【文章內(nèi)容簡介】 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。采用 MOSFET輸入級(jí)的運(yùn)放 IIB在 pA 數(shù)量級(jí)。 一般來說，在接地端加一個(gè)偏置電阻 （ R3=R1//R2） ，如圖 332（ b） 所示。該電阻的作用是消除輸入偏置電流 IIB引起的輸入誤差電壓。 因?yàn)槿舨唤悠秒娮?，如 （ a） 圖。當(dāng) Vi=0 時(shí)，輸入偏置電流 IIB存在 ，所以 Vn≠0、 Vp=0， 即 Vid=VpVn≠0 可得到 Vo≠0。而 （ b） 圖接偏置電阻 R3， 當(dāng) Vi=0 時(shí) ,即使 輸入偏置電流 IIB存在 使得 Vn≠0、 Vp≠0，但由于 Vp=Vn，即 Vid=VpVn=0 可得到 Vo=0。 電路負(fù) 載 特性 及解決方法 電路 的負(fù)載特性是電路的一個(gè)重要的參數(shù)，從負(fù)載特性曲線圖中可以 知道 電路的性圖 331 輸入偏置電流 (b)接偏置電阻 (a)未接偏置電阻 圖 332 Vi Vi Vn Vn Vp Vp Vo Vo 第 15 頁 能及用途。 電路 的 帶載是指 確定 某一輸出（某 個(gè)元件看作負(fù)載），能夠滿足此元件工作要求的能力 （ 如電壓、電流 ） 稱為帶載能力。 普通的放大電路的帶負(fù)載能力有限，這嚴(yán)重阻礙其通用性。 一般來說，解決這一問題的方法是在輸出端接一個(gè)功率放大電路（電壓跟隨器）。下面讓我們來看看它是怎樣解決通用性這一問題的。 首先， 讓我們了解一下其基本電路，如 圖 313 所示。它的基本電路 很 簡單， 理想情況 是 輸入電阻 Ri→ ∞、 輸出電阻 Ro→0 、 電壓放大倍數(shù)Av=1。 但實(shí)際情況是 輸入電阻 Ri 一般為兆歐級(jí)別、 輸出電阻 Ro 一般只有幾個(gè)歐姆甚至更小、 電壓放大倍數(shù) Av 略小于 1。 由戴維南定理可知 ， 該電路可等效為 一個(gè)電壓源和電阻串聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò) ,如圖 341 所示。 下面 不妨 設(shè) R0分別為 10Ω 、 20Ω 畫出該電路的負(fù)載特性曲線，如圖 342所示。 從圖 342 中可以看到，當(dāng) R0=10Ω 時(shí)獲得的功率較大。因?yàn)樵摰刃щ娐返膬?nèi)阻較小，在串聯(lián)的情況下消耗的功率較小，從而使得負(fù)載獲得更多的功率。 正是因?yàn)檫@些特性，可以將電壓跟隨器看做是一個(gè)理想電壓源 和一個(gè)阻值較小的電阻的串聯(lián) 。由于內(nèi)阻很小決定其負(fù)載可獲 得更多的功率 ，這樣有效的解 決了電路帶負(fù)載能力不足 的問題。 同時(shí)，又因?yàn)殡妷焊S器的輸入電阻較 大， 所以 對(duì)前級(jí)影響很小 ，起到隔離的作用。 圖 341 戴維南等效電路 （ a） R0=10Ω （ b） R0=20Ω 圖 342 不同內(nèi)阻的負(fù)載特性曲線 第 16 頁 第四章 小信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì) 信號(hào)的采集是整個(gè)電路的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，采集到的信號(hào)的好壞決定其 是否 可 用。 下面將看看信號(hào)的采集電路（輸入級(jí)差分放大電路），如圖 411 所示。 該電路是 用兩級(jí)差分放大電路構(gòu)成，第一級(jí)為雙端輸入雙端輸出差分放大電路，第二級(jí)為雙端輸入單端輸出差分放大電路，兩者構(gòu)成雙端輸入單端輸出差分放大電路。 