五--三极管放大电路

1、放大器将输入的信号放大放大器将输入的信号放大扬声器由扬声器由放大后的放大后的信号驱动信号驱动5.3 三极管放大电路三极管放大电路放大的概念放大的概念在生产实践中常常需要将微弱的在生产实践中常常需要将微弱的电信号电信号放大，放大，使之变成较大的信号。使之变成较大的信号。例如：扩音机电路。例如：扩音机电路。扩音机的主要组成部分是放大器。扩音机的主要组成部分是放大器。放放大大器器话筒将声音话筒将声音信号转换成信号转换成微微弱电信号弱电信号电路工作电源电路工作电源u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要

2、求：不失真，放大的前提放大的基本要求：不失真，放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点放大元件放大元件T：工工作在放大区，要作在放大区，要保证发射结正偏保证发射结正偏集电结反偏。集电结反偏。5.3.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成ui输入输入uo输出输出RBECEBRCC1C2VT使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的静并提供适当的静态工作点。态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RBECEBRCC1C2VT为电路提供为电路提供能量。并保能量。并保证集电结反证集电结反偏。偏。RBECEBRCC1C2VT集电极集电极电源电源变化的电流转变化的电流转变为

3、变化的电变为变化的电压。压。RBECEBRCC1C2VT集电极电阻集电极电阻RBECEBRCC1C2VT耦合电容：耦合电容：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。单电源供电单电源供电可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2VTRB+ECRCC1C2VT单电源供电单电源供电5.3.1 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理交流电压放大器交流电压放大器: :输入：交流小信号输入：交流小信号 ui输出：交流大信号输出：交流大信号 uo正常工作时，直流电源供电正常工作时，直流电源供电各极的电压、电流为：各极的电压、电流为：iB，uBE，iC，uCE均为均为直流直流与与交流交流

4、的叠加！的叠加！RB+ECRCC1C2uiuoiBiCuBEuCEui=0时时由于电源由于电源的存在的存在IB 0IC 0IBICIE=IB+ICRB+ECRCC1C2VT1. 静态：当静态：当 ui=0时时IB、UBE， IC、UCE 均为均为直流直流信号信号！RB+ECRCC1C2VTIBICUBEUCE( IC,UCE )(IB,UBE)iBtIBuBEtUBEiCtICuCEtUCE均为直流均为直流！(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分别对应于输入输出分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为特性曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC

5、IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化2. 动态：当动态：当 输入输入ui时时ICUCEicuCE的变化沿一条直线的变化沿一条直线: :负载线负载线ucuCE相位如何相位如何uCE与与uBE反相反相！RB+VCCRCC1C2uiuoiBiCuBEuCE满足满足：uCE=UCC-iCRCRB+ECRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形各点波形各点波形各点波形表示直流量表示直流量表示直流量表示直流量表示直流量表示直流量表示直流量表示直流量iBtIBiCtICuCEtUCE均为直流均为直流+ +交流交流！uBEtUBEiB = IB

6、 + ib uBE = UBE + ube iC = IC + ic uCE = UCE + uce 表示交流量表示交流量表示交流量表示交流量表示交流量表示交流量表示交流量表示交流量ibubeuceic3. 静态工作点的作用静态工作点的作用1.当当ui=0时时IBQ=0，ICQ= IBQ =0，UCEQ=VCC晶体管处于晶体管处于截止截止状态。状态。RB+VCCRCC1C2uiuO若其峰值小于若其峰值小于b-e间的开启电压间的开启电压Uon,则在信号的整则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，输出电压毫个周期内晶体管始终工作在截止状态，输出电压毫无变化。无变化。uit0Uontuo0VC

7、C2.当当ui0时时RB+VCCRCC1C2若信号幅度足够大，晶体管只可能在信号正半周大若信号幅度足够大，晶体管只可能在信号正半周大于于Uon的时间间隔内导通，导致输出电压严重失真的时间间隔内导通，导致输出电压严重失真。Uontuo0VCCt0uiRB+VCCRCC1C2 只有在信号的整只有在信号的整个周期内晶体管始终个周期内晶体管始终工作在放大状态，输工作在放大状态，输出信号才不会产生失出信号才不会产生失真。这就真。这就必须设置合必须设置合适的静态工作点适的静态工作点。归纳归纳1、放大器正常工作时，需设置合适的、放大器正常工作时，需设置合适的静态工作点静态工作点，目的是避免非线性，目的是避免

