연산 증폭기가 MOSFET보다 BJT를 사용하는 이유는 무엇입니까?

이상적으로 op-amp는 무한 입력 임피던스를 가지고 있습니다. LM741의 트랜지스터 레벨 회로도를 볼 때 MOSFET 대신 BJT를 사용할 때 혼란 스러웠습니다.

BJT를 사용하지 않으면 입력 핀으로 전류가 흐르지 않습니까?

741은 오래된 전자 부품으로 기본 전자 제품을 저렴하게 가르치는 데 주로 사용됩니다. 741 년마다 모든 것을 수집해야한다면, 지구상의 모든 사람에게 6 ~ 8 장을 줄 수있을 정도로 충분하다고 생각합니다.

최신 연산 증폭기는 여러 범주로 분류됩니다.

1. 범용-이 연산 증폭기는 속도가 빠르지 않으며, 비 이상적인 특성 (나노 암페어의 바이어스 전류), 드리프트, 메가 옴의 입력 임피던스가 있으며 비용이 거의 들지 않습니다. 741이이 범주에 속합니다.

2. FET 입력-이것들은 조금 더 빠르며, 비 이상적인 특성 (피코 앰프의 바이어스 전류)이 훨씬 우수하고 드리프트가 거의없고 입력 임피던스 (기가 옴)가 매우 높지만 몇 달러가들 수 있습니다.

3. CMOS-CMOS 연산 증폭기는 느리지 만 비 이상적인 특성 (FEMTOamps의 바이어스 전류), 매우 높은 입력 임피던스 (TERAohms), 범용 연산 증폭기만큼 드리프트하므로 몇 달러가 소요될 수 있습니다. 이것은 레일의 밀리 볼트 내에서 출력을 얻을 수있는 연산 증폭기의 유형이지만 레일 전압은 제한적입니다.

4. 초퍼 안정화-다른 형태의 CMOS 연산 증폭기입니다. 드리프트가 매우 적고 오프셋이 매우 낮습니다. 자세한 내용은이 기사를 참조하십시오

RF 주파수를 처리하거나 높은 출력 전류를 처리 할 수있는 다른 연산 증폭기가 있지만 실제로 이러한 범주에 속하지는 않습니다.

보시다시피, 각 유형의 연산 증폭기에는 서로 다른 비 이상적인 DC 특성과 입력 임피던스가 있습니다. 연산 증폭기 입력으로 흐르는 전류량은 입력 임피던스에 따라 다릅니다. 대부분의 최신 연산 증폭기의 경우이 전류는 매우 작은 전류이며 대부분의 애플리케이션에서 무시할 수 있습니다. 사용하는 연산 증폭기의 유형은 속도, 비용, 온도 범위 및 정밀성 문제를 고려한 설계 고려 사항입니다.

741 또는 LM324와 같은 양극성 opamp는 FET opamp와 다른 트레이드 오프를 갖습니다. 우선, 몇 년 전에 FET IC 기술이 양극 IC 기술에 비해 덜 진보되었을 때 설계되었습니다. 741 쓰레기를 부르는 것은 불공평합니다. 당시에는 정말 멋진 일이었습니다. LM324라는 가까운 파생 상품은 오늘날에도 여전히 대량 생산되고 있으므로 많은 사람들이 이것이 자신의 요구 사항에 적합한 트레이드 오프라고 생각합니다.

LM324의 중요한 장점 중 하나는 가격입니다. 종종 엄격한 요구 사항이없는 opamp 만 있으면됩니다. 1MHz 이득 x 대역폭 곱, 바이어스 전류 및 몇 mV의 오프셋이 모두 충분하다면 다른 모든 것은 단지 고비용의 쓰레기 일뿐입니다.

일반적으로 동일한 칩 영역에 대해 바이폴라를 사용하여 오프셋 전압을 몇 mV로 낮추는 것이 더 쉽습니다. 전류 구동 기능과 공급 전압 범위에도 장점이 있습니다. 물론 FET는 입력 임피던스가 매우 높습니다. 오늘날에는 이러한 구분이 더 모호합니다. mV 미만의 오프셋 전압으로 FET 입력 opamp를 얻을 수 있지만 가격을 LM324와 비교할 수 있습니다.

TL07x 및 TL08x와 같은 초기 FET opamp는 양단의 매우 높은 입력 공통 모드 범위 헤드 룸과 같은 다른 문제가있었습니다. 오늘날 FET opamp는 입력 및 출력 모두에 대해 레일 투 레일을 쉽게 만들 수 있지만 가장 저렴한 MCPxxxx 가격과 이전 대기 LM324를 다시 비교합니다. 또한 LM324가 작동 할 수있는 공급 전압 범위에 유의하십시오. 오늘날 대부분의 FET 연산 증폭기에는 어려운 기술입니다.

모든 것이 절충입니다.

MOSFET은 많은 정밀 증폭기 애플리케이션에 너무 시끄 럽습니다. 당신이 낮은 임피던스 소스가있는 경우, 사용 가능한 모 놀리 식 앰프의 가장 낮은 소음, 당신은 등으로 바이폴라 증폭기에 갈 필요가 LT1028 1.1nV / SQRT (Hz에서)의 백색 잡음 스펙트럼 밀도를 가지고있다. (만약 충분하지 않다면 개별 디자인이 더 좋습니다.)

