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  • 为了使放大电路正常地工作,能把输入信号不失真地加以放大,必须一个合适而...下面是几种常见的偏置电路.  1·固定偏置电路  2·电压负反馈偏置电路  3·电流负反馈偏置电路  4·分压式电流负反馈偏置电路 
  •  偏置电源有几种设计方法。今天,我将介绍在 AC-DC 应用中实现偏置电源的 3 种选项:线性、降压转换器或反激式转换器。  线性偏置电源  BJT 线性电路可提供一款组件数量少的简单偏置电源解决方案。不过,使用该...
  • 常用分析电路的方法以下几种:  1、直流等效电路分析法  在分析电路原理时,要搞清楚电路中的直流通路和交流通路。直流通路是指在没有输入信号时,各半导体三极管、集成电路的静态偏置,也就是它们的静态工作...
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  • 一款好的LED开关电源除了需要稳定、高效、可靠外,电路的各种保护措施也必须精心设计,以避免在复杂环境条件下能够迅速的对电源电路和负载进行有效保护,本文介绍LED开关电源的几种常见保护电路。  1、过电流保护...
  • 能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里的关键部件就是一个...但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合...

    能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里的关键部件就是一个放大器。

    放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。

    读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开,然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点:一是有静态和动态两种工作状态,所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析;二是电路往往加有负反馈,这种反馈有时在本级内,有时是从后级反馈到前级,所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。

    下面我们介绍几种常见的放大电路:

    低频电压放大器

    低频电压放大器是指工作频率在 20 赫~ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。

    ( 1 )共发射极放大电路

    图 1 ( a )是共发射极放大电路。 C1 是输入电容, C2 是输出电容,三极管 VT 就是起放大作用的器件, RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入, 2 、 3 端是输出。 3 端是公共点,通常是接地的,也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 ( b ),动态时交流通路见图 1 ( c )。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多,输出电压的相位和输入电压是相反的,性能不够稳定,可用于一般场合。

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    ( 2 )分压式偏置共发射极放大电路

    图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的,所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE , CE 称交流旁路电容,对交流是短路的; RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的,就是负反馈。图中基极真正的输入电压是 RB2 上电压和 RE 上电压的差值,所以是负反馈。由于采取了上面两个措施,使电路工作稳定性能提高,是应用最广的放大电路。

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    ( 3 )射极输出器

    图 3 ( a )是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 ( b )是它的交流通路图,可以看到它是共集电极放大电路。

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    这个图中,晶体管真正的输入是 V i 和 V o 的差值,所以这是一个交流负反馈很深的电路。由于很深的负反馈,这个电路的特点是:电压放大倍数小于 1 而接近 1 ,输出电压和输入电压同相,输入阻抗高输出阻抗低,失真小,频带宽,工作稳定。它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之用。

    ( 4 )低频放大器的耦合

    一个放大器通常有好几级,级与级之间的联系就称为耦合。放大器的级间耦合方式有三种: ①RC 耦合,见图 4 ( a )。优点是简单、成本低。但性能不是最佳。 ② 变压器耦合,见图 4 ( b )。优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦。 ③ 直接耦合,见图 4 ( c )。优点是频带宽,可作直流放大器使用,但前后级工作有牵制,稳定性差,设计制作较麻烦。

    功率放大器

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    能把输入信号放大并向负载提供足够大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

    ( 1 )甲类单管功率放大器

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    图 5 是单管功率放大器, C1 是输入电容, T 是输出变压器。它的集电极负载电阻 Ri′ 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来的:

    RC′= ( N1 N2 ) 2 RL=N 2 RL

    负载电阻是低阻抗的扬声器,用变压器可以起阻抗变换作用,使负载得到较大的功率。

    这个电路不管有没有输入信号,晶体管始终处于导通状

    ,静态电流比较大,困此集电极损耗较大,效率不高,大约只有 35 %。这种工作状态被称为甲类工作状态。这种电路一般用在功率不太大的场合,它的输入方式可以是变压器耦合也可以是 RC 耦合。

    ( 2 )乙类推挽功率放大器

    图 6 是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对称电路,在没有输入信号时,每个管子都处于截止状态,静态电流几乎是零,只有在有信号输入时管子才导通,这种状态称为乙类工作状态。当输入信号是正弦波时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止,负半周时 VT2 导通 VT1 截止。两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正的正弦波。这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

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    乙类推挽放大器的输出功率较大,失真也小,效率也较高,一般可达 60 %。

