开云-LM358前级放大的疑问

LM358前级放年夜的疑问 时候：2024-12-14 20:15:44 手机看文章

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1、媒介

昨天，看到 B站的伴侣留言，讲述了他的一个迷惑。认为这是一个至今无人能解决的问题。  他提到常见到的运放 LM358，假如工作在单电源下，数据手册上给出它的共模输入电压很是低，乃至可以小在0V. 那末问题来了，假设，LM358的两个输入端处在 0偏置状况。对输入级的差分放年夜电路来说，Q2、Q3的基极应当是 0.7V。下面的电流镜负载对地之间也是 0.7V。Q2，Q3两个三极管，集电极 PN结的偏置电压就是 0V。如许一来，这两个三极管现实上处在饱和状况。他认为此时运放就不克不及够正常工作了呀。但现实上，LM358此时依然具有正常放年夜功能。对如许的一个迷惑，理论上该若何应对呢？

2、问题注释

起首，LM358工作在单电源下，两个输入真个偏置电压简直可以到达 0V。这一点，我在 客岁 12月24日测试过，大师感爱好可以找到我的这个尝试记实视频。尝试成果显示，在单电源5V下，LM358的输入偏置电压从0V一向到3.8V摆布，运放都具有线性放年夜功能。那末，接下来，我们阐发一下上面同窗所提出的疑问理论上该若何注释。

这位伴侣之所以认为这个问题看似悖论，最首要的仍是按照通俗教科书上的结论而获得的。一般的电子教科书，对三极管的放年夜前提，都是要求三极管 集电极和基极之间的PN结需要反偏，如许三极管处在放年夜区域。假如集电极-基极之间电压为0，三极管处在饱和状况，三极管不具有放年夜特征。可是，请留意，这里的放年夜特征是指三极管具有电压放年夜特征，或指对旌旗灯号的功率放年夜特征。

对集成运放LM358来说，它的低级首要是对输入旌旗灯号进行电放逐年夜。然后经由过程下面的电流镜将两个输入端放年夜的电流旌旗灯号进行差分，再送到后级进行电压放年夜。所以，此刻就只留下一个问题了，三极管处在饱和状况下，是不是还电放逐年夜功能。这一点在通俗的电子教材书中一般不会进行会商的。

3、奇异的三极管PN结

我在2020年7月写的一篇博文中，介绍了上个世纪 70年月，由Inman Miller 所做的一个尝试。用在丈量 PN结的电压电流关系，进而计较出 Boltzmann 常数的尝试电路。这里也是一个 PNP 三极管，它的基极毗连到地线，按照后面运放输入真个 虚短特征，集电极电位也是 0V。输入电压施加在发射极与基极之间，所发生的电流绝年夜部门都流向集电极，并颠末运放转换构成电压旌旗灯号。这两个电压旌旗灯号之间的关系就对应了 PN 结的电压与电流关系。这个尝试告知我们一个常常疏忽的事实，那就是三极管在深度饱和状况下，依然具有很年夜的电放逐年夜特征。只不外此时，这个电路就不再具有电压放年夜特征了。

凡是环境下，对PN结的理解不克不及够依照通俗电阻来看待。此刻将这个二极管两头都接地，仿佛里面的载流子不该该移动了。可是在PN结中存在着由于分散而发生的内部电场。这个电场在对 PN结四周的载流子可以或许起到鞭策感化。假如PN结四周呈现了过剩的电子，好比就是由四周别的的一个PN打针过来的电子，这些电子就会在内部电场的感化下都移动到 右侧。是以，对三极管来说，即便集电极和基极之间，外部引线上都是 0V，可是内部仍是存在着PN结电场，在三极管中，对由 发射极发送过来的电子，绝年夜部门仍是被 集电极PN结进行接收搬运到集电极。此时，三极管依然具有很年夜的电放逐年夜功能。

※ 总 结 ※

本文对 B站伴侣提出的一个迷惑进行解答。运放中前后具有多级放年夜电路，低级的放年夜电路首要起到阻抗匹配和电流差分。固然三极管的集电极和基极之间处在 0偏状况，乃至微弱的正偏，但依然具有电放逐年夜功能。此刻的时期，留给我们通俗人理论上需要解决的问题现实上其实不太多了。

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