【文章內(nèi)容簡介】 之比稱為共模抑制比 共模抑制比在應(yīng)用中是一個(gè)很重要的參數(shù)，理想運(yùn)放對(duì)輸入的共模信號(hào)其輸出為零，但在實(shí)際的集成運(yùn)放中，其輸出不可能沒有共模信號(hào)的成分，輸出端共模信號(hào)愈小，說明電路對(duì)稱性愈好，也就是說運(yùn)放對(duì)共模干擾信號(hào)的抑制能力愈強(qiáng)，即CMRR愈大。CMRR的測試電路如圖5－4所示。集成運(yùn)放工作在閉環(huán)狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)為當(dāng)接入共模輸入信號(hào)Uic時(shí)，測得U0C，則共模電壓放大倍數(shù)為 得共模抑制比 圖5－4 CMRR測試電路 測試中應(yīng)注意：a、消振與調(diào)零　　　　　　　　　b、R1與RR3與RF之間阻值嚴(yán)格對(duì)稱　　 　 　　c、輸入信號(hào)Uic 幅度必須小于集成運(yùn)放的最大共模輸入電壓范圍 Uicm 　5） 共模輸入電壓范圍Uicm　　集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓稱為共模輸入電壓范圍，超出這個(gè)范圍，運(yùn)放的CMRR會(huì)大大下降，輸出波形產(chǎn)生失真，有些運(yùn)放還會(huì)出現(xiàn)“自鎖”現(xiàn)象以及永久性的損壞?！　icm的測試電路如圖55所示?！　”粶y運(yùn)放接成電壓跟隨器形式，輸出端接示波器，觀察最大不失真輸出波形，從而確定Uicm值。 　6） 輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍UOPP　　集成運(yùn)放的動(dòng)態(tài)范圍與電源電壓、外接負(fù)載及信號(hào)源頻率有關(guān)。測試電路如圖5－6所示?！　「淖僽S幅度，觀察u0頂部失真開始時(shí)刻，從而確定u0的不失真范圍，這就是運(yùn)放在某一定電源電壓下可能輸出的電壓峰峰值UOPP。圖5－5 Uicm測試電路 圖5－6 UOPP測試電路　　集成運(yùn)放在使用時(shí)應(yīng)考慮的一些問題 　1) 輸入信號(hào)選用交、直流量均可， 但在選取信號(hào)的頻率和幅度時(shí)，應(yīng)考慮運(yùn)放的頻響特性和輸出幅度的限制。2) 調(diào)零。為提高運(yùn)算精度，在運(yùn)算前， 應(yīng)首先對(duì)直流輸出電位進(jìn)行調(diào)零，即保證輸入為零時(shí)，輸出也為零。當(dāng)運(yùn)放有外接調(diào)零端子時(shí)，可按組件要求接入調(diào)零電位器RW，調(diào)零時(shí)，將輸入端接地，調(diào)零端接入電位器RW，用直流電壓表測量輸出電壓U0，細(xì)心調(diào)節(jié)RW，使U0為零（即失調(diào)電壓為零）。如運(yùn)放沒有調(diào)零端子，若要調(diào)零，可按圖5－7所示電路進(jìn)行調(diào)零。 一個(gè)運(yùn)放如不能調(diào)零，大致有如下原因：① 組件正常，接線有錯(cuò)誤。② 組件正常，但負(fù)反饋不夠強(qiáng)（RF／R1 太大），為此可將RF短路，觀察是否能調(diào)零。③ 組件正常，但由于它所允許的共模輸入電壓太低，可能出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象，因而不能調(diào)零。為此可將電源斷開后，再重新接通，如能恢復(fù)正常，則屬于這種情況。④組件正常，但電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行消振。⑤組件內(nèi)部損壞，應(yīng)更換好的集成塊。 (a) (b)圖5－7 調(diào)零電路 　3) 消振。一個(gè)集成運(yùn)放自激時(shí)，表現(xiàn)為即使輸入信號(hào)為零， 亦會(huì)有輸出，使各種運(yùn)算功能無法實(shí)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞器件。在實(shí)驗(yàn)中，可用示波器監(jiān)視輸出波形。為消除運(yùn)放的自激，常采用如下措施：①若運(yùn)放有相位補(bǔ)償端子，可利用外接RC補(bǔ)償電路，產(chǎn)品手冊(cè)中有補(bǔ)償電路及元件參數(shù)提供。②電路布線、元、器件布局應(yīng)盡量減少分布電容。③在正、～ 的陶瓷電容相并聯(lián)以減小電源引線的影響。