(6)集成运算放大电路hlw

1、6.1 6.1 多级放大电路多级放大电路6.3 6.3 差分放大电路差分放大电路6.66.6集成运放原理电路集成运放原理电路6.76.7集成运放的指标和种类集成运放的指标和种类6.86.8集成运放的使用注意事项集成运放的使用注意事项6.5 6.5 集成运放中的电流源集成运放中的电流源6.2 6.2 集成运算放大电路简介集成运算放大电路简介6.4 6.4 功率放大电路功率放大电路第六章集成运算放大电路6.1 多级放大电路一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合耦合方式耦合方式一、直接耦合既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第

2、二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信能够放大变化缓慢的信号，便于集成化。号，便于集成化。 Q点相互点相互影响，存在影响，存在零点漂移零点漂移现象。现象。 当输入信号为零时，前级当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。电位的变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级直接直接连接连接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的现象产生变化的现象称为零点漂移称为零点漂移常考：何为零点漂移？为什么会产生？常考：何为零点漂移？为什么会产生？怎么解决？怎么解决？二、阻容耦合 Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差

3、，不能集成化。特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路利用电容连接信号源与利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。载，为阻容耦合。三、变压器耦合L2L2c21RIRIPPl， 理想变压器情理想变压器情况下，负载上获况下，负载上获得的功率等于原得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIRl从变压器原从变压器原边看到的等边看到的等效电阻效电阻二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析6.1 多级放大电路动态分析动态分析.iuo.UAUo1.o.i

4、.o1.UUUU u1u2AA多级放大电路的特点：两级之间的相互影响多级放大电路的特点：两级之间的相互影响uunu1u2AAAA扩展到扩展到n级：级：+io1Ruo1-u+i1Ro2oR-LuuRA2+o1i2oRR-u+负载o2A1iR一一 多级放大电路的分析多级放大电路的分析注意：注意：在算本级放大倍数时，在算本级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为本级的负载！要把后级的输入阻抗作为本级的负载！将前级的输出电阻作本级的信号源内阻！将前级的输出电阻作本级的信号源内阻！Ri=Ri1（最前级）（最前级）Ro=Ro2（最后级）（最后级）设：设： 1= 2= =100，UBE1=UBE2=0.7=0.

5、7 V。例：两级放大电路如下图示，求例：两级放大电路如下图示，求Q、Au、Ri、Ro+Rb1Vi+c1RRub2e1b1Te1CCCR-CRe2c2R+ou-1T251k20k5.1k2.7k3.9k4.3kCe2解：解：（1 1）求静态工作点）求静态工作点0.99mA=7 . 27 . 038. 3e1BEB1E1C1 RUUIIuA9 .9/C1B1 IIV6 . 48 . 799. 012)(e1c1C1ccCE1 RRIVUV2 . 71 . 599. 012c1C1ccB2C1 RIVUU3.38V=b2b1b2CCB1 RRRVU+Rb1Vi+c1RRub2e1b1Te1CCCR-

6、CRe2c2R+ou-1T251k20k5.1k2.7k3.9k4.3kCe2(+12V)设：设： 1= 2= =100，UBE1=UBE2=0.7=0.7 V。mA04. 19 . 3/ ) 9 . 712(/ )(e2E2CCC2E2 RUVIIV47. 43 . 404. 1c2C2C2 RIUV9 . 77 . 02 . 7BE2B2E2 UUUV43. 39 . 747. 4E2C2CE2 UUU+Rb1Vi+c1RRub2e1b1Te1CCCR-CRe2c2R+ou-1T251k20k5.1k2.7k3.9k4.3kCe2(+12V)（2 2）求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）求

7、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻先计算三极管的输入电阻先计算三极管的输入电阻k7 . 204. 126101200mA)(mV)(26)1(=k0 . 399. 026101200mA)(mV)(26)1(=E2bbbe2E1bbbe1 IrrIrr +Rb1Vi+c1RRub2e1b1Te1CCCR-CRe2c2R+ou-1T251k20k5.1k2.7k3.9k4.3kCe2(+12V)画微变等效电路：画微变等效电路：+Rb1Vi+c1RRub2e1b1Te1CCCR-CRe2c2R+ou-1T251k20k5.1k2.7k3.9k4.3kCe2(+12V)+b1b2b1+ib1c1iii

