电工电子技术高级1剖析课件

基本放大电路的概念及工作原理基本放大电路的概念及工作原理基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析共集电极放大电路共集电极放大电路功率放大器和差动放大电路功率放大器和差动放大电路放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈第一节第一节 基本放大电路的概念及工作原理基本放大电路的概念及工作原理 基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。放大电路的功能是利用晶体管的控制作用，把输入的微弱电信号不失真的放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分的转化按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，使用较小的能量去控制较大能量转换的一种能量转换装置。利用晶体管的以小控大作用，电子技术中以晶体管为核心元件可组成各种形式的放大电路。其中基本放大电路共有三种组态：共发射极放大电路、共集电级放大电路共集电级放大电路和共基级放大电路。无论基本放大电路为何种组态，构成电路的主要目的是相同的；让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。放大电路的能量来源：放大电路的直流电源。放大电路必须具备的条件：1.保证放大电路的核心元件晶体管工作在放大状态，即要求其发射结正偏，集电结反偏。2.输入回路的设置应当使输入信号耦合到晶体管的输入电极，并形成变化的基极电流iB，进而产生晶体管的电流控制关系，变成集电极电流iC的变化。3.输出回路的设置应当保证晶体管放大后的电流信号能够转换成负载需要的电压形式。4.信号通过放大电路是不允许出现失真。一、放大电路的组成原则一、放大电路的组成原则一、放大电路的组成原则一、放大电路的组成原则基极电源基极电源双电源的单管共发射极放大电路双电源的单管共发射极放大电路双电源的单管共发射极放大电路双电源的单管共发射极放大电路ECC2+RCRB+C1VTICIBIEEB RL输输入入回回路路输输出出回回路路集电极电阻，约为几至几十欧集电极电阻，约为几至几十欧NPN型管型管耦合电容耦合电容耦合电容耦合电容基极电阻，约几基极电阻，约几十至几百千欧十至几百千欧集电极集电极电源，电源，约为几约为几至几十至几十伏伏负载电阻负载电阻 电路中发射极是输入、输出回路的公共支电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极射极 电压放大器。电压放大器。电路各部分作用：电路各部分作用：电路各部分作用：电路各部分作用：晶体管晶体管VT：放大器的：放大器的核心部件，在电路中核心部件，在电路中起电流放大作用；起电流放大作用；电源电源EC：为放大电路：为放大电路提供能量和保证晶体提供能量和保证晶体管工作在放大状态；管工作在放大状态；电源电源EB和电阻和电阻RB：使：使管子发射结处于正向管子发射结处于正向偏置，并提供适当的偏置，并提供适当的基极电流基极电流IB；耦合电容耦合电容C1和和C2：一般：一般为几微法至几十微法，为几微法至几十微法，利用其通交隔直作用，利用其通交隔直作用，既隔离了放大器与信号既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干源、负载之间的直流干扰，又保证了交流信号扰，又保证了交流信号的畅通；的畅通；电阻电阻RC：将集电极的电：将集电极的电流变化变换成集电极的流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压电压变化，以实现电压放大作用。放大作用。二、共射放大电路的组成及各部分作用二、共射放大电路的组成及各部分作用二、共射放大电路的组成及各部分作用二、共射放大电路的组成及各部分作用注意方向单电源共发射极单管放大电路单电源共发射极单管放大电路单电源共发射极单管放大电路单电源共发射极单管放大电路+UCCC2+RCRB+C1RL实用中，一般都采用单电源供电，而且把实用中，一般都采用单电源供电，而且把发射极的公共端作为发射极的公共端作为“地地”点，并按习惯点，并按习惯画法把集电极电源以电位形式标在图中。画法把集电极电源以电位形式标在图中。放大电路的直流通道放大电路的直流通道放大电路的直流通道放大电路的直流通道 晶体管放大电路实际上是晶体管放大电路实际上是一个一个交、直流共存交、直流共存交、直流共存交、直流共存的电路。当的电路。当交流信号交流信号ui=0时，电路所处的时，电路所处的工作状态称为工作状态称为“静态静态”，静态静态时等效电路称为它的时等效电路称为它的直流通道直流通道直流通道直流通道。+UCCRCRBUCEICIEIBUBE 直流通道中耦合电容相当于开路，电路中的各电压、电流都直流通道中耦合电容相当于开路，电路中的各电压、电流都是直流量。电路中仅有直流量时的工作状态称为是直流量。电路中仅有直流量时的工作状态称为“静态静态”。放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的直直直直流流流流通通通通道道道道VTui三、共射放大电路的工作原理三、共射放大电路的工作原理三、共射放大电路的工作原理三、共射放大电路的工作原理在直流电源+VCC和交流信号源ui共同作用下，电路中既有直流，也有交流。ui通过电容C1加到晶体管的基极，从而引起基极电流iB的相应变化，iB的变化使集电极电流iC随之变化，iC的变化量在集电极电阻RC上产生压降。集-射极之间电压uCE=VCC-iCRC。当iC增大时，uCE就减小，所以uCE的变化正好与iC相反。uCE中的直流分量被电容C2滤掉，交变分量经C2耦合传送到输出端，成为输出电压u0。若电路中各元件的参数选取适当，u0的幅度将比ui幅度大很多，将小信号ui被放大了，这就是放大电路的工作原理。