1共射级单管放大器工作原理.doc

《1共射级单管放大器工作原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1共射级单管放大器工作原理.doc（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1 共射级单管放大器工作原理管子工作前题是 BE 结加正向电压 BC 结加反向电压，然后 1.发射区向基区扩散 电子， 2.电子在基区边界扩散与复合，空穴由外电源补充，维持电流。3.电子被集电极收集。改变基极电流就可以改变集电极电流： IC=BIB2. 在两个放大管与 VEE 之间接的有一个恒流源 . 一、微恒流源原理电路电路如图 1 所示，当 IR 一定时， IC2 可确定为：图1 可见，利用两管基一射电压差 VBE 可以控制 IO 。由于 VBE 的数值小，用 阻值不大的 Re2 即可得微小的工作电流 - 微电流源。二、恒流源电路的主要应用 - 有源负载前面曾提到，增大 Rc 可以提高共射

2、放大电路的电压增益。但是， Rc 不能 很大，因为在集成工艺中制造大电阻的代价太高， 而且， 在电源电压不变的情况 下，Rc 越大，导致输出幅度越小。那么，能否找到一种元件代替RC，其动态电阻大， 使得电压增益增大， 但静态电阻较小。 因而不致于减小输出幅度呢？自 然地，我们可以考虑晶体管恒流源。 由于电流源具有直流电阻小， 交流电阻大的 特点，在模拟集成电路 中广泛地把它作负载使用 - 有源负载，如图 2 所示。在本图中恒流源由 20K 电阻和 Q7 与 Q8 组成 .其他同基本放大电路 .Q7 短接基极和集电极的接法在集成电路制作中常用 . 由于晶体管电流源具有直流电阻小， 交流电阻大的特

3、点， 在模拟集成电路中广泛 地把它作负载使用 -有源负载 . 而且集成电路中做二极管就是用三极管一个极 .短接另一个极 .3 三级运放放大电路工作原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。分 成 NPN 和 PNP 两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一 下三极管放大电路的基本原理。下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib ；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的， 所以发射极 E 上就用了一个箭头来表 示电流的方

4、向。 三极管的放大作用就是： 集电极电流受基极电流的控制 （假设电 源能够提供给集电极足够大的电流的话） ，并且基极电流很小的变化， 会引起集 电极电流很大的变化， 且变化满足一定的比例关系： 集电极电流的变化量是基极 电流变化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放 大倍数（ 一般远大于 1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加 到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化， Ib 的变化被放大后，导 致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计 算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将

5、这个电阻 上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。 首先是由于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入 电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取 0.7V ）。当基极与发射极之间 的电压小于 0.7V 时，基极电流就可以认为是 0。但实际中要放大的信号往往远 比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变 （因为小于 0.7V 时，基极电流都是 0）。如果我们事先在三极管的基极上加上 一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的， 所

6、以它被叫做基极偏置电阻） ，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时， 小信号就会导致基极电流的变化， 而基极电流的变化， 就会被放大并在集电极上 输出。另一个原因就是输出信号范围的要求， 如果没有加偏置， 那么只有对那些 增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小 时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这 样减小的信号和增大的信号都可以被放大4，集成放大电路工作原理集成电路是在一小块 P 型硅晶片衬底上， 制成多个晶体管 ( 或 FET) 、电阻、 电容，组合成具

7、有特定功能的电路。集成电路在结构上的特点：1. 采用直接耦合方式。2. 为克服直接耦合方式带来的温漂现象 ,采用了温度补偿的手段 输入级是 差放电路。3. 大量采用 BJT 或FET 构成恒流源 ,代替大阻值 R ,或用于设置静态电流。4. 采用复合管接法以改进单管性能。集成电路分为数字和模拟两大部分。5.运算放大器工作原理运算放大器 (Operational Amplifier, 简称 OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合差模 (差动模式 ) 输入、通常为单端输出 (Differential-in, single-ended output)的高增益 (gain) 电压放大器，因为 刚开始

8、主要用于加法， 乘法等运算电路中， 因而得名。 一个理想的运算放大器必须具备下列 特性：无限大的 输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥 比的部分、 无限大的频宽。 最基本的运算放大器如图 1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端 (OP_P)、一个负输入端 (OP_N)和一个输出端 (OP_O) 。图 1-1通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端 (inverting input node) 连接，形成一负反馈 (negative feedback)组态。 原因是运算放大器的电压增益非常 大，范围从数百至数万倍不等， 使用负反馈方可保证电路的稳定运作