8、-re1b1c1RuRbe1RRc1irie2Rb2c2c2c2ibe2b2ib2uo+-oRbe2i2be1i2c11, 3 .583)7 . 2/1 . 5(100)/(=rRrRRAu 式式中中 6 .1538 . 23 . 4100)/(=be2Lc2u2 rRRA +b1b2b1+ib1c1iii-re1b1c1RuRbe1RRc1irie2Rb2c2c2c2ibe2b2ib2uo+-oR在算前级放大倍数时，要把后级的输入电阻作为前级的负载！在算前级放大倍数时，要把后级的输入电阻作为前级的负载！Ri28955)6 .153(3 .58=u2u1u AAARi =Ri1 =rbe1 /

9、 Rb1 / Rb2 =2.55 k RO =RC2 =4.3 k 练习求练习求Au Ri Ro)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( ) 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR另例p1596.26.2 集成运算放大电路简介一、一、集成运放的特点集成运放的特点二、二、集成运放电路的组成集成运放电路的组成三、三、集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 一、集成运放的特点（1 1）直接耦合方式直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大

10、电路和电流源电路。差分放大电路和电流源电路。（2 2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。化并不带来工艺的复杂性。（3 3）用有源元件替代无源元件用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作，如用晶体管取代难于制作的大电阻。的大电阻。（4 4）采用）采用复合管复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。（1）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做

11、出的，）集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的， 邻近的器件具有良好的邻近的器件具有良好的对称性对称性， 而且受环境温度和干扰的而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同，影响后的变化也相同， 因而特别有因而特别有利于实现利于实现需要需要对称结构对称结构的的电路电路。 三三. 集成电路特点集成电路特点（2）一般采用直接耦合方式）一般采用直接耦合方式（3）常采用具有补偿特性的常采用具有补偿特性的差动放大电路差动放大电路，抑制温漂，抑制温漂（4）三极管（或场效应管）代替电容、电阻和二极管。）三极管（或场效应管）代替电容、电阻和二极管。 集成工艺制造的电阻、集成工艺制造的电阻、 电容数值范围有一

12、定的限制。集成电路中电容数值范围有一定的限制。集成电路中的的电阻是使用半导体材料的体电阻制成电阻是使用半导体材料的体电阻制成的，的， 因而因而很难制造大的电阻很难制造大的电阻， 其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间其阻值一般在几十欧姆到几十千欧姆之间; 集成电路中的集成电路中的电容是用电容是用PN结的结电容作结的结电容作的。的。（5）适当利用外接分立元件）适当利用外接分立元件二、集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为一个，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。双端输入、单端输出的差分放大电路

13、。集成运放电路四个组成部分的作用前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。的放大能力。功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最小，最大不失真输出电压尽可能大。大不失真输出电压尽可能大。为各级为各级放大电路设置合适放大电路设置合适的静态工作点。采的静态工作点。采用电流源电路。用电流源电路。三三. 通用型集成运放通用型集成运放F00717_1TREFp22T8TT2145R3TR9630

14、pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB偏置电路输入级中间级输出级分析：分析：1. 偏置电路：偏置电路：T12、R5和和T11构成了主偏置电路，产生基准电流构成了主偏置电路，产生基准电流：51BE112BE

15、EECCREF)(RUUVVI 其他偏置电流都与基准电流有关。其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和和R4组成微电流源，通过组成微电流源，通过T8和和T9组成的镜象电流源组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。为差动输入级提供偏置电流。T12和和T13管构成多支路电流源。管构成多支路电流源。T13管是多集电极三极管，管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源路作为中间级的有源负载。负载。A路为输出级提供偏置。路为输出级提供偏置。2. 输入级：输入级： T1 、T2和和 T3 、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。管组成共集一

