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问：运算放大器在结构上有哪些不同点?
答：运算放大器在基本结构上有许多不同点。最主要的一点是输入级的结构。输入级几乎都是长尾对结构(一对放大器接成图42所示的形式)，但器件的选择对运算放大器输入参数的影响至关重要。为了避免对某种半导体器件的倾向性，这里给出的是热阴极电子管图，因为目前的热电子器件一般都不采用集成电路芯片构成输入级，而只有单片运算放大器才具有由双极型场效应管(FET)构成的输入级。
由双极型晶体管构成的长尾对式差分放大器如图43所示。它的主要特点是噪声很低并且适当调整后失调电压也很低。另外，如果输入级的失调电压调整到最小，那么一定会有最小的失调漂移。它的主要缺点是受晶体管的发射极电流和基极电流比例的限制。另外，如果发射极电流对输入级足够大以便有合适的带宽，那么基极电流(从而也使偏置电流)也要相当
图42 由热阴极电子管构成的“长尾对”差分 放大器
图43 简单的双极型晶体管构成的差分放大 器
大(通用运算放大器为50～1 000 nA，高速运算放大器高达10 μA)。
反相输入端和同相输入端的偏置电流都是单极性的并且匹配得很好(两者之差称作失 调电流)，其中偏置电流较小的一路随温度增加而减小。在许多应用中，使用精密匹配电阻 进行补偿来提高偏置电流。图44 示出一个偏置电流补偿电路，其中同相输入端偏置电流经 过电阻RC(称作偏置补偿电阻)。RC用来补偿反相输入端偏置电流通过电阻R2时产生的 压降。RC的标称值应该等于电阻R1与R2的并联值，调整RC将非零失调电流引起的误 差调至最小。 这种偏置补偿仅当偏置电流匹配得很好的情况下才是有用的。如果匹配得不好，偏置补 偿电阻居然会引起误差。
如果规定的双极型输入级没有这么大的偏置电流，那么运算放大器的设计者可以采用不 同 形式的偏置补偿(见图45) 。虽然采用相同的长尾对，但每个基极所需要的主要电流都是由 芯片内一个电流源提供
图44 偏置补偿电阻可使偏置电流误差减至最小
图4 5 偏置补偿双极型输入级
的。这样可使外部偏置电流减小到10 nA 以下，不影响失调、温漂、 带宽或电压噪声，而且偏置电流随温度变化很小。
这种结构的输入级有两个缺点：一是电流噪声增加；二是外部偏置电流匹配得不好 ( 实际上，当芯片温度变化时，偏置电流可沿相反方向流动或改变极性)。对于许多应用来说 ，这两个缺点根本不算毛病。实际上，一种最常见的低失调运算放大器OP 07就属于这种 结 构，同样OP 27，OP 37和AD707 ，它们的失调电压都仅为15 μV。当运算放大器产品说明 中明 确给出双极性偏置电流(例如±4 0nA)时，常常认为这种类型的放大器是偏置补偿放大 器。
在甚至几个纳安(nA) 的偏置电流都不允许的情况下，通常用场效应管取代双极型晶体管 。在过去，MOSFET对运算放大器的输入级还存在一定的噪声，尽管现代半导体工艺正在克 服这个缺点。另外还因为MOSFET失调电压也相当高，所以为了制造高性能低偏置电流的运算 放大器，使用结型场效应管(JFET)作为输入级。典型JFET运算放大器输入级原理图如图4 6 所示。 JFET 的偏置电流与流过器件的电流无关，所以甚至宽频带JFET放大器可能有很低的偏置 电流(几十皮安是常见的)，而且AD549在室温条件下保证偏置电流低于60 fA(每3 μs 一个电子)。 “在室温”这个条件是很重要的，此时JFET的偏置电流等于其栅极二极管的反向漏电流 ，而且硅二极
图4 6 JFET 运算放大器输入级原理图
管的反向漏电流随温度每增加10°C 大约增加一倍。JFET运算放大器的偏置电 流随温度变化并不稳定。实际上在25～125°C温度范围内，JFET运算放大器的偏置电流能增 加到1 000倍以上(这对于MOSFET运算放大器同样适用，因为多数MOSFET放大器的偏置电流 等于其栅极保护二极管的漏电流)。
JFET 放大器的失调电压虽然在制造期间进行了调整，但是最小的失调不一定对应最小的 温 度漂移。因此，JFET运算放大器的电压失调和漂移应该分别调整，这样调整的结果要比最佳 双极型放大器的电压失调和漂移数值稍大一点(最佳JFET运算放大器的电压失调和漂移典型 值分别为250 μV和5 μV/°C)。但是ADI公司最近研究出一种新的专利调整方法，预期新一 代的JFET运算放大器将会得到极好的结果。
因此我们可以看出，运算放大器的失调电压、失调电压漂移、偏置电流、偏置电流漂移 和噪声之间存在着相互权衡的关系，而且选择不同的输入结构具有不同的输入特点。表4 1 比较了三种常见运算放大器输入结构的特点。
我们还应注意到以AD705 为代表的另一类运算放大器，它采用超β双极型FET(BiFET) 工艺，它既具有低失调电压和低失调电压漂移，又具有低偏置电流和低偏置电流漂移。
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