对于直流,运算放大器的开环电压增益约为gm(R1||R2),但前提是输出缓冲区增益大约1。R1和R2表示信号路径中各种晶体管的输出阻抗,每个电阻均连接到一个供电轨或其他单元。这就是运算放大器中增益受限的基础。R1和R2不能保证为线性;它们可能导致空载失真或非线性度。除线性度之外,我们需要增益达到或超过一百万,才能实现ppm级的增益精度。

观察标准双极性晶体管曲线,我们可以看到它在该组中的跨导最高,但该跨导会随着输入从零伏开始变化而快速消退。这一点让人担忧,因为线性度的基本要求就是增益或gm恒定。另一方面,谁会在乎放大器的电压增益如此之高,以致于差分输入随输出电压的伏特级增加只能实现微伏级增加?下面是CCOMP。

图5.各种差分放大器的输出电流和跨导以及输入电压

CCOMP(CCOMPP和CCOMPM的平行线)会吸收gm在频率范围内的大多数输出电流。它可设定放大器的增益带宽乘积(GBW)。GBW可设定:在频率f下,放大器的开环增益为GBW/f。如果该放大器在f = GBW/10时的输出为1 V p-p,闭环增益为10,那么输入之间将有100 mV p-p。也就是,平衡±50 mV。请注意,图5中显示的标准双极性曲线在±50 mV时损耗了约一半的增益,从而保证了大规模失真。不过,智能双极仅损耗了13%的增益,阈下MOS损耗了26%,退化双极损耗了12%,平方律MOS损耗了15%。

图6显示了输入级的失真与振幅。在应用电路输出时将显示这些信息(乘以噪声增益)。输出失真可以继续增加,但不能减少。

图6.输入级的总谐波失真与差分输入电压

除智能双极的输入级之外,输入级的差分放大器显示失真与输入的平方成正比。在增益一致的应用中,输出失真与输入失真的影响相同。这是大多数运算放大器的主要失真来源。

请考虑一个采用双极输入的增益一致的缓冲区。若输出VOUT峰峰值电压,输入差分信号将为

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