題:
為什麼運算放大器會在MOSFET上使用BJT?
Nate
2012-12-11 01:32:42 UTC
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一直有人告訴我,理想情況下,運算放大器具有無限的輸入阻抗。因此,當我查看LM741的晶體管級原理圖時,當他們使用BJT代替MOSFET時我感到困惑。

opamp

不使用BJT會導致電流流動輸入引腳?

'741設計於1960年代。那時MOSFET和BJT之間的性能/成本平衡是不同的。最好詢問是否以及為什麼今天的BJT會繼續設計某些運算放大器。
儘管MOSFET的工作原理比BJT的工作原理簡單得多,但製造MOSFET卻更加困難,因為它們對工藝條件(例如雜質)更加敏感。我在IC技術的早期階段就尚未控制MOSFET技術。
五 答案:
Matt Young
2012-12-11 01:48:30 UTC
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741機是一堆舊東西,主要用來廉價地教授基礎電子學。我似乎記得在某處讀過,如果要收集到每741條記錄,那麼足以給地球上每個人6或8個人。

現代運算放大器分為幾類。

  1. 通用-這些運算放大器不是很快,具有不良的非理想特性(偏置電流在毫安級,漂移,輸入阻抗為兆歐,並且幾乎不花任何錢。 741屬於此類。

  2. FET輸入-這些輸入速度更快,具有非理想特性(皮安中的偏置電流)明顯更好,漂移很小,具有極高的輸入阻抗(千兆歐姆),但可能要花幾美元。

  3. CMOS-CMOS運算放大器速度較慢,但具有非理想的特性(FEMTOamps中的偏置電流) ),極高的輸入阻抗(TERAohms),漂移與通用運算放大器差不多,並且可能要花費幾美元。這是一種運算放大器,其輸出可以在電源軌的毫伏範圍內,但電源電壓受到限制。

  4. 斬波器穩定-這是CMOS運算放大器的另一種形式。它的漂移很小,並且偏移很小。 請參閱本文以獲取更多信息

  5. ol>

    還有其他運算放大器可以處理RF頻率或處理高輸出電流,

    如您所見,每種運算放大器都有不同的非理想DC特性和輸入阻抗。多少電流流入運算放大器輸入取決於輸入阻抗。對於大多數現代運算放大器,這些電流非常小,對於大多數應用可以忽略不計。使用哪種類型的運算放大器是設計考慮因素,需要考慮速度,成本,溫度範圍和任何精度方面的考慮。

Olin Lathrop
2012-12-11 03:35:01 UTC
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像741或LM324這樣的雙極性運算放大器與FET運算放大器具有不同的權衡。一方面,它們是在多年前設計的,當時FET IC技術相對於雙極IC技術而言還不那麼先進。叫741垃圾是不公平的。那時候真是太好了。它的緊密衍生產品LM324如今仍在量產,因此顯然很多人認為這是滿足他們需求的正確選擇。

LM324的一個重要優勢是它的價格。通常,您只需要沒有非常嚴格要求的運算放大器。如果1 MHz增益x帶寬積,偏置電流和幾mV的偏移量都足夠好,那麼其他所有東西都只是昂貴的垃圾。

通常,獲取偏移量要容易一些對於相同的芯片面積,雙極性的低至幾mV的電壓。電流驅動能力和電源電壓範圍也有優勢。 FET當然具有很高的輸入阻抗。如今,這些區別變得更加模糊。您可以得到偏移電壓遠低於mV的FET輸入運算放大器,然後將其價格與LM324進行比較。兩端都有淨空。如今,FET運算放大器更易於在輸入和輸出之間實現軌到軌,但再次將即使是最便宜的MCPxxxx與舊的備用LM324的價格進行比較。還要注意LM324可以工作的電源電壓範圍。對於當今的大多數FET運算放大器來說,這是一個艱難的技巧。

