运算放大器在输入为0V的时候，输出不一定为0V，可能几十uV到几mv，这个叫做运算放大器的直流偏置，如果放大倍数比较大的话，这个直流偏置也会被放大，为了消除直流偏置，在运放的电源端和输入端加一个几M的电阻，或者有的运放本身就有调零端Voffset，接上一个电阻用于抵消直流偏置，这个电阻就叫做偏置电阻。 放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多，我们用常用的几种来解说一下。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大路要掌握些什么内容？ （1）分析电路中各元件的作用; （2）解放大电路的放大原理; （3）能分析计算电路的静态工作点; （4）理解静态工作点的设置目的和方法。 以上四项中，最后一项较为重要。 偏置电阻的计算 图1中，C1，C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变因，输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定，所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三种工作状态“：载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由R1、R2来决定了。 首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC，则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小（大约为零），所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCC。 若Uce接近于0V，则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说，Ic电流达到了最大值，就算Ib增大，它也不能再增大了。 以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC，则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V，则三极管趋向于饱和状态。 理解静态工作点的设置目的和方法 放大电路，就是将输入信号放大后输出，（一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这讨论内）。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半，为什么？ 这是为了使信号正负能有对称的变化空间，在没有信号输入的时候，即信号输入为0，假设Uce为电源电压的一半，我们当它为一水平线，作为一个参考点。当输入信号增大时，则Ib增大，Ic电流增大，则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之增大，Uce=VCC-U2，会变小。U2最大理论上能达到等于VCC，则Uce最小会达到0V，这是说，在输入信增加时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V. 同理，当输入信号减小时，则Ib减小，Ic电流减小，则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之减小，Uce=VCC-U2，会变大。在输入信减小时，Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样，在输入信号一定范围内发生正负变化时，Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围，所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。 要把Uce设计成接近于电源电压的一半，这是我们的目的，但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半？这就是的手段了。 这里要先知道几个东西，第一个是我们常说的Ic、Ib，它们是三极管的集电极电流和基极电流，它们有一个关系是Ic=β&TImes;Ib，但我们初学的时候，老师很明显的没有告诉我们，Ic、Ib是多大才合适？这个问题比较难答，因为牵涉的东西比较的多，但一般来说，对于小功率管，一般设Ic在零点几毫安到几毫安，中功率管则在几毫安到几十毫安，大功率管则在几十毫安到几安。 在图1中，设Ic为2mA，则电阻R2的阻值就可以由R=U/I来计算，VCC为12V，则1/2VCC为6V，R2的阻值为6V/2mA，为3KΩ。Ic设定为2毫安，则Ib可由Ib=Ic/β推出，关健是β的取值了，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，则R1=（VCC-0.7V）/Ib=11.3V/20#A=56.5KΩ，但实际上，小功率管的β值远不止100，在150到400之间，或者更高，所以若按上面计算来做，电路是有可能处于饱和状态的，所以有时我们不明白，计算没错，但实际不能用，这是因为还少了一点实际的指导，指出理论与实际的差别。这种电路受β值的影响大，每个人计算一样时，但做出来的结果不一定相同。也就是说，这种电路的稳定性差，实际应用较少。但如果改为图2的分压式偏置电路，电路的分析计算和实际电路测量较为接近。 偏置电阻的计算 在图2的分压式偏置电路中，同样的我们假设Ic为2mA，Uce设计成1/2VCC为6V。则R1、R2、R3、R4该如何取值呢。计算公式如下：因为Uce设计成1/2VCC为6V，则Ic&TImes;（R3+R4）=6V;Ic≈Ie。可以算出R3+R4=3KΩ，这样，R3、R4各是多少？ 一般R4取100Ω，R3为2.9KΩ，实际上R3我们一般直取2.7KΩ，因为E24系列电阻中没有2.9KΩ，取值2.7KΩ与2.9KΩ没什么大的区别。