8、非线性失真失真；2、放大器正常工作时，所有的电压、放大器正常工作时，所有的电压、电流均为电流均为直流直流+交流交流；3、基本放大器正常工作时，输出电压、基本放大器正常工作时，输出电压与输入电压与输入电压反相位反相位。放大电路的主要性能指标：放大电路的主要性能指标：放大倍数放大倍数A；输入电阻；输入电阻Ri；输出电阻；输出电阻 Ro；oI Rs+-+-RL+-放大放大电路电路RiRo+-iI iU oU sU oU 信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流5.3. 2 基本放大电路的性能指标基本放大电路的性能指标1、电压放大倍数电压放大倍数

9、AuiouUUA = =Ui：输入电压输入电压。电压放大倍数反映了电压放大倍数反映了放大器的放大能力。放大器的放大能力。电压放大倍数与放大电压放大倍数与放大器的结构和器件参数器的结构和器件参数有关。有关。一级放大器的电压放一级放大器的电压放大倍数有限。大倍数有限。Uo：输输出出电压电压。采用放大器级连的方法，可取得大电压放采用放大器级连的方法，可取得大电压放大倍数。大倍数。uiuoAu1Au2AunAu3uo1ui2uo2ui3Au = Au1 Au2 Au3 Aun多级放大多级放大2、输入电阻输入电阻 ri放大电路一定要有前级（信号源）为放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从

10、信号源取电流。其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。得的电流越小，对前级的影响越小。Au输入电阻输入电阻：USIiUiiiiIUr = =电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。3、输出电阻输出电阻 ro放大电路对其负载而言，相当于信号源，放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等

11、效电路，这个戴我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。维南等效电路的内阻就是输出电阻。rosU AuUS输出电阻大一些好还是小一些好？输出电阻大一些好还是小一些好？UOrosU RL输出电阻越小，在负载变化时，引起输输出电阻越小，在负载变化时，引起输出电压的变化越小，即输出电压越稳定出电压的变化越小，即输出电压越稳定所以，输出电压所以，输出电压越小越小，带负载能力，带负载能力越强越强！5.3.3 5.3.3 基本放大电路的分析基本放大电路的分析5.3.3.1 5.3.3.1 直流通路与交流通路直流通路与交流通路5.3.3.2 5.3.3.2 基本放大电路的静态分

12、析基本放大电路的静态分析5.3.3.3 5.3.3.3 基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析32放大电路的分析方法放大电路的分析方法分析原则：分析原则：先静后动，动静分开先静后动，动静分开静态分析：静态分析： 估算静态工作点估算静态工作点动态分析：动态分析： 放大倍数；输入输出电阻；放大倍数；输入输出电阻；通频带；分析失真通频带；分析失真使用交使用交流通路流通路使用直流使用直流通路通路5.3.3.1 5.3.3.1 直流通路与交流通路直流通路与交流通路1 1、直流通路：、直流通路：信号源视为短路，但应保留其内阻。信号源视为短路，但应保留其内阻。在直流电源作用下静态（直在直流电源作用下静

13、态（直流）电流流经的通路。流）电流流经的通路。画法：画法：电容视为开路；电容视为开路；电感线圈视为短路（即忽略线圈电阻）电感线圈视为短路（即忽略线圈电阻）估算静态工作点估算静态工作点用直流通路用直流通路注意注意！开路开路开路开路Rb+VCCRC直流通路直流通路Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C22 2、交流通路、交流通路容量大的电容（如耦合电容）视为短路；容量大的电容（如耦合电容）视为短路；输入信号作用下交流信输入信号作用下交流信号流经的通路号流经的通路画法：画法：无内阻的直流电源（如无内阻的直流电源（如+VCC）视为短路。）视为短路。动态分析用动态分析用交交流流通路通路注意

14、注意！交流通路交流通路Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2Rb+-+-RLOUiUTRcic1、静态工作点的估算：、静态工作点的估算：UBEQ已知！已知！画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路由直流通路列方程求解由直流通路列方程求解6.2.2 6.2.2 基本放大电路的静态分析基本放大电路的静态分析Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2直流通路直流通路RbRc+VCCTRc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2直流通路直流通路RbRc+VCCTCECCCcUVI R=CCBEBBVUIR=CBII=(IB,UBE) 和和( IC,UCE )分

15、别对应于输入输出分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为特性曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC2、静态工作点的影响：、静态工作点的影响：BRILCQiciBuoIBQQuCEiC0ICQUCEQt合适的工作点在负载合适的工作点在负载线的中间。正常工作线的中间。正常工作时不会产生失真。时不会产生失真。静态工作点合适：静态工作点合适： uCEiCQIBQ0uBEiBttibuiUBEQQ0icuotibt基本共射放大电路的基本共射放大电路的截止失真截止失真Q Q点过低，信号进入截止区。点过低，信号进入截止区。产生截止失真的原因：产生截止失真的原因：

