三極管常用應(yīng)用電路

1、1.三極管偏置電路_固定偏置電路三極管常用電路如上圖為三極管常用電路中的固定偏置電路:Rb 的作用是用來(lái)控制晶體管的基極電路Ib,Ib 稱為偏流,Rb 稱為偏流電阻 或偏置 電阻.改變Rb 的值 ,就可以改變Ib 的大小 .圖中 Rb固定 ,稱為固定偏置電阻.這種電路簡(jiǎn)單,使用元件少,但是由于晶體管的熱穩(wěn)定性差,盡管偏置電阻Rb 固定,當(dāng)溫度升高時(shí),晶體管的Iceo 急劇增加,使Ie 也增加 ,導(dǎo)致晶體管工作點(diǎn)發(fā)生變化.所以只有在溫度變化不大,溫度穩(wěn)定性不高的場(chǎng)合才用固定偏置電路2.三極管偏置電路_電壓負(fù)反饋偏置電路如上圖為三極管常用電路中的電壓負(fù)反饋偏置電路:晶體管的基極偏置電阻接于集電極.

2、這個(gè)電路好象與固定偏置電路在形式上沒(méi)有多大差別,然而正是這一點(diǎn),恰恰起到了自動(dòng)補(bǔ)償工作點(diǎn)漂移的效果.從圖中可見,當(dāng)溫度升高時(shí),Ic 增大,那么Ic 上的壓降也要增大,使得 Uce 下降,通過(guò)Rb,必然 Ib 也隨之減小,Ib 的減小導(dǎo)致Ic 的減小,從而穩(wěn)定了Ic,保證了Uce 基本不變.這個(gè)過(guò)程,稱為負(fù)反饋過(guò)程,這個(gè)電路就是電壓負(fù)反饋偏置電路2.三極管偏置電路_分壓式電流負(fù)反饋偏置電路如上圖為三極管常用電路中的分壓式電流負(fù)反饋偏置電路: 這個(gè)電路通過(guò)發(fā)射極回路串入電阻 Re 和基極回路由電阻R1,R2 的分壓關(guān)系固定基極電位以穩(wěn)定工作點(diǎn),稱為分壓式電流負(fù)反饋偏置電路.下面分析工作點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程.

3、當(dāng)溫度升高,Iceo 增大使 Ic 增加 .Ie 也隨之增加.這時(shí)發(fā)射極電阻Re 上的壓降Ue=Ie*Re也隨之升高.由于基極電位Ub 是固定的,晶體管發(fā)射結(jié)Ube=Ub-Ue, 所以 Ube 必然減小,從而使 Ib 減小 ,Ic 和 Ie 也就減小了.這個(gè)過(guò)程與電壓負(fù)反饋類似, 都能起到穩(wěn)定工作點(diǎn)的目的. 但是, 這個(gè)電路的反饋是Ue=Ie*Re, 取決于輸出電流,與輸出電壓無(wú)關(guān),所以稱電流負(fù)反饋.在這個(gè)電路中,上 ,下基極偏置電阻R1,R2 的阻值適當(dāng)小些,使基極電位Ub 主要由它們的分壓值決定.發(fā)射極上的反饋電阻Re 越大,負(fù)反饋越深,穩(wěn)定性越好.不過(guò) Re 太大 ,在電源電壓不變的情況

4、下,會(huì)使Uce下降,影響放大,所以Re要選得適當(dāng).如果輸入交流信號(hào),也會(huì)在Re上引起壓降,降低了放大器的放大倍數(shù),為了避免這一點(diǎn),Re兩端并聯(lián)了一個(gè)電容 Ce,起交流旁路作用.這種電路穩(wěn)定性好,所以應(yīng)用很廣泛.一、采用儀表放大器還是差分放大器盡管儀表放大器和差分放大器有很多共性，但設(shè)計(jì)過(guò)程的第一步應(yīng)當(dāng)是選擇使用何種類型的放大器。差分放大器本質(zhì)上是一個(gè)運(yùn)放減法器，通常使用大阻值輸入電阻器。電阻器通過(guò)限制放大器的輸入電流提供保護(hù)。它們還將輸入共模電壓和差分電壓減小到可被內(nèi)部減法放大器處理的范圍。之，差分放大器應(yīng)當(dāng)用於共模電壓或瞬態(tài)電壓可能會(huì)超過(guò)電源電壓的應(yīng)用中。與差分放大器相比，儀表放大器通常是帶

