BiCMOS 邏輯系列將雙極器件和 CMOS 器件集成在單個(gè)芯片上，結(jié)合了兩個(gè)系列的優(yōu)點(diǎn)。雙極邏輯系列具有更高的開(kāi)關(guān)速度和更高的輸出驅(qū)動(dòng)電流容量。CMOS 系列具有更低的功耗、更好的噪聲容限和更高的封裝密度。
　　運(yùn)算放大器
　　運(yùn)算放大器 (op-amp) 是一種具有差分輸入和一個(gè)輸出的高增益壓控電壓源 (VCVS)。
　　最初的運(yùn)算放大器采用在高電壓下極化的熱電子管，在模擬計(jì)算機(jī)中以電方式執(zhí)行加法、減法、乘法、除法、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算。因此，它被稱為運(yùn)算放大器。盡管它的使用已擴(kuò)展到模擬計(jì)算之外的許多應(yīng)用，但它保留了這個(gè)名稱。　　目前，它們是具有多種封裝的集成電路，工作電位低，可靠，廉價(jià)，并且可以采用單電源。、

　　圖 1顯示了運(yùn)算放大器的一般符號(hào)?！　D 1.運(yùn)算放大器的電路符號(hào)。

　　圖 2顯示了運(yùn)算放大器中的電流和電壓。
　　圖 2.運(yùn)算放大器中的電流和電壓。
　　節(jié)點(diǎn)電壓以地為參考。帶加號(hào)的輸入為同相輸入，帶負(fù)號(hào)的輸入為反相輸入。運(yùn)算放大器符號(hào)并不總是顯示接地，但它始終存在。
　　通常，為了清晰起見(jiàn)，電路圖省略了運(yùn)算放大器運(yùn)行所需的電源。
　　輸入電壓 V in = Vi1 – Vi2。作為依賴源，運(yùn)算放大器放大輸入電壓。在圖 2中，運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益 (A) 決定了輸入電壓放大程度——定義為 Vo/Vin 比率。
　　單輸入放大器是一種特殊情況，其中一個(gè)輸入接地。
　　運(yùn)算放大器可以是集成電路或具有大量功能的分立元件。
　　理想的運(yùn)算放大器
　　理想的運(yùn)算放大器僅響應(yīng)兩個(gè)輸入之間的電壓差。沒(méi)有反饋的運(yùn)算放大器據(jù)說(shuō)工作在開(kāi)環(huán)模式下——它的反饋電路不是閉合的。
　　理想的運(yùn)算放大器具有無(wú)限的電壓增益、輸入阻抗和帶寬、零輸出阻抗、零響應(yīng)時(shí)間和無(wú)噪聲。由于輸入阻抗無(wú)窮大，因此輸入電流也為零。
　　總結(jié)：
　　電壓增益 = ∞
　　輸入阻抗 = ∞
　　帶寬 = ∞
　　輸出阻抗=0
　　完美平衡：當(dāng)V 2 = V 1時(shí)，V o = 0 。
　　這些特性與溫度無(wú)關(guān)。
　　真正的運(yùn)算放大器
　　理想的運(yùn)算放大器具有無(wú)限的輸入阻抗，并且不會(huì)從源汲取電流，因此不會(huì)產(chǎn)生功率。該設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)槿魏畏糯笃鞫急仨殢脑传@取一些功率來(lái)感測(cè)要放大的信號(hào)。
　　實(shí)際的運(yùn)算放大器無(wú)法滿足理想的開(kāi)環(huán)特性。相反，他們尋求那些理想的參數(shù)。
　　實(shí)際運(yùn)算放大器的電壓增益范圍為 10 (60 dB) 至 10 (180 dB)，通常為 10 (100 dB)，并且平坦響應(yīng) - 恒定增益 - 從 0 Hz 到幾千赫茲。
　　輸入阻抗范圍為 10至 10^2 歐姆，輸出阻抗范圍為 25 至 50 歐姆。由于運(yùn)算放大器不具有無(wú)限輸入阻抗，因此它們的輸入電流不為零。該小電流會(huì)在輸出端產(chǎn)生失調(diào)電壓，該電壓可以通過(guò)電阻器 Rc 進(jìn)行部分補(bǔ)償，如圖5和圖 6所示。
　　實(shí)際參數(shù)取決于特定的運(yùn)算放大器型號(hào)。上述數(shù)字僅供參考。實(shí)際上，必須使用制造商數(shù)據(jù)表中指定的參數(shù)。
　　開(kāi)環(huán)運(yùn)行　　運(yùn)算放大器有一個(gè)反相輸入和一個(gè)同相輸入。當(dāng)施加到反相輸入時(shí)，輸出端的極性會(huì)反轉(zhuǎn)輸入電壓的極性。當(dāng)應(yīng)用于同相輸入時(shí)，輸出極性相同。圖 3和圖 4顯示了兩種操作模式。

