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【专题5:硬件设计】 之 【50.运算放大器详解b - 负反馈电路 正反馈电路和共模干扰】

时间:2022-09-06 04:32:08

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【专题5:硬件设计】 之 【50.运算放大器详解b - 负反馈电路 正反馈电路和共模干扰】

1.三极管放大作用总结

三极管就类似一匹门,门板从关闭到慢慢打开的过程,和三极管从关断到慢慢导通的过程是类似的。

ib电流不可能突变,ib肯定是从0逐渐上升到1mA,在ib逐渐增大的过程中,三极管逐渐导通(门板逐渐打开),ic逐渐增大,之后三极管完全导通(门板完全开打),三极管内阻非常小,b点电压几乎就等于0V(地)。

三极管完全饱和(完全导通)后,不管ib再怎么增大,ic始终不变(门框就那么大)。

那么,ib从0逐渐上升到1mA的这段时间内,处于放大区。处于放大区的特点:ic电流是ib电流的完美跟随,幅值增加,步调一致,相位相反。

所以,我们想要让三极管处于放大状态,就必须让ib电流始终低于1mA,在设计三极管放大电路时就需要考虑这一点。

假设ib为500uA,R1为2K,那么Vbe就是1mV,也就是输入信号是1mV,但从b点输出的电压却接近VCC(譬如15V),三极管将微弱的电流/电压信号放大成了很大的VCC信号,但相位是反的。

ic = β * ib

只有当ib大小处于某个范围时,β才是一个常量。譬如ib在100uA±50uA,也就是在50uA~150uA时,β是一个不变的值。为了达到这一效果,引入了静态工作点。

2.负反馈电路

(1)电路工作过程中,由于环境的变化(譬如温度升高),也会使三极管的放大倍数β发生变化(β变大),β变大导致Ic增大,输出波形将会失真。本来是Ib控制Ic的变化,但由于环境的变化也使得Ic发生变化。

(2)加入负反馈电路,如下图。

负反馈的原理:R4是一个负反馈电阻,Ib不变,b极电压也不变,Ic也不变。但由于环境温度的影响,使得β变大,即Ic变大 ----> Ic变大引起U4变大 ----> U4变大导致Ube减小 ----> Ube减小,使得Ib减小----> Ib减小使得Ic也减小。也就将Ic拉回到了原来的值。由于存在负反馈,使得波形具有收敛性

Ube指Q1 b极和e极之间的电压,U4指R4的电压。

注意:

R4的阻值越大,则负反馈越灵敏,只要Ic电流变化一丁点,Ib立马就跟着动作,让Ic回到原来的值,这使得Uo输出的文波越小。引入负反馈是为了让电路输出尽可能稳定,降低环境的干扰程度,电路可以自调节。

Uo指b点输出的电压。反馈是为了是输出稳定。

3.正反馈电路

R4是一个正反馈电阻,如果Ic因为环境的影响变大(β变大),则U4也会变大,从而使Ube变大,Ube变大使Ic继续变大,而Ic变大,U4继续变大,最终使电路输出失控。

在实际电路设计中,一般都是使用负反馈,负反馈可以让系统输出更稳定。

虽然上面的电路通过三极管实现了对信号的放大,但是仍然存在两个方面的问题:

(1)三极管很容易受环境的影响。

(2)放大倍数还是不够高,普通运放可以达到十几万倍的放大,所以在工程中一般还是使用运放来放大信号。

4.共模干扰

由于环境的影响,β发生变化,导致Ic变大,Ic是由直流+15V电源提供的,而反馈电阻R7的作用就是让Ic尽可能稳定,也就是降低由于Ic变化导致输出不稳定。由于某些干扰使得Ic发生变化,Ic的变化量就称为共模干扰。因为周围环境干扰,导致直流VCC到地产生变化量,这个变化量就是共模干扰。

在电源开通的时候,存在充电电流i1。充电完成后,i1消失,i1=0A。如果环境发生变化,i1发生变化,譬如由原来的0A变为0.1mA,则直流电i1的变化量0.1mA,就可以认为是共模干扰。

总结:

由Vcc到地形成的电流的变化量,变化量是指:当系统稳定时,系统电流是不发生变化的,由于某些干扰,使得系统电流发生变化;变化量就被称为共模干扰,共模干扰是直流电。

共模干扰是我们不需要的,它是对系统起坏的影响。通过负反馈电阻,将共模干扰控制在了一个很小的范围里面,让Ic基本不会发生变化。

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