一切都是權衡。

最後一句話非常好。我認為在工程師教育中應該經常說“定義您的要求”和“一切都是折衷方案”。
Spehro Pefhany
2014-01-19 04:45:55 UTC
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MOSFET對於許多精密放大器應用來說太吵了。如果您使用的是低阻抗源,則要使所有單片放大器中的噪聲最小,您需要使用雙極性放大器,例如 LT1028,其白噪聲頻譜密度為1.1nV / sqrt(赫茲)。 (如果這還不夠好,那麼離散設計可以做得更好)。

與典型的MOSFET輸入放大器(例如MCP601)相比,該放大器通常為29nV / sqrt(Hz),或在功率方面差700倍。

如果您要進行發燒友音頻處理,則世界上最好的放大器是德州儀器(nee Burr-Brown)雙極器件。它具有很大的輸入偏置電流,但失真很小。

MOSFET放大器也很少能夠在較高的電源電壓下工作,例如+/- 15V(精密儀器的另一個常見要求),如果確實如此,它們往往會花費一條臂和一條腿,我認為這主要是因為它們必須在特殊的高壓CMOS工藝線上製造,並且不能與數字材料混合使用。

741是在1960年代中期設計的,因此距今已有50年了。與以前的運算放大器(如uA709)相比,它有所改進,但是還需要很長時間。古老的JRC 4558等雙重版本已在音頻應用中使用了數十年。正如奧林指出的那樣,LM324相似(輸出級有很大的不同,部分是為了使其成為“單電源”),但每個放大器的數量僅需花費一美分或兩個便士。

除了LM324之外,我認為沒有其他任何運算放大器能像741那樣廣泛使用(也許有些JFET放大器接近)-市場更加平衡,有很多不同的對於設計師的選擇,每種都有自己的優點和缺點。求同存異!

Patrick
2014-12-03 17:27:47 UTC
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值得指出的是,從根本上說,BJT的跨導比MOSFET高。也就是說,在BJT情況下,電流隨施加電壓的指數而變化,而對於MOSFET,其僅隨電壓的平方而變化。

理想情況下,所有系統都是BJT和MOS的混合,但事實並非如此。因此,對於離散系統,BJT為王。對於片上集成系統,MOS為王。

感謝您將BJT當作跨導放大器使用(這並不是所有人都能避免的)。
Hearth
2017-04-14 07:40:26 UTC
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這個問題已經被回答了好幾次了,但是我覺得應該提到JFET輸入級。某些運放(例如TL074或LF357)使用JFET和BJT的混合物在某些方面實現了比僅雙極性設計更好的特性。 (在短暫的過載和靜電放電方面,JFET比MOSFET更可取,因為它具有更大的彈性。)

這些運算放大器通常在輸入差分放大器級使用JFET,其餘電路的大部分為雙極性的,原因是其他人給出了答案。正如您所說,將FET用於輸入級的優勢完全在於:它們具有更高的輸入阻抗。如果您查看各種JFET輸入運算放大器的規格,就會看到輸入偏置電流小於10皮安培的運算放大器;例如,如果查看AD549L,其輸入偏置不超過60。 飛安。相比之下,標準雙極型運算放大器的輸入偏置電流通常為幾納安(在OP07E中),在某些情況下甚至高達一微安(在著名的LM741中)。同樣,出於相同的原因,JFET輸入運算放大器的輸入阻抗將比雙極性運算放大器大五到六個數量級。

但是有一個權衡。 JFET輸入運算放大器往往具有明顯更大的輸入電壓噪聲。上面提到的雙極性OP07E具有峰峰值小於0.6微伏的低頻噪聲和大約每根赫茲10納伏的高頻噪聲密度,而輸入偏置幾乎為低的AD549具有低峰峰值高達6微伏的頻率噪聲,每根赫茲高達90納伏的高頻噪聲密度(儘管在1 kHz以上時確實下降到35 nV /√Hz左右)。

如同生活中的一切,沒有靈丹妙藥可以解決您的所有問題,沒有運放可以確保滿足您的需求,而不管它們是什麼。如果您需要超低偏置電流或非常高的輸入阻抗,請搭配JFET輸入運算放大器。如果您需要低噪聲或低成本,請使用雙極性運算放大器。如果您不需要這些東西都無法提供的東西,那麼,請考慮一些更具異國情調的東西。很有可能,您會在外面找到它。



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