单电源运放偏置原因及电路图分析
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2020-07-16
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单电源运放偏置原因及电路图分析单电源运放偏置原因及电路图分析
本文主要讲了单电源运放偏置原因并对其电路图进行了分析，下面一起来学习一下
1、引言
单电源运放不仅随着手持设备的增加而应用范围越来越广,而且他也因为有助于简化系统的电源种类、提高设备的可靠性而日
益受到重视。但是单电源运放设计时需要考虑一些复杂的问题,在这些复杂问题中尤以单电源运放的偏置问题最为关键。目前
少有文献对此详细论述,因此本文详细分析了单电源运放的偏置原因并介绍了常用偏置方法。
2、单电源运放的介绍
单电源运放按照输出摆幅分为2 类: 一类是以LM358 ,LM324 等为代表的传统单电源运放。他们的共同特点是输出幅值不能摆
动到电源电压的上下限,因此限制了输出电路的动态响应范围;另一类是以TLV2472 等为代表的rail to rail (轨对轨) 单电源运放,
他们的优点是输出幅值可以摆动到电源电压的上、下限,因而具有理想运放的特性。本文只讨论最普通的LM358 运放,但讨论的
结果同样实用于性能优越的rail to rail 单电源运放。
单电源运放不仅可以单电源供电,而且也可以双电源供电。如果采用双电源供电,单电源运放就失去了他的优势,从而与普通的双
电源运放在使用上没有太大的区别。因此本文只讨论单电源运放的单电源供电工作方式。
3、单电源运放内部电路分析
通用单电源运放的内部电路原理图基本相同,这里以LM358 作为对象进行分析。LM358 的内部电路原理图如图1 所示 。分析时
按照偏置电路、差分输入级、中间放大级、推挽输出级4 个部分逐一分析。
图1 LM358 内部电路原理图
3. 1 偏置电路
在TI 公司LM358 的数据手册中,运放内部的偏置电路已经全部用等效电流源替代。这些电流源分别为整个电路提供合适的静态
工作点,或作为有源负载。
3. 2 差分输入级
输入级是双端输入单端输出的差分放大电路。其中Q1 和Q4 为纵向PNP 管放大倍数大, Q2 与Q3 为横向PNP管,发射结承压
高。电路采用的是共集共射形式,因此输入级有较强的放大能力、较高的耐压能力和较高的输入电阻。
3. 3 中间放大级
中间放大级也采用的是共集共射放大电路。Q10 , Q11组成两级共射跟随器, 使中间放大级具有很大的输入电阻,从而进一步提
高了输入级的放大倍数。Q10 , Q11 虽然不能放大电压,但是具有很大的电流放大倍数,可以为Q12 提供更大的基极电流,同时
100μA 的电流源也作为Q12 的有源负载使中间级有很大的放大能力。
3. 4 输出级
输出级分为2 种情况。当双电源供电时由Q5 , Q6 , Q13组成互补输出级但是存在交越失真。当单电源供电时Q5 ,Q6 组成两级
射级跟随电路, 使输出级具有很低的输出电阻。此时Q12 的集电极电位:
UC12 = UB E5 + UBE6 + URSC + UO
输出端的电位UO 是Q13 的发射级电位,所以Q13 的发射结反偏截止。
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