1、差分放大電路
(1)差分放大電路是由典型的工作點穩(wěn)定電路演變而來的,隨著溫度的變化,放大電路的靜態(tài)工作點Q會發(fā)生偏移,即零漂,基本的差分放大電路如下圖所示:
(2)對于共模輸入信號:當(dāng)U11和UI2大小相等,極性相同的時候,由于電路參數(shù)對稱,T1管和T2管產(chǎn)生的電流變化相等,因此集電極電位的變化也相等,那么此時輸出電壓為0,說明差分電路對于共模信號具有很大抑制作用,在參數(shù)理想的情況下,共模輸出為0。
(3)對于差模輸入信號:當(dāng)U11和UI2大小相等,極性相反的時候,由于電路參數(shù)對稱,T1管和T2管產(chǎn)生的電流變化相等,因此集電極電位的變化也相等,那么此時輸出電壓為或者的2倍,說明差分電路對于差模信號具有放大作用。
(4)正是由于差分放大電路對共模信號強大的抑制作用,所以差分放大電路通常被用于運算放大器的輸入級。
2、鏡像電流源
基本鏡像電流源電路如下圖所示:
3、互補輸出級
(1)直接耦合互補輸出級
在集成運算放大器中的互補輸出級摒棄了輸出電容,如下圖所示,這種電路稱為無輸出電容的功率放大電路,簡稱OCL電路。
在這種電路中,T1和T2的特性是對稱的,采用了雙電源供電,靜態(tài)時,兩個晶體管均處于截止?fàn)顟B(tài),輸出電壓可以忽略不計,假定晶體管的基射極電壓忽略不計,輸入信號為正弦信號,當(dāng)輸入信號在正半軸時,晶體管T1導(dǎo)通,晶體管T2截止,此時正電源供電,電流輸出如實線部分所示,電路處于射極輸出形式,且輸出電壓近似等于輸入電壓;當(dāng)輸入信號在負(fù)半軸時,晶體管T2導(dǎo)通,晶體管T1截止,此時負(fù)電源供電,電流輸出如虛線部分所示,電路也處于射極輸出形式,且輸出電壓與輸入電壓相等,由此可見,電路中的兩個晶體管T1和T2輪流工作,輸出與輸入之間雙向跟隨。這兩只晶體管的這種交替工作的方式稱為“互補”工作方式。
(2)消除交越失真的互補輸出級
上述所涉及的直接輸出形式的OCL電路雖然可以輸出較大的信號,但是由于晶體管本身的基射極電壓不為零,所以有可能產(chǎn)生交越失真,為了消除交越失真,應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點,使兩個晶體管均處在臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通的狀態(tài),如下圖所示。
值得注意的是,一旦靜態(tài)工作點失調(diào),例如R 2 ,D 1 ,D 2 ,任意一個元件虛焊,則會導(dǎo)致從+VCC經(jīng)過R 1 ,T1管的發(fā)射結(jié),T2管的發(fā)射結(jié),R3到-VCC形成通路,有較大的基極電流IB1和IB2流過,導(dǎo)致T1和T2兩個晶體管產(chǎn)生很大的集電極電流,并且T1和T2的壓降均為VCC,以至于晶體管由于功耗過大導(dǎo)致?lián)p壞。因此,通常在電路中的輸出回路中接入熔斷器來保護晶體管和負(fù)載。
4、運算放大器概述
集成運算放大器最初多用于各種模擬信號的運算(如比例,積分,微分,求和,求差等等),所以又被稱為運算放大電路,簡稱集成運放,集成運放電路由輸入級,中間級,輸出級和偏置電路四部分組成,如下圖所示。
(1)輸入級:又稱為前置級,一般輸入級是一個雙端輸入的高性能差分放大電路,一般要求其輸入電阻高,差模放大倍數(shù)大,抑制共模信號的能力強,靜態(tài)電流小,由于輸入級的性能直接影響著集成運算放大器的大多數(shù)性能參數(shù),因此,幾代產(chǎn)品的更新過程中,輸入級的變化最大。
(2)中間級:中間級時整個放大電路的主放大器,其作用是使集成運放具有較強的放大能力,多采用共射極放大電路或者共源級放大電路,并且為了提高電壓放大倍數(shù),經(jīng)常采用復(fù)合管作為放大管,以恒流源做集電極負(fù)載,其電壓放大倍數(shù)可達千倍以上。
(3)輸出級:輸出級應(yīng)具有輸出電壓線性范圍寬,輸出電阻?。磶ж?fù)載能力強),非線性失真小等特點。集成運放的輸出級多采用互補輸出電路。
(4)偏置電路:偏置電路用于設(shè)置集成運放各級放大電路的靜態(tài)工作點,采用電流源電路為各級提供合適的集電極(或發(fā)射極,漏極)靜態(tài)工作電流,從而確定了合適的靜態(tài)工作點。
5、運算放大器的應(yīng)用
常用的運算放大器的應(yīng)用電路常見的有比例運算電路,加減運算電路,積分運算電路,微分運算電路,對數(shù)運算單路,指數(shù)運算電路,通過對數(shù)運算電路和指數(shù)運算電路又可以設(shè)計出模擬乘法器和模擬除法器,除了搭建模擬信號的運算電路,還可以組成有源濾波器,實現(xiàn)對信號頻率分量的提取。
運算放大器的應(yīng)用電路,在之前的電路分析部分中已經(jīng)給出過一部分運算放大器的舉例,這里僅做一些電路的總結(jié),具體推導(dǎo)過程可以參照電路分析部分。常見的運算放大器的應(yīng)用電路如下表所示。
注意:分析運算放大電路最基本的兩個點就是“虛斷”和“虛短”兩個特性。
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