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从零**放—07 理想晶体管-运放 我们上节讲到音频功放，那么我们今天从音频功放入手导出运放来。 那么现在看到上图左边是一个音频功放（上节讲的），右边的LM358（内部结构图）的参考资料。现实中对于音频功放来说它不需要考虑损耗，电压范围也比较固定，比如说36-50V，电阻电容体积可以用的比较大，一点点功耗对于它来说没有任何区别，而实际芯片来说就完全不一样了。芯片需要考虑封装，所以说跟功耗是非常相关的，不考虑封装随便使用，会导致芯片烧毁或工作不正常。 上一节我们强调恒流源可以在很快的电压下，电流不变，电流是恒定的。我们知道LM358工作电压是5-30V之间都可以工作，所以说直接用电阻的话，那电阻中损耗很大，因为大电阻在芯片中很难做，所以右半部分的电阻处恒流源表示，恒流源就是不管电压多大，电流都是恒定的。LM358的损耗跟电流是呈线性关系的，电阻的损耗跟电压是成平方关系的，电流源和电阻的功耗上完全不等价。电压越高电阻发热量集聚增高。右图的输入端使用的达林顿管组合，大大提高了输入阻抗，47K换成了恒流源6uA的，2.2K换成了100uA的；左边的集电极一个接电阻，一个直接导通了，所以对称性不好，那么我们右图采用了一个镜像源，这样就保证了左右对称性良好。对于音频功放来说不要求对称性很好，音频功放100K/4.7K也就20倍的放大倍数而已，那么我们知道音频功放的输入源往往是随身听，输入幅度就有1伏多了，不是个弱信号输入，它实际上是个强的小信号输入，所以放大倍数只需要20-30倍就够了，加入我们的输入是1-2伏那么输出乘以20倍附近，那么就是20-40伏范围，那么对对音响来说也就足够大了，也就是说音频放大不需要很多的放大倍数。但对于运放来说，我们运放的放大倍数是无穷大，也就是说起码几百万倍。所以说对输入端的的对称性要求就非常高，所以尽量保证输入的同相和反相的对称性，实际上也做不到完全对称，我们看到右图两个背对背三极管多了一个基极和集电极的短接（Q8），但是基本是对称的。右半图总的下来才6uA，所以Q10的驱动电流非常微弱；不像音频功放，4.7k电阻上方点，该路上电流都是由上方47K电阻导致的，如果输入是47伏，那么这个链路上就是百uA级别，而右半部是一个6uA的恒流源，所以Q10的基极驱动电流一半一半的分也就3uA，所以基极输入的电流是非常非常少的；但是是可以直接驱动的，而右边的话Q10的基极电流太大会影响对称性，所以这里Q10做了两级跟随电路和Q11，比如Q10射级跟随跟随一级再加一级Q11级的射级跟随，之后就实现了电流驱动，电流驱动之后再驱动Q12反相器，Q12等价于左图的TIP41，那么后面的电路就跟左边的电路就一样了（Q5和Q6等价于左图的上边连个三极管，Q13等价于左图的下方右半部两个三极管），Q7是保护电路用的（如果输入电流过大通过Rsc运放内部的电阻电压过高，导致Q7集电极与发射极导通那么100uA的电流直接被拉走了那么Q5点基极的电压就会下降，于是Rsc上方就输不出电压，就起到了芯片自我保护功能） 我们来看下相位，左图我们之前讲过输入处的左边三极管是同相输入，右边三极管是反相输入，那么右图恰好相反，Q1是反相输入，Q4是同相输入。我们看下是不是这样子，假设Q4基极高，导致6uA电流流不通，导致Q9上方电流变小了，电流变小了Q10基极电压就变低了，由于Q10的PN节导致Q11基极低，从而导致Q12基极低，导致Q13基极高（因为反相），导致Q5基极高，于是Q5、Q6通过Rsc到输出是高，所以说Q4基极跟输出是同名；那么我们来看看反相输入端如果是高，导致Q2上部电平高，导致Q3、Q4通路上电流增高，导致通过右半边的电流增加，导致Q10基极增高，导致Q10基极增高，导致Q12基极高，于是Q13基极电压变低，Q13基极低了，导致输出电压也就低了。