일반적으로 29nV / sqrt (Hz) 또는 M700601과 같은 일반적인 MOSFET 입력 증폭기와 비교하면 전력면에서 약 700 배 더 나쁩니다.

오디오 애호가 오디오 처리를 수행하는 경우 세계 최고의 앰프는 Texas Instruments (nee Burr-Brown) 바이폴라 부품입니다. 입력 바이어스 전류가 많지만 왜곡이 거의 없습니다.

MOSFET 증폭기는 +/- 15V (정밀 계측의 또 다른 빈번한 요구 사항)와 같은 더 높은 공급 전압으로 작업 할 수있는 경우가 거의 없으며, 이러한 경우에는 팔과 다리 비용이 많이 드는 경향이 있다고 생각합니다. 특수 고전압 CMOS 공정 라인에서 제조되며 디지털 제품과 혼합되지 않아야합니다.

741은 거의 50 년 전인 1960 년대 중반에 설계되었습니다. 이전의 op-amp (uA709와 같은)보다 다소 개선되었지만 치아가 길었습니다. JRC 4558과 같은 듀얼 버전은 수십 년 동안 오디오 애플리케이션에 사용되었습니다. Olin이 지적한 바와 같이 LM324는 비슷하지만 (단일 공급 장치로 만들기 위해 출력 단계에 상당한 차이가 있음) 앰프 당 1 페니 또는 2 페니의 비용이 든다.

LM324를 제외하고는 다른 op-amp가 741만큼 광범위하게 사용되지 않았다고 생각합니다 (일부 JFET 증폭기가 가까워 질 수도 있음) 자체 장점과 단점. 비프 라 디프 렌스!

근본적으로 BJT의 트랜스 컨덕턴스가 MOSFET보다 훨씬 높다는 점을 지적 할 가치가 있습니다. 즉, 전류는 BJT의 경우에인가 된 전압의 지수에 따라 변하는 반면, MOSFET에 대한 전압의 제곱에 의해서만 변한다.

이상적으로 모든 시스템은 BJT와 MOS를 혼합 한 것이지만 이것이 세상이 작동하는 방식은 아닙니다. 따라서 개별 시스템의 경우 BJT가 왕입니다. 칩에 통합 된 시스템의 경우 MOS가 가장 중요합니다.

이 질문은 여러 번 답변되었지만 JFET 입력 단계에 대해 언급해야한다고 생각합니다. 일부 연산 증폭기 (예 : TL074 또는 LF357)는 JFET와 BJT를 혼합하여 바이폴라 전용 설계보다 더 나은 특성을 달성합니다. (JFET는 짧은 과부하 및 정전기 방전에 대한 복원력이 뛰어나 MOSFET보다 선호됩니다.)

이 연산 증폭기는 일반적으로 입력 차동 증폭기 스테이지에 JFET를 사용하며 나머지 회로의 대부분은 다른 사람들이 답변에 제공 한 이유로 양극성입니다. 입력 스테이지에 FET를 사용하면 얻을 수있는 장점은 입력 임피던스가 훨씬 높다는 것입니다. 다양한 JFET 입력 연산 증폭기의 사양을 보면 10 피코 암페어 미만의 입력 바이어스 전류를 가진 것을 볼 수 있습니다. 예를 들어 AD549L을 보면 입력 바이어스가 60을 넘지 않습니다 펨토 앰퍼. 비교를 위해 표준 바이폴라 연산 증폭기는 일반적으로 몇 개의 나노 암페어 (OP07E에서와 같이), 최대 1 마이크로 암페어 (일부 유명한 LM741에서와 같이)까지 입력 바이어스 전류를 갖는다. 마찬가지로, 같은 이유로, JFET 입력 연산 증폭기의 입력 임피던스는 바이폴라 연산 증폭기의 입력 임피던스보다 5-6 배 더 크다.

하지만 트레이드 오프가 있습니다. JFET 입력 연산 증폭기는 입력 전압 잡음이 훨씬 더 큰 경향이 있습니다. 위에서 언급 한 양극성 OP07E는 루트 헤르츠 당 10 나노 볼트 정도의 0.6 마이크로 볼트 미만의 피크 대 피크 및 고주파 잡음 밀도를 갖는 반면, 입력 바이어스가 거의없는 AD549는 최대 6 마이크로 볼트의 피크 투 피크 (peak-to-peak) 및 루트 헤르츠 당 90 나노 볼트의 고주파 노이즈 밀도 (1kHz 이상에서 약 35nV / √Hz로 떨어짐)의 주파수 노이즈.

인생의 모든 것과 마찬가지로 모든 문제를 해결하는 만병 통치약은 없으며, 자신이 무엇이든 관계없이 자신의 요구를 충족시킬 수있는 op amp가 없습니다. 초저 바이어스 전류 또는 매우 높은 입력 임피던스가 필요한 경우 JFET 입력 연산 증폭기를 사용하십시오. 저소음 또는 저비용이 필요한 경우 바이폴라 연산 증폭기를 사용하십시오. 당신이 그 어느 것도 공급할 수없는 것이 필요하다면, 더 이국적인 것을 살펴보십시오. 아마도 어딘가에서 찾을 수있을 것입니다.