    ( 3 ) OTL 功率放大器

    目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器,简称 OTL 电路,是一种性能很好的功率放大器。为了

    易于说明,先介绍一个有输入变压器没有输出变压器的 OTL 电路,如图 7 。

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    这个电路使用两个特性相同的晶体管,两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态时, VT1 、 VT2 流过的电流很小,电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压。在有输入信号时,正半周时 VT1 导通, VT2 截止,集电极电流 i c1 方向如图所示,负载 RL 上得到放大了的正半周输出信号。负半周时 VT1 截止, VT2 导通,集电极电流 i c2 的方向如图所示, RL 上得到放大了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是电容器 C ,它上面的电压就相当于 VT2 的供电电压。

    以这个电路为基础,还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正 OTL 电路,用 PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式 OTL 电路,以及最新的桥接推挽功率放大器,简称 BTL 电路等等。

    直流放大器

    能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路或直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器。

    ( 1 )双管直耦放大器

    直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式。图 8 是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制,电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后级的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移。所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静态电位缓慢地变化,这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号。放大器级数越多,零点漂移越严重。所以这种双管直耦放大器只能用于要求不高的场合。

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    ( 2 )差分放大器

    解决零点漂移的办法是采用差分放大器,图 9 是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源,其中 VT1 和 VT2 的特性相同,两组电阻数值也相同, R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路,两个 R C 和两个管子是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥的对角线上取出。没有输入信号时,因为 RC1=RC2 和两管特性相同,所以电桥是平衡的,输出是零。由于是接成桥形,零点漂移也很小。

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    差分放大器有良好的稳定性,因此得到广泛的应用。

    集成运算放大器

    集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完成各种功能的器件。因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器。它有十多个引脚,一般都用有 3 个端子的三角形符号表示,如图 10 。它有两个输入端、 1 个输出端,上面那个输入端叫做反相输入端,用“ — ”作标记;下面的叫同相输入端,用“+”作标记。

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    集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算,也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应用时有:

    ( 1 )带调零的同相输出放大电路

    图 11 是带调零端的同相输出运放电路。引脚 1 、 11 、 12 是调零端,调整 RP 可使输出端( 8 )在静态时输出电压为零。 9 、 6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端( 5 ),因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端( 4 )。同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的。

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    ( 2 )反相输出运放电路

    也可以使输入信号从反相输入端接入,如图 12 。如对电路要求不高,可以不用调零,这时可以把 3 个调零端短路。

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    输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端,而同相输入端通过电阻 R3 接地。反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。

    ( 3 )同相输出高输入阻抗运放电路

    图 13 中没有接入 R1 ,相当于 R1 阻值无穷大,这时电路的电压放大倍数等于 1 ,输入阻抗可达几百千欧。

    放大电路读图要点和举例

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    放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的电路。在拿到一张放大电路图时,首先要把它逐级分解开,然后一级一级分析弄懂它的原理,最后再全面综合。读图时要注意: ① 在逐级分析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多,如偏置电路中的温度补偿元件,稳压稳流元器件,防止自激振荡的防振元件、去耦元件,保护电路中的保护元件等。 ② 在分析中最主要和困难的是反馈的分析,要能找出反馈通路,判断反馈的极性和类型,特别是多级放大器,往往以后级将负反馈加到前级,因此更要细致分析。 ③ 一般低频放大器常用 RC 耦合方式;高频放大器则常常是和 LC 调谐电路有关的,或是用单调谐或是用双调谐电路,而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。 ④ 注意晶体管和电源的极性,放大器中常常使用双电源,这是放大电路的特殊性。

    例 1 助听器电路

    图 14 是一个助听器电路,实际上是一个 4 级低频放大器。 VT1 、 VT2 之间和 VT3 、 VT4 之间采用直接耦合方式, VT2 和 VT3 之间则用 RC 耦合。为了改善音质, VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈( R2 和 R7 )。由于使用高阻抗的耳机,所以可以把耳机直接接在 VT4 的集电极回路内。 R6 、 C2 是去耦电路, C6 是电源滤波电容。

