运放的中间级和输出级

文章详细介绍了集成运算放大器的中间级和输出级的设计策略。中间级通过使用复合管提升放大倍数,采用有源负载来增大电阻。输出级讨论了功放电路,包括最大集电极电流Icm、最大输出功率及效率,以及如何通过OTL和OCL电路解决交越失真问题。OCL电路利用电流负反馈保护三极管,确保集电极能承受大电压。

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接下来是集成运放的中间级和输出级.

        中间级是起放大输入信号的主要环节,因此这一部分主要围绕提升放大倍数该改进电路.

第一个采用复合管实现β增加

常见的有PNP和NPN的复合管,

NPN型

PNP

        对于复合管来说β≈β1*β2;同类型的三极管Ri=rbe+(1+β)rbe;不同类型的三极管Ri=rbe,T1管的e端直接接地

第二种方法,由

        可得Au与Rc成正比。但在集成电路不适于做大电阻,所以在这里采用有源负载的方式来实现大的Rc电阻。这就涉及到偏置电路的作用,

第一种

        镜像电流源

当忽略ib1,ib2的电流时

因为T1,T2参数对称所以ic1≈ic2

当考虑ib时

β>>1时.就是上式.

        这是由镜像电流源构成的有缘负载放大电路 经由R1提供静态基极电流IBQ=(vcc-Ubeq)/R1,Q3作为Q2的有源负载

这是由镜像电流源构成的差分式放大电路,

如果可以近似认为ic4=iR1,则ic3=ic4

        当输入端是差模信号时,∆ic4=-∆ic2,由上面的结论∆ic4=∆ic3

        则输出电流∆i=∆ic3-∆ic2=2*∆ic4

这种输入级电路在单端输出情况下,仍可以得到双段时的输出变化量.

第二种 微电流源,能使ic2输出较小电流并且ic2的变化幅值较小

因为UBE1=UBE2+URe,所以ic2

        当温度上升ic1变大,虽然ic2也会上升.但UBE1下降,且Re又分压使得UBE2下降的更狠,所以ic2几乎不变,表现出电流源恒流的特性.

        接下是输出级,输出级一般是外接负载,如电动机,灯泡等需要提供大电流,所以输出级采用的功放电路.

下面的来汇报功放电路.

技术指标:

        最大集电极电流Icm,描述集电极能够产生的最大电流

        最大输出功率:超过此值三极管将烧坏. Pom=

有效值效率:描述能量的转换效率:α=

输出功率和 电源 功率之比;OTL乙类互补式功放电路

Q1,Q2一个是NPN,另一个PNP型

        并且都是射极输出,电压跟随两个三极管的输出特性图像关于原点对称,这样做的的目的是,为了使正负半周的幅值相等,为了能够输出较大的幅值的Uo和Io,功放电路Q1/Q2只工作半个周期,并且把静态工作点设置在接近截止区,此时的Uce较大,当交流信号时,Uo就比较大.

        静态时.通过R1给Q1的基极提供一个电位 ,可得UC1>UB1,集电结反偏,Q1的e端通过Q2接地,且ce之间阻值>>R1,所以UB1>UE1.Q1处于微导通状态.

        由于R1和R2之间是导线所以UB1=UB2.PNP要求e端电位大于b端.所以Q2处于截止状态.交流时,当正半周时,Q1导通,Q2的Ube反偏的更大,截止.所以经由Q1放大输出正半周信号.由于Q1,Q2参数相同,且经由Q2c端接地.所以射极输出位置的电位=Vcc/2也就是说每个三极管的集电极电位=vcc/2.

减去管压降Uom=Vcc/2-Uces

则icm=(Vcc/2--Uces)

负半周同理:Q1截止Q2导通

        Uom=Vcc/2-Uces

        icm=(Vcc/2--Uces)

这种功放转化效率高,输出电压,电流大.

        但存在当输入信号在正负半周变化时,由于不能使Q2导通需要使Ui大于Q2的开启电压时才能放大.使得输入和输出波形在此处不完全一致。这种失真叫做交越失真.为了避免交越失真,采取OTL甲乙对称式功放电路

        添加的R4,D1,D2的作用是静态时Ub2。正半周时Q1导通,Q2截止.如上面所述.负半周,Q1截止,Q2导通.由于C2在正半周充电,此时开始放电,C2左端为+,右端为-,输出负半周信号.

        由于C2上的最大电压就是正半周的峰值电压,所以输出波形和正半周相同.而且由于电容充放电需要时间,故输出端波形更平缓.

        Uom=Vcc/2-Uces

        icm=(Vcc/2--Uces)

        这个功放在具有消除交越失真的优点.唯一的缺点是集成电路里不方便制造大电容.

        这就诞生了OCL甲乙类对称式功放.

这次用VEE电源代替电容,来实现负半周的输出信号的作用.

有几点需要注意

        输出电压是Vcc-Uces

        Icm=(Vcc-Uces)/R3

        三极管在截止时,Uce≈2Vcc,因此要求集电极能够承受大电压,防止集电结被击穿.一般防止过热还有熔断丝;集成运放的输出就采用的是OCL甲乙对称式电路;并加了电流负反馈保护三极管;二极管作为反馈电路

当ic1上升,Re1上的压降上升,D3导通,ib1的一部分流经D3,ib1下降,ic1下降.