該電路通過兩級(jí)差分 放大電路有效的抑制了共模信號(hào)（具有較高的共模抑制比）和溫漂給電路點(diǎn)來的影響 ，可以采集到質(zhì)量較好的差模信號(hào)。 電壓放大 倍數(shù) Av1 因?yàn)檫\(yùn)放處于線性放大區(qū)，由運(yùn)放的虛短、虛斷特性 和 式 （ ） 可知 )(101)()12 100100()()1( 3 2111 ???????? ????????????? VVVVK KKVVR RRVV () )(1010)(10 111 ???? ?????? VVVVV o () 所以 101 011 ???? ?? VV VoAv。 V+ V V1+ V1 Vo1 圖 411 雙端輸入單端輸出放大電路 Vo 第 17 頁 帶寬 分析 所謂 的帶寬就是能使電路正常工作的頻率范圍 ，它是影響電路通用性的重要因數(shù)之一。一個(gè)帶寬較大的電路通用性就越強(qiáng)，反之則越弱。 一般定義 ,增益下降到 3dB（增益約為原來放大倍數(shù)的 倍） 處對(duì)應(yīng)的上下限截止頻率 fH、 fL 之差，即 BW=fHfL。又因?yàn)?fH》 fL，所以 BW≈fH。 下面將通過 Multisim 這個(gè) 仿真 軟件 的波特 測試儀 測量 圖411 所示 電路的 幅頻響應(yīng)曲線來確定該電路的 帶寬 。電路帶寬 測量 的連接 方式如圖412 所示， 測量數(shù)據(jù)如 圖 413 所示。 可知該電路的帶寬約為 。 圖 413 前級(jí)放大 電路的幅頻響應(yīng)曲線 圖 412 電路 帶寬測量圖 第 18 頁 該 電路的作用主要是 完成高倍的 電壓 信號(hào)放大作用 ， 由于前級(jí)電路輸出信號(hào)達(dá)不到幅值要求，需要采用一級(jí) 電壓 放大電路以滿足對(duì)信號(hào)的幅值要求。 下面將看看信號(hào)的放大電路（中間級(jí)電壓放大電路），如圖 421 所示。 該電路是用 運(yùn)放組成的反相放大電路 ，可有效的解決信號(hào)幅值達(dá)不到要求的問題。 電壓放大倍數(shù) Av2 因?yàn)檫\(yùn)放處于線性放大區(qū)，由運(yùn)放的虛短、虛斷特性可知 Vo2=30Vo1,所以30122 ??? oov VVA 。 帶寬 分析 由于 第一 節(jié)對(duì)帶寬進(jìn)行了 說明這里將不重復(fù)敘述。 下面將通過 Multisim 這個(gè)仿真軟件 的波特 測試儀測量 圖 421 所示 電路的 幅頻響應(yīng)曲線來確定該電路的 帶寬。電路帶寬測量的連接方式如圖 422 所示， 測量數(shù)據(jù)如 圖 423 所示?？芍撾娐返膸捈s為。 Vo1 Vo2 圖 421 中間級(jí)電壓放大電路 圖 422 電路 帶寬測量圖 第 19 頁 由于電路的輸出電阻較大， 只能驅(qū)動(dòng)小負(fù)載 ,而對(duì)于大負(fù)載無能為力。一般來說，要在電路輸出端加一個(gè)功率放大電路（電壓跟隨器）以提高電路的輸出功率，如圖 431所示。 該電路是用運(yùn)放組成的 同 相放大電路，可有效的解決 輸出 信號(hào) 功率 不足的 問題。 電壓放大倍數(shù) Av3 因?yàn)檫\(yùn)放處于線性放大區(qū)，由運(yùn)放的虛短、虛斷特性可知 32 oo VV ? ,所以1133 ?? oov VVA 。 圖 423 中間級(jí)電壓放大電路的幅頻響應(yīng)曲線 Vo2 Vo3 圖 431 輸出級(jí)功率放大電路 Vo2 第 20 頁 帶寬 分析 由于 第一 節(jié)對(duì)帶寬進(jìn)行了說明這里將不重復(fù)敘述。 下面將通過 Multisim 這個(gè)仿真軟件的波特測試儀測量 圖 431 所示 電路的 幅頻響應(yīng)曲線來確定該電路的 帶寬 。電路帶寬測量的連接方式如圖 432 所示， 測量數(shù)據(jù)如 圖 433 所示?？芍撾娐返膸捈s為330MHz。 