【模电笔记】——集成运算放大电路

【模电笔记】——集成运算放大电路本章主要介绍了集成运算放大电路 简称集成运放电路 的特点 组成和各部分的作用 以及差分放大电路和功率放大电路的相关知识

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一、集成运放电路简介

1.集成运放电路的特点

(1)元器件参数对称性好,用到的三极管经常复合使用(复合管)

(2)不易制作大电阻,常采用晶体管代替大电阻

(3)不易制作大电容,级间采用直接耦合方式。

(4)NPN、PNP型管的β值差别较大,通常PNP型管的β≤10。

2.集成运放电路的组成和各部分的作用

        组成图示如下所示,【模电笔记】——集成运算放大电路​为同相输入端,【模电笔记】——集成运算放大电路​为反相输入端

【模电笔记】——集成运算放大电路

(1)输入级(前置级):要求具有输入电阻高、电压放大倍数大、抑制零点漂移的能力,一般采用差分放大电路

(2)中间级:是主要的放大电路,通常采用由复合管组成的共射放大电路以提高电压放大倍数。

(3)输出级:要求输出电阻小、带负载能力强,通常采用互补对称功率放大电路

(4)偏置电路:为各级放大电路提供合适的偏置电流,保证各级的静态工作点合适,常采用电流源电路

3.集成运放的电压传输特性

        集成运放用符号表示如下图所示,三角形为放大器。

【模电笔记】——集成运算放大电路​                     【模电笔记】——集成运算放大电路

电压传输特性表达式为【模电笔记】——集成运算放大电路

如上右图所示,在线性区时,【模电笔记】——集成运算放大电路​,【模电笔记】——集成运算放大电路​为开环差模放大倍数。

                         在非线性区时,当u+>u-时,【模电笔记】——集成运算放大电路​,当u+<u-时,【模电笔记】——集成运算放大电路


二、差分放大电路

        又称差动放大电路,“差动”指当电路两输入端的电压有差别时,输出电压才会发生变动。

1.基本形式的差分放大电路

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(1)三种输入信号

  ①差模信号:两个大小相等、极性相反的输入信号。(通常被认为是有用信号

  ②共模信号:两个大小相等、极性相同的输入信号。(通常是干扰/漂移信号)

  ③任意输入信号:由差模信号和共模信号共同作用。

(2)电压放大倍数

  差模电压放大倍数【模电笔记】——集成运算放大电路​ 。它与单管电压放大倍数是一样的,多一个管子的目的是为了抑制零点漂移

  ②共模电压放大倍数【模电笔记】——集成运算放大电路​ 。差分电路在理想对称情况下【模电笔记】——集成运算放大电路​=0,但在实际电路中,由于元件参数不可能完全一致,【模电笔记】——集成运算放大电路​是个很小的值。

(3)共模抑制比【模电笔记】——集成运算放大电路​ 。常用对数表示为【模电笔记】——集成运算放大电路​,【模电笔记】——集成运算放大电路值越大,说明电路抑制干扰和零漂的能力越强。在参数理想对称的情况下,【模电笔记】——集成运算放大电路​。

2.长尾式差分放大电路(进一步减小单管输出的零点漂移)

(1)结构特点

        电路结构和元件参数对称;双端输入、双端输出;双电源供电。在理想对称的情况下,克服零点漂移;零输入零输出;抑制共模信号;放大差模信号。电路图如下图所示:

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(2)静态工作点分析

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(3)动态分析

        把负载电阻【模电笔记】——集成运算放大电路​接入【模电笔记】——集成运算放大电路​处,作出微变等效电路如图所示,由于电路完全对称,有【模电笔记】——集成运算放大电路​,【模电笔记】——集成运算放大电路​,该电路图是对差模信号的交流等效电路。负载电阻【模电笔记】——集成运算放大电路​中点处的电位不变,所以【模电笔记】——集成运算放大电路中点可为接地端。当差模信号输人时,由于输人信号大小相等、极性相反,因此流过两管各极电流变化量也是等值反向的,这样流过长尾电阻【模电笔记】——集成运算放大电路​上的电流变化量总和为0,也就是说不起作用,可视为短路。

【模电笔记】——集成运算放大电路​ 【模电笔记】——集成运算放大电路

(4)小结:长尾电阻【模电笔记】——集成运算放大电路​的接入,提高了共模抑制比,单管零点漂移进一步得到抑制Re阻值越大,抑制效果越好

3.差分放大电路的四种接法

(1)双端输入、双端输出(2)双端输入、单端输出(3)单端输入、双端输出(4)单端输入、单端输出(输入总不变,输出影响放大倍数、输出电阻)

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三、功率放大电路

        它的主要任务是提供足够大的功率去驱动装置、带动负载。

1.衡量指标

(1)输出功率应尽可能

(2)效率【模电笔记】——集成运算放大电路​要

(3)非线性失真

2.工作状态

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3.OCL乙类互补对称功率放大电路

(1)电路组成即工作原理见下图。每个管子都只负责半个周期的放大任务,为乙类推广工作方式。

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(2)该功率放大,电路输入输出波形见下右图所示,出现了交越失真。原因是输入的正/负半周的信号幅值较小(小于V1、V2三极管发射结的死区电压)时,两个管子的【模电笔记】——集成运算放大电路​=0,负载【模电笔记】——集成运算放大电路​无电流,所以输出电压为0。

(3)减小和克服交越失真的方法

        通常在两个三极管的基极间接入二极管和电阻,具体如图所示。此时管子是工作在甲乙类状态,电路为甲乙类互补对称放大电路。

【模电笔记】——集成运算放大电路​     【模电笔记】——集成运算放大电路

(4) 性能分析

①输出最大电压【模电笔记】——集成运算放大电路​,

则最大不失真输出功率(充分激励时)为:【模电笔记】——集成运算放大电路​(忽略【模电笔记】——集成运算放大电路​)

②直流电源功率【模电笔记】——集成运算放大电路​(忽略【模电笔记】——集成运算放大电路​)

③转换效率【模电笔记】——集成运算放大电路​(由于【模电笔记】——集成运算放大电路C及元件损耗等因素,实际【模电笔记】——集成运算放大电路​在60%⁓70%)

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