u0=uce上图中电路在对输入信号放大的过上图中电路在对输入信号放大的过程中，加载在放大电路内部产生的程中，加载在放大电路内部产生的直流量，经过电容直流量，经过电容C2后，会滤掉直后，会滤掉直流量，从输出端提取的只是放大后流量，从输出端提取的只是放大后的交流信号。故在研究交、直流信的交流信号。故在研究交、直流信号时，可以单独分开讨论。号时，可以单独分开讨论。静静态态时时三三极极管管各各极极电电流流和和电电压压值值称称为为静静态态工工作作点点Q。静静态态分分析析主主要要是确定放大电路中的静态值是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和和UCEQ。基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析+UCCRCRBUCEICIEIBUBE由直流通道可对由直流通道可对由直流通道可对由直流通道可对QQ点进行估算：点进行估算：点进行估算：点进行估算：静静态态工工作作点点Q例：例：例：例：已知图中已知图中UCC=10V，RB=250K，RC=3K，=50，求放大电路的静态，求放大电路的静态工作点工作点Q。解：解：解：解：所以，所以，所以，所以，Q=IB=37.2A，IC=1.86mA，UCE=4.42V。一、放大电路静态分析的估算法一、放大电路静态分析的估算法一、放大电路静态分析的估算法一、放大电路静态分析的估算法共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。共发射极单管放大器的电压放大倍数较高。放大电路分析综合放大电路分析综合放大电路分析综合放大电路分析综合 有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。uSRS放大电路输入加放大电路输入加ui后，晶体管的后，晶体管的UBE就变成就变成了了ui+UBE；同时；同时iB=ib+IB；iC=ic+IC，晶体管，晶体管输出电压输出电压uCE=UCC-ICRC；经电容；经电容C2滤波后滤波后得到放大器输出电压：得到放大器输出电压：u0=UCC-iCRC由于由于iCRC是随是随ui的的增加而增加，因增加而增加，因此此u0随随ui增加而减增加而减小，即输出、输小，即输出、输入电压是入电压是反相关反相关反相关反相关系系系系，因此共发射，因此共发射放大电路也称为放大电路也称为反相器。反相器。+UCCuiC2+RCRBRB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBIB即：即：温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响问题讨论问题讨论问题讨论问题讨论温度升高温度升高ICBO增大增大增大增大IC增大增大对于固定偏置式共发射极放大电路而言，静对于固定偏置式共发射极放大电路而言，静态工作点由态工作点由UBE、和和ICEO、ICB0决定，这几个参决定，这几个参数均随温度的变化而发生变化。数均随温度的变化而发生变化。Q变变UBE ICEO变变T变变IC变变ICEO增大增大与温度基本无关与温度基本无关调节过程：调节过程：调节过程：调节过程：+UCCCERE uSRSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1三、分压式偏置共发射极电压放大器的分析三、分压式偏置共发射极电压放大器的分析在满足 I1I2IB的小信号条件下，当温度发生变化时，IC会暂时的发生变化，但是对基极电位没有多大的影响。RB2保证基极电位稳定VB。RE产生负反馈作用，从而造成电压增益下降过多。为了不使交流信号削弱，一般在RE的两端并联一个约为几十微法的较大射极旁路电容CE。而CE由于本身的隔直流作用对直流静态工作点不产生影响，相当于开路；由于其通交作用对交流放大信号视为短路。因此，对要放大的交流信号而言，RE被CE短路了，发射极可看成交流“接地”。+UCCCERE uSRSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1静态分析：静态分析：分压式偏置共发射极放大电路的直流通路例题例题例题例题：解：解：解：解：图图示示电电路路，已已知知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试试估估算算静静态态工工作点作点。用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点直流通路问题问题：如果电路如下图所示，静态分析如何？：如果电路如下图所示，静态分析如何？基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析一、共射放大电路的动态分析一、共射放大电路的动态分析 对放大电路进行动态分析，就是要求出放大电路对交流信号呈现的输入电阻ri、输出电阻r0和交流电压放大倍数Au。对放大电路进行动态分析时，一般不考虑直流量，研究的对象往往仅限于交流量，只是我们可以将直流电压源EC视为交流“接地”，耦合电容视为短路电容视为短路，电容的位置均用短接线代替，即可获得分压式偏置共射放大电路的交流通路。二、微变等效电路法二、微变等效电路法 微变等效电路法的思想：当信号变化的范围很小时，可认为晶体管电压、电流变化量之间的关系是线性的。故，可在小信号条件下，将晶体管线性化，把放大电路等效为一个近似的线性电路。其中电阻rbe为晶体管对交流信号电流ib所呈现的动态电阻，在微小信号情况下，可视为一个常数，其大小与静态工作点Q的位置有关。微变等效电路 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，这个线性电路就是放大器的微变等效电路，对该线性电路进行分这个线性电路就是放大器的微变等效电路，对该线性电路进行分析的方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信析的方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。