16、共基复合差动输入电路。其中其中T1和和T2管作为射极输出器，输入电阻高。管作为射极输出器，输入电阻高。 T3 和和T4管是横向管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高，可管，发射结反向击穿电压高，可使输入差模信号达到使输入差模信号达到30V以上。以上。 T5 、T6 、T7 和和R1 、R2 、R3组成具有基极补偿作用组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。高输入级的增益。 它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。3. 中间级：中间级： T16和和T17是复合管组成

17、的共射放大电路，是复合管组成的共射放大电路，T13B作这一级作这一级的集电级有源负载。的集电级有源负载。 T14和和T20管组成互补对称输出级，管组成互补对称输出级，T18、T19和和 R8为为其提供静态偏置以克服交越失真。其提供静态偏置以克服交越失真。T15和和 R9保护保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。管，使其在正向电流过大时不致烧坏。 T21、T23、T22管和管和 R10保护保护 T20管在负向电流过大时不管在负向电流过大时不致烧坏。致烧坏。4. 输出级：输出级：5. 相位分析：相位分析：用用“瞬时极性法瞬时极性法”判定，判定，3号腿为同相端；号腿为同相端；2号腿为反相端。号

18、腿为反相端。三、集成运放的电压传输特性 由于由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，的数值大于一定值时，集成运放的输出不是集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)6.3 6.3 差分放大电路差分放大电路6.3.1零点漂移现象及其产生的原

19、因零点漂移现象及其产生的原因6.3.2基本差分放大电路基本差分放大电路6.3.3 差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式6.3.4 具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路2.2.1 差分（动）放大电路的概念差分（动）放大电路的概念集成运放的输入部分是差分放大电路，集成运放也可看成集成运放的输入部分是差分放大电路，集成运放也可看成高性能的差分放大电路。高性能的差分放大电路。差分放大差分放大电路电路ui1ui2uo放大电放大电路路uiuo差分放大电路有差分放大电路有两个输入端两个输入端和和两个输出端两个输出端。若两输入端分别若两输入端分别输入大小相等、极性相同的信号输入大小相等

20、、极性相同的信号，即，即ui1 = ui2 ，这种输入方式称为，这种输入方式称为共模输入共模输入，两信号的算术两信号的算术平均值称为平均值称为共模信号共模信号，用，用uic表示。表示。uic为为。 uic = (ui1 ui2 )/2 若若ui1 ui2，这种输入方式称为，这种输入方式称为比较输入比较输入， ui1、ui2可分解为一对共模信号及一对差模信号。即：可分解为一对共模信号及一对差模信号。即：2idic1iuuu2idic2iuuu 差分放大电路差分放大电路只对差模信号才起放大作用只对差模信号才起放大作用，对共模对共模信号起抑制作用信号起抑制作用，故称为差分放大电路。，故称为差分放大电

21、路。在差动放大电路的在差动放大电路的两个输入端分别输入大小相等、极性两个输入端分别输入大小相等、极性相反的信号，即相反的信号，即ui1 = -ui2，这种输入方式称为，这种输入方式称为差模输入差模输入。两信号的差值称为两信号的差值称为差模信号差模信号，用，用uid表示，即表示，即 uid = ui1 ui2 差模电压增益差模电压增益 共模抑制比共模抑制比KCMR ：综合考察差分放大电路放大差模信：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。号的能力和抑制共模信号的能力。其其值越大越好值越大越好。 odudiduAu共模电压增益共模电压增益ocucicuAuudCMRucAKA

22、根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。入双端输出、单端输入单端输出。P13图图1.直接耦合的问题：零漂现象直接耦合的问题：零漂现象2.产生零漂的原因产生零漂的原因：零漂的衡量方法：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。由温度变化引起的。当温度变当温度变化使第一级放大器的静态工作化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生

23、较大的电压最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫漂移。因而零点漂移也叫温漂温漂。输入输入ui=0时，输出有缓慢时，输出有缓慢变化的电压产生。变化的电压产生。将输出漂移电压按电压放大倍数折算将输出漂移电压按电压放大倍数折算到输入端计算。到输入端计算。+-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEEuo0t6.3.1零点漂移现象及其产生的原因零点漂移现象及其产生的原因例如例如 100,=u1A若输出有若输出有1 V的漂移电压的漂移电压 则等效输入有则等效输入有100 V的漂移电压的漂移电压假设假设第一级是关键第一级是关键100=u2A3. 减小零漂的措施减小零漂的措施用非线性元件