5、有兩個(gè)輸入緩沖放大器的運(yùn)放減法器。當(dāng)總輸入共模電壓加上輸入差分電壓（包括瞬態(tài)電壓）小於電源電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用儀表放大器。在最高精度、最高信噪比（SNR ）和最低輸入偏置電流（IB）是至關(guān)重要的應(yīng)用中，也需要使用儀表放大器。二、單片儀表放大器內(nèi)部描述1 、高性能儀表放大器ADI 公司於 1971 年推出了第一款高性能單片儀表放大器AD520 ， 2003 年推出 AD8221 。這款儀表放大器采用超小型MSOP 封裝并且在高於其它同類儀表放大器的帶寬內(nèi)提供增加的CMR它還比工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AD620 系列儀表放大器有很多關(guān)鍵的性能提高。2. AD8221 的引腳排列AD8221 是一種基於傳統(tǒng)的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)

6、的單片儀表放大器（見圖1 ）。輸入三極管Q1 和 Q2 在恒定的電流條件下被偏置以便任何差分輸入信號(hào)都使A1 和 A2 的輸出電壓相等。施加到輸入端的信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)通過(guò)RG 、 R1 和 R2 的電流以便A1 和 A2 的輸出提供正確的電壓。從電路結(jié)構(gòu)上， Q1 、 A1 、 R1 和 Q2 、 A2、 R2 可視為精密電流反饋放大器。放大的差分信號(hào)和共模信號(hào)施加到差分放大器A3 ，它抑制共模電壓，但會(huì)處理差分電壓。差分放大器具有低輸出失調(diào)電壓和低輸出失調(diào)電壓漂移。經(jīng)過(guò)激光微調(diào)的電阻器允許高精密儀表放大器具有增益誤差典型值小於20ppm 并且 CMR 超過(guò) 90dB （ G=1 ）。3. AD8

7、221 的 CMR 與頻率的關(guān)系4. AD8221 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系5. AD620 原理圖圖 6. AD620 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系A(chǔ)D8221 使用超 輸入三極管和一個(gè)IB 補(bǔ)償電路，它可提供極高的輸入阻抗，低IB，低失調(diào)電流（ IOS ），低 IB 漂移，低輸入IB 噪聲，以及8nV/（ Hz） 1/2 極低電壓噪聲。AD8221 的增益公式為AD8221 采用精心設(shè)計(jì)以保證用戶能夠使用一蘋外部的標(biāo)準(zhǔn)阻值的電阻器很容易和精確地設(shè)置 增益。由於 AD8221 的輸入放大器采用電流反饋結(jié)構(gòu)，所以它的增益帶寬乘積可以隨增益提高，從而 構(gòu)成一個(gè)在提高增益時(shí)沒(méi)有電壓反饋結(jié)構(gòu)的帶寬降低的系統(tǒng)

8、。為了甚至在低輸入信號(hào)幅度條件下也能保持精密度，對(duì)AD8221 的設(shè)計(jì)和布線采用了特別細(xì)心的考慮，因而能使儀表放大器的性能滿足甚至要求最嚴(yán)格的應(yīng)用（見圖3 和圖 4）。AD8221 采用獨(dú)特的引腳排列使其達(dá)到無(wú)與倫比的CMR 技術(shù)指標(biāo)，在10kHz （ G = 1 ）條件下為 80dB ，在 1kHz （ G = 1000 ）條件下為110dB 。平衡的引腳排列，如圖2 所示，減少了過(guò)去對(duì) CMR 性能有不利影響的寄生效應(yīng)。另外，新的引腳排列簡(jiǎn)化了PCB 布線，因?yàn)橄嚓P(guān)的印制線都分組靠近在一起。例如，增益設(shè)置電阻器引腳與輸入引腳相鄰，并且參考腳靠近輸出引腳。多年來(lái)，AD620 已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