右图所示为晶体管的输入特性曲线。在右图所示为晶体管的输入特性曲线。在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。点附近的微小范围内可以认为是线性的。当当uBE有一微小变化有一微小变化UBE时，基极电流变化时，基极电流变化IB，两者的比值称为三极管的动态输入电，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，即阻，即rbe。微变等效电路的基本思路微变等效电路的基本思路 输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化线，集电极电流的微小变化IC仅与基极电流仅与基极电流的微小变化的微小变化IB有关，而与电压有关，而与电压uCE无关，故集无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电控制的电流源，即：流源，即：由于放大器一般都由于放大器一般都工作在小信号状态，即工作在小信号状态，即工作点在特性曲线上的工作点在特性曲线上的移动范围很小。因此晶移动范围很小。因此晶体管虽然工作在非线性体管虽然工作在非线性状态下，但采用它的等状态下，但采用它的等效线性模型效线性模型微变等效电微变等效电微变等效电微变等效电路路路路所分析得出的结果，所分析得出的结果，与其真实状况相比仅有与其真实状况相比仅有微小误差，可运用线性微小误差，可运用线性电路模型分析问题则带电路模型分析问题则带给我们极大的方便。给我们极大的方便。RL uSRSuiRCRBu0uceiciiieib仅有交流信号作用仅有交流信号作用下，电容相当于短下，电容相当于短路，路，UCC=0相当于相当于“地地”电位，因此电位，因此电路为左图所示。电路为左图所示。放大电路的动态分析（交流通道）放大电路的动态分析（交流通道）uSRSuiRCRBu0iciiibibrbe上述微变等效电路中：上述微变等效电路中：电压放大倍数：电压放大倍数：对上述微变等效电路进行分析：对上述微变等效电路进行分析：式中式中RL=RC/RL共发射共发射极放大极放大电路的电路的微变等微变等效电路。效电路。输入电阻输入电阻Ri：当当RL=（开路）时：（开路）时：输出电阻输出电阻R0：共射极电压放大器由于共射极电压放大器由于rbe较小较小而使输入电阻而使输入电阻Ri不大；而输出不大；而输出电阻电阻R0=RC，显然不够小。，显然不够小。输入电阻输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为了减轻信号源的负担，总希望大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，越大越好。另外，较大的输入电阻较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻，也可以降低信号源内阻RS的影响，使放的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在共发射极放大电路中，由于大电路获得较高的输入电压。在共发射极放大电路中，由于RB比比rbe大得较多，大得较多，Ri近似等于近似等于r rbebe，一般在在几百欧至几千，一般在在几百欧至几千欧，因此是比较低的，即共射放大器输入电阻不理想。欧，因此是比较低的，即共射放大器输入电阻不理想。输入、输出电阻对放大器输入、输出电阻对放大器输入、输出电阻对放大器输入、输出电阻对放大器有何影响？有何影响？有何影响？有何影响？对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大器的对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大器的输出电阻输出电阻Ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，使得放的变化对输出电压的影响就越小，使得放大器带负载能力越强。大器带负载能力越强。共发射极放大电路中的输出电阻共发射极放大电路中的输出电阻Ro在几千欧至几在几千欧至几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。十千欧，一般认为是较大的，也不理想。共发射极电压放大器的电压放大倍数与晶体管的电流放大倍数、动态电阻rbe及集电极电阻RC、负载电阻RL均有关。由计算式可看出，当rbe 和RL一定时，Au与成正比。共发射极电压放大器的共发射极电压放大器的电压放大倍数与哪些参电压放大倍数与哪些参数有关？与晶体管的数有关？与晶体管的值成正比吗？值成正比吗？输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻RS的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在共发射极放大电路中，由于RB比rbe大得较多，Ri近似等于rbe，一般在在几百欧至几千欧，因此是比较低的，即共射放大器输入电阻不理想。对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大器的对负载而言，总希望放大电路的输出电阻越小越好。因为放大器的输出电阻输出电阻Ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，使得放的变化对输出电压的影响就越小，使得放大器带负载能力越强。大器带负载能力越强。共发射极放大电路中的输出电阻Ro在几千欧至几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。例题例题例题例题：解：解：解：解：图图示示电电路路，已已知知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试试估估算算静静态态工工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。