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件TPEA模擬電路實(shí)驗(yàn)箱　 雙蹤示波　 萬用表　　　 交流毫伏表 集成運(yùn)算放大器μA741 電阻器、電容器若干 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容　　實(shí)驗(yàn)前看清運(yùn)放管腳排列及電源電壓極性及數(shù)值，切忌正、負(fù)電源接反。 　 測量輸入失調(diào)電壓U0S 　　按圖5－2連接實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)KK2，用萬用表直流電壓擋測量輸出端電壓U01 =（ ），并計(jì)算U0S 。記入表5－1?！? 2. 測量輸入失調(diào)電流I0S實(shí)驗(yàn)電路如圖 5－2，打開開關(guān) KK2，用直流電壓表測量 U02=（ ），并計(jì)算I0S 。記入表5－1。 表5－1UOS(mV)IOS(nA)Aud(db)CMRR(db)實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值實(shí)測值典型值2～1050～100100～10680～86　 測量開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud 　　按圖5－3連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加頻率100Hz ，大小約30～50mV正弦信號(hào)，用示波器監(jiān)視輸出波形。用交流毫伏表測量U0=（ ）和Ui=（ ），并計(jì)算Aud 。記入表5－1。 　測量共模抑制比CMRR 　　按圖5－4連接實(shí)驗(yàn)電路，運(yùn)放輸入端加 f＝100Hz ，UiC＝1～2V正弦信號(hào)，監(jiān)視輸出波形。測量U0C 和UiC，計(jì)算AC及CMRR。記入表5－1。 *測量共模輸入電壓范圍Uicm及輸出電壓最大動(dòng)態(tài)范圍UOPP。 自擬實(shí)驗(yàn)步驟及方法。 五、實(shí)驗(yàn)總結(jié) 　將所測得的數(shù)據(jù)與典型值進(jìn)行比較。 　對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)中碰到的問題進(jìn)行分析、討論。 六、預(yù)習(xí)要求 　查閱μA741 典型指標(biāo)數(shù)據(jù)及管腳功能。 　測量輸入失調(diào)參數(shù)時(shí)， 為什么運(yùn)算放大器的反相及同相輸入端的電阻要精選，以保證嚴(yán)格對(duì)稱。測量輸入失調(diào)參數(shù)時(shí)，為什么要將運(yùn)放調(diào)零端開路， 而在進(jìn)行其它測試時(shí)，則要求對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)零。第六章 放大器干擾、噪聲抑制和自激振蕩的消除放大器的調(diào)試一般包括調(diào)整和測量靜態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)整和測量放大器的性能指標(biāo)：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶等。由于放大電路是一種弱電系統(tǒng)，具有很高的靈敏度，因此很容易接受外界和內(nèi)部一些無規(guī)則信號(hào)的影響。也就是在放大器的輸入端短路時(shí)，輸出端仍有雜亂無規(guī)則的電壓輸出，這就是放大器的噪聲和干擾電壓。另外，由于安裝、布線不合理，負(fù)反饋太深以及各級(jí)放大器共用一個(gè)直流電源造成級(jí)間耦合等，也能使放大器沒有輸入信號(hào)時(shí)，有一定幅度和頻率的電壓輸出，例如收音機(jī)的尖叫聲或“突突……”的汽船聲，這就是放大器發(fā)生了自激振蕩。噪聲、干擾和自激振蕩的存在都妨礙了對(duì)有用信號(hào)的觀察和測量，嚴(yán)重時(shí)放大器將不能正常工作。所以必須抑制干擾、噪聲和消除自激振蕩，才能進(jìn)行正常的調(diào)試和測量。圖　6－1　一、干擾和噪聲的抑制　　把放大器輸入端短路，在放大器輸出端仍可測量到一定的噪聲和干擾電壓。其頻率如果是50Hz（或100Hz），一般稱為50Hz交流聲， 有時(shí)是非周期性的，沒有一定規(guī)律，可以用示波器觀察到如圖6－1所示波形。50Hz交流聲大都來自電源變壓器或交流電源線，100Hz交流聲往往是由于整流濾波不良所造成的。另外，由電路周圍的電磁波干擾信號(hào)引起的干擾電壓也是常見的。由于放大器的放大倍數(shù)很高（特別是多級(jí)放大器），只要在它的前級(jí)引進(jìn)一點(diǎn)微弱的干擾，經(jīng)過幾級(jí)放大，在輸出端就可以產(chǎn)生一個(gè)很大的干擾電壓。還有，電路中的地線接得不合理，也會(huì)引起干擾?！　∫种聘蓴_和噪聲的措施一般有以下幾種　　選用低噪聲的元器件　　如噪聲小的集成運(yùn)放和金屬膜電阻等。