9、的高性能、低成本的儀表放大器。AD620 是一種完整的單片儀表放大器，提供 8 引腳 DIP 和 SOIC 兩種封裝。用戶使用一蘋外部電阻器可以設(shè)置從1 到 1,000任何要求的增益。按照設(shè)計(jì)要求，增益10 和 100 需要的電阻值是標(biāo)準(zhǔn)的1% 金屬膜電阻值。AD620（見圖 5） 是傳統(tǒng) AD524 儀表放大器的第二代產(chǎn)品并且包含一個(gè)改進(jìn)的傳統(tǒng)三運(yùn)放電路。經(jīng)過(guò)激光微調(diào)的片內(nèi)薄膜電阻器R1 和 R2，允許用戶僅使用一蘋外部電阻器便可將增益精確設(shè)置到 100 ， 最大誤差在 0.3% 之內(nèi)。 單片結(jié)構(gòu)和激光晶圓微調(diào)允許電路元器件的精密匹配和跟蹤。8. AD620 的增益非線性(G=100, RL

10、=10k ,垂直刻度: 100 V=10ppm, 水平刻度2V/div)9. AD620 的小信號(hào)脈沖響應(yīng)(G=10 ， RL=2k ， CL=100pF)10. AD621 原理圖由 Q1 和 Q2 構(gòu)成的前置放大器級(jí)提供附加的增益前端。通過(guò) Q1-A1-R1 環(huán)路和 Q2-A2-R2 環(huán)路反饋使通過(guò)輸入器件Q1 和 Q2 的集電極電流保持恒定，由此使輸入電壓加在外部增益設(shè)置電阻器 RG 的兩端。這就產(chǎn)生一個(gè)從輸入到A1/A2 輸出的差分增益G， G= （ R1 R2） /RG 1。單元增益減法器A3 消除了任何共模信號(hào)，并產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)於REF 引腳電位的單端輸出。RG 的值還決定前置放大器

11、級(jí)的跨導(dǎo)。為了提供增益而減小RG 時(shí)，前置放大器級(jí)的跨導(dǎo)逐漸增加到相應(yīng)輸入三極管的跨導(dǎo)。這有三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。第一， 隨著設(shè)置增益增加，開環(huán)增益也隨著增加，從而降低了增益相對(duì)誤差。第二，（由C1 、 C2 和前置放大器跨導(dǎo)決定的）增益帶寬乘積隨著設(shè)置的增益一起增加，因而優(yōu)化了放大器的頻率響應(yīng)。圖6 示出 AD620 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系。AD620 還在寬頻率范圍內(nèi)具有優(yōu)良的CMR ，如圖 7 所示。圖8 和圖 9 分別示出AD620 的增益非線性和小信號(hào)脈沖響應(yīng)。第三，輸入電壓噪聲減少到9nV（ Hz） 1/2，主要由輸入器件的集電極電流和基極電阻決定的。內(nèi)部增益電阻器R1 和 R2 的阻值已

12、經(jīng)調(diào)整到24.7k， 從而允許只利用一蘋外部電阻器便可精確地設(shè)置增益。增益公式為這 ，電阻器RG 以 k 為單位。選擇24.7k 阻值是以便於可使用標(biāo)準(zhǔn)1%電阻器設(shè)置最常用的增益。14 分別示出AD621 的增益非線性和小信號(hào)脈沖響應(yīng)。AD621 與 AD620 類似，只是設(shè)置10 和 100 倍增益的增益電阻器已經(jīng)集成在芯片內(nèi) 無(wú)需使用外部電阻器。選擇 100 倍增益只需要一個(gè)外部跨接線（在引腳1 和 8 之間） 。 對(duì)於 10 倍增益，斷開引腳1 和引腳 8。 它在規(guī)定溫度范圍內(nèi)提供優(yōu)良的增益穩(wěn)定性，因?yàn)槠瑑?nèi)增益電阻跟蹤反饋電阻的溫度系數(shù)（ TC） 。 圖 10 是 AD621 的原理圖。