24、进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿采用差分放大电路采用差分放大电路等效等效 100 uV漂移漂移 1 V+-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEE10000=uA引入直流负反馈，稳定静态工作点引入直流负反馈，稳定静态工作点一一. .结构结构: :对称性结构对称性结构即：即： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV6.3.2基本差分放大电路基本差分放大电路2022-2-61. 1. 差动放大电路一般有两个输入端：差动放大电路一般有两个

25、输入端：双端输入双端输入：从两输入端同时加信号：从两输入端同时加信号单端输入单端输入：仅从一个输入端对地加信号：仅从一个输入端对地加信号 2. 2. 差动放大电路可有两个输出端差动放大电路可有两个输出端双端输出：双端输出：从从C1 C1 和和C2C2输出输出单端输出：单端输出：从从C1C1或或C2 C2 对地输出对地输出二二. 几个基本概念几个基本概念-+-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRccV+i2uui1uo12022-2-6-+-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRccV+i2uui1uo13. 3. 差模信号与共模信号差模信号与共模信号( (区分

26、！区分！) );,i2i1称两者为一对差模信号称两者为一对差模信号若若uu ;,i2i1称称两两者者为为一一对对共共模模信信号号若若uu 对不对称输入的处理对不对称输入的处理差模信号：差模信号：)(21=i2i1icuuu 共模信号：共模信号：idodud=uuA差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：icocuc=uuA共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：总输出电压：总输出电压：icucidudocodo=uAuAuuu ucudCMR=AAK4. 共模抑制比共模抑制比i2i1id=uuu +_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVidici2idici121=21=uu

27、uuuu eEERe)(7 . 0=RVVI 三三. . 工作原理工作原理1.静态工作点的计算：静态工作点的计算：0=i2i1 uu忽略忽略Ib ，有：有：Ub1=Ub2=0VReCC2C121=IIII CE2CE1= UU)7 . 0(CCCC RIV CB2B1III 0=C2C1O UUU+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV- 0.7v2.抑制零漂的原理抑制零漂的原理:Uo= UC1 - UC2 = 0当当ui1 = ui2 = 0且两管对称时且两管对称时当温度变化时：当温度变化时：UC1 = UC2设设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= u

28、c1 - uc2 = 0+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV当两管完全对称时当两管完全对称时,会抑制零漂。会抑制零漂。(1)(1)加入差模信号加入差模信号ui1i1=-=-ui2i2 = =uidid/2/2，3.电路的动态分析电路的动态分析若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 UE不变不变 uicic=0=0。+_-RRT+RbTCC1REEueb2VRccV+i2uui1oidu2idu2-IReEo2u+uo1LR-+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2 负载负载RL对差模信号

29、对差模信号相当中点接地。相当中点接地。 所以，所以，Re对差模信对差模信号相当于短路。号相当于短路。求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数： 因为因为ui1 =- ui2设设ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。电路对称电路对称uo1=uo2 uo= uo1 uo2=2 uo1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数: -+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2微变等效电路微变等效电路2i1iOduuuuA 1iO122uu 1iO1uu 故可用故可用半边半边来考虑来考虑求差模电压放大倍数求差模电压放大倍数：差模电压放大倍数差模电压放大倍数: -+-2+RE

30、idb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2微变等效电路微变等效电路2i1iOduuuuA 1iO122uu 1iO1uu +ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR可考虑可考虑半边半边Lcdbe(/)2ubRRARr 可见差分放大电路是以可见差分放大电路是以牺牲一个管子放大倍数牺牲一个管子放大倍数为代价来换取低温漂的效果为代价来换取低温漂的效果差模输入电阻差模输入电阻i1be12bbee22bbbRRrRRrr输出电阻输出电阻occ1c22RRRR-+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2(2)(2)加入共模