（1）用估算法计算静态工作点）用估算法计算静态工作点（2）求电压放大倍数）求电压放大倍数（3）求输入电阻和输出电阻）求输入电阻和输出电阻共发射极电压放大器的特点可共发射极电压放大器的特点可共发射极电压放大器的特点可共发射极电压放大器的特点可以大致归纳为：以大致归纳为：以大致归纳为：以大致归纳为：具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，同时输入电阻具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数，同时输入电阻和输出电阻又比较适中，在对输入电阻、输出电阻和频率响应和输出电阻又比较适中，在对输入电阻、输出电阻和频率响应没有特殊要求的场合，一般均可采用。共发射极电压放大器是没有特殊要求的场合，一般均可采用。共发射极电压放大器是目前应用最广泛的基本放大电路。目前应用最广泛的基本放大电路。利用ie=ib（1+）的关系，把输入信号由晶体管的基极输入，而把负载电阻接在发射极上，即可构成如下图所示的共集电极放大电路。共集电极放大电路（射极输出器）共集电极放大电路（射极输出器）一、电路的组成一、电路的组成 对交流信号，直流电源为零，集电极相当于“接地”端。显然，“接地”集电极是输入回路与输出回路的公共端，故称为共集电极电压放大器，由于输出取自于发射极，因此电路又称射极输出器射极输出器。二、静态工作点二、静态工作点射极输出器的直流通路三、动态分析三、动态分析三、动态分析三、动态分析求电压放大倍数求电压放大倍数 通过上式可以看出Au1，且Au1，即uoui。电路没有电压放大作用，但ie=（1+）ib，所以电路中仍有电流放大和功率放大的作用。因输出电压跟随输入电压变化而变化（同相位），共集电极放大电路又称为射极跟随器射极跟随器。求输入电阻求输入电阻求输出电阻求输出电阻 从上式中得，射极输出器的输入电阻要比共发射极放大电路的输入电阻大很多，通常高达几十千欧至几百千欧。射极输出器由于输出电压与输入电压近似相等，当输入信号电压的大小一定时，输出信号电压的大小也基本上一定，即具有恒压输出特性，输出电阻较低。电压放大倍数小于电压放大倍数小于1，但约等于，但约等于1，即电压跟随。，即电压跟随。输入电阻较高。输入电阻较高。输出电阻较低。输出电阻较低。射极输出器的用途：射极输出器的用途：射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。射极输出器的特点：射极输出器的特点：射极输出器的特点：射极输出器的特点：一、功率放大器的特点及技术要求一、功率放大器的特点及技术要求一、功率放大器的特点及技术要求一、功率放大器的特点及技术要求1、效率尽可能高。2、具有足够大的输出功率。3、非线性失真尽可能小。二、功放电路中的交越失真二、功放电路中的交越失真二、功放电路中的交越失真二、功放电路中的交越失真 功放管VT1和VT2分别为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，RL为负载。观察电路，可看出此电路没有基极偏置，所以UBEl=UBE2=Ui。当Ui=0时，VT1、VT2均处于截止状态。显然，该电路可以看成是由两个射极两个射极输出出器器级联而成的功放而成的功放电路。路。考虑到晶体管发射结处于正向偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，UBEl=UBE20，VT2截止，VT1承担放大任务，有电流通过负载RL；而当信号处于负半周时，UBEl=UBE20，则VT1截止，VT2承担放大任务，仍有电流通过负载RL。功率放大器功率放大器由晶体管的输入特性可知，实际上晶体管都存在正向死区。因此，在输入信号正、负半周的交替过程中，两个功放管都处于截止状态，由此造成输出信号的波形不眼随输入信号的波形变化，在波形的正、负交界处出现了的失真，我们把这种失真现象称为交越失真。为消除交越失真，要求两个功放管的输入、输出特性完全一致，以达到工作特性完全对称状态。通常采用的方法是：在两个功放管的发射结加上一个较小的正偏电压，使两管都工作在微导通状态。这时，两个功放管，一个在正半周工作，另一个在负半周工作，互相弥补对方的不足，从而在负载上就能得到一个完整的输出波形。在这种状态下工作的电路就是甲乙类互补对称功率放大器，它解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾。OCLOCL（双电源互补对称电路）工作原理工作原理1)、静态工作情况分析V1、V2两管发射结电压分别为两管发射结电压分别为二极管二极管D1、D2的正向导通压降，的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态致使两管均处于微弱导通状态工作于工作于甲乙类状态。甲乙类状态。2)、动态工作情况分析设设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周周 V2加反向电压加反向电压 截止，截止，V1 基极电位进一步提高，进入基极电位进一步提高，进入良好的导通状态，良好的导通状态，il=ic1,负负半周半周V1加反向电压截止，加反向电压截止，V2 基极电位进一步降低，基极电位进一步降低，进入良好的导通状态，进入良好的导通状态，il=ic2。从而避免了交越失。从而避免了交越失真。真。uu+-oLRi2RD12R1VCCDVCCV1V21、双电源互补对称电路OCL电路是采用两只极性不 同，性能完全相同的三极管构成。2、OCL电路工作在乙类状态，存在交越失真，解决的办法是给两只三极管设置一定的静态工作点，使它们工作在甲乙类状态。消除交越失真。3、OCL电路的输出功率较大，效率较高。应用于大功率的场合。功效(1)零漂现象零漂现象 实验研究发现，直接耦合的多级放大电路，当输入信号为零时，输出信号电压并不为零，并且这个不为零的电压会随时间作缓慢的，无规则的，持续的变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂零漂。