16、ICQUCEQuCEiCQIBQ0uBEiBttibuiUBEQQ0icuotibt消除消除截止失真的方法截止失真的方法工作点上移：工作点上移：-减小减小RbICQUCEQQQQuCEiC0UCEQICQibuotQIBQttibuiUBEQ基本共射放大电路的基本共射放大电路的饱和失真饱和失真0uBEiBQ Q点过高，信号进入饱和区。点过高，信号进入饱和区。产生饱和的原因：产生饱和的原因：消除饱和失真的方法消除饱和失真的方法消除方法：增大消除方法：增大Rb。 Q Q归纳：归纳：Q点过低（点过低（IB小，小，IC小，小，UCE大），产生截止失真；输出波大），产生截止失真；输出波形被削掉正半周；形

17、被削掉正半周；Q点过高（点过高（IB大，大，IC大，大，UCE小），产生饱和失真；输出波小），产生饱和失真；输出波形被削掉负半周；形被削掉负半周；调：调： Rb IB IC Q点点调：调： Rb IB IC Q点点Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2调整工作点调整工作点通过调整通过调整Rb实现实现！注意注意！画出放大电路画出放大电路的交流通路的交流通路估算：电压放估算：电压放大倍数大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻在静态工作点已知的前提在静态工作点已知的前提下，叠加一交流小信号下，叠加一交流小信号5.3.4 5.3.4 基本放大电路的动态分析基本放大电路的动态分析画出放大

18、电路的画出放大电路的微变等效电路微变等效电路1 1、三极管的微变等效电路、三极管的微变等效电路 在放大电路中在放大电路中, ,在在低频小信号低频小信号作用下作用下, ,将三极管工作在线性区。将三极管工作在线性区。在此条件下，可以用一个线性模在此条件下，可以用一个线性模型代替三极管，即三极管的微变型代替三极管，即三极管的微变等效电路。该模型只能用于放大等效电路。该模型只能用于放大电路电路动态小信号动态小信号参数分析。参数分析。bece输输入入端端口口输输出出端端口口+-uBEiBiC+-uCEberbI+-+-bIcIbeUceU输入端近似一电阻。输入端近似一电阻。晶体管输入电阻晶体管输入电阻r

19、be输出端近似一受控恒流源。输出端近似一受控恒流源。 ibberbI+-+-bIcIbeUceUiBuCE=UCEQ0uBEQIBQUBEQuBEiBBBEbeIUr=rbe与与 Q点有关点有关; Q点愈高，即点愈高，即IC愈愈大，大， rbe愈小愈小!注意注意！估算公式：估算公式：26300beCrI=IBQQuCEiC0ICQUCEQiCiBberbI+-+-bIcIbeUceUBCII=2、利用交流（微变）等效电路进行放大电、利用交流（微变）等效电路进行放大电路动态分析路动态分析画出放大电路画出放大电路的交流通路的交流通路估算：电压放估算：电压放大倍数大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电

20、阻画出放大电路的画出放大电路的微变等效电路微变等效电路Rc+VCCuiT+-+-uoRbRLC1+-+-C2交流通路交流通路RbT+_iURc+_OURL+-+-iUoURc微变等效电路微变等效电路berbIRbRLbBECCBRUVI=BCII=画出直流通路计算画出直流通路计算ICQ IEQ，计算计算rbeRbRc+VCCTIBQICQ26300beCrI)/( )/(LcbLccoRRIRRIU = = = bebirIU = =)R/RR(rRUUALcLbeLiou= = = = = +-+-iUoURc微变等效电路微变等效电路berbIRbRL电压放大倍数电压放大倍数ibebiiii

21、IrRIIUR)/(=放大电路的输入电阻与信号源内阻无关，输出电阻与负放大电路的输入电阻与信号源内阻无关，输出电阻与负载无关。载无关。+-+-iUoURc微变等效电路微变等效电路berbIRbRL输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻5.3.5 5.3.5 分压式稳定静态工作点偏置电路分压式稳定静态工作点偏置电路 (1)增加一个偏流电阻增加一个偏流电阻 RB2， 可以固定基极电位。可以固定基极电位。 RB2 RB1RB2 UB = UCC 选择参数时，一般取选择参数时，一般取 I2(510) IB。 RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE共射放大电路共射放大电路I1I2IB(2)

22、增加发射极电阻增加发射极电阻 RE，可以稳定，可以稳定 IC。 只要满足只要满足 UB UBE UBREUEREIE = IC = 1 IE 选择参数时选择参数时, ,一般取一般取 UB(510)UBE。 温度温度 IE URE IC IC UBE (3) 增加增加 CE , 避免避免 Au下降。下降。 RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE共射放大电路共射放大电路 IB RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE画直流通路画直流通路 RB1RC+ UCCRB2RE UBUBE REIE = = IB = = 1 1 IE IC = = IB UCE = = U