13、AD621 具有 0.15% 最大總增益誤差和 5ppm/ 增益漂移，它比AD620 的片內(nèi)精度高出許多。11. AD621 的 CMR 與頻率的關(guān)系12. AD621 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系A(chǔ)D621 也可使用一蘋外部增益電阻設(shè)置在10 和 100 之間的增益，但增益誤差和增益溫度漂移會(huì)變壞。使用外部電阻器設(shè)置增益公式為G=（ R1 R2） /RG+1圖 11 和圖 12 分別示出AD621 的 CMR 與頻率的關(guān)系以及閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系。圖13 和圖13. AD621 的增益非線性(G=10, RL=10k ，垂直刻度100 V/div=100ppm/div ，水平刻度2V/div)14

14、. AD621 的小信號(hào)脈沖響應(yīng)(G=10 ， RL=2k ， CL=100pF)圖 15. AD8225 原理圖2 、固定增益儀表放大器AD8225 是一種增益為5 的精密單片儀表放大器。圖15 示出它是一個(gè)三運(yùn)放儀表放大器。單位增益輸入緩沖器由超 NPN 三極管 Q1 和 Q2 以及運(yùn)放A1 和 A2 組成。這些三極管被補(bǔ)償以使它們的輸入偏置電流極低，典型值為100pA 或更低。因此，電流噪聲也很低，僅50fA/ （ Hz）1/2。輸入緩沖器驅(qū)動(dòng)一蘋增益為5 的差分放大器。因?yàn)?k 和 15k 電阻是比率匹配的，所以增益穩(wěn)定性在額定溫度范圍內(nèi)優(yōu)於5ppm/ 。與通常的可變?cè)鲆鎯x表放大器的單

15、位增益補(bǔ)償相比，AD8225 具有寬增益帶寬乘積，由於它被補(bǔ)償?shù)?5 倍固定增益。AD8225 創(chuàng)新的引腳排列也提高了高頻性能。由於引腳1 和 8 未用，所以引腳 1 可連接到引腳4。由於引腳4 也是 AC 接地，所以平衡了引腳2 和 3 上的寄生電容。3、低成本儀表放大器AD622 是 AD620 的低成本版本（見圖5）。AD622 采用改進(jìn)的生產(chǎn)方法以便以較低成本提供AD620 的大多數(shù)性能。圖18、圖 19 和圖 20 分別示出AD622 的 CMR 與頻率的關(guān)系，增益非線性以及閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系。16. AD8225 的 CMR 與頻率的關(guān)系17. AD8225 的增益非線性18.

16、AD622 的 CMR 與頻率的關(guān)系（RTI ， 01k 源阻抗不平衡）20. AD622 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系21. AD623 原理圖4、單電源儀表放大器單電源儀表放大器有一些特殊的設(shè)計(jì)問(wèn)題需要解決。輸入級(jí)必須能夠放大處?kù)督拥仉娢唬ɑ蚍浅＝咏拥仉娢唬┑男盘?hào)，并且輸出級(jí)擺幅要能夠接近地電位或電源電壓，即高於地電位或低於電源電壓幾個(gè)毫伏（mV ）。低電源電流也很重要。并且，當(dāng)儀表放大器工作在低電源電壓時(shí)，它需要有足夠的增益帶寬乘積、低失調(diào)電壓漂移和優(yōu)良的CMR 與增益以及CMR 與頻率的關(guān)系。AD623 是一種在三運(yùn)放儀表放大器電路基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)的儀表放大器以保證單電源或雙電源工作，甚至能

17、工作在共模電壓或者低於負(fù)電源電壓（或單電源工作時(shí)，低於接地電位）。其它特點(diǎn)包括 R-R 輸出電壓擺幅，低電源電流，超小型封裝，低輸入和輸出失調(diào)電壓， V 級(jí) DC 失調(diào)電壓漂移，高CMR ，以及僅用一蘋外部電阻器設(shè)置增益。如圖 21 所示，輸入信號(hào)施加到PNP 三極管作為電壓緩沖器和DC 電平移位器。在每個(gè)放大器（ A1 和 A2 ）反饋路徑中采用一蘋精度調(diào)整到0.1% 以內(nèi)的50k 電阻器保證精確的增益設(shè)置。差分輸出為這 以 k 為單位。使用輸出差分放大器，將差分電壓轉(zhuǎn)換為單端電壓，也抑制了輸入放大器輸出端上的任何共模信號(hào)。由於上述所有放大器的擺幅都能達(dá)到電源電壓的任一端，并且它們的共模范圍