31、信号加入共模信号 ui1i1= =ui2i2 = =uicic， uidid=0=0。设设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。因因ui1 = ui2， uo1 = uo2 uo= 0 (理想化理想化)。共模电压放大倍数共模电压放大倍数 uc0A-+-_+uueuR1CCRETo1RL+i2uic+cuRobT+RebI2RVVo2cR+i1uEEicu6.3.3 差动放大器的输入输出方式差动放大器的输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式差动放大器共有四种输入输出方式: 1. 双端输入、双端输出（双端输入、双端输出（双入双出双入双出） 2. 双端输入、单端输出（双端输入、单端输出（双入单

32、出双入单出） 3. 单端输入、双端输出（单端输入、双端输出（单入双出单入双出） 4. 单端输入、单端输出（单端输入、单端输出（单入单出单入单出）我们主要讨论双端或单端输出的区别我们主要讨论双端或单端输出的区别主要讨论的参数有：主要讨论的参数有： 1.差模电压放大倍数、共模电压放大倍数差模电压放大倍数、共模电压放大倍数 2.差模输入电阻差模输入电阻 3.输出电阻输出电阻1.双端输出即基本差分前已讨论双端输出即基本差分前已讨论(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数0uc A（3）差模输入电阻）差模输入电阻 beid2rRRb （4）输出电阻）输出电阻co2

33、 RR -+-_-+oo2cu+bV2uuRLRi2+o1TeRRui1cVbCCuEE+R1TRbeLcdu)2/(rRRRAb +_cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1TR+2. 单端输出单端输出微变等效电路微变等效电路 这种方式适用这种方式适用于将差分信号转换于将差分信号转换为单端输出的信号。为单端输出的信号。udcLbbecbbeL/2/2/odidBBuAuiRRiRRRrRr(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数 （2）差模输入电阻）差模输入电阻 beid2rRRb （3）输出电阻）输出电阻coRR2. 单端输出单端输出（4）共模电压放大倍数）共模电压放大

34、倍数+_cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1TR+icuuiciRe ui1i1= =ui2i2 = =uicic， 设设ui1 ，ui2 ie1 ， ie2 。 iRe （=2 ie1 ） 对共模等效电对共模等效电路，路，Re可分为可分为两个两个2Re并联。并联。uucic+b1uRicci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2共模等效电路共模等效电路2. 单端输出单端输出ico1icocuc=uuuuA ebebL2)1(=RrRR eL2RR uucic+b1uRicci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2+i-Rb

35、euLuRR+r-bo1CbbiicciRe2LCL/RRR （4）共模电压放大倍数）共模电压放大倍数2. 单端输出单端输出(1)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关： 差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结双端输出时：双端输出时：beLcdu)2/(rRRRAb 单端输出时：单端输出时： beLcud2/rRRRAb (2)(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关：双端输出时：双端输出时：单端输出时

36、：单端输出时：0uc AeLuc2RRA (3)(3)差模输入电阻差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大是基本放大电路的两倍。电路的两倍。单端输出时，单端输出时， 双端输出时，双端输出时， coRR co2RR beid2rRRb (4)(4)差模差模输出电阻输出电阻(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。bebeeLbebLbebebebCMR2/)(2/)(2)1(rRRRRrRRrRRrRAAKucud ucudCMRAAK dBlg20uc

37、udCMRAAK 或或双端输出时双端输出时KCMR可认为等于可认为等于无穷大无穷大，单端输出时，单端输出时共模抑制比：共模抑制比：单端双端输出接法的比较单端双端输出接法的比较：电路参数理想对称：电路参数理想对称输入方式：输入方式：Ri均为均为2(Rb+rbe)输出方式：输出方式：coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cLdbbecLcbbeebbeeCMRbbeoc()2()() 2(1)2(1) 2() RRARrRRARrRRrRKRrRR 单端输出：记住记住 根据共模抑制比公式：根据共模抑制比公式：bebeCMRrRRK 加大加大Re，可以提高共模抑制比，抑制