圖 433 輸出級(jí)功率放大電路的幅頻響應(yīng)曲線 圖 432 電路 帶寬測量圖 第 21 頁 相 關(guān)參數(shù)的計(jì)算 以上各節(jié)已對(duì)電路各個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)和相關(guān)的計(jì)算 ?，F(xiàn)在要對(duì)其進(jìn)行連接 和 計(jì)算， 連接圖 見附錄一 所示。該電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻小電壓信號(hào) (幅值為 10uV～ 100uV)進(jìn)行放大，帶寬為 0～ ，增益在 90db 左右。下面將對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算可測量。 電壓放大倍數(shù) Av 前 幾 節(jié) 已 對(duì) 各 個(gè) 模 塊 的 參 數(shù) 進(jìn) 行 了 計(jì) 算 可 直 接 利 用 計(jì) 算 結(jié) 果 。303001)30()1010(321 ?????????? vvvv AAAViVoA （約為 90dB）。 帶寬 分析 由于第一節(jié)對(duì)帶寬進(jìn)行了說明這里將不重復(fù)敘述。 下面將通過 Multisim 這個(gè)仿真軟件的波特測試儀測量 系統(tǒng) 電路 （見附錄一） 的 幅頻響應(yīng)曲線來確定該電路的 帶寬 。電路帶寬測量的連接方式見附錄二所示， 測量數(shù)據(jù)如 圖 441 所示。 可知該電路的帶寬約為 。 圖 441 小信號(hào)放大電路的幅頻響應(yīng)曲線 第 22 頁 第五章 電路元器件的排布及 電源線和 地線的處理 完成對(duì)電路的相關(guān)設(shè)計(jì)只是一個(gè)基礎(chǔ)，要想制作出成品還有很多現(xiàn)實(shí)的問題要考慮， 例如元器件的排布 （干擾、散熱等） 、電源線、信號(hào)線、地線等。下面 兩節(jié) 將具體探究其相關(guān)問題 并提出相關(guān)的解決方法 。 因?yàn)樾‰妷盒盘?hào)本身的能量較小容易被 噪聲所 淹沒 ，所以 小 電壓 信號(hào)最容易受到干擾， 常見的干擾有： 來 自 空間 的 干擾（輻射）多由電磁感應(yīng)引起，電磁感應(yīng)的結(jié)果是電壓 。 對(duì)于線路的干擾（傳導(dǎo)），由于電壓信號(hào)的內(nèi)阻 較 小，易疊加 ； 一些線路自身的干擾（熱電勢、接觸電勢）多以電壓形式出現(xiàn) 。 因此，合理的元器件排布對(duì)制作一個(gè)合格的成品至關(guān)重要。 下面我們將探討一下常見的元器件排布。 我們一般 以運(yùn)算放大器等集成器件為中心向四周排布，將產(chǎn)生相互干擾的器件隔離或加大它們之間的距離以減小或消除干擾；變壓器、功耗管等器件放在電路板的邊緣 ，因?yàn)檫@些器件 在工作期間所消耗的電 能，除了有用功外，大部分轉(zhuǎn)化成熱量散發(fā)。這些器件 產(chǎn)生的熱量， 會(huì) 使 設(shè)備 內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設(shè)備會(huì)繼續(xù)升溫，器件就會(huì)因過熱失效， 從而導(dǎo)致 設(shè)備的可靠性將下降。 以上是對(duì)常用元器件的排布做了簡要的探究，探究 出 了 一般的排布規(guī)律 ， 這樣排布不僅可以減小或消除干擾，而且還有利于電路的美觀。 地線的處理 在 制作成品 布線 的過程 中，電源線和地線的處理是十分重要的， 因?yàn)?