18、擴(kuò)展到負(fù)電源電壓以下，因而進(jìn)一步提高了AD623 的擺幅范圍。應(yīng)當(dāng)注意，不像雙電源輸入電流補(bǔ)償?shù)膬x表放大器（例如，AD620 ）， Q1 和 Q2 的基極電流直接流出輸入端。由於這兩個(gè)輸入端（即Q1 和 Q2 的基極）可工作在接地電位（即，0V 或更準(zhǔn)確的說(shuō)，低於接地電位200mV ），所以為AD623 提供輸入電流補(bǔ)償是不可能的。但是，AD623的輸入偏置電流仍非常小最大值僅25nA 。23. AD623 的 CMR 與頻率的關(guān)系(VS= 5V)24. AD623 的增益非線性(G=-10,50ppm/div)25. AD623 的小信號(hào)脈沖響應(yīng)(G=10 ， RL=10k ， CL=100

19、pF)26. AD627 原理圖27. AD627 的 CMR 與頻率的關(guān)系28. AD627 的閉環(huán)增益與頻率的關(guān)系29 . AD627 的增益非線性（VS= 2.5V， G=5 ， 4ppm/ 垂直分格）圖 30. AD627 圖的小信號(hào)脈沖響應(yīng)（VS= 5V， G=+10,RL=20K， CL=50pF,20 s/ 水平分格 ,20mV/ 垂直分格）引腳 6 上的輸出電壓是相對(duì)引腳5 上的參考端電位測(cè)量的。參考端引腳的阻抗是100k 。內(nèi)部ESD 箝位二極管允許AD623 的輸入端、參考端、 輸出端和增益端安全地耐受高於或低於電源電壓 0.3V 的過(guò)壓。對(duì)於所有增益，并且在開機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)都

20、是這樣。對(duì)於後一種情況尤其重要，因?yàn)樾盘?hào)源和儀表放大器可能是分開供電的。如果預(yù)期過(guò)壓超過(guò)這個(gè)值，使用外部限流電阻器，應(yīng)該限制流過(guò)這些二極管的電流到10mA 。 這些電阻器的阻值由儀表放大器的噪聲幅度、電源電壓以及所需要的過(guò)壓保護(hù)確定。當(dāng) AD623 的增益增加時(shí)，會(huì)減小它的帶寬，因?yàn)?A1 和 A2 是電壓反饋運(yùn)算放大器。但是， AD623甚至在較高增益下，它仍有足夠的帶寬適合許多應(yīng)用。AD623 的增益是通過(guò)引腳1 和 8 之間的 RG 電阻器或由更精確的其它方法構(gòu)成的阻抗進(jìn)行設(shè)置的。圖 22 示出 AD623 的增益與頻率的關(guān)系。AD623 使用 0.1%1% 允許誤差的電阻器經(jīng)過(guò)激光微調(diào)

21、以達(dá)到精確增益。表 2 示出對(duì)應(yīng)各種增益所需要的RG 值。注意，對(duì)於G=1 ， RG 兩端不連接。對(duì)於任何任意的增益， RG 可使用以下公式計(jì)算RG=100 k/ （ G-1 ）圖 23 示出 AD623 的 CMR 與頻率的關(guān)系。注意在增益增加到100 時(shí)還具有很高的CMR ，并且當(dāng)頻率高達(dá)200Hz 時(shí)，在很寬的頻率范圍內(nèi)CMR 仍然很高。這保證了電源共模信號(hào)（以及它們的諧波）的衰減。圖24 示出 AD623 的增益非線性。圖25 示出 AD623 的小信號(hào)脈沖響應(yīng)。5、低功耗、單電源儀表放大器AD627 是一種單電源、微功耗儀表放大器，它僅使用一蘋外部電阻器可將增益配置在5 和 1,000之間。 它采用 3V30V 單電源