詳細單電源運放的偏置方法-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-08-01
單電源運放按照輸出擺幅分為2類，單電源運放不僅可以單電源供電，而且也可以雙電源供電。如果采用雙電源供電，單電源運放就失去了他的優(yōu)勢，從而與普通的雙電源運放在使用上沒有太大的區(qū)別。因此本文只討論單電源運放的單電源供電工作方式。
通用單電源運放的內(nèi)部電路原理圖基本相同，這里以LM358作為對象進行分析。LM358的內(nèi)部電路原理圖如圖1所示。分析時按照偏置電路、差分輸入級、中間放大級、推挽輸出級4個部分逐一分析。
1）偏置電路
在TI公司LM358的數(shù)據(jù)手冊中，運放內(nèi)部的偏置電路已經(jīng)全部用等效電流源替代。這些電流源分別為整個電路提供合適的靜態(tài)工作點，或作為有源負載。
2）差分輸入級
輸入級是雙端輸入單端輸出的差分放大電路。其中Q1和Q4為縱向PNP管放大倍數(shù)大，Q2與Q3為橫向PNP管，發(fā)射結(jié)承壓高。電路采用的是共集共射形式，因此輸入級有較強的放大能力、較高的耐壓能力和較高的輸入電阻。
3）中間放大級
中間放大級也采用的是共集共射放大電路。Q10，Q11組成兩級共射跟隨器，使中間放大級具有很大的輸入電阻，從而進一步提高了輸入級的放大倍數(shù)。Q10，Q11雖然不能放大電壓，但是具有很大的電流放大倍數(shù)，可以為Q12提供更大的基極電流，同時100A的電流源也作為Q12的有源負載使中間級有很大的放大能力。
4）輸出級
輸出級分為2種情況。當(dāng)雙電源供電時由Q5，Q6，Q13組成互補輸出級但是存在交越失真。當(dāng)單電源供電時Q5，Q6組成兩級射級跟隨電路，使輸出級具有很低的輸出電阻。此時Q12的集電極電位：
輸出端的電位UO是Q13的發(fā)射級電位，所以Q13的發(fā)射結(jié)反偏截止。
1）電阻分壓法
電阻分壓方法的電路原理圖如圖4（a）所示。這是一種最常用的偏置方法。他通過用2個100kΩ的電阻R1，R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)，形成VCC/2的偏置電壓。該方法不僅簡單而且成本低。
但是該偏置電壓源的輸出阻抗大（因為在電池供電的設(shè)備中對功耗要求非常嚴格，所以電阻不能太小），輸出電流IO的變化對偏置電壓精度的影響很大。因此電阻分壓法一般適用于偏置電壓精度要求不高的場合。
2）運放電壓跟隨器
法運放電壓跟隨器法的電路原理圖如圖4（b）所示。圖中VCC被R1，R2分壓后接到由單電源運放組成的電壓跟隨器，進而形成VCC/2的偏置電壓源。
運放組成的電壓跟隨器是電壓串聯(lián)負反饋，因此他具有很高的輸入阻抗與很低的輸出阻抗。這樣運放的輸出端可以看作一個VCC/2的恒壓源，輸出電流IO的變化對偏置電壓幾乎沒有影響，因此獲得精確的VCC/2偏置電壓。但是由于增加了一個單電源運放，這種方法的成本比較高。
3）射級電壓跟隨器法
射級電壓跟隨器法的電路原理圖如圖4（c）所示。該方法與運放電壓跟隨器法相似，但是這里采用三極管Q1組成的射極電壓跟隨器作為電阻分壓的輸出級。
射級電壓跟隨器同樣具有輸入阻抗高、輸出阻抗低的特性，因此該方法也可以避免電阻分壓法中輸出阻抗高的不足。并且由于只增加了1個三極管，所以成本也比運放電壓跟隨器法低。但是根據(jù)偏置電壓計算得到的電阻值經(jīng)常需要結(jié)合實際電阻值選擇，因此偏置電壓存在誤差。
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