运算放大器结构原理

在中低速模拟信号处理电路中，运算放大器经常被作为电压取差模块被用于负反馈回路、电压比较电路、信号放大电路等。早期的运算放大器大多基于电阻与BJT晶体管设计，除了在模拟电路中有所应用，也被应用于模拟计算机等计算系统。根据输入阻抗输出阻抗的需求，运算放大器还分为结场效应管输入、MOSFET管输入、CMOS集成等形式。随着CMOS集成电路工艺和数字电子技术的兴起，现今运算放大器多采用全MOSFET管设计，应用领域也主要集中在模拟电路。

运算放大器的结构有二级、三级结构，在高速应用中还有单级结构。在一般应用中，三级运放较常见。一个运算放大器中主要包括：参考电流源模块、电压差分放大器模块、电压放大模块、相位稳定模块、输出扩流模块。

参考电流源模块为所有放大级提供偏移电流，通过两级电流镜互相复制，参考电流源可以将电源电压波动的干扰降至最低，如图中运放，M8~M13、RB构成一参考电流源。

差分放大级作为运算放大器的输入，主要起到取电压差的作用。第一级输入阻抗高、共模抑制比高，但是放大倍数较低约为100V/V，如图中M1~M5组成了一个差分放大器。

运算放大器的第二级为电压放大级,通常由一个共源MOSFET放大器构成，放大倍数约为1000V/V，但是频率响应和带负载能力较差。放大器形式也分为甲、已类。在运算放大器的第二级还有一个相位补偿电容Cc，利用米勒效应达到自身数百倍的等效容值，主要用于主导此运放的所有极点以稳定自身输出。在此级还有一个工作于线性区作为电阻使用的MOSFET管M14，也是通过抵消零点的方法来达到稳定输出。

大多运算放大器还包括第三级扩流级，放大倍数通常为1V/V，但是具有较低输出电阻和高频率响应。根据需求不同，还分为甲、已类放大器等。