BiCMOS 邏輯系列將雙極器件和 CMOS 器件集成在單個(gè)芯片上，結(jié)合了兩個(gè)系列的優(yōu)點(diǎn)。雙極邏輯系列具有更高的開關(guān)速度和更高的輸出驅(qū)動(dòng)電流容量。CMOS 系列具有更低的功耗、更好的噪聲容限和更高的封裝密度。
　　運(yùn)算放大器
　　運(yùn)算放大器 (op-amp) 是一種具有差分輸入和一個(gè)輸出的高增益壓控電壓源 (VCVS)。
　　最初的運(yùn)算放大器采用在高電壓下極化的熱電子管，在模擬計(jì)算機(jī)中以電方式執(zhí)行加法、減法、乘法、除法、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算。因此，它被稱為運(yùn)算放大器。盡管它的使用已擴(kuò)展到模擬計(jì)算之外的許多應(yīng)用，但它保留了這個(gè)名稱?！　∧壳?，它們是具有多種封裝的集成電路，工作電位低，可靠，廉價(jià)，并且可以采用單電源。、

　　圖 1顯示了運(yùn)算放大器的一般符號?！　D 1.運(yùn)算放大器的電路符號。

　　圖 2顯示了運(yùn)算放大器中的電流和電壓。
　　圖 2.運(yùn)算放大器中的電流和電壓。
　　節(jié)點(diǎn)電壓以地為參考。帶加號的輸入為同相輸入，帶負(fù)號的輸入為反相輸入。運(yùn)算放大器符號并不總是顯示接地，但它始終存在。
　　通常，為了清晰起見，電路圖省略了運(yùn)算放大器運(yùn)行所需的電源。
　　輸入電壓 V in = Vi1 – Vi2。作為依賴源，運(yùn)算放大器放大輸入電壓。在圖 2中，運(yùn)算放大器的開環(huán)增益 (A) 決定了輸入電壓放大程度——定義為 Vo/Vin 比率。
　　單輸入放大器是一種特殊情況，其中一個(gè)輸入接地。
　　運(yùn)算放大器可以是集成電路或具有大量功能的分立元件。
　　理想的運(yùn)算放大器
　　理想的運(yùn)算放大器僅響應(yīng)兩個(gè)輸入之間的電壓差。沒有反饋的運(yùn)算放大器據(jù)說工作在開環(huán)模式下——它的反饋電路不是閉合的。
　　理想的運(yùn)算放大器具有無限的電壓增益、輸入阻抗和帶寬、零輸出阻抗、零響應(yīng)時(shí)間和無噪聲。由于輸入阻抗無窮大，因此輸入電流也為零。
　　總結(jié)：
　　電壓增益 = ∞
　　輸入阻抗 = ∞
　　帶寬 = ∞
　　輸出阻抗=0
　　完美平衡：當(dāng)V 2 = V 1時(shí)，V o = 0 。
　　這些特性與溫度無關(guān)。
　　真正的運(yùn)算放大器
　　理想的運(yùn)算放大器具有無限的輸入阻抗，并且不會從源汲取電流，因此不會產(chǎn)生功率。該設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)槿魏畏糯笃鞫急仨殢脑传@取一些功率來感測要放大的信號。
　　實(shí)際的運(yùn)算放大器無法滿足理想的開環(huán)特性。相反，他們尋求那些理想的參數(shù)。
　　實(shí)際運(yùn)算放大器的電壓增益范圍為 10 (60 dB) 至 10 (180 dB)，通常為 10 (100 dB)，并且平坦響應(yīng) - 恒定增益 - 從 0 Hz 到幾千赫茲。
　　輸入阻抗范圍為 10至 10^2 歐姆，輸出阻抗范圍為 25 至 50 歐姆。由于運(yùn)算放大器不具有無限輸入阻抗，因此它們的輸入電流不為零。該小電流會在輸出端產(chǎn)生失調(diào)電壓，該電壓可以通過電阻器 Rc 進(jìn)行部分補(bǔ)償，如圖5和圖 6所示。
　　實(shí)際參數(shù)取決于特定的運(yùn)算放大器型號。上述數(shù)字僅供參考。實(shí)際上，必須使用制造商數(shù)據(jù)表中指定的參數(shù)。
　　開環(huán)運(yùn)行　　運(yùn)算放大器有一個(gè)反相輸入和一個(gè)同相輸入。當(dāng)施加到反相輸入時(shí)，輸出端的極性會反轉(zhuǎn)輸入電壓的極性。當(dāng)應(yīng)用于同相輸入時(shí)，輸出極性相同。圖 3和圖 4顯示了兩種操作模式。

