集成運算放大電路

發表時間:2020-10-20 10:54:52 人氣:648

集成運算放大電路是一種直接耦合的多級放大電路,它是利用半導體的集成工藝,實現電路、電路系統和元件三結合的產物。由于采用集成工藝,可以使相鄰元器件參數的一致性好,且采用多晶體管的復雜電路,使之性能做得十分優越。集成運算放大器的型號各異,但用得最為普遍的是通用型集成運放,其內部電路一般為差分輸入級、中間級和互補輸出級,并帶有各種各樣的電流源電路。本章先從多級放大電路開始,分析直接耦合存在的問題,引出差分放大電路的組成特點、電路分析方法及其性能指標,并對集成運放中常用的電流源作簡單介紹。對于集成運放,主要講述其外部特性、使用方法,為后續章節使用運算放大器提供必要的知識。

4.1 多級放大電路的耦合方式和動態分析

第2、第3章對各單管放大電路作了詳細的分析,任何一個電路系統都是由若干個單管放大電路串接而成的多級放大電路組成,這樣才能滿足電路系統一放大能力、輸入電阻、輸出電阻的要求。組成多級放大電路的每一個單管放大電路稱為一級,級與級之間的連接方式稱為級間耦合方式。多級放大電路常見的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合。

將放大電路的前級輸出與后級輸入通過耦合電容連接的方式稱為阻容耦合方式。圖4.1.1所示為兩級阻容耦合放大電路,由圖知,第一級的輸入與信號源、第二級的輸出與負載也采用耦合電容連接。

(1)阻容耦合的優點

由圖可見,由于電容對直流量的電抗為無窮大,因而阻容耦合放大電路各



級之間的靜態工作點是相互獨立的,一旦畫出圖示電路的直流通路,各自獨立,這樣就帶來兩個好處:

1)設計各級的靜態工作點不必考慮前、后級的影響,而且分析、計算及調整靜態工作點十分方便。

2)由于電容的隔直作用,前級工作點的溫度漂移不會傳輸到下一級。盡管在環境溫度發生變化時每一級的Q點均有一些變化,但作為整個電路系統,靜態工作點變化不大。

(2)阻容耦合存在的問題

1)由于電容的容量不可能做得無窮大,故阻容耦合放大電路的下限截止頻率人,o,只能放大頻率較高的交流信號,對變化緩慢的直流信號,阻容耦合放大電路無能為力。

2)由于集成工藝中無法做大容量電容,故阻容耦合方式無法集成化。

4.1.2 直接耦合

將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端,這種耦合方式稱為直接耦合,如圖4.1.2所示。

圖中,兩級共射放大電路之間通過短路線連接,且第一級的輸入與信號源,第二級的輸出與負載均采用短路線連接?! ?/span>

(1)直接耦合的優點

1)由于整個電路中沒有耦合電容和旁路電路,即使信號ui的頻率為零,信號仍能逐級放大、傳輸。

2)同樣,整個電路中無大電容,便于集成化。

(2)直接耦合電路存在的問題

1)由圖4.1.2可見,由于級與級之間沒有隔直電容,各級口點互相牽制,相互影響,這我們設置、計算及調整Q點將帶來困難。

2)直接耦合電路并不是簡單的前級與后級的短路線連接,它存在著一個直流電平的配置問題。由圖4.1.2可知,若第二級射極不接電阻R5,將造成靜態時uCE1=UBE2,T1管由于集電極電位被T2基極鉗位,T1管工作在飽和區。同樣,由于月3取值不可能太大而造成IB2較大,T2管也工作在飽和區。一個多級放大電路中,只要有一級的口點不合適,整個電路就將無法正常工作。R5的接人提高了T2管基極的直流電位,只要取值合適,可以使T1、T2管均工作在放大區。值得注意的是,由于不能接旁路電容,R5的加入將使第二級的放大倍數下降。

3)由于第一級的輸出直接連接第二級的輸入,若電路參數的變化(如環境溫度改變)使第一級的集電極電位有一個小的變化△uC1,它將作為“信號”被第二級放大,造成零點漂移。


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