一.前言
想深入学习模电,前置的电路分析基础几乎是必要的一关。叠加原理、戴维宁定理、基尔霍夫、电感电容、阻抗、各种等效、各种数学模型······基础不牢,地动山摇。
电子信息相关知识是必须的。
计算机知识则仅需了解(重点在数电)。
二.集成运放的介绍及特性分析
长这样:
1.集成运算放大器
集成运算放大器,简称集成运放,是一个高增益的直接耦合放大电路。因首先用于信号的运算,故而得名。它具有高增益、高输入电阻和低输出电阻的特性。
各级放大电路输入和输出之间的连接方式称为耦合。
直接耦合主要用于对直流或缓慢信号的放大;然而它的工作点不稳定,易产生零漂。
零点漂移(零漂):当放大电路的输入ui=0(短路)时,输出uo却不为0,而是随着时间变化。
其最主要的原因是三极管的温度敏感特性。
2.集成运放由四个部分组成
差动(分)放大电路:当该电路的两个输入端的电压有差别时,输出电压才有变动,因此称为差动。
有差模和共模两种基本输入信号,由于其电路的对称性,当两输入端所接信号大小相等、极性相反时,称为差模输入信号;当两输入端所接信号大小相等、极性相同时,称为共模信号。通常我们将要放大的信号作为差模信号进行输入,而将由温度等环境因素对电路产生的影响作为共模信号进行输入。
放大差模信号,抑制共模信号。
3.集成运放的特性
有单电源供电和正负双电源供电之分。
“开环”:没有反馈。
“差模”:u±u-。
“同相”“反相”是指输入信号变化和输出相同/相反。
为了保证集成运放的线性应用,必须闭环工作,即引入负反馈以减小电压增益,提高净输入电压的数值,进而扩宽线性区。
集成运放的应用就根据其处于线性区或是非线性区来划定。
线性工作区的两个特性:
虚短:由于Aod很大,以致于很小的差模输入就会使输出趋向于饱和的非线性区,故想在线性区工作, ui=u±u-就必须要小到一定程度,近似于“短路”。即u+=u- 也即 ui=u±u-=0。
虚断:由于集成运放的差模输入电阻很大,故流入运放输入端的电流远小于其外电路的电流,近似于“断路”。即i+=i-=0。
三.集成运放的线性应用(引入负反馈)
1.两个基本运算电路——反相/同相比例运算电路
“虚地”,第三个概念。
当Rf=R1时,变为反相器。
2.同相比例运算电路的特例——电压跟随器
电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点,可以起到阻抗匹配的作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。
另外一个作用就是隔离,把电路置于前级和功率放大器(扩音器)之间,可以切断后一级的反电动势对前级的干扰作用,从而使音质的清晰度得到大幅提高。
3.反相加法运算电路
可将上图分为以下两图:
解得:
叠加原理:在线性电路中有多个电源共同作用时,电路上任意一个支路上的电压或电流都是各电源单独作用下,在各支路上产生的电压或电流的叠加(代数和)。
4.同相加法运算电路
可以将上图分解为以下两图:
注意,此时由虚短得到u+=u-=上图红圈公式(不再是ui)
综上可知:
5.减法运算电路
可将上图分解为:
解得:
6.积分电路