9、。 但是这并 不代表运算放大器不能 连接成正回馈 (positive feedback)，相反地，在很多需要 产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。开环回路图 1-2 开环回路运算放大器开环回路运算放大器如图 1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下：Vout = ( V+ -V-) * Aog其中 Aog 代表运算放大器的开环回路差动增益 (open-loop differential gai 由 于运算放大器的开环回路增益非常高， 因此就算输入端的差动讯号很小， 仍然会 让输出讯号饱和 (saturation)，导致非线性的

10、失真出现。因此运算放大器很少 以开 环 回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放 大器 做比 较器 (comparator)，比较器的输出通常为逻辑准位元的 0与 1。闭 环负反馈将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况， 此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。 闭环放大器 依据输入讯号进入放大器的端点， 又可分为反相 (inverting) 放大器与非反相 (non-inverting) 放大器两种。反相闭环放大器 如图 1-3 。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开 环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地(virtual gro

11、und) ，其输出与输入电压的关系式如下：Vout = -(Rf / Rin) * Vin图 1-3 反相闭环放大器非反相闭环放大器如图 1-4。假设这个闭环放大器使用理想的运算放大器，则因为其开 环增益为无限大，所以运算放大器的两输入端电压差几 乎为零，其输出与输入电压的关系 式如下：Vout = (R2 / R1) + 1) * Vin图 1-4 非反相闭环放大器集成运算放大器原理由于运算放大器的增益极高， 所以不能在两输入端之间加上输入信号， 而一定要用作反 馈放大器。这种运算放大器基本上可分为图 2 - 9 所示的非倒相放大电路和图 2 - 10 所示 的倒相放大电路两类。(a) 非倒

12、相放大电路首先，我们来讨论非倒相放大电路。设IN+ 端和 IN - 端的电压分别为和，并认为运算放大器的增益无限大，则为要获得有限的输出电压，则。这点则是运算放大器工作中的一大特征。单。根据此特征，输入 与输出的关系为：在此前提下， 分析电路工作就能变得十分简(b) 倒相放大电路面我们来分析倒相放大电路。，这点是与非倒相放大电路情况相同的， 所以 =0V 。这样，尽管有输入信号 然而端处为 0V 。恰似接地，所以被叫做假想接地。于是，若讨论流经 Rs.Rf的电流 I ，由于运算放大器的输入电流为0 ，则据此，可得出输入与输出的关系可见， 非倒相放大器和倒相放大电路， 是从对应于输入， 其输出是

13、否倒向这一事实出发 而得名的。(c) 差分放大电路如图 2 - 11 所示，可将两个这种放大电路组合成差分放大电路。 端的电压由和分压而得流经 Rs2 和 Rf2 的电流 I 为其中，如设 Rs1=Rs2，Rf1=Rf2 ，则即差分放大器能够获得 V1 和 V2之差成正比的输出。实际的运算放大器以上所述是均是理想的运算放大器的情况。实际上，运算放大器的增益不可 能无限大，有电流向 IN- 、IN+端子流入 （或流出 ），并且其电流不一定相等。即使 在无信号时， V+ 、V-之间也有一定的电压。（a） 输入偏置电流 （Ib） 的影响如果运算放大器的输入级由晶体管构成， 要使电路能正常工作， 应有偏置电 流 （基极电流 ）流过。该输入偏置电流流经反馈电阻时，会产生压降，从而造成输在图 2 - 12 电路中，尽管无输入，但是在输出端也会出现位移电压为：由于 Ib- 设 =Rs（Rs与 Rf 并联的值 ），则=0，输入偏流的影响消失并且，采取 C 耦合，将电容器与 Rs串连时，若设 Rc=Rf，则= 0 。对于采用场效应管构成输入级的运算放大器，由于输入偏流几乎可以忽略不计， 不必产生过去的顾虑。 但是，由于采用场效应管输入的运算放大器来讲， 如果 温 度上升 10 摄氏度 ，则输入偏流将增高两倍，因此，这种运算放大器必须避免 在高温情况下使用。