38、温漂性能变好。，可以提高共模抑制比，抑制温漂性能变好。6.3.4 具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路这样的差分这样的差分放大电路称放大电路称为为长尾长尾式或式或长辫长辫式差分式差分放大电路放大电路长尾长尾Re越大放大电路抑制温漂性越大放大电路抑制温漂性能越好，但大电阻不易集成，能越好，但大电阻不易集成，集成电路中常用恒流源代替集成电路中常用恒流源代替电阻电阻Re作长尾。作长尾。EERVRRRU2122 33332RUUIIBEREC 333212212RUUIIIBERCEQEQ 基本不变基本不变基本不变，静态基本不变，静态工作点稳定，有工作点稳定，有效抑制温漂效抑制温漂一、功率

39、放大电路概述一、功率放大电路概述二、二、OCLOCL电路电路三、其他类型功放三、其他类型功放 OTL6.4 6.4 功率放大电路功率放大电路6.4.1 6.4.1 功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型 6.4.2 6.4.2 功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算6.4.3 6.4.3 改进型功率放大电路改进型功率放大电路增减多增减多 不用书不用书如：如：扩音系统扩音系统实际负载实际负载 在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表

40、指针偏转仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为放大器称为功率放大器。功率放大器。6.4.1 6.4.1 功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 一、功放电路的特点、分类一、功放电路的特点、分类（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大(2) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（ 要高要高）。）。Po

41、: 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100EOPP特点(3) 电流、电压极限临界大电流、电压极限临界大，必须注意，必须注意防止波形失真防止波形失真。（5）功放电路中）功放电路中半导体器件在大信号条件下运用时，电半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，并要有适当的保护措施。题，并要有适当的保护措施。（4） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值注意电路参数不能超

42、过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce（6）小信号模型不再适用小信号模型不再适用，用，用图解法图解法分析。分析。晶体管的工作方式甲类方式：晶体管在信号的：晶体管在信号的整个周期内整个周期内均处于均处于导通导通状态状态乙类方式：晶体管仅在信号的：晶体管仅在信号的半个周期半个周期处于处于导通导通状态状态甲乙类方式：晶体管在信号的：晶体管在信号的多于半个周期多于半个周期处于处于导通导通状态状态 Q点在交流负载线点在交流负载线中点中点（甲类甲类）（电压放大器均为甲类）（电压放大器均为甲类） 晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态晶体管仅在信号的半个周期处于

43、导通状态Q点下移点下移，使信，使信号为号为0时电源输出功率时电源输出功率为为0（乙类（乙类）或）或很小（甲乙类很小（甲乙类），信），信号增大时电源供给功率随之增大号增大时电源供给功率随之增大效率：甲类甲乙类乙类效率：甲类甲乙类乙类分类甲类甲类乙类乙类甲乙类甲乙类一一. 甲类功率放大器分析（以共集电路为例）甲类功率放大器分析（以共集电路为例）6.4.2 6.4.2 功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算iCuCEQUCEQICQVCC由电路图可知，对由电路图可知，对RL而言：而言：IC = ( UCC UCE) / RL移得：移得：IC= ( UCE UCC) - 直流负载线方程直流负载线

44、方程RL1直流负载线直流负载线斜率为斜率为-1/RL0.40.8ib402060 (A)ubeucetICIBICtic 1.512(mA)tib(A)UCEicuceQ QtuiuituCEt0.40.8iB402060 (A)ubetiC 1.512(mA)tiB(A)iCuCEUCEICICIBUCEIBIC顶部失真顶部失真截止失真截止失真思考题：思考题：若将若将Q点调至此处，波形将如何变化点调至此处，波形将如何变化t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在

45、信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！iCuCEQUCEQICQVCC212CEQCEQCQLLVccUUIRVccR静态时静态时直流负载线，斜率为直流负载线，斜率为-1/RLUomIomiCuCEQUCEQICQVCCoomomomom222221212()12218LLLLPUoIoUIUURUcemRVccRVccR当输入当输入ui时，时，输出功输出功率率Po222VCCCCCQLLLPVIVcc IUcemVccRVccVccRVccR电源提供的平均功耗：电源提供的平均功耗：UomIomiCuCEQUCEQICQVCC02CCI为内电流平均值效率效率

46、oV1=4PPomCC1 2UV即当时，max14最高效率最高效率 max1、结构、结构互补对称：互补对称：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；各一支；两管特性一致。组成互补两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。对称式射极输出器。二、乙类互补对称功率放大电路二、乙类互补对称功率放大电路 uuVCCVCCoiLRuuVCCVCCoiLR2、工作原理、工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0