23、CCRC ICRE IE UCC(RCRE) IC RB2 RB1RB2 UB = = UCC 共射放大电路的直流通路共射放大电路的直流通路共射放大电路共射放大电路RB1RC+ UCC uo ui C1C2RB2RECE+_USRSRL IiIbIcIoRB2RC Uo Ui IeRB1BEC Ib IiIcIoBrbeC IbRB1RCEUo Ui RB2共射放大电路的交流通路共射放大电路的交流通路 共射放大电路共射放大电路共射放大电路的微变等效电路共射放大电路的微变等效电路 Au = = Uo Ui其中：其中：RL= RCRL Ic (RCRL)Ib rbe = = RL rbe= = r

24、i Ui Ii = =Ii (RB1RB2rbe ) Ii = = = = RB1RB2rbe rbe UOC ISC ro = =IcRC Ic = = = = RC +_USRSRL Ib IiIcIoBrbeC IbRB1RCEUo Ui RB2共射放大电路的微变等效电路共射放大电路的微变等效电路 4VURRRVCCB2B1B2B= = = = Rs us + + ui RL + uo +UCC RC C1 C2 V RB1 RB2 RE CE + + + 图示电路，已知图示电路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工

25、。试估算静态工作点，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 1）用估算法计算静态工作点）用估算法计算静态工作点1.65mARUUIIEBEQBEQCQ= = = = A A33mA501.65IICQBQ= = = =3.75V)R(RIUUECCQCCCEQ= = = =解：解：例例0.95k120/10/1./r/RRRbeB2B1i = = =(2)用微变等效电路法计算电压放大倍数用微变等效电路法计算电压放大倍数Au及输入、输出电阻及输入、输出电阻RB1RCRB2rbe1.1k1.65mA26mV50)(1300rbe = =681.13/3

26、50r/RRAbeLCu = = = =3kRRC0= = =64 级间级间耦合方式耦合方式 阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。 耦合耦合 RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2阻容耦合阻容耦合优点：优点：(1) 前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；独立；(2) 选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。利用。不足：不足： (1) 不适合传送缓慢变化的

27、信号；不适合传送缓慢变化的信号；(2) 无法实现线性集成电路。无法实现线性集成电路。66US+_RSRL UO Io IbIoIc IbUi rbe IbRE2RB Ii Ib IirbeRB1RCRB2RB1RC ui C1C2RB2RE1CERB3+ UCC uO C3RE2微变等效电路微变等效电路阻容耦合阻容耦合67 Au = Au1Au2 其中其中：RL1 = ri2, ri = ri1 ro = ro2 RL1= RC1ri2 。US+_RSRL UO Io IbIoIc IbUi rbe IbRE2RB Ii Ib IirbeRB1RCRB2 阻容耦合放大电路，只能放大交流信号，阻

28、容耦合放大电路，只能放大交流信号， 无法传递直流信号。无法传递直流信号。微变等效电路微变等效电路68如图所示放大电路如图所示放大电路, 已知已知 RB1 = 33 k ， RB2 = RB3 = 10 k , RC = 2 k , RE1 = RE2 = 1.5 k , 两晶体两晶体管的管的 1 = 2 = 60, rbe1 = rbe2 = 0.6 k 。求总电压放大倍数。求总电压放大倍数。RL1 = ri2 解解第一级为共射放大电路第一级为共射放大电路, 它的负载电阻即第它的负载电阻即第二级的输入电阻。二级的输入电阻。= RB3rbe2(1 2)RE2 RB1RC ui C1C2RB2RE

29、1CERB3+ UCC uO C3RE2例例69= k 100.6(160)1.5100.6(160)1.5= 8.46 k = k 21038.4610321038.46103= 1.62 k Au1 = = 1RL1 rbe1.620.6= =60 = =162 第二级为共集放大电路第二级为共集放大电路, 可取可取 Au = = 1， Au = = Au1Au2 = =1621 = =162 RL1 = RCRL1 RL1 = RB3rbe2(1 2)RE2 解解70 前后级静态工作点相互影响，相互制约；不能前后级静态工作点相互影响，相互制约；不能独立设置。独立设置。 分析方法同阻容耦合放

