全分立原件，自己动手做一个运放

对于运放，以前都是拿来即用，很少考虑内部的运作和状态，所以有些问题都是凭经验解决。
但是要设计出优秀的电路，我觉得还是研究透IC的内部运作和状态，现在根据铃木雅臣《晶体管电路设计》的参考电路做一个简单的单运放，电路跟书上的有些改动，尝试过用电阻代替恒流源和射极跟随器的偏置，后来发现电阻在高频之下、噪声太大压降太低，换回了发光二极管（1.85V左右）做压降。

做了几十次实验，图是其中两次，同相输入11倍放大（0.5Vpp输入）和48倍放大（0.1Vpp输入），看看输出Vpp就可以求的在不同频率之下的放大系数，这两次实验显示，800KHz是极限频响（S8050和S8550），1Mhz已经出现衰减，这比一些旧的运放效果，已经稍微强一些。

下周末，我将分两部再做实验，首先共射极部分换成S9018，然后，把管子全面换成高频管（大家有没有9018的PNP对管推荐？）看看频响是否有改善。

全家福：




运行的时候两个LED会发亮，停止输入信号时，灭



背面，走线有点随便，空间利用不太足



信号发生器，最高产生5MHz正弦波，现在是测试同相11倍放大的信号，从1KHz开始




1KH时示波器截图，具体性能，有兴趣的可以自己计算




10khz完美正弦波



100khz依然很完美



500Khz、800Khz依然没有问题





1Mhz波形出现变形了



2Mhz 增益锐减



信号发生器的极限：

虽然LTSpice截图，可能不是很清晰，但是可以很清楚看到：
第一级：差分（差动）放大器，使用了一对Hfe相近的晶体管做电流差分，下面是恒流源，这里我用的都是S8050。
第二级：上面是共射极放大，下面是集电极的恒流源，因为恒流源阻抗无限大，所以开环增益非常大，大约放大1000倍左右。这里我用的都是S8050和S8550
第三级：推免射极跟随器（Emitted Folloer），晶体管同上。

另外，补充说明一个问题，为什么恒流源和emitted flower的偏置不能够用电阻。开始的时候想不明白，因为铃木雅臣在开头几章的**里面，都是采用电阻偏置。那为什么在这里采用了LED来产生压降？

实际上，道理很简单。因为恒流源和Emitted Flower的基极电流太大了！开始的时候，LTSpice电路模拟图是用了两个电阻，R9和R10，通过了emulating，但是实际上，LTSpice里面的晶体管（2N3904）是理想晶体管，没有考虑到温度效应和频率效应，Hfe非常大，相应的基极电流很少，所以电阻分压即可。

不过，到真实环境里面，我用的是S8050和S8550，这两只管最大的集电极电流达到500mA，几乎是2N3904的2.5倍，加上半导体工艺问题，基极电流变得很大，对偏置产生了较大的分流，R9与R10电阻压降无法达到预设的值。实测只有LTSpice的一半，因此电路不工作了。

换上LED之后，压降稳定在1.85左右，跟预设一样，电路就正常了。实际上，除了LED还可以用3只二极管或一只1.8V的稳压管，为了消除噪声，最好加上一个103的去耦电容。

如果要更稳定，还可以用一只晶体管作为恒流恒压源，但电路就变得很复杂了，在同等复杂的情况下，还不如将加上沃尔曼电路，让频率特征变得更好。

不过，我很怀疑，这么晶体管堆在一起，噪声特性会大幅下降，而这需要专业设备测量了。

这是中学生做的实验，用于了解电路，用如此高端设备，我在中学生时代想都不敢想，现在要拿实用的产品才行呀

zhang2015yi 发表于 2015-5-5 10:39
这是中学生做的实验，用于了解电路，用如此高端设备，我在中学生时代想都不敢想，现在要拿实用的产品才行呀 ...

这些都是基本的设备，而且是国产最低端的。没有这些设备，这个实验可能无法做。
运放是一个实用性产品，分立原件可以很容易做到高频响。这个电路简单改一下，就可以用在更高频率下，比很多通用OP频响要好得多。

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楼主，能把你完整的原理图全部贴出来吗？谢谢!

hrg13579 发表于 2015-5-5 13:40
楼主，能把你完整的原理图全部贴出来吗？谢谢!

电路图已经贴出来了，参见2楼

楼主，你Q1是同相端还是Q2是？负向端是接地还是有信号输入？能否把输入信号部分原理贴出来讨论下TKS

真心不错，做工都这么好。

hrg13579 发表于 2015-5-5 15:13
楼主，你Q1是同相端还是Q2是？负向端是接地还是有信号输入？能否把输入信号部分原理贴出来讨论下TKS ...

Q1是同相，可以理解为两级共射极。
放大是同相放大。接线方法为反相端接反馈10k，接地1k电阻，得到11倍

这个电路因为差分管的集电极电流差异比较大，会导致输出中点电位偏高。

phanai 发表于 2015-5-5 10:27
虽然LTSpice截图，可能不是很清晰，但是可以很清楚看到：
第一级：差分（差动）放大器，使用了一对Hfe相 ...

不错不错点赞
这个做的时候最好在第一级差分上做一个平衡电位器
这样就算2个管子一致性差也能补偿一些

我是对分立元器件一窍不通

不错，支持下；

shcshc1234 发表于 2015-5-5 21:17
不错不错点赞
这个做的时候最好在第一级差分上做一个平衡电位器
这样就算2个管子一致性差也能补偿一些

电位器在差动级中不起作用，因为只能分压，不能分流

phanai 发表于 2015-5-5 18:44
所以要精确配对。这里，我做了一个简单的hfe配对器。配对之后，中点电压基本控制在通用OP的水平

这个是电路结构的事，而不是差分管放大倍数的事。

st.you 发表于 2015-5-6 15:31
这个是电路结构的事，而不是差分管放大倍数的事。

绝大部分运放的差分级结构皆如此，能否举一些反例？当然，还可以加上沃尔曼、电流镜像等电路，但差分原理都一样。

IC的晶体管在一块晶圆上生产，差异小，分立原件就不同，所以才需要配对。

日本人那本书确实写得不错

phanai 发表于 2015-5-6 15:46
绝大部分运放的差分级结构皆如此，能否举一些反例？当然，还可以加上沃尔曼、电流镜像等电路，但差分原理 ...

差分集电极负载电阻改成为电流镜，两个集电极的电流就接近了。

st.you 发表于 2015-5-6 17:37
差分集电极负载电阻改成为电流镜，两个集电极的电流就接近了。

现在已经7只晶体管，用镜像增加2只管，电路会变的更复杂，噪声可能会变大，权衡利弊，配对是比较好的选择