在整個(gè) 過程中 既使 其它 布線完成 的都 很好，但 是 由于電 源 線 、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率 ， 所以對(duì)電 源線 、 地線的布線要認(rèn)真對(duì)待，把電 源線 、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度 ，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 電源線和地線的布線規(guī)則如下： 在電源、地線之間加上去耦電容； 盡量加寬電源線、地線寬度，最好是地線比電源線寬。 一般來說， 它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為： ～ ， 最 細(xì)寬度可達(dá) ～ ,電源線為 ～ mm。 對(duì)于關(guān)鍵的信號(hào)線要采取最佳措施，如盡量減小它的長度 ，輸入線 與輸出線 之間 要 明顯地分開 ；模擬電路 與 數(shù)字 電路之間 地線 的處理 ，一般將模擬電路 、數(shù)字電路分別共接一個(gè)地，這樣可有效的減少或消除二者之間的相互干擾 ，同時(shí)也可以 簡化、美化電路 。 以上是對(duì)常規(guī)電路的電源線、地線的排布做了簡要的探究，探究出了一般的排布規(guī)律，這樣排布有利于減小或消除 排線不當(dāng)而造成的 干擾。 第 23 頁 結(jié)束語 為期一個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，在這期間我經(jīng)歷了從 選題、相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)、相關(guān) 資料 的查找 、分析課題 、電路的設(shè)計(jì) 到學(xué)習(xí)軟件、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及書寫畢業(yè)論文的過程 。 從一開始課題的選定、整體方案的確定，到最終電路功能的實(shí)現(xiàn) ，中間經(jīng)歷了很多困難，在王老師指導(dǎo)下和自己努力專研下，終于有所收獲。 在前期的理論學(xué)習(xí)中，我在圖書館查閱相關(guān)書籍，認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。當(dāng)遇到不懂的問題時(shí)，我首先會(huì)通過上網(wǎng)查閱的方式努力自己解決。如果實(shí)在無法解決，我會(huì)向同學(xué)或老師請(qǐng)教。這樣做的主要目的是培養(yǎng)自己的獨(dú)立思考、解決問題的能力。當(dāng)理論學(xué)習(xí)完畢后，就是進(jìn)行相關(guān)的電路設(shè)計(jì)了。我沒有一上來就進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，而是對(duì)在電路設(shè)計(jì)中可能遇到的相關(guān)問題進(jìn)行了具體的探究，例如怎樣減少或消除電路的溫漂；怎樣解決電路輸出功率不足；怎樣解決元器件的相互干擾（即元器件的排布） 等問題。 本課題介紹了基于 OPA842ID 的 小信號(hào)放大電路 的 探究和設(shè)計(jì) ，主要目的是把微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行無失真的放大傳輸。對(duì)小信號(hào)放大電路的要求有：一、要有足夠的增益，才能將小信號(hào)放大到容易處理的范圍；二、電路本身的噪聲要低，這是因?yàn)樾⌒盘?hào)本身比較微弱，容易被噪聲所淹沒，或者受到外界干擾，而不能辨識(shí)，所以要盡量減小噪聲干擾；三、 要有合適的輸入、輸出阻抗，才能最大限度的提取到輸入源的信號(hào)，并提高帶負(fù)載的能力。根據(jù)上述的要求， 經(jīng)過 我 反復(fù)對(duì) 硬件電路的設(shè)計(jì)與改