零漂现象是如何产生的呢?直接耦合的多级放大电路，其静态工作点相互影响，当温度、电源、电压、晶体管内部的杂散参数等变化时，虽然输入为零，但第一级的零漂经第二级放大，再传给第三级，依次传递的结果使外界参数的微小变化，在输出级产生很大的变化。其中温度的影响最大，所以有时把零漂也叫温漂温漂。由此可知，晶体管参数受温度的影响就是产生零漂的根本和直接原因。解决零漂最有效的措施是采用差动放大电路。三三.差动放大电路差动放大电路（2）差动放大电路）差动放大电路 差动放大电路也称差分放大电路，差动放大电路也称差分放大电路，是一种对零漂具有很强抑制能力的基本放大电路。差动放大电路由两个对称的共射极基本放大电路组成。其中，VT1、VT2是两个特性完全相同的晶体管，两个基极信号电压ui1、ui2大小相等、相位相反，差动放大电路的这种双端输入方式称为差模输入方式，所加信号称为差模信号。差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号，用uid表示，数值上等于两管输入信号的差值：uid=ui1-ui2 温度变化、电源电压波动等引起的零点漂移折合到放大电路输入端的漂移电压，相当于输入端加了“共模信号”，外界电磁干扰对放大电路的影响也相当于输入端加了“共模信号”。可见，共模信号共模信号对放大电路是一种干扰信号，对放大电路是一种干扰信号，因此，放大电路对共模信号不仅不应放大，反而应当具有较强的抑制能力。反馈的基本概念反馈的基本概念正反馈，负反馈；正反馈，负反馈；(常用瞬时极性法判断）常用瞬时极性法判断）直流反馈，交流反馈；直流反馈，交流反馈；电压反馈，电流反馈；电压反馈，电流反馈；串联反馈，并联反馈；串联反馈，并联反馈；放大电路的四种反馈组态：放大电路的四种反馈组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈；电流串联负反馈，电流并联负反馈；放放大大电电路路中中的的反反馈馈，是是指指将将放放大大电电路路输输出出电电量量(输输出出电电压压或或输输出出电电流流)的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入回路中。UBEQ UBQ-ICQRE将将输输出出电电流流 ICQ(IEQ)反反馈馈回回输输入入回回路路，改变改变UBEQ，使，使 ICQ 稳定。稳定。反馈概念的建立反馈概念的建立例例 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路反馈的分类反馈的分类一、正反馈和负反馈一、正反馈和负反馈反反馈馈信信号号增增强强了了外外加加输输入入信信号号，使使放放大大电电路路的的放放大倍数提高大倍数提高 正反馈正反馈反反馈馈信信号号削削弱弱了了外外加加输输入入信信号号，使使放放大大电电路路的的放放大倍数降低大倍数降低 负反馈负反馈反馈极性的判断方法：反馈极性的判断方法：瞬时极性法。瞬时极性法。先先假假定定某某一一瞬瞬间间输输入入信信号号的的极极性性，然然后后按按信信号号的的放放大大过过程程，逐逐级级推推出出输输出出信信号号的的瞬瞬时时极极性性，最最后后根根据据反反馈馈回回输输入入端端的的信信号号对对原原输输入入信信号号的的作作用用，判判断断出出反反馈的极性。馈的极性。(a)(a)正反馈正反馈(b)(b)负反馈负反馈例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。例：用瞬时极性法判断电路中的反馈极性。-因因为为差差模模输输入入电电压压等等于于输输入入电电压压与与反反馈馈电电压压之之差差，反反馈馈增增强强了了输输入入电电压压，所以为所以为正反馈正反馈。-反反馈馈信信号号削削弱弱了了输输入入信号，因此为信号，因此为负反馈负反馈。例例(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通路级间反馈通路(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路二、直流反馈和交流反馈二、直流反馈和交流反馈(a)直流负反馈直流负反馈(b)交流负反馈交流负反馈直直流流负负反反馈馈可可稳稳定定静静态态工工作作点点，交交流流负负反反馈馈用用以以改改善放大电路的性能。善放大电路的性能。根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流，还还是是直直流流，或或同同时时存在，来进行判别。存在，来进行判别。取决于反馈通路。取决于反馈通路。例例(+)(+)(+)(+)交、直流负反馈交、直流负反馈(+)交流正反馈交流正反馈三、电压反馈和电流反馈三、电压反馈和电流反馈如如果果反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电压压，则则为为电电压压反反馈馈；电电压压负负反馈的反馈信号与输出电压成比例；反馈的反馈信号与输出电压成比例；反反馈馈信信号号取取自自输输出出电电流流，则则为为电电流流反反馈馈，电电流流负负反反馈馈的反馈信号与输出电流成比例。的反馈信号与输出电流成比例。判断方法：判断方法：假设将输出端假设将输出端交流短路交流短路，如果反馈信号消失，则为电压如果反馈信号消失，则为电压反馈；否则为电流反馈。反馈；否则为电流反馈。输输出出短短路路后后，Re1 两两端端的的电电压压与与输输出出信信号号无无关关，即即反反馈馈信信号号消消失失，所所以以为为电电压反馈。压反馈。例：例：射极输出器反反馈馈信信号号末末消消失失，所所以以为为电电流反馈。流反馈。四、串联反馈和并联反馈四、串联反馈和并联反馈反馈信号与输入信号在输入反馈信号与输入信号在输入回路中以电压形式求和，为串联回路中以电压形式求和，为串联反馈；如果二者以电流形式求和，反馈；如果二者以电流形式求和，为并联反馈。为并联反馈。例：例：所以为并联反馈；所以为并联反馈；所以为串联反馈。所以为串联反馈。射极输出器负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 电路中引入负反馈后，一般造成电压放大倍数的下降，反馈电路中引入负反馈后，一般造成电压放大倍数的下降，反馈电压电压IERE越大，电压放大倍数下降越多。