D4的同理

        用三极管作为反馈

        三极管Q3/Q4的Ube是Re两端电压,所以当ic1上升,URe上升,Q3导通,ib1经ic3流出一部分.ib1下降,ic1下降

Q4同理

<think>我们正在讨论大器的不同配置。用户询问增益缓冲大器之间的区别。根据之前的对话,用户可能是在设计电路时遇到了这两种配置的应用场景问题。 首先回顾引用内容: 引用[1]提到大器的增益与频率相关,且增益带宽积恒定,这暗示了增益带宽之间的权衡关系。 引用[3]详细解释了缓冲器(跟随器)的作用:缓冲、隔离、提高带载能力。它利用输入阻抗高、输出阻抗低的特性,起到隔离前后的作用。 增益大器通常用于大信号,可以是同相大或反相大。其核心目的是提供电压增益(即大倍数)。而缓冲(跟随器)是一种特殊的同相大器,其电压增益为1(即不大),主要用于阻抗匹配隔离。 我们需要从以下几个方面进行区分: 1. 电路结构:增益通常有外部电阻网络(如反相或同相大结构),而缓冲通常直接将输出反馈到反相输入端(无电阻或电阻相等)。 2. 增益:增益有大于1的增益(可调),缓冲增益为1。 3. 输入输出阻抗:缓冲具有极高的输入阻抗极低的输出阻抗,这是其缓冲作用的关键。增益(如同相大)也具有高输入阻抗,但输出阻抗相对较高(虽然比一般电路低,但不如缓冲低)。 4. 应用场景:增益用于信号大,缓冲用于隔离前后,防止负载影响信号源。 因此,我们可以这样组织回答: 标题:增益与缓冲大器的区别 1. **核心功能差异** - 增益:提供电压大功能(增益>1) - 缓冲:提供阻抗变换信号隔离(增益=1) 2. **电路结构差异** - 增益:通常包含电阻网络(例如同相大器:输入信号接同相端,反相端通过电阻接地,并经过反馈电阻连接到输出端) - 缓冲输出直接连接到反相输入端(电压跟随器结构) 3. **阻抗特性** - 增益(以同相大器为例):输入阻抗很高(理想运放无穷大),输出阻抗较低(但比缓冲高) - 缓冲:输入阻抗极高(理想运放无穷大),输出阻抗极低(接近0) 4. **增益带宽积的影响** - 由于增益带宽积恒定,增益在提高增益时会牺牲带宽,而缓冲(增益为1)能够实现最大带宽[^1]。 5. **典型应用** - 增益:传感器信号大、音频大等需要提升信号幅度的场合 - 缓冲:连接高输出阻抗的信号源(如传感器)与低输入阻抗的负载(如ADC),或作为多大电路中的隔离[^3] 注意:在LaTeX公式中,增益的电压增益公式(同相大器)为:$$ A_v = 1 + \frac{R_f}{R_1} $$,而缓冲的增益公式为:$$ A_v = 1 $$ 最后,生成相关问题。 注意:引用标记要自然添加在相关论述的末尾。</think>### 增益与缓冲大器的核心区别 #### 1. **核心功能差异** - **增益**:主要实现**信号电压大** 通过外部电阻网络配置(如反相/同相大器),提供大于1的电压增益: $$ A_v = -\frac{R_f}{R_{in}} \quad (\text{反相}) \quad \text{或} \quad A_v = 1 + \frac{R_f}{R_g} \quad (\text{同相}) $$ 典型应用:传感器信号大、小信号预处理[^2]。 - **缓冲**:主要实现**阻抗变换与隔离** 采用电压跟随器结构(输出100%反馈至反相端),增益恒为1: $$ A_v = 1 $$ 核心价值在于: - 输入阻抗极高(理想值$ \infty $),避免前负载效应 - 输出阻抗极低(理想值$ 0 $),驱动后重负载[^3]。 #### 2. **阻抗特性对比** | 特性 | 增益 | 缓冲 | |--------------|------------------------|-------------------------| | 输入阻抗 | 较高($10^5 - 10^{12}\Omega$) | 极高($>10^{12}\Omega$) | | 输出阻抗 | 中等($10 - 100\Omega$) | 极低($<1\Omega$) | | 负载驱动能力 | 有限 | 强(可驱动容性/感性负载)| #### 3. **频率响应特性** - **增益**:受**增益带宽积(GBW)限制** 增益$A_v$与带宽$f_{BW}$满足: $$ A_v \times f_{BW} = \text{常数} $$ 高增益会显著压缩带宽[^1]。 - **缓冲**:具备**最大带宽潜力** 因$A_v=1$,可达到运放单位增益带宽($f_T$),适用于高频信号传输。 #### 4. **典型应用场景** - **增益适用场景**: - 需要信号大的系统(如麦克风前置大) - 模拟算电路(积分器/微分器) - 信号调理链路的中间级 - **缓冲适用场景**: - 高输出阻抗源与低输入阻抗负载的接口(如传感器→ADC) - 长距离传输的抗干扰隔离 - 功率驱动的前置缓冲(避免后影响前工作点)[^3] > **关键区别总结**: > 增益是"信号大器",缓冲是"阻抗变压器"。前者改变信号幅度,后者保持信号幅度但优化功率传输效率。 --- ### 相关问题 1. 如何计算增益大器的稳定工作条件? 2. 缓冲运放振荡的原因及抑制方法有哪些? 3. 在高速信号链中如何选择增益与缓冲的顺序? 4. 为何缓冲能提高系统的抗干扰能力?
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