　　圖 3.反相模式操作。
　　圖 4.非反相模式操作。
　　這些設(shè)置允許運(yùn)算放大器以其最大電壓增益水平運(yùn)行。
　　如圖2所示，在沒(méi)有反饋的情況下，運(yùn)算放大器的輸出等于其兩個(gè)輸入處的電位差乘以電壓增益。如上所述，理想器件的電壓增益是無(wú)限的。
　　假設(shè)實(shí)際設(shè)備的電壓增益為 10?，輸入電壓為 1 V，則輸出應(yīng)為 100 kV。但輸出電壓不能超過(guò)最高電源電壓，以免飽和。
　　我們看到開(kāi)環(huán)配置的高增益使放大器不穩(wěn)定，因?yàn)榧词购苄〉妮斎胄盘?hào)也可能產(chǎn)生飽和。因此，開(kāi)環(huán)布局并不實(shí)用。反饋電路的連接——閉環(huán)操作——解決了這個(gè)不穩(wěn)定問(wèn)題，盡管損失了部分增益。
　　閉環(huán)運(yùn)行
　　我們看到運(yùn)算放大器作為通用放大器非常有價(jià)值，主要是因?yàn)樗母咴鲆妗?br>　　運(yùn)算放大器與普通差分放大器的主要區(qū)別在于，前者利用外部反饋網(wǎng)絡(luò)——根據(jù)所需的具體功能，部分輸出信號(hào)通過(guò)多條路徑反饋到輸入端。
　　閉環(huán)電路中的增益與開(kāi)環(huán)電路中的增益不同，即電壓增益 A。使用外部反饋連接很有幫助，這樣放大器輸出信號(hào)的整體電壓增益或特性主要取決于反饋電路中的元件。
　　反饋電路中使用的典型無(wú)源電氣元件具有穩(wěn)定且準(zhǔn)確已知的值。這種格式控制運(yùn)算放大器的整體輸出特性，與放大器元件本身的特性無(wú)關(guān)。將反饋電路連接到基本運(yùn)算放大器，使其工作在閉環(huán)模式下。
　　兩個(gè)基本的閉環(huán)放大電路是反相放大器（圖5）和同相放大器（圖6）。
　　反相放大器　　反相放大器采用負(fù)反饋，在輸出和負(fù)反相輸入之間連接外部電阻器 R f 。

　　圖 5.閉環(huán)反相放大器。
　　在此狀態(tài)下，負(fù)端的輸入電壓為V in加上反饋電壓。輸入電阻 R in分隔這兩個(gè)電壓。實(shí)際放大器的輸入電阻等于中的R。
　　假設(shè)一個(gè)理想的運(yùn)算放大器并將閉環(huán)增益定義為
　　G = V輸出/V輸入
　　反相放大器的閉環(huán)增益為
　　G = ?R f /R in
　　反相放大器的增益始終為負(fù)，因此它的鬃毛。
　　盡管負(fù)反饋精確地控制了放大器的整個(gè)電壓增益，但它降低了其幅度。設(shè)計(jì)者對(duì) Rin 和 Rf 的選擇將獨(dú)立于開(kāi)環(huán)增益 A 設(shè)置絕對(duì)增益。
　　圖 5中的方程顯示輸出電壓為負(fù)（前提是 V in > 0）。
　　前面的方程表明 V out = GV in，因此輸出電壓是線性的。
　　同相放大器　　在不改變符號(hào)的情況下進(jìn)行放大的解決方案是同相放大器配置，如圖 6所示。輸入電壓饋入正輸入，輸出電壓變?yōu)檎c反相放大器相反 - 現(xiàn)在，輸出電壓保持輸入極性。

　　圖 6.閉環(huán)同相放大器。
　　通過(guò)分壓器網(wǎng)絡(luò)將部分輸出電壓應(yīng)用回負(fù)端或反相端，從而提供反饋控制。
　　同樣，假設(shè)一個(gè)理想的運(yùn)算放大器并將閉環(huán)增益定義為
　　G = V輸出/V輸入
　　同相放大器的閉環(huán)增益為
　　G = 1 + (R f /R in )
　　查看一些特定值，請(qǐng)注意，如果 R f = 0，則電壓增益將為 1。如果R in = 0，理論上增益將接近無(wú)窮大，但實(shí)際上，它將是開(kāi)環(huán)增益A。對(duì)于具有非負(fù)阻值的無(wú)源電阻，電壓增益永遠(yuǎn)不會(huì)小于1。
　　對(duì)同相配置的詳細(xì)電路分析表明，增益 G 有一個(gè)額外的 1/A 項(xiàng)，涉及開(kāi)環(huán)增益。出于實(shí)際目的，考慮到 A 的值較高，此項(xiàng)為零。
　　同相配置具有最小增益和高輸入阻抗特性。
　　電壓跟隨器
　　電壓跟隨器這個(gè)名稱來(lái)源于這樣一個(gè)事實(shí)：輸出電壓的符號(hào)和幅度與輸入電壓相等。電壓跟隨器利用同相配置的低增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗。　　在負(fù)反饋系統(tǒng)中，我們已經(jīng)看到，通過(guò)將輸出端子連接到反相輸入，可以從輸入中減去輸出。令R f = 0，Rin =無(wú)窮大，忽略R c ，在圖6的同相放大器中，我們得到如圖7所示的電路。

