注册电气专业基础第24讲第12章线性集成运算放大器和运算电路一Word格式文档下载.docx
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前后级静态工作点相互影响的问题。
解决的方法是:
在后级发射极加电阻、在后级发射极加二极管、用PNP型管与NPN型管互补构成。
存在零点漂移。
零点漂移:
输入ui=0时,,输出有缓慢变化的电压产生。
产生零漂的原因:
由温度变化引起的。
当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时,这种变化量会被后面的电路逐级放大,最终在输出端产生较大的电压漂移。
因而零点漂移也叫温漂。
零漂的衡量方法:
将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。
减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿
采用差动放大电路
12.2集成运算放大器
12.2.1集成运放的主要特点
集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。
集成电路的工艺特点:
(1)元器件具有良好的一致性和同向偏差,因而特别有利于实现需要对称结构的电路。
(2)集成电路的芯片面积小,集成度高,所以功耗很小,在毫瓦以下。
(3)不易制造大电阻。
需要大电阻时,往往使用有源负载。
(4)只能制作几十pF以下的小电容。
因此,集成放大器都采用直接耦合方式。
如需大电容,只有外接。
(5)不能制造电感,如需电感,也只能外接。
12.2.2典型结构
(1)输入级:
是双端输入、单端输出的差动放大电路,两个输入端分别为同相输入端和反相输入端,作用是减小零点漂移、提高输入电阻。
(2)中间级:
是带有源负载的共发射极放大电路,作用是进行电压放大。
(3)输出级:
是互补对称射极输出电路,作用是为了提高电路的带负载能力。
(4)偏置电路:
由各种恒流源电路构成,作用是决定各级的静态工作点。
12.2.3典型的差分放大电路
(1)电路的主要类型
1.单端输入—单端输出
2.单端输入—双端输出
3.双端输入—单端输出
4.双端输入—双端输出
(2)电路的主要特点
1)结构:
对称性结构
即:
β1=β2=βUBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbe
RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb
(3)静态分析方法
差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。
为了使差分放大电路在静态时,其输入端基本上是零电位,将Re从接地改为接负电源-VEE,所示。
由于接入负电源,所以偏置电阻Rb可以取消,改为-VEE和Re提供基极偏置电流。
基极电流为
由IB的计算式可知,Re对一半差分电路而言,
只有2Re才能获得相同的电压降。
(4)动态分析方法
(a)差模特性
1)差模电压放大倍数Avd
双端输入差分放大电路如图所示。
负载电阻接在两集电极之间,vi接在两输入端之间,也可看成vi/2各接在两输入端与地之间。
1双端输入、双端输出差模电压放大倍数
这种方式适用于对称输入和对称输出,输入、输出均不接地的情况。
②双端输入、单端输出差模电压放大倍数
双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量,所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。
这种方式适用于将差分信号转换为单端输出信号。
③单端输入、双端输出差模电压放大倍数
单端输入信号可以转换为双端输入,
其转换过程见图。
右侧的Rs+rbe归
算到发射极回路的值为(Rs+rbe)/(1+)<
<
Re,
故Re对Ie分流极小,可忽略,于是有
vi1=-vi2=vi/2
单端输入转换为双端输入
这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号,可用于输出负载不接地的情况。
④单端输入、单端输出电压放大倍数
通过从T1或T2的集电极输出,可以得到输出与输入之间或反相或同相的关系。
从T1的基极输入信号,从C1输出,为反相;
从C2输出为同相。
2)差模输入电阻
不论是单端输入还是双端输入,差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。
3)输出电阻
输出电阻在单端输出时,
双端输出时,
(b)共模特性
1)共模放大倍数Avc
共模信号对放大电路来说也是变化量,不能视为直流量。
计算共模放大倍数Avc的微变等效电路。
其中Re用2Re等效,这与差模微时不同。
共模放大倍数Avc的大小,取决于差分电路的对称性,双端输出时可以认为等于零。
单端输出时为
2)共模抑制比
共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。
或
双端输出时KCMR可认为等于无穷大,单端输出时共模抑制比
12.3集成运放组成的基本运算电路
电路特点:
运算放大器工作在闭环状态,即在运放外部,输出端与一个反相输入端有物理连接。
一、反相比例运算
二、同相比例运算
三、反相加法运算
四、减法运算
五、积分运算
六、微分运算
12.4模拟乘法器及其应用
12.4.1模拟乘法器的工作原理
12.4.2乘法器应用电路
1.平方运算
将模拟乘法器的两个输入端输入相同的信号,平方运算电路如下图所示:
2.除法运算器
由集成运放和模拟乘法器组成,除法运算电路如上图所示。
当u1>
0时,uO<
0,为使u3<
0,则u2>
0;
当u1<
0时,uO>
0,为使u3>
0。
3.平方根运算
例题:
两级放大电路为例加以说明,将该图给出参数如图所示:
三极管的1=2==100,VBE1=VBE2=0.7V。
计算总电压放大倍数。
分别用输入电阻法和开路电压法计算。
1.用输入电阻法求电压增益
(1)求静态工作点
(2)求电压放大倍数
先计算三极管的输入电阻
电压增益
如果求从VS算起的电压增益,需计算输入电阻
2用开路电压法求电压增益
第一级的开路电压增益
2.电路如图所示,T1与T2管的特性相同,所有晶体管的β均相同,Rc1远大于二极管的正向电阻。
当uI1=uI2=0V时,uO=0V。
(1)求解电压放大倍数的表达式;
(2)当有共模输入电压时,uO=?
简述理由。
解:
(1)在忽略二极管动态电阻的情况下
(2)当有共模输入电压时,uO近似为零。
由于Rc1>>rd,△uC1≈△uC2,因此△uBE3≈0,故uO≈0。
3.
(注:
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