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文檔簡介
集成運(yùn)放的基本組成電路集成運(yùn)放的形狀特點(diǎn)→基本組成電路框圖→偏置電路→差分放大輸入級(jí)→中間放大級(jí)→互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)。
1、集成運(yùn)放的形狀結(jié)構(gòu)介紹
現(xiàn)在使用的運(yùn)算放大器都是集成組件,應(yīng)用最廣泛的集成放大器是集成運(yùn)算放大器(集成運(yùn)放),最早用于模擬計(jì)算機(jī),并由此而得名。隨著技術(shù)指標(biāo)的不斷提高和價(jià)格的日益降低,作為一種通用的高性能放大器,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)掌握、精密測(cè)量、通信、信號(hào)處理以及電源等電子技術(shù)應(yīng)用的全部領(lǐng)域。
集成運(yùn)放有金屬圓殼式和陶瓷雙列直插式等封裝形式,如圖5.1所示是集成運(yùn)放F007和μA741的形狀、管腳圖。
圖中:①、⑤、⑧——空腳
②——反相輸入端
③——為同相輸入端
⑥——為輸出端
⑦——正電源端
④——負(fù)電源端
集成運(yùn)放內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡單,而對(duì)使用者來說,須把握的是其主要性能及其連接和使用的方法,因而本章不再具體介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在詳細(xì)應(yīng)用中,集成運(yùn)放可視為一個(gè)高增益(80~140dB)、高輸入電阻、低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大器,為了抑制零點(diǎn)漂移,抵制溫漂變化對(duì)電路的影響,輸入級(jí)采納了差分放大電路。差分放大電路,有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。圖5.2所示是集成運(yùn)放的電氣符號(hào)及其管腳標(biāo)準(zhǔn)接法。
集成運(yùn)算放大器內(nèi)部通常包括四個(gè)組成基本部分,如圖5.3方框圖所示。
2、偏置電路
主要作用:向各放大級(jí)供應(yīng)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。
各放大級(jí)對(duì)偏置電流和工作電流要求不同,差分輸入級(jí)的偏置電流最?。é藺級(jí)),且要求穩(wěn)定。為此,偏置電路常采納各種電流源電路。應(yīng)用最廣泛的電流源是鏡像電流源,另外還有比例電流源、微電流源等。
1.鏡像電流源
如圖5.4是鏡像電流源電路。
IR=UCCUBER——基準(zhǔn)電流
VT1、VT2參數(shù)對(duì)稱,IB1=IB2=IB,IC1=IC2=IC
則IC=IR2IB=IR2ICβ
所以IC2=IC1=IC=IR1+2β≈IR(β2)
2.微電流源
如圖5.5是微電流源電路。
T2的放射極接入一個(gè)電阻Re2,UBE2UBE1,使IC2IC1≈IR=VCCUBER。
由于IC=IS(eUBEUT1)≈ISeUBEUT
所以UBE1UBE2=UTln(IC1IC2IS2IS1)≈UTlnIC1IC2
由圖5.4UBE1UBE2=IE2Re2≈IC2Re2則
Re2=UTlnIC1IC2IC2
說明,若已知IC1(mA級(jí))和IC2(mA級(jí)),可以求出Re2。
3、差分放大輸入級(jí)
本級(jí)電路對(duì)于集成運(yùn)放的質(zhì)量和性能指標(biāo)起打算作用,內(nèi)部采納直接耦合方式。為了提高輸入電阻,削減零點(diǎn)飄移,提高整個(gè)電路的共模抑制比,一般都是利用集成運(yùn)放內(nèi)部元件參數(shù)對(duì)稱性,采納差分放大電路結(jié)構(gòu)。它的主要作用是:抑制放大電路的零點(diǎn)漂移。