30、大电路。分析方法同阻容耦合放大电路。 可以放大直流信号。可以放大直流信号。 RB1RC ui C1RB2RE1RB3+ UCC uo RE2直接耦合直接耦合零点漂移零点漂移直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：原因：放大器件的参数受温度影响而使放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。点不稳定。零点漂移现象零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。问题愈严重。抑制零点漂移的措施：抑制零点漂移的措施

31、：(1) 引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q 点；点；(2) 利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿放大器的零漂；(3) 采用差分放大电路。采用差分放大电路。三、变压器耦合三、变压器耦合选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。出功率。变压器耦合放大电路变压器耦合放大电路优点：优点：(1) 能实现阻抗变换；能实现阻抗变换；(2) 静态工作点互相独立。静态工作点互相独立。缺点：缺点：(1) 变压器笨重；变压器笨重；(2) 无法集成化；无法集成化；(3) 直流和缓慢变化信号不能通过变压器。直流和缓慢变化信号不能通过变压器。三种耦合

32、方式的比较三种耦合方式的比较阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合特点特点各级工作点互不各级工作点互不影响；影响；结构简单结构简单能放大缓慢变化能放大缓慢变化的信号或直流成的信号或直流成分的变化；分的变化；适合集成化适合集成化有阻抗变换作用；有阻抗变换作用；各级直流通路互各级直流通路互相隔离。相隔离。存在存在问题问题不能反应直流成不能反应直流成分的变化，分的变化，不适合集成化不适合集成化有零点漂移现象；有零点漂移现象；各级工作点互相各级工作点互相影响影响不能反应直流成不能反应直流成分的变化；不适分的变化；不适合放大缓慢变化合放大缓慢变化的信号；的信号；不适合集成化不适合集成化适合

33、适合场合场合分立元件交流放分立元件交流放大电路大电路集成放大电路，集成放大电路，直流放大电路直流放大电路低频功率放大，低频功率放大，调谐放大调谐放大四、多级放大电路的分析四、多级放大电路的分析1、电压放大倍数、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即即unu2u1uAAAA = =其中，其中， n 为多级放大电路的级数。为多级放大电路的级数。2、 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 多级放大电路不仅仅决定于本级参数，也与后多级放大电路不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。前一级的输出信号就是后一级或前级的参数有关。前一级的输

34、出信号就是后一级的输入信号；后一级的输入电阻就是前一级的负级的输入信号；后一级的输入电阻就是前一级的负载。载。一、一、 反馈的基本概念反馈的基本概念 从放大电路输出回路中取出部分或全部的输出信从放大电路输出回路中取出部分或全部的输出信号，通过适当的途径回送到输入端，对输入信号进行号，通过适当的途径回送到输入端，对输入信号进行调控的过程称为反馈。调控的过程称为反馈。基本放大电路基本放大电路A A取样取样Xid比较比较X0Xi反馈电路反馈电路FXF 基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号信号( (净输入信号净输入信号) )放大电路放大电路输出信号输出信号 反馈信号反馈信号含反馈的放大含反馈的放大

35、电路输入信号电路输入信号反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图 能使净输入信号增强的反馈称为能使净输入信号增强的反馈称为正反馈正反馈；使净；使净输入信号削弱的反馈称为输入信号削弱的反馈称为负反馈负反馈。放大电路中普遍。放大电路中普遍采用的形式是采用的形式是负反馈负反馈。 根据反馈网络与基本放大电路在输出、输入端连根据反馈网络与基本放大电路在输出、输入端连接方式的不同，负反馈放大电路的反馈形式可分为接方式的不同，负反馈放大电路的反馈形式可分为四种类型：四种类型：1、电压串联负反馈；、电压串联负反馈；2、电压并联负反馈；、电压并联负反馈；3、电流串联负反馈；、电流串联负反馈；4、电流并联负反馈。

36、、电流并联负反馈。二、负反馈的基本类型及其判别二、负反馈的基本类型及其判别反馈分有反馈分有正反馈正反馈和和负反馈负反馈两种形式：两种形式：79判断反馈类型的方法判断反馈类型的方法：电压反馈：电压反馈：凡反馈信号取自输出电压信号凡反馈信号取自输出电压信号电流反馈：电流反馈：凡反馈信号取自输出电流信号凡反馈信号取自输出电流信号串联反馈：串联反馈：反馈信号在输入端与输入信号相串联反馈信号在输入端与输入信号相串联并联反馈：并联反馈：反馈信号在输入端与输入信号相并联反馈信号在输入端与输入信号相并联ui电压反馈电压反馈电压串联负反馈电压串联负反馈u0RL串联反馈串联反馈ui电压反馈电压反馈电压并联负反馈电

