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读好书《运算放大器参数解析与LTspice应用仿真》03 偏置电流案例分析 [复制链接]

本帖最后由 1nnocent 于 2021-5-17 11:25 编辑

之前在学校经常会有人问运放的同相输入端如果不并联一个电阻到地会有什么影响?

当时只知道不并联这个电阻会有问题,具体会有哪些问题出现就不太清楚了。

在学校学的东西都比较偏向原理,没有什么实践,对问题的理解也比较浅。

在看完书中2.3.2 偏置电流案例分析部分之后对上述的问题有了一个比较系统的了解。

书中的案例:攻城狮使用AD8066设计信号处理电路(第二级),测试时发现输出存在严重的失调电压。

(攻城狮认为电路使用交流耦合,应该避免了第一级放大器直流噪声的影响)

原理图如下:

image.png 但是该案例中的实际测试图中实际上是没有焊接R4的。

书中作者给出的问题原因是因为实际电路中没有焊接R4,导致放大器内部晶体管缺少正确的静态工作点所致。

作者使用LTspice仿真了有R4和没有R4时的输出波形,

没有R4的情况下输出信号中含有200mV失调电压,有R4的电路输出信号正常。

因为作者在书中有进行仿真验证,这里不再进行重复的仿真验证,

仿真验证的结果肯定是和书上一致的,

 

相比之下比较感兴趣的是R4如何影响放大器内部晶体管的静态工作点的?

我们都知道运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成,

电阻R4是位于运放的输入端,所以和运放的输入级电路(一般为差分放大电路)有关,

所以我们需要到AD8066的数据手册中查看运放的输入级电路:

image.png VN和VP分别为其反相输入端和同相输入端,需要静态偏置的是场效应管Q1和Q6、三极管Q3和Q4。

Q2和Q5的集电极作为输出端,将经过差分放大电路放大后的信号输出至放大器的后级电路。

看到同相输入端有:VCC + |Vee| = Ur5 + Uce5 + Uds6 + Ur8 + Uit1 其中Uit1为恒流源上的电压。

 Ur5 + Uce5 + Uds6 + Ur8 + Uit1 如果参数设计合理,可以使输出具有较小的失调电压。

因为没有具体的参数,所以不能做出定量的分析,只能进行相应的定性分析。

在该案例的原理图中因为隔直电容C2的存在,R4没有焊接,所以Q4没有基极电流Ib4 ,

所以R5中流过的电流少了Q4的集电极电流Ic4,Ur5 减小,Q5的集电极电压Uc5增大(这里引起的静态工作点的改变应该足以对输出信号添加一个直流的偏移,即案例中的200mV失调电压)这里和共射放大电路是类似的,一般在共射放大电路的输出端都需要加一个隔直电容,以滤除集电极的直流电压,而差分放大电路就是由具有静态工作点稳定特点的共射放大电路演变而来的(差分放大电路由两个完全对称的共射放大电路构成,使之能只对差模信号进行放大,进而克服温漂等问题的影响)。注意这里的反相输入端,因为R1的存在所以Q3 的偏置是正常的。

Q1和Q6为结型N沟道场效应管,为电压控制型器件,相比于晶体管其对偏置电路的要求更低,下图为结型N沟道场效应管的转移特性曲线:

image.png

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谢谢点评,案例能够起到抛砖引玉的功能,促进探讨实属荣幸  详情 回复 发表于 2021-5-18 12:05

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如果需要算△Ur5的话就需要知道R5的电阻值和恒流源IT2的电流值,IC4 ≈ 0.5IT2   

△Ur5 = IC4 * R5

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