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模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系晶体管放大器设计阻容耦合共射放大器设计反馈类型静态工作点稳定原理基本关系式性能指标与测试VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(1)反馈基本常识正反馈负反馈串联反馈并联反馈电压反馈电流反馈VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(2)静态工作点自动调节原理与条件条件:I1IBQ工作点Q调节过程温度ICQVEQVBEIBQICQVCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(2)基本关系式VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ基本的电流关系:IB+IC=IEVBQ恒定必要条件:I1IBQ硅管:I1=(5~10)IBQ锗管:I1=(10~20)IBQVBQVbe,取VBQ=(5~10)Vbe硅管VBQ=(3~5)V锗管VBQ=(1~3)VCQEQCQbeBQEIVIVVR模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(2)基本关系式VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ小信号放大器中,一般ICQ=0.5~2mA,VEQ=(0.2~0.5)VCCRB1、RB2、VCEQ估算?CQBQBQBIVIVR)10~5(1221BBQBQCCBRVVVR)(ECCQCCCEQRRIVV模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)性能指标测试VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQ放大倍数、输入电阻、输出电阻、带宽beLCiOVrRRVVA//放大倍数)(26)1(300)(26)1(mAImVmAImVrrEQEQbbe模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)性能指标测试RVVVisi输入电阻Ri:反应放大器本身消耗输入信号源功率的大小VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQR信号源VsRiRs:获取较大电压RiRs:吸收较大电流Ri==Rs:获取最大功率理论值:Ri=rbe//RB1//RB2实验测试Ri=模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)性能指标测试输出电阻Ro:反应放大器带复杂能力,越小,带负载能力越强,越好VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQR信号源Vs理论值:Ro=RC实验测试LOLOORVVR)1(模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)性能指标测试通频带:BW=fH-fLfH:上限频率,受晶体管影响。fL:下限频率,受电路耦合电容和旁路电容的影响工程计算:)(21)103(besLBrRfC)(21)103(LCLCRRfC)1//(21)103(beSELErRRfC模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系设计实例分析设计一个阻容耦合单级晶体管放大器,已知:VCC=12V,RL=3K,Vi=10mV,RS=600欧。要求:Av40,Ri1K欧,Ro3K欧,fL100Hz,fh100KHz第一步:选择电路形式和晶体管:8050,9013。βAV,取β=60第二步:设置静态工作点,计算元件参数Ri(Ri=rbe)1K,rbe=300+(1+β)26(mV)/lcQ(mA)ICQ2.2mA,取1.5mA,rbe=1357欧VBQ取3V,RE=(VBQ-VBE)/ICQ=1.53k,取1.5K模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系VCCRB1RB2RCRERLVBQIBQI1ICQC1C2CEVCEQViVoIEQCQBQBQBIVIVR)10~5(12KRVVVRBBQBQCCB3612331221KRB12605.1*1032)1357600(100*28.61103)(21)103()-=(besLBrRfC)(21)103(LCLCRRfC)1//(21)103(beSELErRRfCuFCB8.0103)-()(ECCQCCCEQRRIVV模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系运算放大器的基本特性3.1.1运算放大器的基本特性VPVNIPINVOIOVCCVEEICCIEEVPVNVCCVEE2374615LM741donpooVVVVVA开环增益:直接影响运算精度和许多特性指标,Ao愈大愈好。理想运算放大器Ao为无穷大。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系3.1.1运算放大器的基本特性VPVNIPINVOIOVCCVEEICCIEEVPVNVOVCCVEE2374615输入偏置电路IIB:表示了运放输入端正常工作时需提供的偏置电流,它的大小间接反映了运放芯片的输入电阻。IIB愈小,输入电阻愈大,芯片的温漂和运算精度愈高。理想运放。输入失调电压VIO:反映了运放芯片本身输入级差分对管的对称程度,所以当VI=0时,VO≠0。为了使,等效在输入端施加的补偿电压(失调补偿调零电位器不起作用时)即为VIO。愈小愈好,理想运放VIO=0。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系差模输入电阻rid:指的是输入端加入差模信号时,运放芯片的输入呈现的电阻。rid愈大,意味着从信号源(或前级电路)提取的电能愈小,对信号源影响愈小。也就是rid对信号源而言,就相当于它的负载。理想运放的rid为无穷大。理想运放输出电阻ro。理想闭环电路ro=0,ro表征器件对负载的驱动能力。带宽BW,又称单位增益带宽或增益带宽积。指的是当运放的闭环增益为1(即0dB)时的带宽。