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5.差動放大電路
5.差動放大電路
 更新時間:2008-7-27 15:37:34  點擊數(shù):6
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我們先來學習一個概念---------零點漂移


一:零點漂移

  零點漂移可描述為:輸入電壓為零,輸出電壓偏離零值的變化。它又被簡稱為:零漂

  問題:零點漂移是怎樣形成的?

  答: 運算放大器均是采用直接耦合的方式,我們知道直接耦合式放大電路的各級的Q點是相互影響的,由于各級的放大作用,第一級的微弱變化,會使輸出級產生很大的變化。當輸入短路時(由于一些原因使輸入級的Q點發(fā)生微弱變化 象:溫度),輸出將隨時間緩慢變化,這樣就形成了零點漂移。

  產生零漂的原因是:晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。解決零漂最有效的措施是:采用差動電路。

二:差動放大電路

1、差動放大電路的基本形式 如圖(1)所示

   基本形式對電路的要求是:兩個電路的參數(shù)完全對稱兩個管子的溫度特性也完全對稱。

  它的工作原理是:當輸入信號Ui=0時,則兩管的電流相等,兩管的集點極電位也相等,所以輸出電壓Uo=UC1-UC2=0。溫度上升時,兩管電流均增加,則集電極電位均下降,由于它們處于同一溫度環(huán)境,因此兩管的電流和電壓變化量均相等,其輸出電壓仍然為零。

它的放大作用(輸入信號有兩種類型)

(1)共模信號及共模電壓的放大倍數(shù) Auc

共模信號---在差動放大管T1和T2的基極接入幅度相等、極性相同的信號。如圖(2)所示

  共模信號的作用,對兩管的作用是同向的,將引起兩管電流同量的增加,集電極電位也同量減小,因此兩管集電極輸出共模電壓Uoc為零。因此:。

于是差動電路對稱時,對共模信號的抑制能力強

(2)差模信號及差模電壓放大倍數(shù) Aud

差模信號---在差動放大管T1和T2的基極分別加入幅度相等而極性相反的信號。如圖(3)所示

  差模信號的作用,由于信號的極性相反,因此T1管集電極電壓下降,T2管的集電極電壓上升,且二者的變化量的絕對值相等,因此:
  此時的兩管基極的信號為:
   所以:,由此我們可以看出差動電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管電壓的放大倍數(shù)。

 輸入端信號之差為0時,輸出為0;輸入端信號之差不為0時,就有輸出。這就被稱為差動放大電路

基本差動電路存在如下問題:
  電路難于絕對對稱,因此輸出仍然存在零漂;管子沒有采取消除零漂的措施,有時會使電路失去放大能力;它要對地輸出,此時的零漂與單管放大電路一樣。
為此我們要學習另一種差動放大電路------
長尾式差動放大電路


2:長尾式差動放大電路
  
它又被稱為射極耦合差動放大電路,如右圖所示:圖中的兩個管子通過射極電阻Re和Uee耦合。
 
下面我們來學習它的一些指標

(1)靜態(tài)工作點
  
靜態(tài)時,輸入短路,由于流過電阻Re的電流為IE1和IE2之和,且電路對稱,IE1=IE2
因此:      

(2)對共模信號的抑制作用
   在這里我們只學習共模信號對長尾電路中的Re的作用。由于是同向變化的,因此流過Re的共模信號電流是Ie1+Ie2=2Ie,對每一管來說,可視為在射極接入電阻為2Re。
它的共模放大倍數(shù)為:       (用第二章學的方法求得)
由此式我們可以看出Re的接入,使每管的共模放大倍數(shù)下降了很多(對零漂具有很強的抑制作用)

(3)對差模信號的放大作用
  
差模信號引起兩管電流的反向變化(一管電流上升,一管電流下降),流過射極電阻Re的差模電流為Ie1-Ie2,由于電路對稱,所以流過Re的差模電流為零,Re上的差模信號電壓也為零,因此射極視為地電位,此處“地”稱為“虛地”。因此差模信號時,Re不產生影響。
  由于Re對差模信號不產生影響,故雙端輸出的差模放大倍數(shù)仍為單管放大倍數(shù):

(4)共模抑制比(CMRR)
 
我們一般用共模抑制比來衡量差動放大電路性能的優(yōu)劣。CMRR定義如下:
它的值越大,表明電路對共模信號的抑制能力越好。
   有時還用對數(shù)的形式表示共模抑制比,即:,其中為差模增益。CMR的單位為:分貝 (dB)

(5)一般輸入信號情況
  
如果差動電路的輸入信號,即不是共模也不是差模信號時:我們要把輸入信號分解為一對共模信號和一對差模信號,它們共同作用在差動電路的輸入端。

例1:如右圖所示電路,已知差模增益為48dB,共模抑制比為67dB,Ui1=5V,Ui2=5.01V,
試求輸出電壓Uo

=48dB,Aud≈-251,
  又∵CMR=67dB 
    ∴CMRR≈2239
   ∴Auc=Aud/CMRR≈0.11

則輸出電壓為:
集成運放是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路

一:集成運放的組成

 

它有四部分組成:1、偏置電路;
2、輸入級:為了抑制零漂,采用差動放大電路
3、中間級:為了提高放大倍數(shù),一般采用有源負載的共射放大電路。
4、輸出級:為了提高電路驅動負載的能力,一般采用互補對稱輸出級電路
二:集成運放的性能指標(扼要介紹)

1、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù) Aod
它是指集成運放在無外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。

2、最大輸出電壓 Uop-p
它是指一定電壓下,集成運放的最大不失真輸出電壓的峰--峰值。
3、差模輸入電阻rid
它的大小反映了集成運放輸入端向差模輸入信號源索取電流的大小。要求它愈大愈好。

4、輸出電阻 rO
它的大小反映了集成運放在小信號輸出時的負載能力。

5、共模抑制比 CMRR
它放映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力,其定義同差動放大電路。CMRR越大越好。

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