37、压并联负反馈u0RL并联反馈并联反馈ui电流反馈电流反馈电流串联负反馈电流串联负反馈i0串联反馈串联反馈RLui电流反馈电流反馈电流并联负反馈电流并联负反馈并联反馈并联反馈RLi0反馈形式判断举例反馈形式判断举例三、负反馈放大电路的方框图三、负反馈放大电路的方框图信号流向单方向！信号流向单方向！idoXXA= =开环放大倍数开环放大倍数ofXXF= =反馈系数反馈系数 idX负反馈放大电路的基本负反馈放大电路的基本放大电路放大电路反馈网络反馈网络反馈元件所组成反馈元件所组成的网络的网络82FA1AXFAXXAXFXXAXXXAXXAidididoididfididiof = = = = = =

38、 = = =环路放大倍数环路放大倍数FA1 FA反馈深度反馈深度反馈放大电路闭环放大倍数反馈放大电路闭环放大倍数四、负反馈对放大电路性能的影响四、负反馈对放大电路性能的影响 放大电路引入负反馈，一般都会造成电压放大倍放大电路引入负反馈，一般都会造成电压放大倍数数Au的下降。虽然负反馈引起的下降。虽然负反馈引起Au的下降，但换来的却的下降，但换来的却是放大电路稳定性的提高。对放大电路来讲，提高稳是放大电路稳定性的提高。对放大电路来讲，提高稳定性至关重要。定性至关重要。 采用负反馈提高放大电路的稳定性，从本质上讲，采用负反馈提高放大电路的稳定性，从本质上讲，是利用失真的波形来改善波形的失真。实际上

39、并不能使是利用失真的波形来改善波形的失真。实际上并不能使波形失真完全消除。波形失真完全消除。oddfddiofxFxxAxxxAxxA = = = = =00FAA001 = =FAAdAAdAff00011 = =1.集成运算放大器简介集成运算放大器简介 集成运算放大器简称集成运放，是具有高增集成运算放大器简称集成运放，是具有高增益的深度负反馈直接耦合多级放大电路。益的深度负反馈直接耦合多级放大电路。任务任务5. 4 集成运算放大器在汽车中的应用集成运算放大器在汽车中的应用5. 4. 1集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器内部是由集成运算放大器内部是由多极放大电路多极放大电路组成。运组

40、成。运算放大器的基本放大电路由四部分组成算放大器的基本放大电路由四部分组成:输入极、输入极、中间极、输出极和偏置电路。中间极、输出极和偏置电路。 现在，集成运放已广泛应用于汽车信号处理、现在，集成运放已广泛应用于汽车信号处理、信号测量以及波形产生等各个方面。信号测量以及波形产生等各个方面。集成运放的组成集成运放的组成输入极输入极:是决定集成运算放大器性能关键的一是决定集成运算放大器性能关键的一级，要求它的零点漂移少，输入电阻高，所以级，要求它的零点漂移少，输入电阻高，所以都采用差分放大电路都采用差分放大电路输出极输出极:直接与负载相连，所以这一级要求有直接与负载相连，所以这一级要求有足够的电压

41、放大幅度和输出功率，满足负载足够的电压放大幅度和输出功率，满足负载的需要。同时要求输出电阻小，带负载能力的需要。同时要求输出电阻小，带负载能力强。一般由互补对称电路或射极输出器组成。强。一般由互补对称电路或射极输出器组成。中间极中间极:将输入极输出的信号电压加以放大，将输入极输出的信号电压加以放大，一般由共发射极放大电路构成。一般由共发射极放大电路构成。偏置电路偏置电路:为上述三个级电路提供稳定和合适的偏置电流，确为上述三个级电路提供稳定和合适的偏置电流，确定各级的静态工作点。定各级的静态工作点。作为集成电路作为集成电路 虽然其内部结构相当复杂，但其外部电路并虽然其内部结构相当复杂，但其外部电

42、路并不复杂，学习时，我们要重点掌握它的不复杂，学习时，我们要重点掌握它的引脚定义引脚定义、性能参数性能参数和和应用方法应用方法。圆壳式圆壳式双列直插式双列直插式空脚空脚+UCC-UEE输出输出u-u+12345678 A741 12876345 A7413. 3. 集成运放的管脚集成运放的管脚接调零电位器接调零电位器接调零电位器接调零电位器5.3.6 差动放大电路差动放大电路电路结构对称；双电源；双端输入、电路结构对称；双电源；双端输入、双端（单端）输出双端（单端）输出1. 1. 电路结构电路结构RP : 调零电位器。调整左右平衡调零电位器。调整左右平衡ui1+UCCui2-UEERCVT1R