　　圖 7.電壓跟隨器。
　　輸入電壓直接連接到運(yùn)算放大器的同相輸入，導(dǎo)致輸出和輸入電壓同相。
　　兩個(gè)運(yùn)算放大器輸入端的電壓 Vi 1和 Vi 2必須完全相同。如果電壓V i 1 上升，則輸出電壓V o也上升。由于輸出和負(fù)端之間存在反饋，V i 2 增加相同的量。
　　由于V in = Vi 1 - Vi 2，Vi 2降低了兩個(gè)輸入之間的電壓，從而降低了V o。該過(guò)程很快穩(wěn)定下來(lái)，Vo 保持在保持兩個(gè)輸入理想相同所需的值。這個(gè)結(jié)果是負(fù)面反饋的明確標(biāo)志。
　　可以看出，圖7中的增益V o /V i 1為A/(A+1)。對(duì)于顯著增益，該比率接近 1。這意味著輸出電壓 V o跟隨輸入電壓 Vi 1而無(wú)需放大或任何其他變化。
　　相反，請(qǐng)記住，在沒(méi)有反饋的情況下，V o /V in = A。
　　電壓跟隨器將輸出與輸入隔離。當(dāng)阻抗匹配或電路隔離至關(guān)重要時(shí)，它會(huì)很有幫助。利用其高輸入阻抗的一個(gè)示例是當(dāng)用于測(cè)量?jī)x器的輸入以從被測(cè)電路獲取淺電流時(shí)。
　　物理運(yùn)算放大器
　　作為高增益壓控電壓源來(lái)執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的機(jī)制是非常復(fù)雜的電路?！　∥锢磉\(yùn)算放大器是晶體管、電阻器、二極管和其他元件的復(fù)雜排列。作為說(shuō)明，圖 8顯示了Renesas CA3130 運(yùn)算放大器（15MHz、具有 MOSFET 輸入/CMOS 輸出的 BiMOS 運(yùn)算放大器）的簡(jiǎn)化原理圖。

　　圖 8. CA3130 BiMOS 運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化原理圖。
　　CA3130 有一個(gè)反相輸入（引腳 2）和一個(gè)同相輸入（引腳 3）。這些輸入為兩個(gè)用作差分放大器的 p 溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極供電。這一事實(shí)提供了非常高的輸入阻抗，在大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)化為微小的輸入負(fù)載。
　　兩個(gè)輸入之間的電壓差按比例分割來(lái)自上部電流源的電流，從而通過(guò)每個(gè)晶體管發(fā)送一小部分電流。一個(gè)特定的電路——電流鏡——感測(cè)晶體管中的電流不平衡。電流鏡還可用作差分至單端轉(zhuǎn)換器。
　　單端電流不平衡被放大并進(jìn)入第二個(gè)放大器級(jí)——單個(gè) NPN 雙極晶體管。第二放大器級(jí)提供大部分運(yùn)算放大器電壓增益。
　　第二級(jí)驅(qū)動(dòng)推挽輸出級(jí)，類似于用作 A 類放大器的 CMOS 反相器。該輸出級(jí)是漏極負(fù)載放大器，其增益取決于負(fù)載阻抗。
　　三個(gè)增益級(jí)放大引腳 6 上的同相和反相輸入和輸出上的任何電壓差。同相輸入上的電壓增加會(huì)驅(qū)動(dòng)正輸出。反相輸入端的電壓增加迫使輸出為負(fù)值。
　　運(yùn)算放大器具有固有的輸入失調(diào)電壓——必須在兩個(gè)輸入端子之間施加電壓才能獲得零伏的輸出。引腳 5 和 1 之間的零失調(diào)電位器使電流鏡不平衡并補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓。當(dāng)滑塊臂連接到引腳 4 時(shí)，該電位計(jì)的值為 100 kΩ。
　　引腳 1 和 8 之間的單個(gè)外部電容器將對(duì)運(yùn)算放大器進(jìn)行相位補(bǔ)償。這意味著降低高頻響應(yīng)以保持穩(wěn)定。47pF 電容器適用于大多數(shù)應(yīng)用。
　　對(duì)于選通 – 獲得對(duì)信號(hào)存在或不存在的數(shù)字控制 – 將引腳 8 連接到引腳 4（負(fù)電源）。這種連接迫使輸出（引腳 6）連接到正電源（引腳 7），并最大限度地減少輸出級(jí)所用的電流。
　　引腳 8 也有助于相位補(bǔ)償。