放大电路基础知识介绍

1差分放大电路（1）对共模信号的抑制作用差分放大电路如图所示。特点：左右电路完全对称。原理：温度变化时，两集电极电流增量相等，即C2C1II，使集电极电压变化量相等，CQ2CQ1VV，则输出电压变化量0C2C1OVVV，电路有效地抑制了零点漂移。若电源电压升高时，仍有0C2C1OVVV，因此，该电路能有效抑制零漂。共模信号：大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号。共模输入：输入共模信号的输入方式称为共模输入。（2）对差模信号的放大作用基本差分放大电路如图。差模信号：大小相等，极性相反的信号称为差模信号。差模输入：输入差模信号的输入方式称为差模输入。在图中，I2I1I21vvv，C21CvvI21vAv放大器双端输出电压ovIvIvIvC2C1)21(21vAvAvAvv差分放大电路的电压放大倍数为becIIIOvdrRAvvAvvAVv可见它的放大倍数与单级放大电路相同。（3）共模抑制比共模抑制比CMRK：差模放大倍数dvA与共模放大倍数cvA的比值称为共模抑制比。cdCMRvvAAK缺点：第一，要做到电路完全对称是十分困难的。第二，若需要单端输出，输出端的零点漂移仍能存在，因而该电路抑制零漂的优点就荡然无存了。改进电路如图（b）所示。在两管发射极接入稳流电阻eR。使其即有高的差模放大倍数，又保持了对共模信号或零漂强抑制能力的优点。在实际电路中，一般都采用正负两个电源供电，如图所示（c）所示。2集成运算放大器的基础知识1．集成运放的组成和电路符号集成运放电路主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路等四部分组成，如图所示。（）输入级：由差分放大电路组成，有两个输入端。①同相输入端：输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相同；②反相输入端：输入信号在该端输入时，输出信号与输入信号相位相反。（）中间级：由高增益的电压放大电路组成。（）输出级：由三极管射极输出器互补电路组成。（）偏置电路：为集成运放各级电路提供合适而稳定的静态工作点。集成运放电路符号如图所示。新标准旧标准2．集成运放的主要参数（1）开环差模电压放大倍数VOA无反馈时集成运放的放大倍数。（2）输入失调电压IOV当输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压，反映了运放的失调程度。IOV越小，输入级对称性越好。（）输入失调电流IOI输入信号为零时，运放两输入端的基极静态电流不相等，其差值称为输入失调电流IOI。数值越小，表明输入级管子的对称性越好。（4）共模抑制比CMRK开环情况下，差模放大倍数DVA与共模放大倍数CVA之比，CMRK越大，运放对零漂的抑制能力越强。（5）输出电压峰峰值OPPV放大器在空载情况下，输出的最大不失真电压的峰峰值。3．理想集成运放理想运放的条件：（1）开环电压放大倍数DVA；（2）输入电阻ir；（3）输出阻抗or0；（）共模抑制比CMRK。结论：①理想运放的两输入端电位差趋于零。②理想运放的输入电流趋于零。3集成运算放大器构成的基本运算电路1．反相比例运算放大器（1）电路结构反相比例运算放大器电路及其等效电路如图所示。fR引入电压负反馈。虚短：N、P两点电位相同，相当于短路，但内部并未短路，称为“虚假短路”。虚地：N端称“虚地”；并非真正“接地”，是反相输入运放的一个重要特点。（2）闭环放大倍数FVA1fIOFRRvvAV（3）结论：反相输入比例运算电路的闭环放大倍数FVA只取决于外接反馈电阻fR与输入端电阻1R之比，与集成运放本身参数无关；输出电压与输入电压成比例关系，相位相反。2．同相比例运算放大器（1）电路结构同相比例运算放大器电路如图所示。fR引入电压串联负反馈。（2）闭环放大倍数FVA1f1f1IOF1)(RRRRRvvAV（3）结论：同相输入比例运算电路的放大倍数与VA无关，只取决于fR与1R的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。4）集成运算放大器使用常识1．集成运放的保护措施（1）电源极性接反的保护如图所示。主要用于高电源电压的场合。保护原理：利用二极管的单向导电性，当电源极性为正时，它正常导通；一旦电源极性接反，二极管反偏截止，电源不通，保护了运放。（2）输入保护保护如图所示。无论是输入信号的极性是正是负只要超过二极管导通电压，则1VD或2VD中就会有一个导通，导通压降为0.7V从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。（3）输出保护保护电路如图所示。若输入端出现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，将其稳定在安全范围内。2．集成运放常见故障分析（1）不能调零出现这种故障是输出电压处于极限状态，或接近正电源，或接近负电源。如果这是开环调试，则属正常情况。当接成闭环后，若输出电压仍在某一极限值，调零也不起作用，则可能是接线错误、电路上有虚焊点、或运放组件损坏。（2）阻塞现象：运放工作于闭环状态下，输出电压接近正电源或负电源电压极限值，不能调零，信号无法输入。原因：输入信号过大或干扰信号过强，使运放内的某些管子进入饱和或截止状态。排除方法：断开电源再重新接通，或将两个输入端短接一下即能恢复正常。（3）自激现象：工作不稳定，当人体或金属物靠近它时，表现更为显著。原因：RC补偿元件参数不恰当，输出端有容性负载或接线太长等。排除方法：可重新调整RC补偿元件参数，加强正、负电源退耦合或在反馈电阻两端并联电容等。