43、B1RCVT2RB1REuORP2. 输入信号分类输入信号分类1 差模输入差模输入:ui1 = -ui2共模输入共模输入:2ui1 = ui2(differential mode)( common mode) 3任意输入任意输入: ui1 , ui2差模分量差模分量:共模分量共模分量:UduC分解分解2ui1 + ui2=ui1 - ui2差模电压放大倍数差模电压放大倍数:共模电压放大倍数共模电压放大倍数: 共模抑制比共模抑制比:（Common - Mode Rejection Ratio)dodduuA = =coccuuA = =cdAA=KCMRR3. 主要性能指标主要性能指标大！大！

44、0！两边完两边完全对称全对称差放放大的是两输入端的差差放放大的是两输入端的差：uo=Au（ui1-ui2）两输入端中一个为两输入端中一个为同相输入端同相输入端（输出与输入同相位），（输出与输入同相位）， 一个为一个为反相输入端反相输入端（输出与输入反相位）（输出与输入反相位） 。ui1+UCCui2-UEERCVT1RB1RCVT2RB1REuORP差动放大电路差动放大电路放大差模信号，抑制共模信号，放大差模信号，抑制共模信号，02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQ=UUuUUUIIIIIIIII=1,22EQBQeBEQEEEQBQbeEQBEQbB

45、QEEIIRUVIIRRIURIV很小，所以小，且一般1.静态分析静态分析Q点：令点：令uI1= uI2=0BEQcCQCCCEQURIVU三、差动放大电路的分析三、差动放大电路的分析BEQBEQbBQEQ)(UURIU=0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1O=uuuuuuu0 cIcOcc=AuuA，参数理想对称时共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii=2.动态分析动态分析对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?等效电阻等效电阻2ReICI2I1uuu=（1）输入共模信号）输入共模信号uic（数值相等、极性相同数值相等、极性相同的输入信号）的输入信号）Re的共模负反馈作用：的共

46、模负反馈作用：抑制共模信号抑制共模信号 温度变化所引起的两个管子的变化是温度变化所引起的两个管子的变化是同方向同方向的，的，可以等效为共模信号，因此可以等效为共模信号，因此Re具有具有抑制共模信号、抑抑制共模信号、抑制零漂制零漂的作用。的作用。如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 RC+UCC uo ui1 RERC ui2 UEE T1T2C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiii=iE1= iE2，Re中电流不变，中电流不变， uE=0。即即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu=（2）输入差模信号）输入差模信号uid（

47、数值相等，极性相反数值相等，极性相反的输入信号）的输入信号） uid加入后，电路对加入后，电路对称，两输入端相对于发称，两输入端相对于发射极射极E，相当于加上了，相当于加上了数值相等，极性相反数值相等，极性相反的的输入信号。输入信号。E等效为等效为交流地交流地。 )(2bebBIdrRiu=)2(2LcCOdRRiu= )(2bebirRR=差模放大倍数差模放大倍数bebLcd1I1C1IdOdd)2( 22rRRRAuuuuA=IdOdduuA= 2coRR =虽然用了两个晶体虽然用了两个晶体管，管，差模电压放大差模电压放大能力能力仅相当于单管仅相当于单管共射电路。但是温共射电路。但是温漂降

48、低了。漂降低了。差模输入差模输入交流分析交流分析（3）动态参数：）动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR。下，在参数理想对称的情况=CMRcdCMR KAAK在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避点，以避免干扰；或负载需要有免干扰；或负载需要有“ 接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。共模抑制比共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路综合考察差分放大电路放大差模信号放大差模信号的能力和的能力和抑制抑制共模信号共模信号的能力。的能力。双端输入双端输出（双端输入双端输出（双入双出双入双出）双端输入单端输出（双端输入单端输出（双入单出双入单出）单端输入

49、双端输出（单端输入双端输出（单入双出单入双出）单端输入单端输出（单端输入单端输出（单入单出单入单出）根据信号源和负载的接地情况，差分放大电根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：路有四种接法：4. 四种接法的比较：电路四种接法的比较：电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端差模输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。双端差模输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA=双端输

50、出： 长尾式差分放大电路中，长尾式差分放大电路中，Re 越大，共模负反馈越强，单端越大，共模负反馈越强，单端输出时的输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。 但在保持静态电流不变时，但在保持静态电流不变时，Re 越大，越大，VEE越大，越大，不合适不合适。五五、具有恒流源的差分放大电路、具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源？为什么要采用电流源？既想提高长尾电阻既想提高长尾电阻Re ，又想不用很高的电源又想不用很高的电源VEE，怎么办？，怎么办？解决方法：采用电流源替换解决方法：采用电流源替换Re ！电流源内阻为电流源内阻为。近似为恒流近