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    例 2 收音机低放电路

    图 15 是普及型收音机的低放电路。电路共 3 级,第 1 级( VT1 )前置电压放大,第 2 级( VT2 )是推动级,第 3 级( VT3 、 VT4 )是推挽功放。 VT1 和 VT2 之间采用直接耦合, VT2 和 VT3 、 VT4 之间用输入变压器( T1 )耦合并完成倒相,最后用输出变压器( T2 )输出,使用低阻扬声器。此外, VT1 本级有并联电压负反馈( R1 ), T2 次级经 R3 送回到 VT2 有串联电压负反馈。电路中 C2 的作用是增强高音区的负反馈,减弱高音以增强低音。 R4 、 C4 为去耦电路, C3 为电源的滤波电容。整个电路简单明了。

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  • 一、偏置与反馈的概念(非常重要) 1.1 偏置的概念及原理 电极间的直流电压、直流电流通常称为偏置电压、偏置电流。就是在需要放大的信号之输入处(发射极接地时,PNP、NPN型均为基极--发射极之间)预先流通一定值的...

    一、偏置与反馈的概念(非常重要)

    1.1 偏置的概念及原理

    电极间的直流电压直流电流通常称为偏置电压偏置电流。就是在需要放大的信号之输入处(发射极接地时,PNP、NPN型均为基极--发射极之间预先流通一定值的电流(或加载直流电压),这个就是偏置电压偏置电流

    二、偏置的必要性

    那么为什么要加偏置电压或是预先流通一定值的电流呢?
    在这里插入图片描述

    由于PN结的单向导电性,所以只有在ui的正半周期中为正偏,如图(a)所示基极电流流通。因此,由于集电极电流ic仅在ib流通时流通。结果出现如图(b)所示输出波形。这会有明显的失真现象。
    预先对基极流通一定大小的电流,在此基础上即使输入信号稍有变动,其变化也是与输入信号相对应的。我们称这种变化为线性动作。放大电路的静态是指未加交流信号以前的起始状态。
    因此,如果预先流通一定大小的直流电流。这样,即使输入波形变为负,基极-发射极之间总为正向电压,输入信号的微弱变化如实地被作为输出电阻两端的较大变化而取出(进行了放大),参看以下图示:
    在这里插入图片描述
    我们将放大电路静态时各处的电压、电流值分别用IBO、ICQ、UBEQ、UCEQ来表示。由于这一组数值代表着输入和输出特性曲线上一个点,(即是指输入信号以此点为中心进行变化)所以习惯上称他们为静态工作点(又叫直流工作点)。

    三、利用反馈稳定工作点

    我们知道半导体会受到温度影响(比如温度升高了,三极管放大能力增强。那么我们的工作点要是选择的电压较高,当温度升高交流信号正半轴时很容易进入饱和区,当然负半轴还在放大区;要是我们的工作点选择的电压较低,当温度升高交流信号正半轴时还在放大区,当负半轴时就很容易进入截至区)。

    补充:三极管的三种状态也叫三个工作区域,即:截止区、放大区和饱和区。

    • 截止区:三极管工作在截止状态,当发射结电压Ube小于0.6—0.7V的导通电压,发射结没有导通集电结处于反向偏置,没有放大作用。
    • 放大区:三极管的发射极加正向电压,集电极加反向电压导通后,Ib控制Ic,Ic与Ib近似于线性关系,在基极加上一个小信号电流,引起集电极大的信号电流输出。
    • 饱和区:当三极管的集电结电流IC增大到一定程度时,再增大Ib,Ic也不会增大,超出了放大区,进入了饱和区。饱和时,Ic最大,集电极和发射之间的内阻最小,电压Uce只有0.1V~0.3V,Uce<Ube,发射结和集电结均处于正向电压。三极管没有放大作用,集电极和发射极相当于短路,常 与截止配合于开关电路。

    为了避免上述出现的情况,我们需要:

    1. 选择合适的工作点。
    2. 控制工作点。也就是当温度上升的时候,要采取措施让他任然处于放大状态,也就是让他处于不失真的状态。

    为了满足上述条件,我们引入以下概念。

    3.1 反馈的概念

    广义的讲,凡是通过一定的方式将输出端的信号送入到输入端,并对输入端产生一定的影响的过程,都称为反馈。
    放大电路中的反馈是指通过一定的方式把放大电路中的某一个电量(电压或电流)的一部分或全部送回到输入电路的过程。

    3.2 正反馈和负反馈

    根据反馈的极性可分为正反馈负反馈。如果反馈信号加强了原来的输入信号,使放大的倍数增加,这样的反馈称为正反馈,如果反馈的信号削弱了原来的输入信号,使放大电路的放大倍数减小,这样的反馈称为负反馈

