高速电压反馈运算放大器
MT-056
高速电压反馈运算放大器
为了针对给定应用选择正确的高速运算放大器，需要了解各种运算放大器拓扑结构以及它
们之间的权衡考虑。使用最为广泛的两种拓扑结构是电压反馈( V F B)和电流反馈( C F B)。以
前的指南(MT-050、MT-051、MT-052)中已概要描述过这些拓扑结构，接下来，我们将更
加详细地介绍这两种拓扑结构与频率相关的方面。 高速电压反馈(VFB)运算放大器拓扑结构
电压反馈(VFB)运算放大器的电路拓扑结构与电流反馈(CFB)运算放大器不同。VFB运算放
大器无疑在低频应用中最受欢迎，但CFB运算放大器在高频下具有一定的优势。我们将在
指南MT-057中详细讨论高速CFB运算放大器，这里先谈谈更加传统的VFB架构。
早期的IC电压反馈运算放大器基于“全NPN”工艺制成。这些工艺针对NPN晶体管而优
化——“横向”PNP晶体管的性能相对较弱。采用这种低质PNP的早期VFB运算放大器示例
包括709、LM101和741。
横向PNP一般只用作电流源、电平转换器，或者其他非关键功能。下面的图1所示为基于
这种工艺制成的一种典型VFB运算放大器的简化原理图。
MT-056
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输入级为一个差分对(有时称为长尾对)，由双极性对(Q1, Q2)或FET对构成。该“gm”(跨导)
级将小信号差分输入电压v转换成一个电流i，其传递函数以电导率单位1/Ω(或姆欧)测量。
小信号发射极电阻r
e
大约等于小信号gm的倒数。
单个双极性晶体管的小信号gm的计算公式来自以下等式：
其中，I
T为差分对尾电流，IC为集电极静态偏置电流(IC= IT/2)，q为电子电荷，k为玻尔兹
曼常数，T为绝对温度。在+25°C下，V
T= kT/q= 26 mV(经常称为热电压VT)。
就如我们即将看到的那样，放大器单位增益带宽积f
u
等于gm/2πCP，其中，电容CP用于设置
主极点频率。为此，尾电流I
T与绝对温度成比例(PTAT)。该电流会跟踪re随温度的变化情
况，从而使gm不依赖于温度。使CP在温度范围内保持不变是相对容易的。
gm级的Q2集电极输出驱动横向PNP晶体管的发射极(Q3)。需要注意的是，Q3并非用于放
大信号，而是用来转换电平，即Q2集电极中的信号电流变化出现在Q3
高速电压反馈运算放大器
为了针对给定应用选择正确的高速运算放大器，需要了解各种运算放大器拓扑结构以及它
们之间的权衡考虑。使用最为广泛的两种拓扑结构是电压反馈( V F B)和电流反馈( C F B)。以
前的指南(MT-050、MT-051、MT-052)中已概要描述过这些拓扑结构，接下来，我们将更
加详细地介绍这两种拓扑结构与频率相关的方面。 高速电压反馈(VFB)运算放大器拓扑结构
电压反馈(VFB)运算放大器的电路拓扑结构与电流反馈(CFB)运算放大器不同。VFB运算放
大器无疑在低频应用中最受欢迎，但CFB运算放大器在高频下具有一定的优势。我们将在
指南MT-057中详细讨论高速CFB运算放大器，这里先谈谈更加传统的VFB架构。
早期的IC电压反馈运算放大器基于“全NPN”工艺制成。这些工艺针对NPN晶体管而优
化——“横向”PNP晶体管的性能相对较弱。采用这种低质PNP的早期VFB运算放大器示例
包括709、LM101和741。
横向PNP一般只用作电流源、电平转换器，或者其他非关键功能。下面的图1所示为基于
这种工艺制成的一种典型VFB运算放大器的简化原理图。
MT-056
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输入级为一个差分对(有时称为长尾对)，由双极性对(Q1, Q2)或FET对构成。该“gm”(跨导)
级将小信号差分输入电压v转换成一个电流i，其传递函数以电导率单位1/Ω(或姆欧)测量。
小信号发射极电阻r
e
大约等于小信号gm的倒数。
单个双极性晶体管的小信号gm的计算公式来自以下等式：
其中，I
T为差分对尾电流，IC为集电极静态偏置电流(IC= IT/2)，q为电子电荷，k为玻尔兹
曼常数，T为绝对温度。在+25°C下，V
T= kT/q= 26 mV(经常称为热电压VT)。
就如我们即将看到的那样，放大器单位增益带宽积f
u
等于gm/2πCP，其中，电容CP用于设置
主极点频率。为此，尾电流I
T与绝对温度成比例(PTAT)。该电流会跟踪re随温度的变化情
况，从而使gm不依赖于温度。使CP在温度范围内保持不变是相对容易的。
gm级的Q2集电极输出驱动横向PNP晶体管的发射极(Q3)。需要注意的是，Q3并非用于放
大信号，而是用来转换电平，即Q2集电极中的信号电流变化出现在Q3