47、VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波输入输出波形图输入输出波形图uiuouT2uT1 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR3、组合特性分析、组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pom222CCCESCComLL()om222LVUVUPRRR（1）输出功率）输出功率Po2omomomooo

48、LL=222UUUPU IRR4、分析计算、分析计算uuVCCVCCoiLR负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCES（2）电源供给的功率）电源供给的功率PVCCom0CComCComL12sin d()212222VCCCCPVIVIttVIVUR 当当时时， CComVU 2CCmL2VVPR最大电源供给功率最大电源供给功率PvmuuVCCVCCoiLR（3）效率）效率 oomVCC=4PUPV时，时， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max三极管的最大管耗三极管的最大管耗 PtmaxTmaxom0.4PP用用PT对对Uom求导，并令

49、导数求导，并令导数=0，得出：，得出： PTmax发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT表达式表达式：T1maxT2maxTmax1=P=P0.2 om2PP （4）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗2CComomTVOLL2=P -P2VUUPRR5、选功率管的原则：、选功率管的原则：(3) PCM PT1max =0.2PoM()(1)2CCBR CEOUVuuVCCVCCoiLR(2) ICM Vcc/RL tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点uuVCCoiLRVCC消除交越失真消除交越失

50、真甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路6.4.3 改进型功率放大电路改进型功率放大电路消除交越失真的互补输出级消除交越失真的互补输出级-甲乙类甲乙类ib2b1D2D1B1B2uuuUUU动态：静态：倍增电路故称之为，则若BEBE443B1B2B2UURRRUII用二极管提供偏置用二极管提供偏置用用Ube倍增电路提供偏置倍增电路提供偏置 静态时静态时: T1、T2两管发射结电压分两管发射结电压分别为二极管别为二极管D1、 D2的正向导通的正向导通压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正

51、半加入正弦信号。正半周周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。降低，进入良好的导通状态。电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路基本原理基本原理 一、甲乙类互补对称功率放大电路一、甲乙类互补对称功率放大电路1. 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCC特别注意：特别注意：甲乙类互补甲乙类互补对称电路的计算同乙类对称电路的计算同乙类乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路(OTL

52、) 要求C足够大，C值由电路的下限截止频率决定（电容起到了负电（电容起到了负电源的作用）源的作用）动态时动态时Ui正半周时，正半周时，T1导通、导通、T2截止；截止； Ui负半周时，负半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。静态时电容上电压静态时电容上电压CCC21VU 1、基本原理、基本原理. 单电源供电；单电源供电；. 输出加有大电容。输出加有大电容。（1）静态偏置）静态偏置二二. 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路(OTL)调整调整RW阻值的大小，可使阻值的大小，可使CCP21VU 此时电容上电压此时电容上电压CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR

53、5R6WRUPiO（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电（电容起到了负电源的作用）源的作用）Ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；Ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）输出功率及效率）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：2maxCCoVU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO注意：注意：OCL双双电源供电，电源供电，OTL单电源供电，其他单电源供电，其他相同，所以：只要把相同，所以：只要把OCL计算公式中的计算公式中的VCC变

54、为变为1/2 VCC ，就得到，就得到OTL的计算公式的计算公式。LCCLCCLomomRVRVRUP82)2(2222 如：如：L2CCL2om22RVRUPom CCCESCCVUVU omCCom4 VU 22omCCCESCCVUVU OCLOTL24CComVU 时时：当当CComVU 时时：当当2CComVU %5 .7844CCCCmax VV%5 .784224CCCCmax VV几种电路的比较 记住公式记住公式 maxoCMCCCEO(BR)LCCCM2.02/PPVURVIL2CCL2CCL2CESCCom82) 2/(2)2/(RVRVRUVPmaxoCMCCCEO(BR

