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ZHCACH5B october 2022 – march 2023 OPA2991 , TLC2654 , TLC4502 , TLE2021 , TLV2721

4.1 雙極

雙極運(yùn)算放大器僅由雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 組成。有多種性能規(guī)格可供選擇，包括低性能、廣泛使用的舊產(chǎn)品（如 LM324）以及更現(xiàn)代的運(yùn)算放大器（如 LM2904B 和精密運(yùn)算放大器 OPA828）。

圖 4-1 雙極晶體管差分對(duì)電路（左）基本電路和（右）一般電路（用于計(jì)算 V_OS）

用雙極 NPN 晶體管代替圖 3-1 電路中的 Q₁ 和 Q₂ 并設(shè)置 $R = R_{C}$ 即可獲得圖 4-1 左側(cè)所示的基本 NPN 雙極差分輸入電路。也可以將小型電阻器放置在器件的發(fā)射極處，以增加噪聲和降低開環(huán)增益為代價(jià)來(lái)提高線性度和速度。通常這樣做是因?yàn)檫@樣可以提升穩(wěn)定性，但此處未討論該效果。

在雙極工藝中，V_OS 主要由晶體管 Q₁ 和 Q₂ 的基極寬度、發(fā)射極面積以及基極和集電極的摻雜程度的差異產(chǎn)生（請(qǐng)參閱 Gray 和 Meyer [2]）。此類誤差會(huì)導(dǎo)致流入差分對(duì)基極的偏置電流出現(xiàn)差異?？傮w結(jié)果是 Q₁ 和 Q₂ 的 V_BE 值存在差異，這會(huì)導(dǎo)致差分電壓 V_OS 出現(xiàn)在運(yùn)算放大器輸入端。

當(dāng)輸入端接地時(shí)，將形成一條環(huán)路，如圖 4-1 中右側(cè)所示。然后，使用基爾霍夫電壓定律 (KVL) 獲得方程式 13，并以方程式 14 的形式重寫。在方程式 8 中定義了 V_BE，其中 kT/q 項(xiàng)稱為熱電壓 (V_T)，I_C 是集電極電流，I_S 是反向飽和電流。然后代入方程式 14 并處理成方程式 4 中的形式：

方程式 1.

- V_{OS} + V_{BE 1} - V_{BE 2} = 0

方程式 2.

V_{OS} = V_{BE 1} - V_{BE 2}

方程式 3.

V_{BE} = (\frac{kT}{q}) \ln (\frac{I_{C}}{I_{S}})

方程式 4.

V_{OS} = (\frac{kT}{q}) \ln (\frac{I_{C 1}}{I_{C 2}} \cdot \frac{I_{S 2}}{I_{S 1}})

方程式 4 中由 I_C 項(xiàng)引入的誤差是由于 RC 電阻的失配造成的。I_S 項(xiàng)誤差主要是由于發(fā)射極區(qū)域和基極寬度和摻雜的失配造成的（請(qǐng)參閱 Gray 和 Meyer [2]）。V_T (kT/q) 的值取決于材料（例如，硅為 26mV）并且是所有晶體管固有的值。該項(xiàng)對(duì) V_OS 及其溫漂的影響最大。隨著 T 的變化，V_OS 會(huì)出現(xiàn)可預(yù)測(cè)性變化，如方程式 5 所示。

方程式 5.

V_{O S} = V_{O S} (25 ° C) + (\frac{V_{O S}}{T}) \cdot ? T