抑制零點(diǎn)漂移的措施具體有以下幾種:
(1)選用高質(zhì)量的硅管硅管的ICBO要比鍺管小好幾個(gè)數(shù)量級(jí),因此目前高質(zhì)量的直流放大電路幾乎都采用硅管。另外晶體管的制造工藝也很重要,即使是同一種類型的晶體管,如工藝不夠嚴(yán)格,半導(dǎo)體表面不干凈,將會(huì)使漂移程度增加。所以必須嚴(yán)格挑選合格的半導(dǎo)體器件。
(2)在電路中引入直流負(fù)反饋,穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。
(3)采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ脽崦粼?lái)抵消放大管的變化。補(bǔ)償是指用另外一個(gè)元器件的漂移來(lái)抵消放大電路的漂移,如果參數(shù)配合得當(dāng),就能把漂移抑制在較低的限度之內(nèi)。在分立元件組成的電路中常用二極管補(bǔ)償方式來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。此方法簡(jiǎn)單實(shí)用,但效果不盡理想,適用于對(duì)溫漂要求不高的電路。
(4)采用調(diào)制手段,調(diào)制是指將直流變化量轉(zhuǎn)換為其他形式的變化量(如正弦波幅度的變化),并通過(guò)漂移很小的阻容耦合電路放大,再設(shè)法將放大了的信號(hào)還原為直流成份的變化。這種方式電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、頻率特性差。實(shí)現(xiàn)這種方法成本投入較高。
(5)受溫度補(bǔ)償法的啟發(fā),人們利用2只型號(hào)和特性都相同的晶體管來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償,收到了較好的抑制零點(diǎn)漂移的效果,這就是差動(dòng)放大電路。在集成電路內(nèi)部應(yīng)用最廣的單元電路就是基于參數(shù)補(bǔ)償原理構(gòu)成的差動(dòng)式放大電路。在直接耦合放大電路中,抑制零點(diǎn)漂移最有效地方法是采用差動(dòng)式放大電路。
4.1 差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理
差動(dòng)放大電路又叫差分電路,他不僅能有效地放大直流信號(hào),而且還能有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化而引起的零點(diǎn)漂移,因而獲得廣泛的應(yīng)用,特別是大量地應(yīng)用于集成運(yùn)放電路,其常被用作多級(jí)放大器的前置級(jí)。
基本差動(dòng)式放大器如圖3所示。圖中VT1,VT2是特性相同的晶體管,電路對(duì)稱,參數(shù)也對(duì)稱。如:VBE1=VBE2,RCl=RC2=RC,Bl=RB2=RB,β1=β2=β。電路有2個(gè)輸入端和2個(gè)輸出端。因左右2個(gè)放大電路完全對(duì)稱,所以在沒(méi)有信號(hào)情況下,即輸入信號(hào)UI=0時(shí),Uo1=Uo2,因此輸出電壓Uo=0,即表明差分放大器具有零輸入時(shí)零輸出的特點(diǎn)。當(dāng)溫度變化時(shí),左右兩個(gè)管子的輸出電壓Uo1,Uo2都要發(fā)生變動(dòng),但由于電路對(duì)稱,兩管的輸出變化量(即每管的零漂)相同,即△Uo1=△Uo2,則Uo=O,可見(jiàn)利用兩管的零漂在輸出端相抵消,從而有效地抑制了零點(diǎn)漂移。如圖3所示的差動(dòng)放大電路所以能抑制零點(diǎn)漂移,是由于電路的對(duì)稱性。但是此電路存在缺陷:完全對(duì)稱的理想情況并不存在;所以單靠提高電路的對(duì)稱性來(lái)抑制零點(diǎn)漂移是有限度的。上述差動(dòng)電路的每個(gè)管的集電極電位的漂移并末受到抑制,如果采用單端輸出(輸出電壓從一個(gè)管的集電極與“地”之間取出),漂移根本無(wú)法抑制。為此,常采用圖4所示的典型差動(dòng)放大電路。
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4.2 典型差動(dòng)放大電路結(jié)構(gòu)及抑制零點(diǎn)漂移的原理
典型差動(dòng)放大電路如圖4所示,與最簡(jiǎn)單的差動(dòng)放大電路相比,該電路增加了調(diào)零電位器RP、發(fā)射極公共電阻RE和負(fù)電源UEE。下面分析電路抑制零點(diǎn)漂移的原理、發(fā)射極公共電阻RE(可以認(rèn)為調(diào)零電位器RP是RE的一部分)和負(fù)電源EE的作用。電路中RE的主要作用是穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn),從而限制每個(gè)管子的漂移范圍,進(jìn)一步減小零點(diǎn)漂移。例如當(dāng)溫度升高使IC1和IC2均增加時(shí),則有如圖5的抑制漂移的過(guò)程。可見(jiàn),由于RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫浣Y(jié)果使集電極電位基本不變,減小了輸出端的漂移量。反饋電阻RE可以抑制共模信號(hào),對(duì)差模信號(hào)不起作用。零點(diǎn)漂移屬于共模信號(hào),所以使每個(gè)管子的漂移又得到了一定程度的抑制。顯然,RE的阻值取得大些,電流負(fù)反饋?zhàn)饔镁蛷?qiáng)些,穩(wěn)流效果會(huì)更好些,因而抑制每個(gè)管子的漂移作用就愈顯著。
射極負(fù)電源UEE的作用:由于各種原因引起兩管的集電極電流、集電極電位產(chǎn)生同相的漂移時(shí)(如:2個(gè)輸入信號(hào)都含有共模信號(hào)分量或50 Hz交流的共模干擾信號(hào)等),那么RE對(duì)它們都具有電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫姑抗艿钠贫际艿搅讼魅酰@樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了差動(dòng)電路抑制漂移和抑制相位相同信號(hào)的能力。雖然,RE愈大,抑制零點(diǎn)漂移的作用愈顯著;但是,在UCC一定時(shí),過(guò)大的RE會(huì)使集電極電流過(guò)小,會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。為此,接入負(fù)電源UEE來(lái)抵償RE兩端的直流壓降,則發(fā)射極點(diǎn)位近似為零,獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。電阻RP的作用:電位器RP是調(diào)平衡用的,又稱調(diào)零電位器。因?yàn)殡娐凡粫?huì)完全對(duì)稱,當(dāng)輸入電壓為零(將兩輸入端都接“地”)時(shí),輸出電壓不一定等于零。這時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)RP來(lái)改變兩管的初始工作狀態(tài),從而使輸出電壓為零。但RP對(duì)相位相反的信號(hào)將起負(fù)反饋?zhàn)饔茫虼俗柚挡灰诉^(guò)大,一般RP值取在幾十歐姆到幾百歐姆之間。
5 結(jié)語(yǔ)
由以上分析可知,典型差動(dòng)放大電路既可利用電路的對(duì)稱性、采用雙端輸出的方式抑制零點(diǎn)漂移;又可利用發(fā)射極公共電阻RE的作用抑制每個(gè)三極管的零點(diǎn)漂移、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。因此,這種典型差動(dòng)放大電路即使是采用單端輸出,其零點(diǎn)漂移也能得到有效地抑制。所以這種電路得到了廣泛的應(yīng)用。
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評(píng)論
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