右边图我们会看到一个问题，也就是Q12这个三极管，再怎么样弄都有个问题，Q12的导通电压不可能低于0.3伏，因为三极管的CE之间的电压不会低于0.3伏（饱和导通后）Q13基极0.3伏，那么Q13上部PN节最低也不会低于0.5伏，那么0.3+0.5输出就是0.8伏，就是再怎样输出也不会低于0.8伏，这是从Q13角度看。我们再从上边看Q12上方0.3伏，到Q5下方一个管子导通最起码要0.5伏，Q6导通也是0.5伏，那么0.3伏不足以驱动Q5导通，所以Q5完全没有导通，是截止状态的，也就是说出现在0.8伏或者更高的一个电压内输出电压处会出现一个盲区，比如我让正相输入端为低电平的时候让输出为一个低电平的时候，它不可能完全到地，它可能处于一种悬空状态，那么后级是一个电容性负载的话，就是有一定的电容的话，这个电容里面因为存电，电容里的电释放不掉，因为Q13在输出是0.8伏的时候，电流不能到地导通，于是导致输出不能到地的一个电压输出存在，这是LM358对地的一个接法，不是双电源的（左边是双电源，右边是单电源的），也就是右边电路对地接，它是不能完全到地的，原因就是三极管有个压降在到地这条通路上，导通之后有压降，一般来说要弥补这个问题可以在输出端对地下拉一个电阻，比如说1K或者更小的，看实际情况，把输出拉下来，否则就会在靠近地的时候存在一个悬空态。 那么同理电源Vcc这一块，它也不可能完全到Vcc，因为Q5、Q6不可能完全导通，假如说Q5基极完全是Vcc电压，那么输出也是Vcc-1伏（Q5（0.5伏）和Q6（0.5伏）导通需要1伏的电压），这里取0.5不要取0.7，0.7往往是电流比较大的时候一般来说几十毫安啊到百毫安附近的时候，这个PN节的压降有0.7伏甚至更高一点，比说我们常用的EN4001这个二极管，它的电流在1安的情况下的压降在1伏，那么电流在毫安级别的时候压降大概在0.7伏附近，那么之后电流再小的话那么压降会到0.5伏，那么我们这里呢一样的道理，这个电流比较小比如说uA级别了，比如说Q5处的基极总共才过来100uA，那么通过Q5、Q6几十uA的话，那么这个压降可能是0.6甚至是以内，所以我们取个0.5吧，但是这个根据实际情况来取就可以了，那么最高供电如果是20伏的话，那么最高也就是19伏，实际上加上这个恒流源有一定的压降之后，那么电压可能就是17-18伏，是到不了20伏的。也就是输出电压最小到不了地，最高到不了电源电压，这是所有运放的特性，包括后面的CMOS电路，包括轨对轨也好，那怕真的是轨对轨它也不可能百分之百到电源和地，只能说是接近。 那么Cc这个电容，那么左边也有一颗类似的电容，Cc是个相位补偿电容，这个后面再讲，通过右图我们看到它没有4148这个管子，上节课我们说过4148是解决交越失真用的，就是说让左边上边右边的三极管处于导通的初始态（线性区的起始端），而右边电路的100uA下通路是没有的，是直接连通的，那么因为运放的放大倍数足够大，我们一般工作在放大倍数比较大的条件，因为运放本身，假如输出电压偏一点点，它马上反馈到输入端，可以弥补，这个交越失真不会影响的特别大，因为运放一般工作在小信号下，那么这个实际内部到底有没有老师也不是很清楚，因为右图毕竟是一个简化图。
真实运放的缺陷1、输入阻抗不为无穷大 用过这种双极性运放的人（用三极管的我们叫双极性运放），我们会发现这么一个现象，比如说我们的输入端接一颗LED灯，你会发现这个LED灯比如说Q1的基极，LED灯正极接Q1基极，负极接地，你会发现这个LED灯是会亮的，那怕是6uA很微弱的电流都可以把LED点亮，以前我很惊讶，一直认为这个运放输入阻抗很大很大，但实际中发现既然能够让LED灯点亮，那现象也是6uA的电流从Q2到Q1到输入端出来了，经过LED再到地，形成了回路，因为LED变亮需要很微弱的信号就够用了，这个起码说明了输入阻抗不为无穷大。 2、输出阻抗不为零，单电源供电无法输出零 单电源供电无法输出零刚才已经说过了。那输出阻抗不为零，运放内部有个保护电阻Rsc，那怎么可能为零呢。 3、偏置电流不为零 那么我们看到Q1和Q2加入输入任何一个信号Vcc电源都会通过Q2、Q1倒灌到输入端输入信号中，这个偏置电流是倒灌型的，所以说都有个偏置电流。 4、失调电压不为零 5、失调电流不为零 失调电压和失调电流不为零，原因是什么呢，我们刚才说了，Q8和Q9是不对称的，不可能完全对称，你包括后级的一些工作点不可能完全对称，那么肯定存在有失调电压，既然存在失调电压那么就也存在失调电流。失调电压什么意思呢，就是让输出端为0的时候，输入电压和电流是多少。很多人可能搞不清湖，失调电压，失调电流，偏置电流的区别，偏置也就是说Vcc倒灌到输入端的电流是多大，那么我们两端输入都有个电阻接地都会从供电电源到输入端有个偏置电流过来，那么这个时候输出可能还是不为0的，那么我们就需要调整左右两边的电阻阻值，然后输出为0，那么这个调整过程其实就叫失调。偏置就相当于三极管，属于工作点了，因为输入没有偏置电流的话他就无法工作。
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