【正文】 圖 341 戴維南等效電路 （ a） R0=10Ω （ b） R0=20Ω 圖 342 不同內(nèi)阻的負載特性曲線 第 16 頁 第四章 小信號放大電路的設(shè)計 信號的采集是整個電路的一個重要環(huán)節(jié)，采集到的信號的好壞決定其是否可用。由于內(nèi)阻很小決定其負載可獲得更多的功率，這樣有效的解決了電路帶負載能力不足的問題。因為該等效電路的內(nèi)阻較小，在串聯(lián)的情況下消耗的功率較小，從而使得負載獲得更多的功率。下面不妨設(shè) R0分別為 10Ω、 20Ω畫出該電路的負載特性曲線，如圖 342所示。但實際情況是輸入電阻 Ri 一般為兆歐級別、輸出電阻 Ro 一般只有幾個歐姆甚至更小、電壓放大倍數(shù) Av 略小于 1。 首先，讓我們了解一下其基本電路，如 圖 313 所示。一般來說，解決這一問題的方法是在輸出端接一個功率放大電路（電壓跟隨器）。 電路 的 帶載是 指 確定 某一輸出（某個元件看作負載），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。而 （ b） 圖接偏置電阻 R3，當(dāng) Vi=0 時 ,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。因為若不接偏置電阻，如 （ a） 圖。 一般來說，在接地端加一個偏置電阻 （ R3=R1//R2） ，如圖 332（ b） 所示。從使用角度來看，偏置電流愈小，由于信號源內(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 為輸入級運放一般為 10nA～ 1uA。 輸入偏置電 流是指集成運放兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值，如圖 第 14 頁 331 所示。較好的改善了整個電路性能。由于這個緣故。溫度的變化對電路的輸出幾乎沒有影響，有效的抑制了電路的溫漂。因為溫度變化時，運放的輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電壓會發(fā)生變化，對電路產(chǎn)生一定的影響。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的能力。 （ 3）輸入信號為差模信號 Vid 和共模信號 Vic 的疊加 當(dāng)輸入信號電壓 2idic VVV ???, 2idic VVV ???時 ,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，而抑制共模信號。兩個輸出端的共模電壓相同，即 V1+=V1。這種輸入方式稱為差模輸入。由此可知，輸入信號為零時，輸出信號 Vo 也為零。下面將引入一種差分電路即兩個參數(shù)完全相同的運放組成的對稱電路和一個雙端輸入單端輸出的差分放大電路，如圖323 所示。 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。同樣不能用外接調(diào)零裝置來補償。 其值小于 2uV/℃ 為低溫漂運放。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。集成運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)。顯然電阻因溫度差產(chǎn)生的熱電動勢，對于精密放大電路，需要考慮溫度場的影響。 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電路的影響。如圖 321 所示，由運放的虛短、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 () 由于溫度變化會使得 R R R3的阻值發(fā)生變化，即式 ()中會產(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。對于多級放大電路來說，電阻阻值的變化對前級放大電路的影響比較大，而對后級放大電路的影響比較小。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。 下面將具體說明溫度變化對其參數(shù)的影響。而對于 輸出直流電壓不穩(wěn)定的這種現(xiàn)象，可以換一個穩(wěn)壓性較好 , 帶負載能力較高的直流穩(wěn)壓電源來解決這一問題。如圖314 所示。可見電源電壓的穩(wěn)定對電路的重要性。若每一級放大電路都產(chǎn)生了 左右 的誤差，則對于多級放大電路來說就產(chǎn)生了很大的誤差。 假設(shè)某一時刻電源的 VCC=、 VDD=， 如圖 312 所示。因為多數(shù)直流電壓源是利用 50Hz 的 交流電源經(jīng)整流濾波后獲得的 ,若直流電壓源中的濾波器濾波不良 , 則將會有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量 , 以及它們的相應(yīng)諧波信號進入放大器的輸入端 , 這些信號經(jīng)放大器放大后 , 混雜在正常信號的輸出中 , 會使放大器產(chǎn)生所謂“交流噪聲”干擾，如圖 311 所示。在對電源電壓要求較高的電路中會造成重大影響。 Vo2 Vo3 圖 233 輸出級功率放大電路 Vo2 第 9 頁 第三章 常見的問題及解決方法 電源電壓波動對電路的影響 理想直流電壓源的電壓為一個恒定的值，但在實際這種情況是不存在的。該方案的優(yōu)點是相對降低了畢業(yè)設(shè) 計的成本，缺點是自己搭的電路，性能沒有集成運算放大器焊接成電壓跟隨電路的性能好，且工作量大、易出錯。該電路的優(yōu)點是易于設(shè)計一個符合輸出功率要求的電路且電路的帶寬較大、結(jié)構(gòu)簡單。 綜合考慮后，最后采用方案一，來解決中間級電壓放大電路，如圖 232 所示。 方案二：可以自己利用電阻，電容，三極管等分立電子元器件，參照反相電壓放大電路的工作原理，試著焊接電路，調(diào)試，反復(fù)嘗試，直到能夠滿足要求為止。 中間級電壓放大電路 方案一：用高 單位增益 帶寬的集成運算放大芯片（如 OPA842ID）連接一個反相電壓放大電路。該方案的優(yōu)前級差分放大 OPA842ID負反饋放大 OPA842ID功率放大 信號輸出 圖 221 系統(tǒng)框圖 小信號輸入 第 7 頁 點是相對降低了畢業(yè)設(shè)計的成本，缺點是自己焊接的電路，性能沒有集成運算放大器的性能好，且工作量大、 易出錯。直接用集成運算放大芯片的優(yōu)點是省去了焊接和調(diào)試電路的過程且該電路具有較強的抑制零漂、溫漂和共模信號的能力，電路的帶寬也比較大。通過框圖，可以清晰的看到系統(tǒng)有前級差分放大、負反饋放大和功率放大三部分構(gòu)成。通過這三級電路的串聯(lián)實現(xiàn)對小信號的采集、放大和提高其帶負載能力，來滿足實際的需求。（ 2）中間級電壓放大電路實現(xiàn)對前級輸出信號的電壓進行放大以滿足對信號幅度的要求。 整個電路的工作流程是：（ 1）輸入級差 分放大電路完成對信號的采集和放大。（ 2）中間級 ——— 采用電壓放大電路來確保電路輸出電壓幅值足夠大。通過相應(yīng)的技術(shù)處理，設(shè)計出符合要求的小信號放大電路。（ 2）要求輸出信號 有個較大的幅值及電路有個較大的帶寬。 根據(jù)研究內(nèi)容，本文介紹了基于 OPA842ID 高 單位增益 帶寬芯片的小信號放大電路的設(shè)計與制作。 本課題主要研究小信號放大電路的帶寬、信噪比、增益、輸入輸出阻抗等參數(shù)。 小信號放大電路在實際應(yīng)用中意義十分重大，通常我們需要對小信號的波形、頻率等參數(shù)進行分析。 關(guān)鍵詞 ： 小信號 放大電路 OPA842ID Multisim 第 2 頁 Abstract Currently, the application of the small signal circuit is extremely wide, small to speakers, radios and other civilian industry, large to satellites, rockets and other military industry. It not only makes our daily life