一般增益与带宽的乘积为一常数,故闭环增益愈高,实际运放电路的带宽愈小。运放的BW主要由芯片内部的器件与电路决定。理想运放的BW为无穷大。供电电源:单极性,双极性。理想运放供电不受限制。功耗PC:理想运放为零模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系共模抑制比CMRR:反应了芯片对共模信号的抑制能力)(dBAACMRRocodlg20输入噪声Vn:每个运放都有内部寄生噪声,运放的噪声是通过在输出端测量然后换算到输入端的.噪声是一个随机交流信号,包含全频率段的频率成分,而且它是运放固有的,无法通过在输入端加上相反的电压来消除。为了减小模拟电路的噪声,我们通常能做的有:1)选择噪声较小的运放。2)想办法减小模拟地的噪声。3)使用高PSRR的线性电源管理芯片单独为模拟电路供电,以减小电源上的噪声。4)对信号进行滤波。5)尽量使用10K以下阻值的电阻,因为电阻会引入热噪声,引入的热噪声大小与电阻值成正比。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系电压噪声频谱密度是指每平方根赫兹的有效(RMS)噪声电压(通常单位为nV/)Hz电源抑制比PSRR:输入电源变化量(以伏为单位)与转换器输出变化量(以伏为单位)的比值,常用分贝表示模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系运算放大器的基本特性•2.运算放大器的一个重要特性—三“虚”–虚断–虚地–虚短模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系3.1.2几类常用的运放放大器•1.通用型运算放大器–通常型运放电特性一般,但价格低廉,典型代表有LM741、LM124/224/324(单、双、四运放封装),其特性如表3.1.3和表3.1.2所示。其中单运放通常带有失调补偿调整端。此类运放常用于低价位电子产品•2.低失调、低漂移运算放大器–此类运放的电性能比通用型的要高,特别是失调电压要小得多,其代表有OP07/OP27/OP37,它们都是单运放封装,其特性参阅表3.1.2。此类运放常用在要求较高的电路。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系几类常用的运放放大器•3.低输入偏压电流运算放大器–此类运放芯片内部输入为MOS管,故很小,输入电阻很高。其代表有TL081/082/084、CA3140、AD594等。此类运放常用于高输入阻抗级。其中AD549由于超低的常用于微弱电流测量。•4.斩波稳零型运算放大器ICL7650–ICL7650采用大规模集成工艺,输入级使用了MOSFET,输入电阻达1012Ω。电路采用斩波自动稳零及调制与解调(200Hz)等措施,使小至1µV,温度漂移也很小,应用时无须失调调整,十分方便。特别适用于微弱信号放大。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系几类常用的运放放大器5.宽带运算放大器–这一类运放以AD8011、CF357等为代表,其BW100MHz,在放大高频率信号时必须使用它们。6.增益可编程运算放大器–图3.1.4为通过引脚可编程增益的运放PG103。通过A1、A0两引脚的控制电平可使运放的增递分别为1、10、100。增益误差在G=10时为±0.05%。失调电压的温度系数为2µV/℃。它有8脚塑料DIP和SO-8两种封装形式。类似的还有AD8520等。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系增益可编程运算放大器模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系3.2放大器设计•3.2.1负反馈电路–图3.2.2为基于运放的闭环负反馈电路的基本结构。它由开环增益为A0的运放,反馈网络组成。图中箭头代表信号流向。理想闭环增益仅取决于反馈系数β,与运放芯片、电源电压、温度、信号参数等因素无关。这就是闭环负反馈运放大电路增益稳定性高,能有效改善波形失真、频率特性的根本原因。模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系3.2.2基本放大电路输入输出关系:ioVRRV12iRoVRRVRRV1212)1(输入电阻:输出电阻:(1)反向放大电路Ri=R1Ro=0模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(2)同相输入放大电路输入输出关系:ioVRRV)1(12RoVRRVRRV12i12)1(输入电阻:输出电阻:Ri=∞Ro=0模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)差分输入放大电路输入输出关系:Ui1Ui2UoR1R2R3R4112243412)1(iioURRURRRRRU如何实现Uo=(Ui2-Ui1)K?R1=R3,R2=R4模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)差分输入放大电路输入输出关系:GiioiiRRUURUURUU2121111URUi1R1R2RGR2Ui2UoR1Uo11222121RUURUURUUoiioGiiRGiioVRRRRUUU)21)((12112Ui1Ui2输入电阻无穷大,便携式电子产品中应用模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(3)差分输入放大电路输入输出关系:32221311RUURUURUUoiWiiio1212)(RRUUUooo)21)((31212WiioRRRRUUUUoR1R2R1R2R3R3RwUi2Ui1Uo1Uo2R1=R2)21)((312WiioRRUUU输入电阻无穷大,完成双极性到单极性放大.常用于仪表放大电路模拟电子设计技术--晶体管放大器设计韶关学院电子系(4)精密整流放大电路Ui大于零时,二极管导通情况:ioURRU121R1UiR2R3R4R5R6R7D1D2UoUo1D2导通,D1截止iiooURRRRRRURRURRU)(35142535145Ui小于零时,二极管导通情况:D1导通,D2截止01oUioURRU3535351425R
本文标题:模拟电子设计技术
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