小信號(hào)放大電路的探究畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(已改無(wú)錯(cuò)字)
2022-10-10 16:17:13 本頁(yè)面
【正文】 采用 MOSFET輸入級(jí)的運(yùn)放 IIB在 pA 數(shù)量級(jí)。 一般來(lái)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?，?（ 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(yè) 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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(yè) 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(lái)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 1 0 1 011 ???? ?? 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(yè) 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(lái)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(cè)試儀測(cè)量圖411 所示 電路的幅頻響應(yīng)曲線來(lái)確定該電路的帶寬。電路帶寬測(cè)量的連接方式如圖412 所示，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖 413 所示?？芍撾娐返膸捈s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(cè)量圖 第 18 頁(yè) 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(cè)試儀測(cè)量圖 421 所 示電路的幅頻響應(yīng)曲線來(lái)確定該電路的帶寬。電路帶寬測(cè)量的連接方式如圖 422 所示，測(cè)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(cè)量圖 第 19 頁(yè) 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(wú)能為力。一般來(lái)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(yè) 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(cè)試儀測(cè)量圖 431 所示電路的幅頻響應(yīng)曲線來(lái)確定該電路的帶寬。電路帶寬測(cè)量的連接方式如圖 432 所示，測(cè)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(cè)量圖 第 21 頁(yè) 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(cè)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 。3 0 3 0 01)30()1 0 1 0(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(cè)試儀測(cè)量系統(tǒng)電路（見附錄一）的幅頻響應(yīng)曲線來(lái)確定該電路的帶寬。電路帶寬測(cè)量的連接方式見附錄二所示，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖 441 所示?？芍撾娐返膸捈s為 。 圖 441 小信號(hào)放大電路的幅頻響應(yīng)曲線 第 22 頁(yè) 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(lái) 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(shì)、接觸電勢(shì)）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
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