門檻的問(wèn)題解決了，A點(diǎn)不再受電壓影響，原來(lái)高阻抗的特性也沒(méi)有改變，只是電流方向和N管有一定的區(qū)別，但是并不影響我們理解。

到這里先總結(jié)下運(yùn)放有哪些特點(diǎn)：

1.輸入阻抗大

2.幅值需要放大

3.功率需要放大

目前我們已經(jīng)做到輸入阻抗大了。

接著梳理，A點(diǎn)電壓變化，影響到C點(diǎn)電壓，追其原因其實(shí)就是一個(gè)電壓跟隨。

我們改變A點(diǎn)的電壓就控制了CD間的電流，需要注意的是要精確控制電流。 如果做不到精確，放大后誤差就更大了。

鏡像電流源

第一級(jí)的電路不僅要實(shí)現(xiàn)阻抗無(wú)窮大， 而且還要實(shí)現(xiàn)把兩個(gè)輸入信號(hào)的電壓差轉(zhuǎn)化為電流差， 這個(gè)電流差是為第二級(jí)準(zhǔn)備的。 那么， 這里就需要用到一個(gè)新的概念：鏡像電流源，也常被叫作電流鏡。

字面意義就是有兩個(gè)電流，就像照鏡子一樣。 這樣我們就可以通過(guò)控制一端電流得到另一端電流了。 在此之前我們還需要了解一下三極管的飽和與放大。

三極管輸出

這個(gè)電路大家應(yīng)該很熟悉，Q3在飽和導(dǎo)通時(shí)Uo電壓等于0.3V左右，當(dāng)Ui較小時(shí)三極管會(huì)處于放大狀態(tài)，此時(shí)Uo輸出又是多少呢？ 是不是Q3和R22分壓后的到結(jié)果。 此時(shí)Q3可以看做一個(gè)可變電阻，當(dāng)內(nèi)阻大時(shí)，輸出電壓也會(huì)變大，當(dāng)內(nèi)阻小時(shí)Uo也會(huì)變小。 當(dāng)Uo接近0.3V時(shí)，此時(shí)的狀態(tài)是臨界飽和狀態(tài)。

臨界飽和狀態(tài)三極管

如上圖這樣連接時(shí)B點(diǎn)的電壓等于C點(diǎn)電壓約為0.7V，已經(jīng)接近0.3V了，此時(shí)電路就工作在臨界飽和狀態(tài)。 再試想下把兩個(gè)相同三極管的基極接一起，放到一個(gè)晶圓上會(huì)發(fā)生什么呢?

鏡像電流源

這時(shí)Uo和F點(diǎn)的電流有什么關(guān)系呢？ 是不是電流相等，因?yàn)閮蓚€(gè)三極管的基極是連到一起的，兩個(gè)三極管也是一樣的，同時(shí)放在一個(gè)晶圓上，溫度也是一樣的。 當(dāng)A點(diǎn)斷開，Q4處Ic的電流受控于Q3處的Ic電流，當(dāng)調(diào)節(jié)R22時(shí)，Q4的Ic電流就會(huì)等于Q3的Ic電流，這時(shí)我們可以認(rèn)為左邊的電流是右邊電流鏡像過(guò)來(lái)的，兩邊電流相等、對(duì)稱，就叫鏡像電流。

注意：

在分立器件中三極管和二極管一樣通常是不能直接并聯(lián)的，受到功率影響還會(huì)燒毀器件。因?yàn)榉至⑵骷荒茏龅酵耆粯樱刃щ娮璨灰粯樱瑢?dǎo)致一個(gè)電流大一個(gè)電流小，而半導(dǎo)體是負(fù)溫度特性，并聯(lián)后由于內(nèi)阻不一樣電流大的溫度會(huì)升高，溫度升高電流又會(huì)增大，這樣不斷惡化最后導(dǎo)致器件燒毀。這里說(shuō)的三極管之所以可以并聯(lián)是因?yàn)樵诰A上可以做到高度一致，溫度也是一樣的。

運(yùn)放或比較器的第一級(jí)電路

我們將高阻抗輸入的那個(gè)圖和鏡像電流源結(jié)合：

運(yùn)放第一級(jí)電路示意

通過(guò)分析上圖我們可以得到以下結(jié)論：

1.有兩個(gè)輸入引腳，并且是高阻抗輸入，輸入電壓沒(méi)有閾值限制。

2.Ic1的電流受控于Ic2的電流。

3.Ic1的電流由Q2和Q5的內(nèi)阻分流而來(lái)。

4.通過(guò)觀察輸入控制端IN-確定后，Ic2的電流就確定了，此時(shí)流經(jīng)Q5電流也就決定了，但具體多少還要取決Q2的Ic大小，如果IN+大，Ic電流就小，也就是Q5的Ic電流需要外部供給。當(dāng)IN+小時(shí)，又可以從Ic1流出多余的電流。

5.反饋電阻（R15）在芯片中是阻值很大的一般用恒流源代替的，芯片在制造中是沒(méi)有辦法做大電阻的，而做恒流源是很方便的。

需要注意的是與實(shí)際使運(yùn)放比較是不是感覺(jué)邏輯是反的？是的我們其實(shí)應(yīng)該交換兩個(gè)輸入的名稱，這樣就可以和我理解的運(yùn)放就對(duì)上了。

繼續(xù)實(shí)現(xiàn)上面總結(jié)4中的電路：

運(yùn)放第一級(jí)電路

再來(lái)分析下這張圖，當(dāng)輸入IN+ > IN-時(shí)，Ic2 > Ic1,又因?yàn)镮c5 = Ic6，所以Ic2這條路上就會(huì)多出電流，多出來(lái)怎么處理呢？是的，可以增加一條回路，讓它流到其他地方，Q7也可以看作是一個(gè)可變電阻，此時(shí)OUT就會(huì)有不同的電壓值。當(dāng)IN+ < IN-時(shí)，思路是一樣的，這里不再贅述。

從這里開始運(yùn)放和比較器就有差別了，比較器需要迅速到達(dá)飽和區(qū)，我可以在OUT處繼續(xù)添加一級(jí)三極管，同樣工藝也要把飽和區(qū)做小，這樣斜率就會(huì)做的非常陡，這也就是為什么比較器邊沿變化快的原因。對(duì)于運(yùn)放而言我們是希望放大區(qū)更大，需要工藝上做專門的處理。

這章就先說(shuō)到這里，后面繼續(xù)處理這里的OUT。