小信号放大电路的探究毕业论文设计(编辑修改稿)

小信号放大电路的探究毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

源中的滤波器滤波不良 , 则将会有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量 , 以及它们的相应谐波信号进入放大器的输入端 , 这些信号经放大器放大后 , 混杂在正常信号的输出中 , 会使放大器产生所谓“交流噪声”干扰，如图 311 所示。 另一方面， 直流电压源的稳压性较差 , 带负载能力不高 , 导致输出直流电压不稳定的现象。 假设某一时刻电源的 VCC=、 VDD=， 如图 312 所示。 该电路的VCC 和 VDD 都有 的波动 (理想情况 VCC、 VDD 为 5V、 5V)， 一般情况下， 它会把 ()/2= 看做自己的地，也就是 说 实际出来的波形会和对称电源出来的波形 相 差 左右 （即波形会上移）。 若每一级放大电路都产生了 左右 的误差，则对于多级放大电路来说就产生了很大的误差。 这样容易导致运放输出达到饱和而产生失真，如图 313 所示。 可见电源电压的稳定对电路的重要性。 图 313 失真波形 图 312 电源电压波动 输出 输入 图 311 受干扰的波形 第 10 页 解决方法 对于电源电压中 混有 50 Hz、 100 Hz 等交流分量 的这种情况，我们一般在电源和地线之间串联一个容值较大的电容（一般为 100nF）来解决电源电压波动问题。 如图314 所示。 因为 电容 有 隔直流通交流 的作用 ，当 电源 电压 中有交流分量时 ，电容器就会把交流 成 分滤掉，只剩下稳 定的 直流 分量。 而对于 输出直流电压不稳定的这种现象，可以换一个稳压性较好 , 带负载能力较高的直流稳压电源来解决这一问题。 随着电路工作产生的热量和环境温度的变化，电路中的各元器件参数和特性会发生变化（如电阻、运放等）。 下面将具体说明温度变化对其参数的影响。 温度对电阻阻值的影响及解决方法 首先，将了解一下电阻的温度系数 (TR RR1 12 TCR)，它表示表示电阻当温度改变1 度时，电阻值的相对变化，单位为 ppm/℃ （ ppm百万分之一）。 普通电阻的温度系数为 100~200ppm，而精密电阻的温度系数小于 20ppm。 让我们看看电阻阻值变化对电路的影响。 对于多级放大电路来说，电阻阻值的变化对前级放大电路的影响比较大，而对后级放大电路的影响比较小。 因为若前级放大电路的输出电压误差为 △ V，经过多级放大后误差变为 Av△ V（其中 Av 为多级放大电路的电压增益）。 如图 321 所示，由运放的虚短、虚断特性可得： 21311 R VVR VVR VV   () 由式 ()可知   VRRVRRV 31311 )1( () 图 314 加滤波电容的电路 输入 输出 第 11 页   VRRVRRV )1( 32321 () 再由式 ()、 ()式可知 )()1(32111   VVR RRVV () 由于温度变化会使得 R R R3的阻值发生变化，即式 ()中会产生误差为 △ V（其中 △ V 为温度变化前后  11 VV 之差 ）的输出电压。 即使 △ V 很小，但经过多级放大后会有一个较大的误差。 因此，要根据不同的电路选择不同的电阻及正确的焊接方式，这样可以减少温度对电路的影响。 一般来说，选择散热性能较好且阻值精度较高的电阻 （如金属膜电阻）作为前级放大电路的电阻，还要选择正确的焊接方式，如图 322 所示两种焊接方式。 显然电阻因温度差产生的热电动势，对于精密放大电路，需要考虑温度场的影响。 错误 正确 图 322 电阻焊接方式 图 321 前级差分放大电路 V+ V V1+ V1 第 12 页 温度对运放参数及特性的影响及解决方法 由于温度变化引起输出电压产生 △ Vo （或电流 △ Io）的漂移，通常把温度升高 1℃输出漂移折合到输入端的等效漂移电 压 TAvVo （或 电流 TAiIo ）作为温漂指标。 