小信號(hào)放大電路的探究畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-10-03 16:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 源中的濾波器濾波不良 , 則將會(huì)有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量 , 以及它們的相應(yīng)諧波信號(hào)進(jìn)入放大器的輸入端 , 這些信號(hào)經(jīng)放大器放大后 , 混雜在正常信號(hào)的輸出中 , 會(huì)使放大器產(chǎn)生所謂“交流噪聲”干擾，如圖 311 所示。 另一方面， 直流電壓源的穩(wěn)壓性較差 , 帶負(fù)載能力不高 , 導(dǎo)致輸出直流電壓不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 假設(shè)某一時(shí)刻電源的 VCC=、 VDD=， 如圖 312 所示。該電路的VCC 和 VDD 都有 的波動(dòng) (理想情況 VCC、 VDD 為 5V、 5V)， 一般情況下， 它會(huì)把 ()/2= 看做自己的地，也就是 說 實(shí)際出來的波形會(huì)和對(duì)稱電源出來的波形 相 差 左右 （即波形會(huì)上移）。若每一級(jí)放大電路都產(chǎn)生了 左右 的誤差，則對(duì)于多級(jí)放大電路來說就產(chǎn)生了很大的誤差。這樣容易導(dǎo)致運(yùn)放輸出達(dá)到飽和而產(chǎn)生失真，如圖 313 所示?？梢婋娫措妷旱姆€(wěn)定對(duì)電路的重要性。 圖 313 失真波形 圖 312 電源電壓波動(dòng) 輸出 輸入 圖 311 受干擾的波形 第 10 頁 解決方法 對(duì)于電源電壓中 混有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量 的這種情況，我們一般在電源和地線之間串聯(lián)一個(gè)容值較大的電容（一般為 100nF）來解決電源電壓波動(dòng)問題。如圖314 所示。因?yàn)?電容 有 隔直流通交流 的作用 ，當(dāng) 電源 電壓 中有交流分量時(shí) ，電容器就會(huì)把交流 成 分濾掉，只剩下穩(wěn) 定的 直流 分量。而對(duì)于 輸出直流電壓不穩(wěn)定的這種現(xiàn)象，可以換一個(gè)穩(wěn)壓性較好 , 帶負(fù)載能力較高的直流穩(wěn)壓電源來解決這一問題。 隨著電路工作產(chǎn)生的熱量和環(huán)境溫度的變化，電路中的各元器件參數(shù)和特性會(huì)發(fā)生變化（如電阻、運(yùn)放等）。 下面將具體說明溫度變化對(duì)其參數(shù)的影響。 溫度對(duì)電阻阻值的影響及解決方法 首先，將了解一下電阻的溫度系數(shù) (TR RR1 12 ???TCR)，它表示表示電阻當(dāng)溫度改變1 度時(shí)，電阻值的相對(duì)變化，單位為 ppm/℃ （ ppm百萬分之一）。普通電阻的溫度系數(shù)為 100~200ppm，而精密電阻的溫度系數(shù)小于 20ppm。 讓我們看看電阻阻值變化對(duì)電路的影響。對(duì)于多級(jí)放大電路來說，電阻阻值的變化對(duì)前級(jí)放大電路的影響比較大，而對(duì)后級(jí)放大電路的影響比較小。因?yàn)槿羟凹?jí)放大電路的輸出電壓誤差為 △ V，經(jīng)過多級(jí)放大后誤差變?yōu)?Av△ V（其中 Av 為多級(jí)放大電路的電壓增益）。如圖 321 所示，由運(yùn)放的虛短、虛斷特性可得： 21311 R VVR VVR VV ?????? ????? () 由式 ()可知 ??? ??? VRRVRRV 31311 )1( () 圖 314 加濾波電容的電路 輸入 輸出 第 11 頁 ??? ???? VRRVRRV )1( 32321 () 再由式 ()、 ()式可知 )()1(32111 ???? ?????? VVR RRVV () 由于溫度變化會(huì)使得 R R R3的阻值發(fā)生變化，即式 ()中會(huì)產(chǎn)生誤差為 △ V（其中 △ V 為溫度變化前后 ??? 11 VV 之差 ）的輸出電壓。即使 △ V 很小，但經(jīng)過多級(jí)放大后會(huì)有一個(gè)較大的誤差。 因此，要根據(jù)不同的電路選擇不同的電阻及正確的焊接方式，這樣可以減少溫度對(duì)電路的影響。一般來說，選擇散熱性能較好且阻值精度較高的電阻 （如金屬膜電阻）作為前級(jí)放大電路的電阻，還要選擇正確的焊接方式，如圖 322 所示兩種焊接方式。顯然電阻因溫度差產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢，對(duì)于精密放大電路，需要考慮溫度場的影響。 錯(cuò)誤 正確 圖 322 電阻焊接方式 圖 321 前級(jí)差分放大電路 V+ V V1+ V1 第 12 頁 溫度對(duì)運(yùn)放參數(shù)及特性的影響及解決方法 由于溫度變化引起輸出電壓產(chǎn)生 △ Vo （或電流 △ Io）的漂移，通常把溫度升高 1℃輸出漂移折合到輸入端的等效漂移電 壓 TAvVo??? （或 電流 TAiIo??? ）作為溫漂指標(biāo)。集成運(yùn)放的溫度漂移是漂移的主要來源 ，而它又是由輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流隨溫度的漂移所引起的，故常用下面方式表示： 【 1】 輸入失調(diào)電壓溫漂 TVIO?? 