h5做招聘网站可以吗,温州优化网站,建设项目工程信息,购物商城网站开发我们发现TI公司提供了UA741的内部电路#xff0c;此电路包括22个晶体管#xff0c;11个电阻#xff0c;1个二极管#xff0c;1个电容。 1UA741设计需求
1.1有短路保护
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我们发现TI公司提供了UA741的内部电路此电路包括22个晶体管11个电阻1个二极管1个电容。 1UA741设计需求
1.1有短路保护
UA741的短路保护功能是指当输出端发生短路时该器件能够自动保护自身防止因短路导致的损坏。输出端短路就是连接输出端到地线例如输出5v被接地。
1.2有失调电压清零功能
失调电压是指当输入端没有输入信号时输出的偏移电压它表示了放大器对零输入量的误差情况。uA741的失调电压清零功能可以通过在输入之间连接一个低值电位器来实现。
1.3共模电压和差分电压范围宽泛
运算放大器的共模电压是指两个输入端的平均电压。
运算放大器的差分电压是指其正输入引脚非反向输入引脚与负输入引脚反向输入引脚之间的电压差值。
1.4无需频率补偿
频率补偿是指对信号进行处理以消除信号在传输、录制或播放过程中可能引起的频率失真。
UA741无需频率补偿意思就是UA741频率不会失真。
1.5无锁存
锁存器是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路用于缓存数据或在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存器的主要作用是解决高速控制器与慢速外设之间的不同步问题以及解决驱动和I/O口既能输出也能输入的问题。集成运放与锁存器在功能和用途上有明显的区别集成运放不具有锁存功能。
1.6有运放的基本功能
集成运算放大器的基本功能
集成将电路封装留出接口使其模块化便于移植。运算对电参量进行加减乘除、积分、微分等计算。放大器将电参量进行放大比如把电压从1V放大至5V。
2UA741设计需求如何实现
读图是对基本电路的熟悉。 电路需看出一级一级的电路一个一个的模块不要看是一个一个电阻、电容、三级管要对基本电路非常熟悉这样电路阅读才快。实际看电路是电阻、电容、三级管就是不会。
2.1UA741内部电路图 2.2差动输入级
模电知识回顾
1晶体管差动是一种利用晶体管的差分输入特性来放大两个输入信号的差值的技术。这种技术被称为差分放大电路也称为差动放大电路。(具体实现看模电差分放大电路)
2射极跟随器 3电流镜
4开环与闭环
电路中的开环和闭环主要指的是控制系统中的反馈机制。
开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。这种系统称为开环控制系统。开环控制不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统相当于单向操作。例如打开灯的开关后灯是否亮起对按开关的这个活动没有影响这就是开环控制的例子。开环控制系统比较简单容易掌握使用工作稳定但精度和速度的提高受到限制所以一般仅用于不考虑外界影响或惯性小、精度要求不高的一些系统。
闭环控制也称为反馈控制系统是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较由此产生一个偏差信号利用此偏差信号进行调节控制使输出值尽量接近于期望值。闭环控制通过将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环、参与控制的控制方式实现。例如饮水机或较先进的电水壶它们不用人工管理能够根据水温自动断电保温或加热这种系统定位精度高但系统复杂、调试和维修困难价格较贵主要用于高精度的系统。
5偏置电路是一种直流电路用于控制晶体管、场效应管等半导体器件的工作点使其稳定在某个特定的工作状态。
现在开始正式分析
深蓝色虚线区域是UA741的输入级一共有七颗晶体管Q1至Q7。
NPN晶体管Q1与Q2组成的差动对是整个741运算放大器的输入端。此外Q1/Q2各是一个射极跟随器接至共基极组态的PNP晶体管Q3/Q4。Q3与Q4的用途是电压位准移位器将输入级的电压位准调整至适当的位置用以驱动增益级的NPN晶体管Q16。Q3/Q4的另外一个功用就是作为抑制输入级偏置电流飘移的控制电路。
Q5至Q7组成的电流镜是输入级差动放大器的有源式负载。NPN晶体管Q7的作用主要在于利用本身的共射增益增加Q5与Q6电流镜复制电流的精准度。同时这个电流镜构成的有源式负载也以下列的过程将差动输入信号转为单端输出信号至下一级
A:由Q3流出的信号电流亦即因输入信号改变而引起的电流成分与偏置电流无关会流入电流镜的输入端也就是Q5的集电极。电流镜的输出端则是Q6的集电极连接至Q4的集电极。