　　圖 3.反相模式操作。
　　圖 4.非反相模式操作。
　　這些設(shè)置允許運(yùn)算放大器以其最大電壓增益水平運(yùn)行。
　　如圖2所示，在沒有反饋的情況下，運(yùn)算放大器的輸出等于其兩個(gè)輸入處的電位差乘以電壓增益。如上所述，理想器件的電壓增益是無限的。
　　假設(shè)實(shí)際設(shè)備的電壓增益為 10?，輸入電壓為 1 V，則輸出應(yīng)為 100 kV。但輸出電壓不能超過最高電源電壓，以免飽和。
　　我們看到開環(huán)配置的高增益使放大器不穩(wěn)定，因?yàn)榧词购苄〉妮斎胄盘栆部赡墚a(chǎn)生飽和。因此，開環(huán)布局并不實(shí)用。反饋電路的連接——閉環(huán)操作——解決了這個(gè)不穩(wěn)定問題，盡管損失了部分增益。
　　閉環(huán)運(yùn)行
　　我們看到運(yùn)算放大器作為通用放大器非常有價(jià)值，主要是因?yàn)樗母咴鲆妗?br>　　運(yùn)算放大器與普通差分放大器的主要區(qū)別在于，前者利用外部反饋網(wǎng)絡(luò)——根據(jù)所需的具體功能，部分輸出信號通過多條路徑反饋到輸入端。
　　閉環(huán)電路中的增益與開環(huán)電路中的增益不同，即電壓增益 A。使用外部反饋連接很有幫助，這樣放大器輸出信號的整體電壓增益或特性主要取決于反饋電路中的元件。
　　反饋電路中使用的典型無源電氣元件具有穩(wěn)定且準(zhǔn)確已知的值。這種格式控制運(yùn)算放大器的整體輸出特性，與放大器元件本身的特性無關(guān)。將反饋電路連接到基本運(yùn)算放大器，使其工作在閉環(huán)模式下。
　　兩個(gè)基本的閉環(huán)放大電路是反相放大器（圖5）和同相放大器（圖6）。
　　反相放大器　　反相放大器采用負(fù)反饋，在輸出和負(fù)反相輸入之間連接外部電阻器 R f 。

　　圖 5.閉環(huán)反相放大器。
　　在此狀態(tài)下，負(fù)端的輸入電壓為V in加上反饋電壓。輸入電阻 R in分隔這兩個(gè)電壓。實(shí)際放大器的輸入電阻等于中的R。
　　假設(shè)一個(gè)理想的運(yùn)算放大器并將閉環(huán)增益定義為
　　G = V輸出/V輸入
　　反相放大器的閉環(huán)增益為
　　G = ?R f /R in
　　反相放大器的增益始終為負(fù)，因此它的鬃毛。
　　盡管負(fù)反饋精確地控制了放大器的整個(gè)電壓增益，但它降低了其幅度。設(shè)計(jì)者對 Rin 和 Rf 的選擇將獨(dú)立于開環(huán)增益 A 設(shè)置絕對增益。
　　圖 5中的方程顯示輸出電壓為負(fù)（前提是 V in > 0）。
　　前面的方程表明 V out = GV in，因此輸出電壓是線性的。
　　同相放大器　　在不改變符號的情況下進(jìn)行放大的解決方案是同相放大器配置，如圖 6所示。輸入電壓饋入正輸入，輸出電壓變?yōu)檎?，與反相放大器相反 - 現(xiàn)在，輸出電壓保持輸入極性。

　　圖 6.閉環(huán)同相放大器。
　　通過分壓器網(wǎng)絡(luò)將部分輸出電壓應(yīng)用回負(fù)端或反相端，從而提供反饋控制。
　　同樣，假設(shè)一個(gè)理想的運(yùn)算放大器并將閉環(huán)增益定義為
　　G = V輸出/V輸入
　　同相放大器的閉環(huán)增益為
　　G = 1 + (R f /R in )
　　查看一些特定值，請注意，如果 R f = 0，則電壓增益將為 1。如果R in = 0，理論上增益將接近無窮大，但實(shí)際上，它將是開環(huán)增益A。對于具有非負(fù)阻值的無源電阻，電壓增益永遠(yuǎn)不會小于1。
　　對同相配置的詳細(xì)電路分析表明，增益 G 有一個(gè)額外的 1/A 項(xiàng)，涉及開環(huán)增益。出于實(shí)際目的，考慮到 A 的值較高，此項(xiàng)為零。
　　同相配置具有最小增益和高輸入阻抗特性。
　　電壓跟隨器
　　電壓跟隨器這個(gè)名稱來源于這樣一個(gè)事實(shí)：輸出電壓的符號和幅度與輸入電壓相等。電壓跟隨器利用同相配置的低增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗?！　≡谪?fù)反饋系統(tǒng)中，我們已經(jīng)看到，通過將輸出端子連接到反相輸入，可以從輸入中減去輸出。令R f = 0，Rin =無窮大，忽略R c ，在圖6的同相放大器中，我們得到如圖7所示的電路。