    3.3 利用反馈稳定工作点

    温度变化对静态工作点的影响。温度升高对三极管的影响,最终将导致集电极电流IC的增大。结果使静态工作点移近饱和区,使输出波形产生严重饱和与失真。
    引起工作点波动的外因是环境温度变化,内因则是三极管本身所具有的温度特性。
    在这里插入图片描述

    1. 先设法使基极对地电位 UB基本稳定,即不受温度变化的影响(主要三极管受温度影响较大,而电阻器和三极管相比受温度影响较小,因此我们在UB下方串接一个电阻RB2,那么UB的电位取决于两个电阻的分压,相对就不会受温度的影响)。
    2. 然后在发射极串接一个电阻RE,用它两端的电压UE来反映IC的变化并和UB相比较,得到IC变化后的UBE值,如果IC增加,则比较后的UBE值应使IB下降,IE也随之下降,其结果将维持IC基本不变。
    3. 原理分析:温度上升 -> IC上升 -> IE上升,由于RE的作用 -> UE上升,由于RB不变 -> UBE下降 -> IC下降。

    如果上面看的还是不清楚,接下来我们进一步分析:
    (原文出处:https://blog.csdn.net/weixin_49284870/article/details/112250686)(我对其进行了补充)
    在这里插入图片描述
    将RB1 和RB2 取代了原来的基极电阻RB,对于电源UCC 来说,RB1 和RB2 是一种串联分压的形式。故此电路就叫做分压偏置共射放大电。如果合理地选择各种器件RB1 和RB2,使得电路中的电流和电压满足 I2 >>IB ,VB >>UBE,I2 也就是RB2 上的电流远远大于基极电流 IB ,而 VB 也就是基极电位远远大于UBE,那么就可以通过VB 点的基尔霍夫电流定律,就可以认为基极这条支路视为开路。基于左边支路的串连分压关系,就可以上图中 基极电位 VB 的表达式。通过此式可以看出VB 都是由电阻、电源确定的,都是与温度无关的比较稳定的元件,所以在这种情况下,温度变化的时候基极电位基本恒定。
    在此前提下,当温度升高的时候,IC 将会增大。而IC ≈ IE , IE 是RE上的电流,必然导致 RE 上的电压降会增大,也就是会抬高射极电位VE 。由于基极电位VB 是几乎与温度无关的一个固定量,所以VB 减 VE ,也就是UBE 将会出现下降的趋势。从而根据晶体管的特性曲线知道UBE 变小 IB 自然就会变小,从而最后将本应升高的集电极电流 IC 降下来,起到稳定静态工作点的作用。通过此过程可以看到,这个分压偏置稳定静态工作点主要有两方面,一个是通过串联分压稳定了基极电位VB ,而另一个则是有赖于RE 引入的直流负反馈。
    IB 变小,从而 IC 降下来是因为:

    Ic = βIb;(β是固定的要看硬件手册)
    Ie = Ib + Ic;

    四、多级放大电路及多级放大电路中的耦合方式

    4.1 多级放大电路

    在实际应用中,常对放大电路的性能提出多方面的要求,单级放大电路的电压倍数一般只能达到几十倍,往往不能满足实际应用的要求,而且也很难兼顾各项性能指标。这时,可以选择多个基本放大电路,将它们合理连接,从而构成多级放大电路。
    组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级,级与级之间的连接方式称为级间耦合。多级放大电路有3种常见的耦合方式,即阻容耦合、变压器耦合和直接耦合。
    在这里插入图片描述

    1. 阻容耦合。将多级放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端,称为阻容耦合方式。上图所示为两阻容耦合放大电路,第一级为共射放大电路,第二级为共集放大电路。
      优点:各级间的直流电路互不受影响。
      缺点:不便于集成。
      在这里插入图片描述

    2. 变压器耦合。变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来,这种耦合方式称为变压器耦合,如上图所示。输出信号经过变压器送到负载。RB1、RB2为T管的偏置电阻,CE是旁路电容,用于提高交流放大倍数。
      优点:各级间的直流电路互不受影响。
      缺点:不便于集成。
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    3. 直接耦合。直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式,这种耦合方式称为直接耦合,如上图(a)所示。直接耦合所用元件少,体积小,低频特性好,便于集成化。
      优点:便于集成。
      缺点:各级直流工作状态相互影响。


    • 由 青梅煮久 写于 2021 年 05 月 20 日

    • 参考:https://blog.csdn.net/weixin_49284870/article/details/112250686

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  • 几种微弱信号处理电路

    万次阅读 多人点赞 2019-04-20 20:52:05
    在此介绍几种信号处理电路。 差分放大电路: 差分放大电路对共模输入信号很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响,因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响...