55、)LCCCM2.02PPVURVI乙类和甲乙类公式相同。乙类和甲乙类公式相同。OCL电路：省去输出端电容，易集成化，但需正电路：省去输出端电容，易集成化，但需正负负双电源双电源供电，低频特性好。供电，低频特性好。OTL电路：需在输出端接大电路：需在输出端接大电容电容，仅需，仅需单电源单电源供供电，低频特性差，电，低频特性差，参数计算参考参数计算参考OCL公式，以公式，以Vcc/2代替代替Vcc即可即可。L2CCL2CESCCom22)(RVRUVPOCLOTL若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：2maxCCoVU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPi

56、O此电路存在的问题：此电路存在的问题：由于由于R8的存在，输出电压的存在，输出电压正方向变化的幅度受到限正方向变化的幅度受到限制，达不到制，达不到VCC/2用用自举电路自举电路来解决来解决Ui正，T2导通，uo=Vcc/2-UcesUi负，T1导通，uo=Vcc/2-Ube-R8ic带自举电路的单电源功放带自举电路的单电源功放静态时静态时CCP21VU C1充电后，其两充电后，其两端有一固定电压端有一固定电压动态时动态时由于由于C1很大，两端电很大，两端电压基本不变，使压基本不变，使C1上上端电位随输出电压升端电位随输出电压升高而升高。保证输出高而升高。保证输出幅度达到幅度达到VCC/2。+u

57、uRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7为自举电路为自举电路 如下图所示双电源供电和单电源供电的两如下图所示双电源供电和单电源供电的两种互补推挽功放电路中，已知种互补推挽功放电路中，已知VCC9V，RL8，试计算理想情况下的最大输出功，试计算理想情况下的最大输出功率率Pomax和功率管的安全工作条件。和功率管的安全工作条件。 如图所示如图所示OCL功放电路，功放电路，试问（试问（1）静态时，输出电）静态时，输出电压压u0应是多少？（应是多少？（2）动态）动态时，若输出电压波形出现时，若输出电压波形出现交越失真，应调整哪个电交越失真，应调整哪个电阻？如何调

58、整？（阻？如何调整？（3）已知）已知VCC =6V，RL=8，三极，三极管饱和管压降管饱和管压降UCES =1V，估算电路的最大输出功率估算电路的最大输出功率Pom、效率、效率和三极管的最和三极管的最大功耗大功耗PTm。 实例实例 集成功率放大器集成功率放大器 一般通用型集成运放的输出功率是很小的，一般通用型集成运放的输出功率是很小的，如如A741A741的输出功率仅为的输出功率仅为100mW100mW左右。在需要较大左右。在需要较大功率场合，可选用集成功率放大器。功率场合，可选用集成功率放大器。 5W5W音频音频放大器放大器OTLOTL电路，电路，34dB34dB增益，增益，BW=300kH

59、zBW=300kHz，8 8欧姆负欧姆负载时输出功率载时输出功率5W5W。音量音量调节调节改善改善音质音质低频低频旁路旁路电源电源去耦去耦OCLOCL音频放大音频放大器（器（20W20W）交流电压交流电压串联负反串联负反馈馈C C1 1、C C2 2、C C3 3、C C4 4电源电源去耦滤波去耦滤波C C7 7、C C5 5、R R3 3改改善音质用善音质用D D1 1、D D2 2正负正负向限幅向限幅6.5 集成运放中的电流源一、基本电流源电路一、基本电流源电路3种种二、改进型电流源二、改进型电流源三、多路电流源三、多路电流源四、有源负载四、有源负载1、镜像电流源、镜像电流源基准电流：基准

60、电流：BE2BE1=UUB2B1= IICIII C1C2RUVIBECCR= RVCC 因为：因为：所以：所以：+RTIIC11VTR2CCIC2IB2BRII2 CRII2 两管对称两管对称一、基本电流源电路一、基本电流源电路可见：无论可见：无论T2的负载如何变化，的负载如何变化， IC2的电流值将保持不变。的电流值将保持不变。C2C1=2CRIIIIRII C22 +RTIIC11VTR2CCIC2IB2BCRIII21 镜像电流源自身有镜像电流源自身有一定的温度补偿作用一定的温度补偿作用 T 2CI 1CI RI RIURR BEU BI 2CIRCCBEUVU 镜像电流源镜像电流源+