虽然负反馈引起越大，电压放大倍数下降越多。虽然负反馈引起A Au u下降，下降，但换来的却是放大电路稳定性的提高。提高放大电路的稳定性，但换来的却是放大电路稳定性的提高。提高放大电路的稳定性，是放大电路中至关重要的一个环节。是放大电路中至关重要的一个环节。负反馈具有稳定放大电路的作用，当然信号频率的变化引起负反馈具有稳定放大电路的作用，当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化也将减小，即引入负反馈可扩展放大电路的电压放大倍数的变化也将减小，即引入负反馈可扩展放大电路的通频带。的通频带。当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电路的非线性失真。路的非线性失真。负反馈能抑制反馈环内的噪声和干扰负反馈能抑制反馈环内的噪声和干扰 。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增加。电路中引入负反馈后，一般造成电压放大倍数的下降，反馈电压IERE越大，电压放大倍数下降越多。虽然负反馈引起Au下降，但换来的却是放大电路稳定性的提高。提高放大电路的稳定性，是放大电路中至关重要的一个环节。负反馈具有稳定放大电路的作用，当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化也将减小，即引入负反馈可扩展放大电路的通频带。当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电路的非线性失真路的非线性失真。集成运放的应用集成运放的应用集成运放的应用集成运放的应用 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器 1 1 1 1集成运算放大器概述集成运算放大器概述集成运算放大器概述集成运算放大器概述 集成运算集成运算放大器放大器 分立元件电路分立元件电路分立元件电路分立元件电路：单个元件连接起来的电路。集成电路集成电路集成电路集成电路相当于一种电压控制的电压源元件，即它能在外部输入信号控制下输出恒定的电压，但集成电路不是一个元件，而是具有一个完整电路的全部功能。目前，集成电路正向材料、元件、电路、系统四合一上过渡。利用特殊半导体技术，在一块P型硅基片上制作出许多二极管、三极管、电阻、电容和连接导线的电路称为集成工艺。基片上多包含的元器件数称为集成度。集成电路的型号类型很多，内部电路也分有差异，但他们的基本组成是相同的，主要由输入级、中间放大级、输出输入级、中间放大级、输出输入级、中间放大级、输出输入级、中间放大级、输出级和偏置电路级和偏置电路级和偏置电路级和偏置电路四部分构成。集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。构具有共同之处，一般由四部分组成。（1 1）输入级）输入级 集成运放的输入级又称为前置集成运放的输入级又称为前置级，是决定运放性能好坏的关键，级，是决定运放性能好坏的关键，输入级要求输入电阻高，差模电压输入级要求输入电阻高，差模电压放大倍数大，共模抑制比大，静态放大倍数大，共模抑制比大，静态电流小。一电流小。一般是高性能的双端输入般是高性能的双端输入差动放大器，差动放大器，利用其对称特性可以利用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路提高整个电路的共模抑制比和电路性能。性能。集成电路的几种外形集成电路的几种外形 （2）中间放大级）中间放大级 中间放大级是整个集成运放的主中间放大级是整个集成运放的主放大器，其性能的好坏直接影响集成放大器，其性能的好坏直接影响集成运放的放大倍数。在集成运放中，通运放的放大倍数。在集成运放中，通常采用复合管的共发射极电路作为中常采用复合管的共发射极电路作为中间级电路作为中间电路，即一般由多间级电路作为中间电路，即一般由多级放大电路组成，其主要作用是提高级放大电路组成，其主要作用是提高电压增益。电压增益。（3）输出级）输出级 输出级又称功率放大级，要求有输出级又称功率放大级，要求有较小的输出电阻以提高带负载能力，较小的输出电阻以提高带负载能力，一般由电压跟随器或互补电压跟随器一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，通常是由和两所组成，通常是由和两种极性的三极管和复合管组成，以获种极性的三极管和复合管组成，以获得正负两个极性的较大输出电压或电得正负两个极性的较大输出电压或电流，以降低输出电阻，提高带负载能流，以降低输出电阻，提高带负载能力。力。常常采用常常采用OCL电路电路 （）偏置电路（）偏置电路集成运放工作在线性区时，集成运放工作在线性区时，其外部常常接有偏置的反馈电其外部常常接有偏置的反馈电路，以便向集成运放内部各级路，以便向集成运放内部各级电路提供合适又稳定的静态工电路提供合适又稳定的静态工作点电流，一般由各种电流源作点电流，一般由各种电流源电路构成。电路构成。此外还有一些过载保护电路此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。及高频补偿环节等辅助环节。、集成运放芯片管脚功能及元器件特点、集成运放芯片管脚功能及元器件特点、集成运放芯片管脚功能及元器件特点、集成运放芯片管脚功能及元器件特点 集成运放总是采用金属或塑料封装在一起，是一个不可拆分的整体，所以也常把集成运放称为器件，作为一个器件，人们首先关心的是他们的外部连接和使用，对其内部情况仅有一些简单了解即可。因此，我们只重点介绍集成运放的管脚用途、管脚连接方式及运放的主要特点。（1）集成运放各管脚的功能）集成运放各管脚的功能 CF741（uA741）是单片高性能内补偿运算放大器，具有短路保护和失调电压调零能力，可用作积分器、求和放大器及普通反馈放大器。