另外可加低噪聲的前置差動(dòng)放大電路。由于集成運(yùn)放內(nèi)部電路復(fù)雜，因此它的噪聲較大。即使是“極低噪聲”的集成運(yùn)放，也不如某些噪聲小的場效應(yīng)對(duì)管，或雙極型超β對(duì)管，所以在要求噪聲系數(shù)極低的場合，以挑選噪聲小對(duì)管組成前置差動(dòng)放大電路為宜。也可加有源濾波器?！　『侠聿季€　　放大器輸入回路的導(dǎo)線和輸出回路、交流電源的導(dǎo)線要分開，不要平行鋪設(shè)或捆扎在一起，以免相互感應(yīng)?！　∑帘巍　⌒⌒盘?hào)的輸入線可以采用具有金屬絲外套的屏蔽線，外套接地。整個(gè)輸入級(jí)用單獨(dú)金屬盒罩起來，外罩接地。電源變壓器的初、次級(jí)之間加屏蔽層。電源變壓器要遠(yuǎn)離放大器前級(jí)，必要時(shí)可以把變壓器也用金屬盒罩起來，以利隔離。 濾波　　為防止電源串入干擾信號(hào)，可在交（直）流電源線的進(jìn)線處加濾波電路。圖6－2(a)、(b)、(c)所示的無源濾波器可以濾除天電干擾（雷電等引起）(a) (b) (c) (d)圖6－2和工業(yè)干擾（電機(jī)、電磁鐵等設(shè)備起、制動(dòng)時(shí)引起）等干擾信號(hào)，而不影響50Hz電源的引入。圖中電感，電容元件，一般L為幾～幾十毫亨，C為幾千微微法。圖(d)中阻容串聯(lián)電路對(duì)電源電壓的突變有吸收作用，以免其進(jìn)入放大器。R和C的數(shù)值可選100Ω和2μF左右?！∵x擇合理的接地點(diǎn)　　在各級(jí)放大電路中，如果接地點(diǎn)安排不當(dāng)，也會(huì)造成嚴(yán)重的干擾。例如，在圖6－3 圖 6－3中，同一臺(tái)電子設(shè)備的放大器， 由前置放大級(jí)和功率放大級(jí)組成。當(dāng)接地點(diǎn)如圖中實(shí)線所示時(shí)，功率級(jí)的輸出電流是比較大的，此電流通過導(dǎo)線產(chǎn)生的壓降，與電源電壓一起，作用于前置級(jí)，引起擾動(dòng)，甚至產(chǎn)生振蕩。還因負(fù)載電流流回電源時(shí)，造成機(jī)殼（地）與電源負(fù)端之間電壓波動(dòng)，而前置放大級(jí)的輸入端接到這個(gè)不穩(wěn)定的“地”上，會(huì)引起更為嚴(yán)重的干擾。如將接地點(diǎn)改成圖中虛線所示，則可克服上述弊端。 二、自激振蕩的消除檢查放大器是否發(fā)生自激振蕩，可以把輸入端短路，用示波器（或毫伏表）接在放大器的輸出端進(jìn)行觀察， 如圖6－4所示波形。自激振蕩和噪聲的區(qū)別是，自激振蕩的頻率一般為比較高的或極低的數(shù)值，而且頻率隨著放大器元件參數(shù)不同而改變（甚至撥動(dòng)一下放大器內(nèi)部導(dǎo)線的位置，頻率也會(huì)改變），振蕩波形一般是比較規(guī)則的，幅度也較大，往往使三極管處于飽和和截止?fàn)顟B(tài)。圖6－4　　高頻振蕩主要是由于安裝、布線不合理引起的。例如輸入和輸出線靠的太近，產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔谩?duì)此應(yīng)從安裝工藝方面解決，如元件布置緊湊，接線要短等。也可以用一個(gè)小(a) (b)圖6－5電阻電容或單一電容（一般100PF～，由試驗(yàn)決定）， 進(jìn)行高頻濾波或負(fù)反饋，以壓低放大電路對(duì)高頻信號(hào)的放大倍數(shù)或移動(dòng)高頻電壓的相位，從而抑制高頻振蕩（如圖6－5所示）。低頻振蕩是由于各級(jí)放大電路共用一個(gè)直流電源所引起。如圖66所示，因?yàn)殡娫纯傆幸欢ǖ膬?nèi)阻RO，特別是電池用得時(shí)間過長或穩(wěn)壓電源質(zhì)量不高，使得內(nèi)阻RO比較大時(shí)，則會(huì)引起處電位的波動(dòng)，的波動(dòng)作用到前級(jí)，使前級(jí)輸出電壓相應(yīng)變化，經(jīng)放大后，使波動(dòng)更歷害，如此循環(huán)，就會(huì)造成振蕩現(xiàn)象。最常用的消除辦法是在放大電路各級(jí)之間加上“去耦電路”如圖中的R和C，從電源方面使前后級(jí)減小相互影響。去耦電路R的值一般為幾百歐，電容C選幾十微法或更大一些。圖66第二編 基本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)第一章 單管放大電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹　?學(xué)會(huì)放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器性能的影響?！　?掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。 