講透有史以來廣受歡迎的運算放大器μA741（7）

我們接著上面文章，繼續分析運放的輸出級。受限於運放封裝的體積，運算放大器的推電流和拉電流都不會太大。那麼為了限制電流超過一定的值，uA741內部還專門設計了限流電路，包括推電流限制電路和拉電流限制電路。

我們先來看推電流限制電路，這個功能的實現主要是靠T13這個管子。從電源流經T12、R9，然後再到負載（Vo）的電流達到一定程度的時候，R9兩端的電壓就會達到0。7V。我們來計算一下這個電流值。I = 0。7V/R9 = 0。7V/27R = 25mA。那麼也就是說，當流過R9的電流值達到25mA左右的時候，R9兩端的電壓會達到0。7V。大家看一下，R9這個電阻兩端的電壓是不是恰好就是T13的基極和射極的端電壓，那麼也就是說此時T13飽和導通了。T13飽和導通以後，T12的Vbe是不是就小於0。7V了，那麼T12是不是就關閉了。那麼自然流過R9的電流就變小了。R9和T13這兩個器件在這裡扮演的，是不是就是一個負反饋的角色，本質上利用的是N管基極電位和集電極電位相位相反的特性來實現的。

下面我們來看一下，拉電流是如何限流的，這個功能主要是由Q8、T15和T14這三個器件來實現的。

當運放輸出為低的時候，比如Q6射極電壓低於輸出電壓Vo，那麼對於運放來說，電流的流向是從負載流向Q7的。當流經R10的電流達到一定程度的時候，Q8這個管子就會開通了。Q8這個管子開通了之後，T15這個管子就會流過電流了。T14這個管子是映象T15的，這裡是一個映象電流源，也就是說T15和T14的集電極電位是相同的。隨著流過T15的電流越來越大，那麼T15集電極上的電壓也就越來越低。同理，T14集電極上的電壓也就越來越低，當T14集電極上的電壓降低到一定程度之後，那麼T8、T9這兩個管子就會趨向於關閉狀態。這個時候，T9集電極上的電壓就會升高了，那麼Q6射極上的電壓也就提高了，那麼流過Q7的Ib和Ic都會變小了。這樣也就起到了拉電流的保護作用。

另外，在741內部，當時的研發人員還搞了一個比較牛逼的發明，就是在放大級和輸出級之間加上了一個電容，這個電容也稱作米勒電容。

因為T8、T9組成達林頓管形式，放大倍數會很大。如果每個管子的放大倍數是100倍，那麼兩個管子聯合起來就是10000倍。那麼也就是說F點電壓微小的變化，都會在T9的集電極產生非常劇烈的電壓變化。這個劇烈的dv/dt，其實對運放的穩定性是不利的。為了解決這個穩定性的問題，科學家們嘗試了很多辦法，最終在uA741這個運放內部形成了一個較為完美的方案，就是加上一個小電容。在這之前，運放內部都是沒有電容的。我們下面來看一下，這個電容可以起到什麼樣的效果。我們假定F點電壓是向下降低的，那麼T9 C端的電壓是不是急劇上升呀；這個急劇上升的電壓，會透過彌勒電容給F點充電，對吧。那麼F點的電位是不是就不會下降得那麼快了。那這樣，T9 C點的電壓也就不會上升得那麼快了，也就是這個地方的dv/dt也就沒有那麼劇烈了，進而整個運放系統的穩定性也就得到了改善。但是這個改善，肯定是有成本的。對於放大交流訊號，大家很容易看出來，運放整體的增益是下降的；訊號的頻率越高，運放整體的增益也就越低。某種意義上講，這個電容在這裡起到的是一個低通濾波的作用。