计算机电路基础第5章(编辑修改稿)

计算机电路基础第5章(编辑修改稿)内容摘要：

β＝ β1+β2+β1β2≈β1β2 （ 515） 该复合管的输入电阻为 Ri＝ rbe1+（ 1+β1） Rbe2 （ 516） 用同样方法进行分析，可得图 59（ b）、图 59（ c）、图 59（ d）形式的复合管的电流放大系数 β和输入电阻 Ri。 通过对图 59所示复合管的分析，可以得出如下几点结论： （ 1）外加电压的极性必须使复合管的每个管子都能正常工作，即：应使复合管中的每个管子发射极正偏，集电极反偏。 否则管子无法工作。  （ 2）在两个管子的连接上，应保证前级管的输出电流和后级管的输入电流形成一个适当的通路，否则复合管无法正常工作。  以上两点是组成有用复合管的条件。 （ 3）两个不同类型的晶体管组成复合管时，该复合管的类型与第一个晶体管的类型相同。 （ 4）两个晶体管组成复合管后，该复合管的电流放大系数 β≈β1β2。 （ 5）由两个相同类型的晶体管（同是 NPN型或 PNP型）组成复合管（又称达林顿管）时，该复合管的等效输入电阻为 Ri＝ rbe1+（ 1+β1） rbe2。 （ 6）图 59中的四种复合管，因为第一个管子的穿透电流要被第二个管子放大，所以温度稳定性较差，在实际应用中，可根据需要引入电阻等元件进行温度补偿。  抑制零点漂移的有效电路结构 ——差动放大电路  零点漂移是多级直接耦合放大电路必须认真对待的又一个重要问题。 现以一个三级直接耦合放大器为例，假设各级的电压增益为 A1＝ A2＝ A3＝ 10，各级自身的零点漂移输出均为。 那么，当第一级的输入端短路（ ui1＝ 0）时，输出端可出现 1V左右（最大可达）的漂移电压。 若用这个放大器去放大加到输入端为 ui1≤1mV的信号时，输出端的有效输出应为uo≤1mV A1 A2 A3＝ 1000mV＝ 1V，有效的输出与漂移输出几乎相等，这就会造成 “ 真假 ” 难分，甚至有效信息被漂移输出所淹没，使放大器不能正常地工作。  衡量放大电路的零点漂移，单看其输出端的漂移电压值的大小是不确切的，还必须考虑放大电路的增益。 故通常都是将输出端的漂移电压值除以电压增益，即折算成输入端的等效漂移电压来表示。  输出端漂移电压的大小，主要由第一级的零点漂移值决定，因为第一级的漂移值再经后面几级放大电路放大，最后将变为很大的漂移输出。 此外，实验还证明，漂移产生的根本原因是放大器的静态工作点发生漂动，而引起静态工作点漂动的因素很多，如电源电压波动，电路元件参数变化和环境温度变化等。 但其中最主要的因素是晶体管的 ICBO、 UBE、及 β等参数受温度的影响而导致静态工作点漂移不定。 因此，抑制零点漂移主要也就是抑制温度引起的静态工作点改变，特别是要设法稳定第一级放大电路的静态工作点。  1．差动放大电路抑制零点漂移的基本原理 图 510是差动放大电路的基本形式，它是由两个特性完全相同的单管放大电路组合而成。 信号由两个晶体管的基极输入，输出电压 uo则取自两管的集电极之间，两边对应元件参数的选择应尽可能做到完全相同。   将该电路两边的输入端短路，即令 ui1＝ ui2＝ 0，由于电路两边完全对称，故两边的集电极电流和集电极电位都相同，即： Ic1＝ Ic Uc1＝ Uc2，输出电压 UO＝Uc1Uc2＝ 0。 当环境温度变化或电源电压波动时，两管的集电极电流和电压两管的集电极电流和电压都会按同等量级发生变化，  即：△ Ic1＝△ Ic△ Uc1＝△ Uc2，由于输出电压是取自两管的集电极之间，则有： UO＝（ Uc1+△ Uc1） （ Uc2+△ Uc2）＝ 0。 这说明对于完全对称的差动电路，在两个管子的集电极之间取出信号时，对两管产生的零漂具有完全的抑制作用。  2．差动放大电路的动态分析 差动放大电路有两个输入端，当有信号输入时，它有几种工作情况。  （ 1）共模输入 若两个输入端的输入信号有 ui1＝ ui2，即两个输入电压信号的大小相等，极性相同。 通常把这样的一对输入信号称为共模信号，这种输入方式叫做共模输入。 共模输入方式的差动放大电路可看成如图 511所示。 显然，在这种输入方式下，由于电路两边的对称性，晶体管 V V2的基极电位变化相同，集电极电位变化也相同因而输出电压为零，即对共模信号无放大作用。 