集成运放的温度漂移是漂移的主要来源 ，而它又是由输入失调电压和输入失调电流随温度的漂移所引起的，故常用下面方式表示： 【 1】 输入失调电压温漂 TVIO 这是指在规定温度范围内 VIO 的温度系数，也是衡量电路温漂的重要指标。 TVIO 不能用外接调零装置的办法来补偿。 高质量的放大器常选用低温漂的器件来组成，一般约为 177。 (10～ 20)uV/℃。 其值小于 2uV/℃ 为低温漂运放。 【 2】输入失调电流温漂 TVIO 这是指在规定温度范 围内 IIO的温度系数，也是对放大电路电流漂移的度量。 同样不能用外接调零装置来补偿。 高质量的运放每度几个 pA。 以上参数均是在标称电源电压、室温、零共模输入电压条件下定义的。 对于高精度运放来说这些误差可忽略不计，但对于前级放大电路来说这些误差经过多级放大后会很大，严重时会导致输出信号无法使用。 下面将引入一种差分电路即两个参数完全相同的运放组成的对称电路和一个双端输入单端输出的差分放大电路，如图323 所示。 V+ V V1+ V1 Vo 图 323 三运放仪表放大电路 Vo 第 13 页 下面将分析一下电路的工作原理 【 1】 静态分析 当没有输入信号电压，即 V+=V=0 时，由于 电路完全对称， V1+=V1=0 得到 Vo=0。 由此可知，输入信号为零时，输出信号 Vo 也为零。 【 2】动态分析 （ 1）输入信号为差模信号 Vid 当在电路的两个输入端各加一个大小相等，极性相反的信号电压，即 2idVVV 时， V1+ 上升 V1 下 降 ， 所 以 差 模 输 出 信 号 电 压 0111   VVV o ，即可知)(1 0 1 0)(10 11   VVVVV o ，   VVVid 这就是差模信号。 这种输入方式称为差模输入。 （ 2）输入信号为共模信号 Vic 在差分式放大电路中，无论是温度变化，还是电源电压的波动都会引起运放的输出电压相同的变化（因为运放参数相同），其效果相当于在两个输入端加入了共模信号 Vic。 两个输出端的共模电压相同，即 V1+=V1。 又因为 )(10 11   VVVo ，所以输出电压Vo=0。 （ 3）输入信号为差模信号 Vid 和共模信号 Vic 的叠加 当输入信号电压 2idic VVV , 2idic VVV 时 ,可知输出电压为： ido VVVVVV   1 0 1 0)(1 0 1 0)(10 11 () 即双端输入单端输出差分电路只放大差模信号，而抑制共模信号。 通过对图 323 所示的放大电路的工作原理的探究和分析，现在可以理解它是怎样解决温漂的问题了。 该电路用共模放大倍数 Avc（icocvc VVA  ） 来衡量差分放大电路抑制漂移或者干扰信号的能力。 Avc 越小，表示电路抑制漂移或者干扰信号（主要是温漂）的能力越强。 因为温度变化时，运放的输入失调电流和输入失调电压会发生变化，对电路产生一定的影响。 而现在采用图 323 所示的放大电路，由电路的对称性可知 Voc≈0（理想情况下 Voc=0）， 也可得到 Avc≈0（理想情况下 Avc=0）。 温度的变化对电路的输出几乎没有影响，有效的抑制了电路的温漂。 根据这一原理，该电路可以用来抑制温度等外界因素的变化对电路性能的影响。 由于这个缘故。 该电路常用来作为放大电路的输入级，它对共模信号有很强的抑制能力。 较好的改善了整个电路性能。 BJT 集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入偏置电流 IBN 和 IBP。 输入偏置电 流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值，如图 第 14 页 331 所示。 偏置电流为 2 BPBNIB III ，输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级 BJT 的性能，当它的 β 值太小时，将引起偏置电流的增加。 从使用角度来看，偏置电流愈小，由于信号源内阻变化引起的输出电压变化也愈小，故它是是重要的技术指标，以 BJT 为输入级运放一般为 10nA～ 1uA。