B:Q3的信号电流流进Q5经由电流镜复制到Q6因此Q3与Q4的信号电流在此被相加。
C:对于差动信号而言Q3和Q4的信号电流大小相等、方向相反。因此相加的结果会等于原本信号电流的两倍。至此差动输入转换至单端输出的程序已经完成。
差动输入级送至增益级的电压等于信号电流与Q4和Q6集电极电阻并联的乘积对于信号电流而言Q4和Q6集电极电阻的值非常高因此开环的增益非常高。
特别值得一提的是741运算放大器的输入端电流并不等于零实际上741运算放大器的等效输入电阻约为2MΩ这个非理想现象导致741运算放大器两个输入端之间的直流电压准位会有些微的差异这个差异称为输入端偏移电压。在Q5和Q6的发射极有两个用来消除输入端直流电压偏移的端点可以借由外加直流电压将输入端偏移电压消除。
2.3增益级
紫色虚线区域是741运算放大器的增益级。
此增益级电路使用一个达灵顿晶体管Q15与Q19作为741运算放大器增益的主要来源。Q13与Q16是达灵顿晶体管的有源负载而电容C1从增益级的输出端连接至输入端作用是稳定输出信号。这种技巧在放大器电路设计中相当常见称为米勒补偿。米勒补偿会在放大器的信号路径上置入一个主极点降低其他极点对于信号稳定度的影响。通常741运算放大器主极点的位置只有10Hz也就是当741运算放大器在开环的情况下对于频率高于10Hz的交流输入信号增益只有原来的一半在主极点放大器的增益下降3dB即原本增益的一半。米勒补偿电容能减少高增益放大器的稳定度问题特别是如果运算放大器有内部的频率补偿机制能够让使用者更简易地使用。
2.4输出级
741运算放大器的输出级由图中绿色及浅蓝色虚线包围的区域构成。
绿色区域包括NPN晶体管Q16以及两个电阻R7与R8主要的功能是电压位准移位器或是Vbe的倍增器。由于基极端的偏置已经固定因此Q16集电极至发射极端的压降恒为一定值。假设Q16的基极电流为零则其基极至发射极间的跨压约为0.625V亦为R8的跨压故R7与R8的电流相等跨过R7的电压约为0.375V。因此Q16集电极至发射极间的跨压约为0.625V0.375V1V。这个1V跨压会对741运算放大器的输出信号造成轻微的交越失真有时候在某些用分立式器件实现的741运算放大器会改用两个二极管取代Q16的功能。
浅蓝色虚线包围的区域包括晶体管Q14、Q17以及Q20构成741运算放大器的输出级。加上Q16所设定的偏置这个输出级基本上是一个AB类推挽式发射极追随器推动输出级的晶体管是Q13与Q19。741运算放大器的输出级电压摆幅最高约可比正电源低1V由晶体管的集电极-发射极饱和电压所决定。
25Ω电阻R9的功能是限制通过Q14的电流最大值不超过25mA。对于Q20而言限流的功能则借由侦测流过Q19发射极电阻R11的电流再以此控制Q15的基极偏置电流来达成而后来的741运算放大器对于限流功能有更多改良的设计。虽然741运算放大器的输出阻抗不如理想运算放大器所要求的等于零不过在连接成负反馈组态应用时其输出阻抗确实非常接近零。
2.5电流源与偏置电路
红色虚线区域为741运算放大器的偏置电路及其电流镜。741运算放大器内部各级所使用的偏置电流均来自此区而这些偏置电流的源头是39KΩ的电阻R1、NPN晶体管Q11以及PNP晶体管Q12。正负电源的差值扣掉Q11与Q12的基极-发射极电压后再依照欧姆定律除R1的值即可得到参考电流源的大小 参考电流Iref经由Q11/Q10/R2组成的韦勒电流源复制后再由Q8/Q9组成的电流镜决定输入级的偏置电流从而决定输入级的直流状态。这个偏置电路的重要功能在于提供十分稳定的定电流给放大器的输入级可让输入的共模范围更大晶体管不会因为输入共模电压的改变而离开应有的工作区。假设当输入级晶体管Q1/Q2的偏置电流开始下降时供应电流给Q1/Q2的电流源Q8会侦测到这个改变进而改变从Q9流向Q10的电流。此时因为Q9与Q10的集电极端与Q3/Q4的基极端相连当Q9的电流下降时Q3/Q4的基极电流必须增加以满足由Q10与R2所设定的电流值。又因为Q3/Q4的基极电流增加迫使Q3/Q4的发射极电流也必须增加亦即将整个输入级的偏置电流拉回原本的大小。这样的机制等同于一个高增益的负反馈系统能够让输入级的直流工作点更加稳定进而让输入级的整体效能更好。
Q12/Q13组成的电流镜负责提供增益级电路的偏置电流让增益级的直流工作点不受其输出电压的干扰而飘移。
3UA741应用 参考链接
uA741运算放大器电路基本原理_ua741放大电路图及原理-CSDN博客
仙童的ua741运算放大器内部电路-CSDN博客
了解运算放大器规格 (Rev. B) (ti.com.cn)
运放741在显微镜下面的细节-电子发烧友网 (elecfans.com)
