1、差分放大電路
(1)差分放大電路是由典型的工作點穩定電路演變而來的,隨著溫度的變化,放大電路的靜態工作點Q會發生偏移,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U11和UI2大小相等,極性相同的時候,由于電路參數對稱,T1管和T2管產生的電流變化相等,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,在參數理想的情況下,共模輸出為0。
(3)對于差模輸入信號:當U11和UI2大小相等,極性相反的時候,由于電路參數對稱,T1管和T2管產生的電流變化相等,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,靜態時,兩個晶體管均處于截止狀態,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,當輸入信號在正半軸時,晶體管T1導通,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;當輸入信號在負半軸時,晶體管T2導通,晶體管T1截止,此時負電源供電,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,所以有可能產生交越失真,為了消除交越失真,應當設置合適的靜態工作點,使兩個晶體管均處在臨界導通或微導通的狀態,如下圖所示。
值得注意的是,一旦靜態工作點失調,例如R 2 ,D 1 ,D 2 ,任意一個元件虛焊,則會導致從+VCC經過R 1 ,T1管的發射結,T2管的發射結,R3到-VCC形成通路,有較大的基極電流IB1和IB2流過,導致T1和T2兩個晶體管產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致損壞。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,差模放大倍數大,抑制共模信號的能力強,靜態電流小,由于輸入級的性能直接影響著集成運算放大器的大多數性能參數,因此,幾代產品的更新過程中,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,經常采用復合管作為放大管,以恒流源做集電極負載,其電壓放大倍數可達千倍以上。
(3)輸出級:輸出級應具有輸出電壓線性范圍寬,輸出電阻小(即帶負載能力強),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:偏置電路用于設置集成運放各級放大電路的靜態工作點,采用電流源電路為各級提供合適的集電極(或發射極,漏極)靜態工作電流,從而確定了合適的靜態工作點。
5、運算放大器的應用
常用的運算放大器的應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,對數運算單路,指數運算電路,通過對數運算電路和指數運算電路又可以設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,實現對信號頻率分量的提取。
運算放大器的應用電路,在之前的電路分析部分中已經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,具體推導過程可以參照電路分析部分。常見的運算放大器的應用電路如下表所示。
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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