原创 运放的中间级和输出级

接下来是集成运放的中间级和输出级.

中间级是起放大输入信号的主要环节,因此这一部分主要围绕提升放大倍数该改进电路.

第一个采用复合管实现β增加

常见的有PNP和NPN的复合管,

NPN型

PNP

对于复合管来说β≈β1*β2;

同类型的三极管Ri=rbe+(1+β)rbe

不同类型的三极管Ri=rbe,T1管的e端直接接地

第二种方法,由可得Au与Rc成正比

但在集成电路不适于做大电阻,所以在这里采用有源负载的方式来实现大的Rc电阻

这就涉及到偏置电路的作用,

第一种

镜像电流源

当忽略ib1,ib2的电流时

因为T1,T2参数对称所以ic1≈ic2

当考虑ib时

当

β>>1时.

就是上式.

这是由镜像电流源构成的有缘负载放大电路 经由R1提供静态基极电流IBQ=(vcc-Ubeq)/R1,Q3作为Q2的有源负载

这是由镜像电流源构成的差分式放大电路,

如果可以近似认为ic4=iR1,则ic3=ic4

当输入端是差模信号时,∆ic4=-∆ic2,由上面的结论∆ic4=∆ic3

则输出电流∆i=∆ic3-∆ic2=2*∆ic4

这种输入级电路在单端输出情况下,仍可以得到双段时的输出变化量.

第二种 微电流源,能使ic2输出较小电流并且ic2的变化幅值较小

因为UBE1=UBE2+URe,所以ic2

当温度上升ic1变大,虽然ic2也会上升.但UBE1下降,且Re又分压使得UBE2下降的更狠,所以ic2几乎不变,表现出电流源恒流的特性.

接下是输出级,输出级一般是外接负载,如电动机,灯泡等需要提供大电流,所以输出级采用的功放电路.

下面的来汇报功放电路,

技术指标:

最大集电极电流Icm,描述集电极能够产生的最大电流

最大输出功率:超过此值三极管将烧坏. Pom=有效值

效率:描述能量的转换效率:α=输出功率和电源功率之比

OTL乙类互补式功放电路

Q1,Q2一个是NPN,另一个PNP型

并且都是射极输出,电压跟随

两个三极管的输出特性图像关于原点对称

这样做的的目的是,为了使正负半周的幅值相等,为了能够输出较大的幅值的Uo和Io,

功放电路Q1/Q2只工作半个周期,并且把静态工作点设置在接近截止区,此时的Uce较大,当交流信号时,Uo就比较大.

静态时.通过R1给Q1的基极提供一个电位 ,可得UC1>UB1,集电结反偏,Q1的e端通过Q2接地,且ce之间阻值>>R1,所以UB1>UE1.Q1处于微导通状态.

由于R1和R2之间是导线所以UB1=UB2.

PNP要求e端电位大于b端.所以Q2处于截止状态

.

交流时,当正半周时,Q1导通,Q2的Ube反偏的更大,截止.所以经由Q1放大输出正半周信号.

由于Q1,Q2参数相同,且经由Q2c端接地.所以射极输出位置的电位=Vcc/2

也就是说每个三极管的集电极电位=vcc/2.

减去管压降Uom=Vcc/2-Uces

则icm=(Vcc/2--Uces)

负半周同理:Q1截止Q2导通

Uom=Vcc/2-Uces

icm=(Vcc/2--Uces)

这种功放转化效率高,输出电压,电流大.

但存在当输入信号在正负半周变化时,由于不能使Q2导通需要使Ui大于Q2的开启电压时才能放大.使得输入和输出波形在此处不完全一致

这种失真叫做交越失真.

为了避免交越失真,采取OTL甲乙对称式功放电路

添加的R4,D1,D2的作用是静态时Ub2

正半周时Q1导通,Q2截止.如上面所述.

负半周,Q1截止,Q2导通.由于C2在正半周充电,此时开始放电,C2左端为+,右端为-,输出负半周信号.

由于C2上的最大电压就是正半周的峰值电压,所以输出波形和正半周相同.而且由于电容充放电需要时间,故输出端波形更平缓.

Uom=Vcc/2-Uces

icm=(Vcc/2--Uces)

这个功放在具有消除交越失真的优点.唯一的缺点是集成电路里不方便制造大电容.

这就诞生了OCL甲乙类对称式功放.

这次用VEE电源代替电容,来实现负半周的输出信号的作用.

有几点需要注意

输出电压是Vcc-Uces

Icm=(Vcc-Uces)/R3

三极管在截止时,Uce≈2Vcc,因此要求集电极能够承受大电压,防止集电结被击穿.

一般防止过热还有熔断丝

集成运放的输出就采用的是OCL甲乙对称式电路

并加了电流负反馈保护三极管

二极管作为反馈电路

当ic1上升,Re1上的压降上升,D3导通,ib1的一部分流经D3,ib1下降,ic1下降.

D4的同理

用三极管作为反馈

三极管Q3/Q4的Ube是Re两端电压,所以当ic1上升,URe上升,Q3导通,ib1经ic3流出一部分.ib1下降,ic1下降

Q4同理