熟悉常用電子儀器及模擬電路實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用?！　《?、實(shí)驗(yàn)原理圖1－1為電阻分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定單管放大器實(shí)驗(yàn)電路圖。它的偏置電路采用RB1和RB2組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻RE，以穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)在放大器的輸入端加入輸入信號(hào)ui后，在放大器的輸出端便可得到一個(gè)與ui相位相反，幅值被放大了的輸出信號(hào)u0，從而實(shí)現(xiàn)了電壓放大。圖1－1 共射極單管放大器實(shí)驗(yàn)電路　　在圖1－1電路中，當(dāng)流過偏置電阻RB1和RB2 的電流遠(yuǎn)大于晶體管T 的 基極電流IB時(shí)（一般5～10倍），則它的靜態(tài)工作點(diǎn)可用下式估算 　 　　　　　 UCE＝UCC－IC（RC＋RE）　　電壓放大倍數(shù)　　　 　 輸入電阻　　Ri＝RB1 // RB2 // rbe輸出電阻 RO≈RC　　由于電子器件性能的分散性比較大，因此在設(shè)計(jì)和制作晶體管放大電路時(shí)，離不開測量和調(diào)試技術(shù)。在設(shè)計(jì)前應(yīng)測量所用元器件的參數(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供必要的依據(jù)，在完成設(shè)計(jì)和裝配以后，還必須測量和調(diào)試放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)放大器，必定是理論設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)調(diào)整相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，除了學(xué)習(xí)放大器的理論知識(shí)和設(shè)計(jì)方法外，還必須掌握必要的測量和調(diào)試技術(shù)?！　》糯笃鞯臏y量和調(diào)試一般包括：放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與調(diào)試，消除干擾與自激振蕩及放大器各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的測量與調(diào)試等?！　?放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的測量與調(diào)試　　1)　靜態(tài)工作點(diǎn)的測量　　測量放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)在輸入信號(hào)ui＝0的情況下進(jìn)行， 即將放大器輸入端與地端短接，然后選用量程合適的直流毫安表和直流電壓表，分別測量晶體管的集電極電流IC以及各電極對(duì)地的電位UB、UC和UE。一般實(shí)驗(yàn)中，為了避免斷開集電極，所以采用測量電壓UE或UC，然后算出IC的方法，例如，只要測出UE，即可用　　算出IC（也可根據(jù)，由UC確定IC），同時(shí)也能算出UBE＝UB－UE，UCE＝UC－UE。為了減小誤差，提高測量精度，應(yīng)選用內(nèi)阻較高的直流電壓表?！　?)　靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)試是指對(duì)管子集電極電流IC（或UCE）的調(diào)整與測試。靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適，對(duì)放大器的性能和輸出波形都有很大影響。如工作點(diǎn)偏高，放大器在加入交流信號(hào)以后易產(chǎn)生飽和失真，此時(shí)uO的負(fù)半周將被削底，如圖1－2(a)所示；如工作點(diǎn)偏低則易產(chǎn)生截止失真，即uO的正半周被縮頂（一般截止失真不如飽和失真明顯），如圖1－2(b)所示。這些情況都不符合不失真放大的要求。所以在選定工作點(diǎn)以后還必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，即在放大器的輸入端加入一定的輸入電壓ui，檢查輸出電壓uO的大小和波形是否滿足要求。如不滿足，則應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。 (a) (b)圖1－2 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)uO波形失真的影響改變電