　　圖 7.電壓跟隨器。
　　輸入電壓直接連接到運(yùn)算放大器的同相輸入，導(dǎo)致輸出和輸入電壓同相。
　　兩個(gè)運(yùn)算放大器輸入端的電壓 Vi 1和 Vi 2必須完全相同。如果電壓V i 1 上升，則輸出電壓V o也上升。由于輸出和負(fù)端之間存在反饋，V i 2 增加相同的量。
　　由于V in = Vi 1 - Vi 2，Vi 2降低了兩個(gè)輸入之間的電壓，從而降低了V o。該過程很快穩(wěn)定下來，Vo 保持在保持兩個(gè)輸入理想相同所需的值。這個(gè)結(jié)果是負(fù)面反饋的明確標(biāo)志。
　　可以看出，圖7中的增益V o /V i 1為A/(A+1)。對于顯著增益，該比率接近 1。這意味著輸出電壓 V o跟隨輸入電壓 Vi 1而無需放大或任何其他變化。
　　相反，請記住，在沒有反饋的情況下，V o /V in = A。
　　電壓跟隨器將輸出與輸入隔離。當(dāng)阻抗匹配或電路隔離至關(guān)重要時(shí)，它會很有幫助。利用其高輸入阻抗的一個(gè)示例是當(dāng)用于測量儀器的輸入以從被測電路獲取淺電流時(shí)。
　　物理運(yùn)算放大器
　　作為高增益壓控電壓源來執(zhí)行簡單任務(wù)的機(jī)制是非常復(fù)雜的電路?！　∥锢磉\(yùn)算放大器是晶體管、電阻器、二極管和其他元件的復(fù)雜排列。作為說明，圖 8顯示了Renesas CA3130 運(yùn)算放大器（15MHz、具有 MOSFET 輸入/CMOS 輸出的 BiMOS 運(yùn)算放大器）的簡化原理圖。

　　圖 8. CA3130 BiMOS 運(yùn)算放大器的簡化原理圖。
　　CA3130 有一個(gè)反相輸入（引腳 2）和一個(gè)同相輸入（引腳 3）。這些輸入為兩個(gè)用作差分放大器的 p 溝道場效應(yīng)晶體管的柵極供電。這一事實(shí)提供了非常高的輸入阻抗，在大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)化為微小的輸入負(fù)載。
　　兩個(gè)輸入之間的電壓差按比例分割來自上部電流源的電流，從而通過每個(gè)晶體管發(fā)送一小部分電流。一個(gè)特定的電路——電流鏡——感測晶體管中的電流不平衡。電流鏡還可用作差分至單端轉(zhuǎn)換器。
　　單端電流不平衡被放大并進(jìn)入第二個(gè)放大器級——單個(gè) NPN 雙極晶體管。第二放大器級提供大部分運(yùn)算放大器電壓增益。
　　第二級驅(qū)動(dòng)推挽輸出級，類似于用作 A 類放大器的 CMOS 反相器。該輸出級是漏極負(fù)載放大器，其增益取決于負(fù)載阻抗。
　　三個(gè)增益級放大引腳 6 上的同相和反相輸入和輸出上的任何電壓差。同相輸入上的電壓增加會驅(qū)動(dòng)正輸出。反相輸入端的電壓增加迫使輸出為負(fù)值。
　　運(yùn)算放大器具有固有的輸入失調(diào)電壓——必須在兩個(gè)輸入端子之間施加電壓才能獲得零伏的輸出。引腳 5 和 1 之間的零失調(diào)電位器使電流鏡不平衡并補(bǔ)償輸入失調(diào)電壓。當(dāng)滑塊臂連接到引腳 4 時(shí)，該電位計(jì)的值為 100 kΩ。
　　引腳 1 和 8 之間的單個(gè)外部電容器將對運(yùn)算放大器進(jìn)行相位補(bǔ)償。這意味著降低高頻響應(yīng)以保持穩(wěn)定。47pF 電容器適用于大多數(shù)應(yīng)用。
　　對于選通 – 獲得對信號存在或不存在的數(shù)字控制 – 將引腳 8 連接到引腳 4（負(fù)電源）。這種連接迫使輸出（引腳 6）連接到正電源（引腳 7），并最大限度地減少輸出級所用的電流。
　　引腳 8 也有助于相位補(bǔ)償。