因为R2两端的电压等于Ube+UR4，即0.7V+100Ω×2mA=0.9V，我们设Ic为2mA，β一般理论取值100，则Ib=2mA/100=20#A，这里有一个电流要估算的，就是流过R1的电流了，一般取值为Ib的10倍左右，取IR1200#A。则R1=11.1V/200#A≈56KΩR2=0.9V（/200-20）#A=5KΩ;考虑到实际上的β值可能远大于100，所以R2的实际取值为4.7KΩ。这样，R1、R2、R3、R4的取值分别为56KΩ，4.7KΩ，2.7KΩ，100Ω，Uce为6.4V。 在上面的分析计算中，多次提出假设什么的，这在实际应用中是必要的，很多时候需要一个参考值来给我们计算，但往往却没有，这里面一是我们对各种器件不熟悉，二是忘记了一件事，我们自己才是用电路的人，一些数据可以自己设定，这样可以少走弯路。 阴极偏置电阻和反馈电阻的计算? 对于输入级阴极处施加了大环路负反馈的功放来说，在设计的过程中，EP2C8F256CXNAA对阴极偏置电阻和反馈电阻的计算，容易成为最复杂的计算。不过，如果我们能保持镇定，通过画出众多简明扼要的电路分析图，把所有信息全部做好标注，那么，问题就可以得到简化，能达到我们可掌控的程度。 只在信封背面写写画画，是难以得到答案的。我们需要同时考虑如下4个主要因素。 ·我们需要正确地设置好阴极偏置电压。通常来说，这是欧姆定律的简单应用；但这里稍复杂一些，因为偏置电流将同时流过阴极电阻和反馈电阻。 ·榆入管本身在阴极电阻上产生电流反馈，而这个阴极电阻，还有来自于放大器输出端的电流流过。 ·我们需要设定好阴极电阻与反馈电阻的阻值比例，以便获得所需的负反馈量。 ·就我们关心的AC来说，阴极电阻是与输入管的‰并联的。我们已知道限制因素，现在，应该可以画图作标注，并利用公式进行一些计算。 由于我们需要让阴极电压等于2.5V，而阳极电流为190V／47kQ，因此，阴极与地线之间的总电阻必定为618.4Q。 要实现Mullard所称的11W的EL84推挽输出功率，需要让输入管阳极信号摆幅达到8.636。这意味着，阳极信号电流须为8.636V／47kQ=0.1837mARMs。这个电流也流进阴极电路，在没有作旁路处理的电阻上形成反馈电压。 我们希望这台功放的输入灵敏度为2Ms，我们还知道，在施加大环路负反馈之前，输入灵敏度为298Ms。因此，阴极处的反馈电压需为2V一0.298V=1.702Ms。我们知道，在输出10W时，功放的输出信号将是8.944Ms。
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基于集成运放设计一传感器信号采集电路。传感器输出信号为交流形式，峰峰值在100mV以内，频率为1000Hz以内，模数转换器允许输入电压在0~3V，要求设计传感器与模数转换器之间的信号采集电路，实现传感器输出信号与ADC范围的匹配（峰峰值在100mV与0~3V的线性映射）。模数转换器的输入电阻为1K，可使用1K电阻作为信号采集电路负载。 实具体要求如下： （1）确定电路形式，说明电路输入输出的关系式。（2）确定电路中运放的型号，说明能够满足电路带宽要求的依据。（3）利用Altium Designer或Multisim绘制原理图，并进行仿真。 （4）选做：进行实际电路制作。 2. 实验结果（1）在下方列出所设计电路的原理图 图1 所设计电路的原理图 结合所设计的电路图说明该电路的工作原理。 工作原理：该电路由电压抬升电路和同相比例放大电路两部分构成。 输入信号v2 -50~50mv经过电压电路抬升后Ui为0~100mvUi进入同相比例放大电路放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui因为Ui为0~100mv放大30倍后为0~3v输入adc芯片。 （3）说明集成运放的选型依据，参考集成运放数据手册，给出相关指标，说明能够满足带宽要求的依据。 功放选择：AD827参数及优点：高速 单位增益稳定工作带宽：50 MHz 压摆率：300 V/µs 建立时间：120 ns 驱动无限大容性负载 出色的视频性能 差分增益误差：0.04% (4.4 MHz) 差分相位误差：0.19° (4.4 MHz)良好的直流性能 输入失调电压：最大2 mV 输入失调电压漂移：15 mV/°C 依据EIA-481A标准提供卷带和卷盘形式低功耗 内部两个放大器的总电源电流仅10 mA(±5 V至±15 V电源)单位增益带宽为50mhz，满足带宽要求。 （4）对电路输入输出关系进行仿真，给出与理论表达式的对比结果，并进行结果分析。理论计算：输入vpp100mv，峰值vpk=50mv有效值vrms=vpk/√2=35.36mv即Ui=35.36mv，同相比例放大Uo=(1+R6/R5) Ui=30Ui后Uo=70.72*15=1.06v。仿真结果Ui=0.035v,Uo=1.052与理论值基本一致。 Ui经抬升后峰峰值为0~100mv，经同相比例放大30倍后峰峰值为0~3v，符合题目所给模数转换器允许输入电压在0~3V的要求。 （5）给出当输入信号幅度为50mV，频率为1000Hz时的输出波形，并在图中标注输出波形的峰峰值、最大值和最小值，与输入波形进行对比，进行结果分析。 （抬升电路波形）图2 输出信号波形图（放大电路） 三、实验思考题1、电压放大电路的带宽主要取决于集成运放的哪个参数？答：主要取决于集成运放的带宽增益。 2、是否存在开环增益不受信号频率影响的集成运放？如果存在请说明该运放的类型。答：不存在开环增益不受信号频率影响的集成运放。 版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议 原文链接：https://blog.csdn.net/qq_56902089/article/details/122513984
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