今天繼續(xù)了解輸入阻抗問題，觀察下圖:

阻抗

了解之前先做以下約定：

1.紅框代表信號源，內(nèi)阻由電阻分壓代替。

2.黑框代表運放器，電阻代表共模阻抗即運放輸入腳對地的電阻。

3.IN+/IN- 代表運放的兩個輸入腳中的一個。

4.A 點代表信號源的輸出信號，運放的輸入引腳。

首先考慮在我們沒有接運放時，A點輸出電壓為6V,當(dāng)接入如圖所示的阻抗時電壓還是6V嗎？共模電阻和紅框內(nèi)對地電阻并聯(lián)，阻值變小，相當(dāng)于5k，通過計算可以求得A點電壓變?yōu)?V，這樣A的值發(fā)生了改變，試想一下這樣的信號接入到運放的兩端是不是相當(dāng)于比較的兩端信號發(fā)生了改變，那結(jié)果一定會發(fā)生偏離。信號源一般內(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點電壓就會無限接近6V。那怎樣能使用小電流驅(qū)動大負(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恒流源，三極管可以完成用uA控制mA設(shè)備，如果感覺輸入電流還是大呢？對！再加一級。那么我們設(shè)定放大倍數(shù)為100，兩級放大基極電流即為輸出電流的1/10000，請看下圖：

恒流源

此時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,這時候就相當(dāng)于A點的對地阻抗很大，運放輸入就是使用的這個原理。

問題：我們可以再增加一級繼續(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A點電流就已經(jīng)很小了，如果再小那抗干擾就特別差了。

此時的阻抗可以說相當(dāng)大了，也沒有必要再去加一級了。

這個電路還有一個問題，就是A處的電壓不能太低至少要1.4V（驅(qū)動電壓為0.7V計算），所以對于檢測信號會有幅值要求限制，怎么可以減少這個門檻電壓呢?我們會不會想到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)在幅值門檻的問題解決了，A點不再受電壓影響，原來高阻抗的特性也沒有改變，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)下運放有哪些特點：

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點電壓變化，影響到C點電壓，追其原因其實就是一個電壓跟隨。

我們改變A點的電壓就控制了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

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

字面意義就是有兩個電流，就像照鏡子一樣。 這樣我們就可以通過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

這個電路大家應(yīng)該很熟悉，Q3在飽和導(dǎo)通時Uo電壓等于0.3V左右，當(dāng)Ui較小時三極管會處于放大狀態(tài)，此時Uo輸出又是多少呢？ 是不是Q3和R22分壓后的到結(jié)果。 此時Q3可以看做一個可變電阻，當(dāng)內(nèi)阻大時，輸出電壓也會變大，當(dāng)內(nèi)阻小時Uo也會變小。 當(dāng)Uo接近0.3V時，此時的狀態(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B點的電壓等于C點電壓約為0.7V，已經(jīng)接近0.3V了，此時電路就工作在臨界飽和狀態(tài)。 再試想下把兩個相同三極管的基極接一起，放到一個晶圓上會發(fā)生什么呢?

鏡像電流源

這時Uo和F點的電流有什么關(guān)系呢？ 是不是電流相等，因為兩個三極管的基極是連到一起的，兩個三極管也是一樣的，同時放在一個晶圓上，溫度也是一樣的。 當(dāng)A點斷開，Q4處Ic的電流受控于Q3處的Ic電流，當(dāng)調(diào)節(jié)R22時，Q4的Ic電流就會等于Q3的Ic電流，這時我們可以認(rèn)為左邊的電流是右邊電流鏡像過來的，兩邊電流相等、對稱，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，受到功率影響還會燒毀器件。因為分立器件不能做到完全一樣，等效電阻不一樣，導(dǎo)致一個電流大一個電流小，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升高，溫度升高電流又會增大，這樣不斷惡化最后導(dǎo)致器件燒毀。這里說的三極管之所以可以并聯(lián)是因為在晶圓上可以做到高度一致，溫度也是一樣的。

運放或比較器的第一級電路

我們將高阻抗輸入的那個圖和鏡像電流源結(jié)合：

運放第一級電路示意

通過分析上圖我們可以得到以下結(jié)論：

1.有兩個輸入引腳，并且是高阻抗輸入，輸入電壓沒有閾值限制。

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。

4.通過觀察輸入控制端IN-確定后，Ic2的電流就確定了，此時流經(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，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。

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

繼續(xù)實現(xiàn)上面總結(jié)4中的電路：

運放第一級電路

再來分析下這張圖，當(dāng)輸入IN+ > IN-時，Ic2 > Ic1,又因為Ic5 = Ic6，所以Ic2這條路上就會多出電流，多出來怎么處理呢？是的，可以增加一條回路，讓它流到其他地方，Q7也可以看作是一個可變電阻，此時OUT就會有不同的電壓值。當(dāng)IN+ < IN-時，思路是一樣的，這里不再贅述。

從這里開始運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)添加一級三極管，同樣工藝也要把飽和區(qū)做小，這樣斜率就會做的非常陡，這也就是為什么比較器邊沿變化快的原因。對于運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。

這章就先說到這里，后面繼續(xù)處理這里的OUT。