从而可知，完全对称的差动放大电路，其共模电压增益为 （ 517） 0iouc uuA 式中， ui表示从两个输入端来看的输入电压，共模输入时， ui＝ ui1ui2＝ 0。  （ 2）差模输入  若两个输入端的输入信号有 ui1＝ ui2，即两个输入电压信号的大小相等，极性相反。 通常把这样的一对输入 信号称为差模信号，这种输入方 式叫做差模输入。 输入差模信号 ui1 、 ui2后，由 于发射极公共电阻 Re上流过大小相等、 方向相反的差模信号电流，压降互相抵 消，所以 Re两端差模电压为零，即电 阻 Re对差模信号无负反馈作用，可视 为交流短路。 设两管集电极对地电压分别为 uo1和 uo2，则有 uo1 uo2 两管集电极之间的输出电压为 （ 518） 式中， ui＝ ui1ui2＝ 2ui1，它表示从两个输入端来看的输入 电压信号。 电路的差模电压增益为 （ 519） 由此可见，这种双端输入，双端输出，完全对称的差动放大电路对差模输入信号有放大作用，其差模电压增益与单管基本放大电路的电压增益相同。 在输出端接有负载 RL时，其差模电压增益为 （ 520） 由于电路完全对称，负载 RL两端的电位极性相反，且变化量相等。 可见，在 RL/2处必然是信号的零电位，所以，式（ 524）中的 应为 ＝ Rc∥ （ RL/2） （ 521） 1ibec1o urRu ＝2ibec2o urRu ＝ibec2i1ibec2o1oo )( urRuurRuuu   ＝＝＝becioud rRuuA ＝＝beLud rRA  LRLR （ 3）既有差模输入又有共模输入 当 Ui1和 Ui2的大小和极性都是任意的时，这样的输入信号可以把它等效地分解为一个共模输入信号和一个差模输入信号。 设两输入端的共模输入信号分别为 uic1和Uic2，两输入端的差模输入信号分别为 uid1和Uid2，两输入端的任意输入信号分别为 ui1和Ui2，两输入端之间的信号差为 Ui＝ Uid＝ Ui1Ui2。 则有 Uic1＝ Uic2＝ Uic， Uid1＝ Uid2＝Uid/2。 于是得 Ui1=Uic1+Uid1=Uic+Uid （ 522） Ui2=Uic2+Uid2=Uic Uid （ 523） 联立解上列两式得 21 （ 524） （ 525） 放大电路输出端的电压应为共模输出电压uoc与差模输出电压 uod之和，即 （ 526） 对于图 510所示的电路，在两边完全对称时，因是在两个集电极端取出信号，所以有 ＝ 0，这时只有差模信号输出。 但实际电路往往不可能做到完全对称，这时 ≠0，电路既有差模信号输出，又有共模信号输出。 式（ 526）是差动放大电路的输出电压与输入电压关系的一般表达式。 正由于实际电路要做到两边参数完全对称是 22i1iic uuu ＝2i1iid uuu ＝idudicucodoco uAuAuuu  ＝＝ucAucA很不容易的。 为了反映放大电路的质量，常用共模抑制比来作为其性能指标。 共模抑制比定义为 Kcmr＝ （ 527） 式（ 527）表明，差模增益越大，共模增益越小，则 KCMR越大，共模抑制功能越强 . 有时，共模抑制比也用分贝（ dB）来表示，即 Kcmr＝ 20lg （ dB） （ 528） 在理想情况下， ＝ 0， Kcmr→ ∞。 一般Kcmr在 60dB（即 ＝ 1000）左右，高质量的电路， Kcmr可达（ 80～ 90） dB。 ucudAAucudAAucAucudAA 3．差动放大电路的输入输出方式 差动放大电路通常有四种输入输出方式： （ 1）双端输入，双端输出方式 前面分析的图 510所示电路就是这种输入输出方式，它适用于对称输入、对称输出，输入输出不需要接地的场合。 （ 2）双端输入，单端输出方式 在图 510所示电路中，如输出电压取自其中一管的集电极（ uo1或 uo2） ,则变成为双端输入，单端输出方式。 由于只取出一管的集电极电压变化量，所以这时的差模电压增益只是双端输出时的一半，即 （ 529） 这种接法常用于将双端输入信号转换为单端输出信号，即要求输出信号有一端接地的场合。 （ 3）单端输入、双端输出方式 在实际系统中，有时要求放大电路的输入。