差分放大電路主要形式:基本形式、長尾式和恒流源式。這里主要介紹基本形式。
1.基本形式
如圖5.6所示為基本形式差分放大電路。
工作原理:
電路中參數(shù)、電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱,可以抑制溫度變化對(duì)輸出電壓的影響,即抑制零點(diǎn)漂移。兩管輸入信號(hào)分別為Ui1、Ui2。
差模輸入信號(hào):Uid=Ui1Ui2
共模輸入信號(hào):Uic=Ui1+Ui22
Ui1=Uic+12Uid=Uic+Uid1
Ui2=Uic12Uid=Uic+Uid2
可見,兩個(gè)管子除了得到大小相等、極性相同的共模輸入電壓Uic外,還分別得到大小相等、極性相反的差模輸入電壓±12Uid。
①若Ui1=Ui2,兩個(gè)管子只是輸入共模信號(hào),由于電路對(duì)稱,Uo=Uoc=Uc1Uc2=0。
②Ui1≠Ui2,可按上式進(jìn)行信號(hào)分解,分別得到共模信號(hào)Uic和差模信號(hào)Uid。
共模電壓放大倍數(shù):Auc=UocUic=0
差模電壓放大倍數(shù):Aud=UodUid
Uc1=Au1Uid1=Au112Uid,Uc2=Au2Uid2=Au2(12Uid),Uc1=Uc2
由于電路完全對(duì)稱,所以
Au1=Au2=Au單
Aud=UodUid=Uc1Uc2Uid=2Uc12Uid1=Au單=βRcRs+rbe
共模抑制比:KCMR=20lg|AudAuc|,用來描述差分放大電路對(duì)零漂的抑制力量。
抱負(fù)時(shí),Auc=0,KCMR=∞。
2.恒流源式差分放大電路
如圖5.7所示為.恒流源式差分放大電路
VT3為固定分壓式偏置電路,Ic3基本不受溫度變化的影響,很穩(wěn)定,是恒流源,其特性如圖5.8所示。VT2、VT1對(duì)稱,IC1=IC2=12IC3也穩(wěn)定,不會(huì)由于溫度變化而同時(shí)增加或減小,因而抑制了共模信號(hào)的變化和零漂。
當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí),VT3的C、E之間的等效電阻rCE3=ΔuCEΔiC≈∞(即恒流源的等效電阻),起共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫笰uc減??;當(dāng)輸入差模信號(hào)時(shí),VT2、VT1對(duì)稱,Δic≈0,兩管的放射極之間RW中點(diǎn)(電位不變)為“溝通地”,rCE3不起任何作用,即不影響Aud。
恒流源式差分放大電路定量分析:
(1)靜態(tài)分析
UR1=R1R1+R22UCC
ICQ3≈IEQ3=UB3UBEQ3R3
ICQ1=ICQ2=12ICQ3
UCQ1=UCQ2=UCCICQ1RC1(對(duì)地)
IBQ1=IBQ2≈ICQ1β
UBQ1=UBQ2=IBQ1RS(對(duì)地)
(2)動(dòng)態(tài)分析
VT3構(gòu)成的恒流源起共模負(fù)反饋?zhàn)饔煤鸵种屏闫?,因此Auc=0;對(duì)差模輸入信號(hào)沒有任何影響。
RW——調(diào)零電阻,差模輸入時(shí),RW中點(diǎn)為“溝通地”,對(duì)應(yīng)的溝通通路如圖5.9所示。
Aud=UodUid=Aud單=ΔUc1ΔUid1=βRCRS+rbe+(1+β)RW2
rid=2[RS+rbe+(1+β)RW2]
KCMR=20lg|AudAuc|=∞
4、共射放大中間級(jí)
中間級(jí)主要作用——電壓放大。
要求電壓放大倍數(shù)要高,一般采納有源負(fù)載的共射放大電路。為了提高放大倍數(shù),并減小對(duì)輸入級(jí)的影響,放大管往往采納復(fù)合管。
如圖5.10是一個(gè)有源負(fù)載復(fù)合管共射放大電路。
VT3與VT4——鏡像電流源,等效電阻值很大。
兩個(gè)NPN型三極管VT1與
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