左图所示为左图所示为A741A741集成运算放大器的芯片实物外形图集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出，从实物外形图上可看出，A741A741集成运放有集成运放有8 8个管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：个管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：1 A741A7412876543空脚空脚正电源端正电源端输出端输出端调零端调零端调零端调零端 反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端负电源端负电源端集成运放的电路图符号集成运放的电路图符号 U0U+U-同相输入同相输入反相输入反相输入+12V输出输出6513724-12V调零电位器调零电位器外部接线图外部接线图 3 3 3 3集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标（1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Au0 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。集成运放的下的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为一般很高，约为104107；集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧；集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧；由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间；低，约在几十欧至几百欧之间；（2）差模输入电阻）差模输入电阻ri和输出电阻和输出电阻r0 指运放两个输入端能承受的最大共模输入电压。共模电压超指运放两个输入端能承受的最大共模输入电压。共模电压超出这个电压时，输入差分对管子的工作点将进入非线性区，运放的出这个电压时，输入差分对管子的工作点将进入非线性区，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。（3）最大共模输入电压）最大共模输入电压Uicmax 3 3 3 3理想集成运算及其传输特性理想集成运算及其传输特性理想集成运算及其传输特性理想集成运算及其传输特性 为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：成运放理想化，集成运放的理想化参数为：开环电压放大倍数开环电压放大倍数Auo=；差模输入电阻差模输入电阻 ri=；输出电阻输出电阻 r0=0；共模抑制比足够大，共模抑制比足够大，理想情况下理想情况下KCMR=。理想特性理想特性集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性u0(V)ui(mV)0U0MU0M实际特性实际特性 在做集成运放的一般原理性分析时，只要实际应用条件不是运放的某个技术指标明显下降，均可把运算放大器产品视为理想的。其集成运放的电压传输特性如图所示：Auo=、ri=、r0=0、KCMR=。理想特性理想特性集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性u0(V)ui(mV)0U0MU0M实际特性实际特性 为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：理想化，集成运放的理想化参数为：电压传输特性给出了集成运放开环电压传输特性给出了集成运放开环时输出电压与输入电压之间的关系。时输出电压与输入电压之间的关系。可以看出，当集成运放工作在线性可以看出，当集成运放工作在线性区区（+U0M U0M)时，时，其实际特性与理其实际特性与理想特性非常接近；由于集成运放的电压想特性非常接近；由于集成运放的电压放大倍数相当高，即使输入电压很小，放大倍数相当高，即使输入电压很小，也足以让运放工作在饱和状态也足以让运放工作在饱和状态使输出使输出电压保持稳定。电压保持稳定。线性区线性区饱和区饱和区输出、输入电压的关系：输出、输入电压的关系：输出、输入电压的关系：输出、输入电压的关系：根据集成运放的理想化条件，可以导出两根据集成运放的理想化条件，可以导出两根据集成运放的理想化条件，可以导出两根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析依据：依据：依据：依据：（1）虚短：虚短：虚短：虚短：理理想想运运放放的的开开环环电电压压放放大大倍倍数数很很高高，因因此此，当当运运放放工工作作在在线线性性区区时时，相相当当于于一一个个线线性性放放大大电电路路，输输出出电电压压不不超超出出线线性性范范围围。理理想想情情况况下下Auo=，则则uu，即即理理想想运运放放两两两两个个个个输输输输入入入入端端端端的的的的电电电电位位位位相相相相等等等等。两两点点等等电电位位相相当当于于短短路路，实实际际上上两两个个输输入入端端并并未未真真正短接，因此称为正短接，因此称为虚短虚短虚短虚短。（2）虚断虚断虚断虚断：差差模模输输入入电电阻阻ri=，可可认认为为没没有有电电流流能能流流入入理理想想运运放放，即即ii0，即即理理想想运运放放内内部部不不需需要要向向信信号号源源索索取取任任何何电电流流，两两两两个个个个输输输输入入入入端端端端的的的的电电电电流流流流恒恒恒恒为为为为零零零零。实实际际集集成成运运放放流流入入同同相相输输入入端端和和反反向向输输入入端端中中的的电电流流十十分分微微小小，因因此此流流入入运运放放的的电电流流往往往往可可以以忽忽略略不不计计，这这一一现现象象相相当当于于运运放放的的输输入入端端开开路路，故故，运运放放的的输输入入端端并不是真正断开，这种情况称为并不是真正断开，这种情况称为虚断。虚断。虚断。虚断。