4运算电路（1）加法运算电路（加法器）①电路组成②加法运算关系在虚地点N，因0Ii所以有niiiii321F整理可得nnRvRvRvRvRvI33I22I1I1fO若取RRRRRn321，则)(II3I2I1fOnvvvvRRv如果fR=R，则)(II3I2I1Onvvvvv③结论：电路的输出电压等于各输入电压之和，完成了加法运算。（2）减法运算电路（减法器）①电路组成减法运算电路是一个既有反相输入信号又有同相输入信号的双端输入的运算放大器电路。②减法运算关系因为0Ii，则F1ii，22'ii于是有fON1NI1RvvRvv和'RvRvv2P2PI2上式中f11OfI1NRRRvRvv和I2222PvRRRv''因PNvv，故2I222f11OfI1vRRRRRRvRv''为使电路平衡，选择21RR,'RR2f，得)(I1I21fOvvRRv③结论：输出电压正比于两个输入电压之差，该电路完成了减法运算。该电路又可以看成差分运放电路。可由图（b）和（c）输出电压可看成是两个输入电压分别作用于差分式减法运算器又叠加而成。如果fR=1R，则I2I1Ovvv故电路又称为减法器。例集成运算能作为反相器或电压跟随器使用吗？解集成运放能作为反相器使用，如图（a）所示。集成运放也可作为电压跟随器，如图（b）所示。2．信号转换电路（1）电压/电流转换器①电路组成同相输入式电压/电流转换器电路如图所示。1R为输入端电阻；LR为负载电阻；2R为平衡电阻。4）集成运算放大器使用常识1．集成运放的保护措施（1）电源极性接反的保护如图所示。主要用于高电源电压的场合。保护原理：利用二极管的单向导电性，当电源极性为正时，它正常导通；一旦电源极性接反，二极管反偏截止，电源不通，保护了运放。（2）输入保护保护如图所示。无论是输入信号的极性是正是负只要超过二极管导通电压，则1VD或2VD中就会有一个导通，导通压降为0.7V从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。（3）输出保护保护电路如图所示。若输入端出现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，将其稳定在安全范围内。2．集成运放常见故障分析（1）不能调零出现这种故障是输出电压处于极限状态，或接近正电源，或接近负电源。如果这是开环调试，则属正常情况。当接成闭环后，若输出电压仍在某一极限值，调零也不起作用，则可能是接线错误、电路上有虚焊点、或运放组件损坏。（2）阻塞现象：运放工作于闭环状态下，输出电压接近正电源或负电源电压极限值，不能调零，信号无法输入。原因：输入信号过大或干扰信号过强，使运放内的某些管子进入饱和或截止状态。排除方法：断开电源再重新接通，或将两个输入端短接一下即能恢复正常。（3）自激现象：工作不稳定，当人体或金属物靠近它时，表现更为显著。原因：RC补偿元件参数不恰当，输出端有容性负载或接线太长等。排除方法：可重新调整RC补偿元件参数，加强正、负电源退耦合或在反馈电阻两端并联电容等。差分放大电路一.实验目的:1．掌握差分放大电路的基本概念；2．了解零漂差生的原理与抑制零漂的方法；3．掌握差分放大电路的基本测试方法。二.实验原理:1.由运放构成的高阻抗差分放大电路图为高输入阻抗差分放大器,应用十分广泛.从仪器测量放大器,到特种测量放大器,几乎都能见到其踪迹。A1A2A3RS1510Rs2510R310KR410KR510KR610KR151KRp1KR251KVi1Vi2Vo从图中可以看到A1、A2两个同相运放电路构成输入级，在与差分放大器A3串联组成三运放差分防大电路。电路中有关电阻保持严格对称,具有以下几个优点:(1)A1和A2提高了差模信号与共模信号之比,即提高了信噪比;(2)在保证有关电阻严格对称的条件下,各电阻阻值的误差对该电路的共模抑制比KCMRR没有影响;(3)电路对共模信号几乎没有放大作用,共模电压增益接近零。因为电路中R1=R2、R3=R4、R5=R6，故可导出两级差模总增益为：35P1pi2i1ovdRRR2RRuuuA通常，第一级增益要尽量高，第二级增益一般为1~2倍，这里第一级选择100倍，第二级为1倍。则取R3=R4=R5=R6=10KΩ,要求匹配性好，一般用金属膜精密电阻，阻值可在10KΩ~几百KΩ间选择。则Avd=(RP+2R1)/RP先定RP，通常在1KΩ~10KΩ内，这里取RP＝1KΩ，则可由上式求得R1=99RP/2=49.5KΩ取标称值51KΩ。通常RS1和RS2不要超过RP/2，这里选RS1＝RS2＝510，用于保护运放输入级。A1和A2应选用低温飘、高KCMRR的运放，性能一致性要好。三.实验内容1．搭接电路2．静态调试要求运放各管脚在零输入时，电位正常，与估算值基本吻合。3．动态调试根据电路给定的参数，进行高阻抗差分放大电路的输出测量。可分为差模、共模方式输入，自拟实验测试表格，将测试结果记录在表格中。1实验数据测量改变输入信号，测量高阻抗差分放大电路的输出。输入数据表格如下：输出信号(v)输入信号(v)Vi1＝0Vi1＝0.01Vi1＝-0.01Vi1＝0.01Vi1＝0.03Vi1＝-0.01Vi1＝0.03Vi2＝0Vi2＝-0.01Vi2＝0.01Vi2＝0.01Vi2＝-0.01Vi2＝0.03Vi2＝0.03VOdA11.032-1.0272.071-2.046VOdA2-1.0271.0322.0462.071VOdA3-2.0562.0614.1154.119VOcA12.249mv12.249mv32.248mvVOcA22.249mv12.249mv32.248mvVOcA32.044mv2.044mv2.043mvKCMRR输出信号(v)输入信号(v)Vi1＝0.01V，F=1KHz正弦信号Vi2＝0.01V，F=1KHz,相位与Vi1相反正弦信号四．实验仪器及主要器件1．仪器示波器低频信号发生器直流稳压电源2．元器件集成运放OP073只电阻若干