    信号处理电路

    因为有些小信号我们处理起来不方便,可能会造成最终结果的不确定性,如何才能得到自己所需要的那部分信号,一些滤波电路就显得尤为重要。在此介绍几种信号处理电路。

    1. 差分放大电路:
      差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响,因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响,如温度噪声等。在小信号处理方面一般先让信号通过差分放大电路,提高信噪比。
      举例来说:(器件的数值给出的是为了更好的举例)
      List item
      电路的放大倍数A=R2/RF=33倍。正常情况下应保持R1=R2, R3=RF.

    利用Multisim仿真差分放大电路如图所示,电压放大倍数约33倍,输入信号设定为峰峰值20mv,频率100hz的正弦信号,则预计输出信号为峰峰值660mv,频率100hz的正弦信号。
    差分放大仿真电路

    差分放大仿真电路输入信号波形如图所示,峰峰值为20mv

    差分放大电路仿真输入信号波形

    差分放大仿真电路输出信号波形如图所示,峰峰值约为658.6mv差分放大电路仿真输出信号波形
    2:带通滤波电路
    带通滤波器(band-pass filter)是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备,在小信号处理电路中可以使我们所需求的那部分信号通过,从而更方便的处理有效信号。
    例:设定带通滤波电路中心频率固定在1Hz。带通滤波电路

    电压放大倍数A=A0/3-A0=3.29倍,A0=1+RF/R1=2.3,中心频率为f0=1/2ΠRC=1.03HZ.为了防止自激震荡应使RF<2R1.

    利用Multisim仿真带通滤波电路如图所示,通滤波仿真电路中心频率设为 f0=1HZ,电压放大倍数约3.3倍。输入信号设定为偏移量为1v,峰峰值500mv,频率1.2Hz的正弦信号并且伴随峰峰值不超过400mv的热噪声,经过带通滤波电路后预计输出信号为峰峰值1.65v,频率1.2Hz的正弦信号。

    带通滤波仿真电路

    带通滤波仿真电路输入信号波形如图所示

    带通滤波仿真电路输入信号波形
    带通滤波仿真电路输出信号波形如图所示 ,输出电压峰峰值约1.6v

    带通滤波仿真电路输出信号波形
    3:加法电路
    加法电路主要用来小波电压值。由于某些控制器不能采集负电压,因此需要将中心电压为0v的小信号与直流信号叠加,使输出电压均为正值,便于主控的采集。
    例:设置最大采集电压为3.3v,因此设置信号调理电路输出的小波信号峰峰值最大不超过2v,中心电压为1.6v。如图所示,取R2=R3=R=200K,RF=10K,R1=10K,则R+=R/2=100K,U0=(1+RF/R1)((R+/R)1.6+R+/RUi)=1.6+Ui。加法电路

    利用Multisim仿真加法电路如图所示,一端输入信号Ui设定为峰峰值为2v,频率1.2Hz的正弦信号,另一端输入信号设定为1.6v的直流电压源,则预计输出信号为偏移量为1.6v,峰峰值2v的正弦信号。
    加法仿真电路

    加法仿真电路输入信号波形如图所示,峰峰值为2v的正弦信号

    加法仿真电路输入信号波形

    加法仿真电路输出信号波形如图所示,输出电压为偏移量为1.6v,峰峰值2v的正弦信号
    加法仿真电路输出信号波形
    4:电压跟随器

    因为普通阻容滤波电路的输出阻抗比较高,与加法电路直接耦合,会使阻容滤波电路输出电压因为分压而发生衰减,无法实现预期功能,所以级联电压跟随器,达到阻抗匹配的目的
    如图:

    电压跟随器
    注:本文中放大电路所用芯片均为LM324,M324系列器件带有真差动输入的四运算放大器,具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比,它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下,静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源,因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
    这几种电路使我们处理信号时时常能用到而且效果不错,在处理微弱信号上也有很强的能力,需要我们自己根据实际情况来搭配使用。还有许多经典电路在这就不一一写出了。
    大家要是有好的方法,可以交流。

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    转载文章来自:

