首先給出放大電路的一般結(jié)構(gòu),然后從放大電路的制造工藝和制作成本出發(fā),分析設(shè)計(jì)分立放大電路和集成放大電路的不同。
1.組成放大電路的器件或原材料
圖1是典型分立(或離散)元器件構(gòu)成的放大電路原理圖。
圖1
構(gòu)成這類放大電路的主要元器件有三極管(場場效應(yīng)管)、電阻、電解電容(耦合或旁路用)等。
圖2是ua741運(yùn)算放大電路的原理圖,集成運(yùn)算放大電路中的電阻、電容和晶體管全部由單晶硅材料制作。
圖2
2.靜態(tài)偏置電路設(shè)計(jì)
分立元件放大電路中的電阻常用材料是金屬膜,成本遠(yuǎn)低于三極管。因此,分立元件放大電路中的偏置電路盡量采用電阻分壓器形式。而集成運(yùn)放由于制作工藝的特點(diǎn),制作一個(gè)大電阻所需的硅芯片面積要遠(yuǎn)高于制作晶體管的面積。因此,在集成放大電路中會(huì)盡量少用電阻,一般不采用電阻分壓方式提供靜態(tài)偏置。
分立元件放大電路中常用的大容量(大于1)電容通常是鋁質(zhì)電解電容,小容量電容有瓷片電容、獨(dú)石電容等,成本一般都較低。設(shè)計(jì)時(shí)可應(yīng)用大電容實(shí)現(xiàn)低頻交流旁路(圖1中的)或直流隔直作用(圖1中的c1,c2)。而集成運(yùn)放中,利用pn結(jié)電容效應(yīng)很難制作出容量稍大的電容。
由于制造工藝的限制,分立元件放大電路中不同三極管特性參數(shù)的離散性很大,例如,即使同一批次三極管的放大倍數(shù)可能在200~400之間,設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮。集成放大電路的特點(diǎn)是在同一基片上可以制作參數(shù)一致性好的晶體管。
因此,集成運(yùn)放電路中大量采用晶體管設(shè)計(jì)恒流源偏置電路。集電極負(fù)載也不采用電阻,而是采用恒流源作為負(fù)載。
3.級(jí)間耦合設(shè)計(jì)
放大電路的主要性能指標(biāo)有:電壓放大倍數(shù),電流放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻和通頻帶等。不同組態(tài)的單級(jí)放大電路的的指標(biāo)特性如表1。
單級(jí)放大電路由于不能同時(shí)滿足上述四個(gè)指標(biāo),因而必須采用多級(jí)級(jí)聯(lián)放大。級(jí)間耦合可以采用直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合等。
由于電解電容成本不高,在分立放大電路中級(jí)間常采用阻容耦合,這樣可減少各級(jí)之間靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響。
在集成運(yùn)放電路中通常只能制作小容量(幾十pf)電容,不能制作大容量電解電容,級(jí)間通常采用直接耦合。直接耦合時(shí),不但要考慮各級(jí)工作點(diǎn)之間的影響,還要考慮各級(jí)之間的電平偏移。