1 1 1 1反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路 集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两大类。当集成运放通过外接电路引入负反馈时，集成运放成闭环并工作在线性区集成运放成闭环并工作在线性区，可构成模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电路和有源滤波电路等；若工作在非线性区，集成运放则可构成各种电压比较器和矩形波发生器等。先介绍集成运放的线性应用。集成运放的应用集成运放的应用集成运放的应用集成运放的应用式中负号表示输出电压与式中负号表示输出电压与输入电压的相位相反输入电压的相位相反+12Vu06513724-12VR2R1uii1ifRFR R2 2是是是是平衡电阻：平衡电阻：平衡电阻：平衡电阻：2 2 2 2同相比例运算电路同相比例运算电路同相比例运算电路同相比例运算电路 +12Vu06513724-12VR2R1uii1ifRF 可可见同相比例运算同相比例运算电路路的的电压放大倍数放大倍数必定大于必定大于必定大于必定大于1 1，而且而且仅仅由外接由外接由外接由外接电电阻的数阻的数阻的数阻的数值值来来来来决定，与运放本身的参数无决定，与运放本身的参数无决定，与运放本身的参数无决定，与运放本身的参数无关关关关。3 3 3 3加、减法运算电路加、减法运算电路加、减法运算电路加、减法运算电路 （1 1）加法运算电路）加法运算电路）加法运算电路）加法运算电路+12Vu06513724-12VRPR3ui3i3ifRFR1ui1i1R2ui2i2当当R1=R2=R3=RF 时：时：若再有若再有R1=RF 时，则：时，则：例：例：例：例：可见加法运算电路也和运放本身的参数无关，只要外接电阻可见加法运算电路也和运放本身的参数无关，只要外接电阻可见加法运算电路也和运放本身的参数无关，只要外接电阻可见加法运算电路也和运放本身的参数无关，只要外接电阻阻值足够精确，就可以保证加法运算的精度和稳定性。阻值足够精确，就可以保证加法运算的精度和稳定性。阻值足够精确，就可以保证加法运算的精度和稳定性。阻值足够精确，就可以保证加法运算的精度和稳定性。求出下图电路中求出下图电路中u0、ui的关系。的关系。解解解解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成，因此：算电路级联而成，因此：（2 2）减法运算电路）减法运算电路）减法运算电路）减法运算电路+12Vu06513724-12VR3R1ui1i1ifRFR2ui2分别单独考虑各输入电源的作用 4 4 4 4微分、积分运算电路微分、积分运算电路微分、积分运算电路微分、积分运算电路 （1 1）积分运算电路）积分运算电路）积分运算电路）积分运算电路ui为恒定电压时积分电路为恒定电压时积分电路uo的波形的波形（2 2）微分运算电路）微分运算电路）微分运算电路）微分运算电路判断题1.差动放大电路又叫差分电路，他不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化多引起的零点漂移，因而获得广泛的应用。2.负反馈不仅可以提高放大电路的稳定性、减少非线性失真，还可以使放大电路的通频带得到展宽。选择题1.射极输出器的主要特点是（）。（A）电压放大倍数小于1，输入阻抗低、输出阻抗高（B）电压放大倍数小于1，输入阻抗高、输出阻抗低（C）电压放大倍数大于1，输入阻抗低、输出阻抗高（D）电压放大倍数大于1，输入阻抗高、输出阻抗低2.射极输出器是典型的（）。（A）电流串联负反馈；（B）电压并联负反馈；（C）电压串联负反馈；（D）电流并联负反馈3.射极输出器的输出电阻小，说明该电路的（）（A）带负载能力强；（B）带负载能力差；（C）减轻前级或信号源负荷；（D）功耗小（）（）（B）（C）（A）4.如果希望提高某放大器的输入电阻和稳定输出电压，则应当选用（）。（A）电压串联负反馈（B）电压并联负反馈（C）电流串联负反馈（D）电流并联负反馈5.直流负反馈是指（）。（A）存在与RC耦合电路中负反馈（B）放大直流信号时才有的负反馈 （C）直流通路中的负反馈（D）只存在于直接耦合电路中的负反馈6.负反馈所能抑制的干扰和噪声是（）。（A）输入信号所包含的干扰和噪声（B）反馈环内的干扰和噪声（C）反馈环外的干扰和噪声（D）输出信号中的干扰和噪声（A）（C）（B）判断题1.理想集成运放输入级要求输入电阻低，差模放大倍数小，共模抑制比小，静态电流小。（）2.集成运放不但能处理交流信号，也能处理直流信号。（）3.理想运放通常满足以下条件（1）开环电压放大倍数Au0=，（2）差模输入电阻ri=0。（）单选题1.某放大电路在负载开路时的输出电压为4V，接入3K的负载电阻后输出电压降为3V，这说明放大电路的输出电阻为（）。（A）10K（B）2K（C）1K（D）0.5K2.为了减小温漂，通用型运放的输入级大多采用（）。（A）共射电路（B）共集电路（C）差动放大电路（D）OCL电路（）（）（）（C）（C）3.为了减小输出电阻并提高效率，通用型运放的输出级大多采用（）。（A）共射电路（B）共集电路（C）差动放大电路（D）OCL电路4.通用型集成运放的输入级采用差动放大电路，这是因为它的（）。（A）输入电阻高（B）输出电阻低（C）共模抑制比大（D）电压放大倍数大多选题1.理想运放的重要结论是（）。A、虚短 B、虚断 C、断路 D、短路判断题1.集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数，输入电阻很大，输出电阻很小的直接耦合多级放大电路。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。（）2.集成运放在开环状态下，输入与输出之间存在线性关系。（）单选题1.通用型集成运放的输入级采用差动放大电路，这是因为它的（）。（A）输入电阻高 （B）输出电阻低 （C）共模抑制比大 （D）电压放大倍数大（D）（C）（AB）（）（）（C）