    MOSFET理解与应用:Lec 12—一篇文章搞定共源级放大电路
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    为了便于保存和引用才进行转载学习

    本期内容:

    共源级放大电路的偏置设计

    共源级放大电路的小信号分析

    ——————————————————————————————————

    1、共源级放大器的偏置电路设计

    Fig. 1

    一个合适的偏置电路设计是放大器工作的前提,偏置电路需要使MOSFET工作在饱和区。如图Fig. 1,这是一个前几期讲过的MOSFET放大器的最基本电路。

    ① 电阻分压偏置电路

    Fig. 2是一个最简单常见的偏置电路的设计,对比Fig. 1有很多不用,首先栅极没有了偏置直流电源,多了好几个电阻,多了一个电容,这些器件都有什么用呢?

    Fig. 2

    Fig. 1中的供电设计是复杂的,需要两种电源才能使放大器工作,这个是我们不希望的,所以Fig. 2中利用电阻的分压电路,使VDD分一部分电压给栅极提供偏置电压,大小为VDD*R2/(R1+R2)。这样整个系统就可以只用一个供电单元来提供电压,简化了设计。所以R1,R2的作用是分压,为MOSFET提供栅极开启电压。Fig. 2 中的R0为小信号源的内阻,这个内阻在实际电路设计中是必须要考虑的,比如要放大的信号时麦克风信号,那R0就表示麦克风的内阻。Fig. 2 中的C0为一个隔直电容,作用是防止前级直流信号对后级偏置电压的影响。只有交流信号能够通过后级电路进行放大。但是电容对于MOSFET器件来说是一个非常大的器件,增加一个电容会占用芯片很大一块位置,所以尽量避免使用电容,如图Fig. 3有两级放大电路,如果前一级的输出Vx的直流部分正好可以作为后级的直流偏置,则不需要加电容和分压电阻。

    Fig. 3

    选择合适的R0,R1,RD才能使MOSFET工作在饱和区,使其具有放大作用。下期讲介绍一个实际的例子来说明这些电阻应该如何选取,大概的量级是多少。

    ② 自偏置电路

    Fig. 4是一个自偏置电路的设计,此时,通过RF的电流为零,RF两边的电压相等,MOSFET的漏极电压和栅极电压相等,都等于VDD-I_D * R_D。

    Fig. 4

    自偏置电路的好处是它对MOSFET的截止电压的敏感性弱,因为工艺的公差会导致两片晶圆片的阈值电压不可能完全相等,比如晶圆片A的阈值电压为V_TH,A,晶圆片B的阈值电压为V_TH,B,如下图Fig. 5,如果用电阻分压方法来提供栅极的偏置电压,则相同的V_GS在两个晶圆片上得到的漏极电流是不同的,这就会导致两片晶圆片做出来的放大器的放大倍数不相同。

    Fig. 5

    但如果用Fig. 4的自偏压电路,V_TH上升会导致I_D下降,I_D下降会导致V_{GS}上升,V_{GS}上升又会导致I_D上升,这个电路有个自反馈的过程在,所以他对V_TH的变化敏感性不高,在一定程度上晶圆片的公差不过过大的影响放大器的性能。

    共源级放大电路的偏置部分就介绍这两种,其他种类的偏置电路大同小异。

    2、共源级放大电路的小信号分析

    放大电路的小信号分析主要考虑三个参数,放大倍数、输入阻抗和输出阻抗,这三个参数直接影响实际电路中的小信号放大倍数。我们以电阻分压偏置电路Fig. 2为例进行计算这三个参数。这里主要运用MOSFET的小信号电路模型和输入阻抗和输出阻抗的概念。不清楚的请查看。MOSFET理解与应用:Lec 9—NMOS、PMOS小信号电路模型总结、MOSFET理解与应用:Lec 10—输入阻抗和输出阻抗的概念。

    Fig. 6

    如图Fig. 6,为电阻分压偏置电路的小信号电路模型,这里只是将Lec 9 中的模型替换了MOSFET器件,是不是超级简单。通过这个电路图可以求出:

    从这个式子可以看出要使放大倍数提高,需要R1||R2远大于R0。这也是偏置电路设计时需要注意的一点。

    总结一下:偏置电路是设计是为了放大器能够正常工作,使MOSFET工作在饱和区,同时引入的器件如电阻也会影响MOSFET的放大倍数。然后利用小信号模型求出具体的放大倍数,输入输出阻抗这三个变量。

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