這是指在規(guī)定溫度范圍內(nèi) VIO 的溫度系數(shù)，也是衡量電路溫漂的重要指標(biāo)。TVIO?? 不能用外接調(diào)零裝置的辦法來補(bǔ)償。高質(zhì)量的放大器常選用低溫漂的器件來組成，一般約為 177。(10～ 20)uV/℃ 。 其值小于 2uV/℃ 為低溫漂運(yùn)放。 【 2】輸入失調(diào)電流溫漂 TVIO?? 這是指在規(guī)定溫度范 圍內(nèi) IIO的溫度系數(shù)，也是對(duì)放大電路電流漂移的度量。同樣不能用外接調(diào)零裝置來補(bǔ)償。高質(zhì)量的運(yùn)放每度幾個(gè) pA。 以上參數(shù)均是在標(biāo)稱電源電壓、室溫、零共模輸入電壓條件下定義的。 對(duì)于高精度運(yùn)放來說這些誤差可忽略不計(jì)，但對(duì)于前級(jí)放大電路來說這些誤差經(jīng)過多級(jí)放大后會(huì)很大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)無法使用。下面將引入一種差分電路即兩個(gè)參數(shù)完全相同的運(yùn)放組成的對(duì)稱電路和一個(gè)雙端輸入單端輸出的差分放大電路，如圖323 所示。 V+ V V1+ V1 Vo 圖 323 三運(yùn)放儀表放大電路 Vo 第 13 頁 下面將分析一下電路的工作原理 【 1】 靜態(tài)分析 當(dāng)沒有輸入信號(hào)電壓，即 V+=V=0 時(shí)，由于 電路完全對(duì)稱， V1+=V1=0 得到 Vo=0。由此可知，輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào) Vo 也為零。 【 2】動(dòng)態(tài)分析 （ 1）輸入信號(hào)為差模信號(hào) Vid 當(dāng)在電路的兩個(gè)輸入端各加一個(gè)大小相等，極性相反的信號(hào)電壓，即 2idVVV ?????時(shí)， V1+ 上升 V1 下 降 ， 所 以 差 模 輸 出 信 號(hào) 電 壓 0111 ??? ?? VVV o ，即可知)(1 0 1 0)(10 11 ???? ?????? VVVVV o ， ?? ?? VVVid 這就是差模信號(hào)。這種輸入方式稱為差模輸入。 （ 2）輸入信號(hào)為共模信號(hào) Vic 在差分式放大電路中，無論是溫度變化，還是電源電壓的波動(dòng)都會(huì)引起運(yùn)放的輸出電壓相同的變化（因?yàn)檫\(yùn)放參數(shù)相同），其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào) Vic。兩個(gè)輸出端的共模電壓相同，即 V1+=V1。又因?yàn)?)(10 11 ?? ??? VVVo ，所以輸出電壓Vo=0。 （ 3）輸入信號(hào)為差模信號(hào) Vid 和共模信號(hào) Vic 的疊加 當(dāng)輸入信號(hào)電壓 2idic VVV ???, 2idic VVV ???時(shí) ,可知輸出電壓為： ido VVVVVV ????????? ???? 1 0 1 0)(1 0 1 0)(10 11 () 即雙端輸入單端輸出差分電路只放大差模信號(hào)，而抑制共模信號(hào)。 通過對(duì)圖 323 所示的放大電路的工作原理的探究和分析，現(xiàn)在可以理解它是怎樣解決溫漂的問題了。該電路用共模放大倍數(shù) Avc（icocvc VVA ? ） 來衡量差分放大電路抑制漂移或者干擾信號(hào)的能力。 Avc 越小，表示電路抑制漂移或者干擾信號(hào)（主要是溫漂）的能力越強(qiáng)。因?yàn)闇囟茸兓瘯r(shí)，運(yùn)放的輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電壓會(huì)發(fā)生變化，對(duì)電路產(chǎn)生一定的影響。而現(xiàn)在采用圖 323 所示的放大電路，由電路的對(duì)稱性可知 Voc≈0（理想情況下 Voc=0）， 也可得到 Avc≈0（理想情況下 Avc=0）。溫度的變化對(duì)電路的輸出幾乎沒有影響，有效的抑制了電路的溫漂。 根據(jù)這一原理，該電路可以用來抑制溫度等外界因素的變化對(duì)電路性能的影響。由于這個(gè)緣故。該電路常用來作為放大電路的輸入級(jí)，它對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。較好的改善了整個(gè)電路性能。 BJT 集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端是差分對(duì)管的基極，因此兩個(gè)輸入端總需要一定的輸入偏置電流 IBN 和 IBP。 輸入偏置電 流是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值，如圖 第 14 頁 331 所示。偏置電流為 2 BPBNIB III ??，輸入偏置電流的大小，在電路外接電阻確定之后，主要取決于運(yùn)放差分輸入級(jí) BJT 的性能，當(dāng)它的 β 值太小時(shí)，將引起偏置電流的增加。從使用角度來看，偏置電流愈小，由于信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的輸出電壓變化也愈小，故它是是重要的技術(shù)指標(biāo)，以 BJT 為輸入級(jí)運(yùn)放一般為 10nA～ 1uA。
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1