01差動輸入級

深藍色虛線區域是741運算放大器的輸入級，一共有七顆晶體(ti) 管Q1至Q7。NPN晶體(ti) 管Q1與(yu) Q2組成的差動對是整個(ge) 741運算放大器的輸入端。此外，Q1/Q2各是一個(ge) 射極跟隨器，接至共基極組態的PNP晶體(ti) 管Q3/Q4。Q3與(yu) Q4的用途是電壓位準移位器，將輸入級的電壓位準調整至適當的位置，用以驅動增益級的NPN晶體(ti) 管Q16。Q3/Q4的另外一個(ge) 功用就是作為(wei) 抑製輸入級偏置電流飄移的控製電路。

Q5至Q7組成的電流鏡是輸入級差動放大器的有源式負載。NPN晶體(ti) 管Q7的作用主要在於(yu) 利用本身的共射增益增加Q5與(yu) Q6電流鏡複製電流的精準度。同時，這個(ge) 電流鏡構成的有源式負載也以下列的過程將差動輸入信號轉為(wei) 單端輸出信號至下一級：

A:由Q3流出的信號電流（亦即因輸入信號改變而引起的電流成分，與(yu) 偏置電流無關(guan) ）會(hui) 流入電流鏡的輸入端，也就是Q5的集電極。電流鏡的輸出端則是Q6的集電極，連接至Q4的集電極。

B:Q3的信號電流流進Q5，經由電流鏡複製到Q6，因此Q3與(yu) Q4的信號電流在此被相加。

C:對於(yu) 差動信號而言，Q3和Q4的信號電流大小相等、方向相反。因此相加的結果會(hui) 等於(yu) 原本信號電流的兩(liang) 倍。至此，差動輸入轉換至單端輸出的程序已經完成。

差動輸入級送至增益級的電壓等於(yu) 信號電流與(yu) Q4和Q6集電極電阻並聯的乘積，對於(yu) 信號電流而言，Q4和Q6集電極電阻的值非常高，因此開環的增益非常高。

特別值得一提的是，741運算放大器的輸入端電流並不等於(yu) 零，實際上741運算放大器的等效輸入電阻約為(wei) 2MΩ，這個(ge) 非理想現象導致741運算放大器兩(liang) 個(ge) 輸入端之間的直流電壓準位會(hui) 有些微的差異，這個(ge) 差異稱為(wei) 輸入端偏移電壓。在Q5和Q6的發射極有兩(liang) 個(ge) 用來消除輸入端直流電壓偏移的端點，可以借由外加直流電壓將輸入端偏移電壓消除。

02增益級

紫色虛線區域是741運算放大器的增益級。此增益級電路使用一個(ge) 達靈頓晶體(ti) 管Q15與(yu) Q19，作為(wei) 741運算放大器增益的主要來源。Q13與(yu) Q16是達靈頓晶體(ti) 管的有源負載，而電容C1從(cong) 增益級的輸出端連接至輸入端，作用是穩定輸出信號。這種技巧在放大器電路設計中相當常見，稱為(wei) 米勒補償(chang) 。米勒補償(chang) 會(hui) 在放大器的信號路徑上置入一個(ge) 主極點，降低其他極點對於(yu) 信號穩定度的影響。通常741運算放大器主極點的位置隻有10Hz，也就是當741運算放大器在開環的情況下，對於(yu) 頻率高於(yu) 10Hz的交流輸入信號，增益隻有原來的一半（在主極點，放大器的增益下降3dB，即原本增益的一半）。米勒補償(chang) 電容能減少高增益放大器的穩定度問題，特別是如果運算放大器有內(nei) 部的頻率補償(chang) 機製，能夠讓使用者更簡易地使用。

03輸出級

741運算放大器的輸出級由圖中綠色及淺藍色虛線包圍的區域構成。綠色區域包括NPN晶體(ti) 管Q16以及兩(liang) 個(ge) 電阻R7與(yu) R8，主要的功能是電壓位準移位器，或是Vbe的倍增器。由於(yu) 基極端的偏置已經固定，因此Q16集電極至發射極端的壓降恒為(wei) 一定值。假設Q16的基極電流為(wei) 零，則其基極至發射極間的跨壓約為(wei) 0.625V（亦為(wei) R8的跨壓），故R7與(yu) R8的電流相等，跨過R7的電壓約為(wei) 0.375V。因此Q16集電極至發射極間的跨壓約為(wei) 0.625V+0.375V=1V。這個(ge) 1V跨壓會(hui) 對741運算放大器的輸出信號造成輕微的交越失真，有時候在某些用分立式器件實現的741運算放大器會(hui) 改用兩(liang) 個(ge) 二極管取代Q16的功能。

淺藍色虛線包圍的區域，包括晶體(ti) 管Q14、Q17，以及Q20，構成741運算放大器的輸出級。加上Q16所設定的偏置，這個(ge) 輸出級基本上是一個(ge) AB類推挽式發射極追隨器，推動輸出級的晶體(ti) 管是Q13與(yu) Q19。741運算放大器的輸出級電壓擺幅最高約可比正電源低1V，由晶體(ti) 管的集電極-發射極飽和電壓所決(jue) 定。

25Ω電阻R9的功能是限製通過Q14的電流，最大值不超過25mA。對於(yu) Q20而言，限流的功能則借由偵(zhen) 測流過Q19發射極電阻R11的電流，再以此控製Q15的基極偏置電流來達成，而後來的741運算放大器對於(yu) 限流功能有更多改良的設計。雖然741運算放大器的輸出阻抗不如理想運算放大器所要求的等於(yu) 零，不過在連接成負反饋組態應用時，其輸出阻抗確實非常接近零。

04電流源與(yu) 偏置電路

紅色虛線區域為(wei) 741運算放大器的偏置電路及其電流鏡。741運算放大器內(nei) 部各級所使用的偏置電流均來自此區，而這些偏置電流的源頭是39KΩ的電阻R1、NPN晶體(ti) 管Q11以及PNP晶體(ti) 管Q12。正負電源的差值扣掉Q11與(yu) Q12的基極-發射極電壓後，再依照歐姆定律除R1的值，即可得到參考電流源的大小：

參考電流Iref經由Q11/Q10/R2組成的韋勒電流源複製後，再由Q8/Q9組成的電流鏡決(jue) 定輸入級的偏置電流，從(cong) 而決(jue) 定輸入級的直流狀態。這個(ge) 偏置電路的重要功能在於(yu) 提供十分穩定的定電流給放大器的輸入級，可讓輸入的共模範圍更大，晶體(ti) 管不會(hui) 因為(wei) 輸入共模電壓的改變而離開應有的工作區。假設當輸入級晶體(ti) 管Q1/Q2的偏置電流開始下降時，供應電流給Q1/Q2的電流源Q8會(hui) 偵(zhen) 測到這個(ge) 改變，進而改變從(cong) Q9流向Q10的電流。此時因為(wei) Q9與(yu) Q10的集電極端與(yu) Q3/Q4的基極端相連，當Q9的電流下降時，Q3/Q4的基極電流必須增加，以滿足由Q10與(yu) R2所設定的電流值。又因為(wei) Q3/Q4的基極電流增加，迫使Q3/Q4的發射極電流也必須增加，亦即將整個(ge) 輸入級的偏置電流拉回原本的大小。這樣的機製等同於(yu) 一個(ge) 高增益的負反饋係統，能夠讓輸入級的直流工作點更加穩定，進而讓輸入級的整體(ti) 效能更好。

Q12/Q13組成的電流鏡負責提供增益級電路的偏置電流，讓增益級的直流工作點不受其輸出電壓的幹擾而飄移。