51、似为恒流3BEQEE2123C3EB32RUVRRRIIII，恒流源恒流源式式差分放大电路差分放大电路静态分析计算：静态分析计算：23EE21IIIE=理想时，理想时，IC3恒定，恒定，T3等效交流电阻为等效交流电阻为。对于共模信号负反馈无穷大，使对于共模信号负反馈无穷大，使C=。 实际上，由于电路元件参数难以理想对称，管子实际上，由于电路元件参数难以理想对称，管子T1和和T2难难以绝对平衡，为此，常在以绝对平衡，为此，常在T1和和T2发射极之间接一个电位器发射极之间接一个电位器RW进行进行调零调零（ ui1=ui2=0时，时，uo=0 ）。）。1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是

52、小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcdRrRRA=Wbebi)1 ()(2RrRR=六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进1. 加调零电位器加调零电位器RW2. 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路doidmd2 RRRRgA=若若uI1=10mV，uI2=5mV，则则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mV讨论讨论 u u+ uo A u 0 ：开环电压放大倍数开环电压放大倍数5.4.2. 5.4.2. 集成运放集成运放u ：反相输入端反相输入端；u

53、+ ：同相输入端同相输入端；uo ：输出端输出端。)(0 = =uuAuuo符号：符号：集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例RT-UCC (-15V)R1UT510kR2+-+A110kR310kR410kR5+-+A2+UCC (15V)R2RRP1220KRRP210K4.7kR6Uo1Uo210kR7+-+A3Uo3R810kR9R5-+A4R10R12Uo4VR11RRP3RRP3RRP3UR10kR13+-+A5R1410kR15R16+UCC (+15V)VDER2R17FUFU温度检测控制电路温度检测控制电路温度传感器温度传感器跟随器跟随器变换、定标电路变换、定标电路

54、跟随器跟随器迟滞比较器迟滞比较器反相器反相器光耦、继电器、加热器光耦、继电器、加热器集成运算放大器的传输特性集成运算放大器的传输特性正饱和区正饱和区： = =uuuiouomUomU线性区线性区：)( = =uuAuuoo,oomuu uU= 负饱和区负饱和区：,oomuu uU= 理想运算放大器理想运算放大器1 1、理想运放理想运放： rid KCMRR ro 0Au 2 2、理想运放的理想运放的传输特性传输特性 uo=f（ui）uoui = u+ - u- +Uom -Uom理想运放理想运放有无线性有无线性区？区？3 3、理想运放的分析依据理想运放的分析依据因为因为： ri d = u u

55、+ uo ii+1） i = i+ =0因为因为： u+ - u- = uo / A u 02） u+ = u-uo 为有限值为有限值， A u 0 为为 结论结论2 2只适用于理想运放闭环线性应用时！只适用于理想运放闭环线性应用时！注意注意！“虚断虚断”“虚短虚短”结论结论1 1适用于理想运放工作在线性和饱和时！适用于理想运放工作在线性和饱和时！在实际中，集成运放的在实际中，集成运放的Au0， ri d不可能是无穷大不可能是无穷大 ，所以所以“虚短虚短”和和“虚断虚断”是两个近似的结论。是两个近似的结论。理想运放的线性区趋近于理想运放的线性区趋近于0，所以，所以运放要工作在线性区，必须引入运

56、放要工作在线性区，必须引入深度负反馈。深度负反馈。虚地虚地1. 1. 比例运算电路比例运算电路1 1） 反相比例运算电路反相比例运算电路uiuo0uu= = = i1=ifi+= i- = 0i1ifi-i+u+u-基本运算电路基本运算电路_+ + RfR1R2foiRuRu = =1ifouRRu1 = =1RRuuAfiouf = = = uo 与与 ui 为比例关系为比例关系 uo 与与 ui 反相位反相位 若若Rf=R1，则为，则为 反相器反相器 R2 ： 平衡电阻，保平衡电阻，保持运放输入级电路的对持运放输入级电路的对称性称性 R2=R1/Rf_+ + RfR1R2uiuoifouRRu1 = =电位为电位为0 0，虚地，虚地2 2） 同相比例运算电路同相比例运算电路uiuo_+ + RfR1R2u-= u+= ui没有虚地概念。没有虚地概念。i1ifi-i+u+u-i+= i- = 0i1= if = = （ui - uo ）/ Rf- ui / R1ifouRRu)1(1 = = uo 与与 ui 为比例关系为比例关系 uo 与与 ui 同相位同相位 R2 ： 平衡电阻平衡电阻 R2=R1/Rf_+ + RfR1R2uiuoifouRRu)1(1 = =同相比例系数也即电压同相比例系数也即电压放大倍数