[工学]放大电路基础

1、.教 案 纸 第 次课 第 页课题课题二：放大电路基础班级09电气时间教学目的要求1、了解放大电路的基本概念、分类、组成。2、掌握共发射极放大电路的组成、工作原理、分析方法和定量计算。3、理解反馈的概念和负反馈对放大电路性能的影响，理解静态工作点稳定的原理。4、了解功率放大器的功能，熟悉OTL和OCL电路的工作原理。5、掌握正弦波振荡器的组成及常见振荡器的工作过程、特点及振荡频率。6、掌握放大电路的装配工艺和调整测试方法。场地1-312教具挂图与演示实验EWB仿真实物装配重点共发射极放大电路的分析方法和定量计算。难点负反馈类型的判断讲授思路与教学方法本课题是电子技术的基础，具有很强的实践性。在

2、教学中着重定性分析、学生自己动手装配，要充分采用实物示教、演示实验以及计算机辅助教学的先进手段，即讲授法、 EWB仿真演示、实物装配与调试等教学方法相结合，以提高教学效果。引 入 新 课用来对电信号进行放大的电路称为放大电路，习惯上称为放大器，它是使用最为广泛的电子电路之一，也是构成其他电子电路的基本单元电路。根据用途以及采用的有源放大器件的不同，放大电路的种类很多，它们的电路形式以及性能指标不完全相同，但它们的基本工作原理是相同的。本课题主要讨论三极管构成的各种基本单元放大电路的组成、特点以及放大电路调整测试的基本方法。安 徽 马 鞍 山 技 师 学 院 教 案 纸讲 授 内 容课题二：放大

3、电路基础（一）理论部分2.1 放大电路的基本知识2.1.1 放大的概念和放大电路的组成 1. 放大的概念将微弱的电信号通过放大电路(也称放大器)放大到具有足 够大的功率去推动负载，这就是放大。2. 放大的本质能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。注意：只有在不失真的情况下放大才有意义。 3. 放大电路的组成放大电路的组成框图如图2.1所示。 图2.1 放大电路组成框图（1）信号源，是所需放大的电信号，它既可以是非电信号变换为电信号的换能器，又可以是前一级电子电路的输出信号。（2）放大电路

4、，由三极管构成，为了满足放大性能的要求，往往是由单元放大电路组成多级放大电路。讲 授 内 容（3）负载，是接受放大电路输出信号的元件（或电路），它既可以将电信号变换为非电信号的换能器，又可以是下一级电子电路的输入电阻。（4）直流电源，用以供给放大电路所需要的能量，其中一部分是消耗在放大电路中的电阻、器件等耗能元件中。4. 放大电路的组成原则：（1）保证放大电路的核心器件三极管工作在放大状态，即有合适的偏置。也就是说发射结正偏，集电结反偏。（2）输入回路的设置应当使输入信号耦合到三极管的输入电极，形成变化的基极电流，从而产生三极管的电流控制关系，变成集电极电流的变化。（3）输出回路的设置应该保证

5、将三极管放大以后的电流信号转变成负载需要的电量形式（输出电压或输出电流）。2.1.2 放大电路的主要性能指标1. 放大倍数（直接衡量放大电路放大能力的重要指标）1）电压放大倍数：输出电压与输入电压之比，即 2）电流放大倍数：输出电流与输入电流之比，即 3）功率放大倍数：输出功率与输入功率之比，即2. 输入电阻输入电阻是从放大电路输入端看进去的交流等效电阻，定义为输入电压有效值和输入电流有效值之比，即越大，表明放大电路所得到的输入电压越接近信号源电压；即信号源内阻上的电压越小，信号电压损失越小。3. 输出电阻输出电阻就是负载开路时从放大电路输出端看进去的交流讲 授 内 容等效内阻。越小，负载电阻

6、变化时，输出电压的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。4. 通频带（衡量放大电路对不同频率信号的放大能力） 图2.2所示为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，称为幅频特性曲线，图中为中频放大倍数的数值。图2.2 放大电路的幅频特性曲线在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于0.707倍的 频率称为下限截止频率。在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，使放大倍数的数值等于0.707倍的 频率称为上限截止频率。与之间形成的频带称为放大电路的通频带通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。放大电路除了上述指标外，针对不同的场合，还

7、有其他指标，如非线性失真系数、最大不失真输出电压、最大输出功率与效率等。2.2 基本放大电路讲 授 内 容由晶体管可构成共发、共集、共基三种基本组态放大电路。2.2.1 共发射极放大电路1电路的组成直流电源VCC通过RB1、RB2、RC、RE使三极管获得合适的偏置，为三极管的放大作用提供必要的条件，RB1、RB2称为基极偏置电阻，RE称为发射极电阻，RC称为集电极负载电阻，利用RC的降压作用，将三极管集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。与RE并联的电容CE，称为发射极旁路电容，用以短路交流，使RE对放大电路的电压放大倍数不产生影响，故要求它对信号频率的容抗越小越好，

8、因此，在低频放大电路中CE通常也采用电解电容器。图2.3 共发射极放大电路2. 直流分析断开放大电路中的所有电容，即得到直流通路，如图2.4所示，此电路又称为分压偏置式工作点稳定直流通路。1）静态工作点Q的估算讲 授 内 容2）稳定Q点的原理图2.4 共发射极放大电路直流通路3. 性能指标分析（1）有旁路电容CE时将放大电路中的C1、C2、CE短路，电源VCC短路，得到交流通路，然后将三极管用H参数小信号电路模型代入，便得到放大电路小信号电路模型如图2.5所示。图2.5 交流小信号等效电路1）电压放大倍数2）输入电阻讲 授 内 容3）输出电阻 RO RC（2） 无旁路电容CE时图2.6 无旁路

9、电容时交流小信号等效电路1）电压放大倍数2）输入电阻3）输出电阻 RO RC2.2.2 共集电极放大电路（射极输出器、射极跟随器）1电路组成与静态工作点1）电路组成共集电极放大电路如下图2.7所示，图(a)、(b)分别是它的直流通路和交流通路。由交流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号ui和输出信号uo以它为公共端，故称它为共集电极放大电路，同时由于输出信号uo取自发射极，又叫做射极输出器。2）静态工作点讲 授 内 容图2.7 共集电极放大电路图2.8 共集电极交直流等效电路IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ b ) RE  ICQ = b I BQ ，UC

10、EQ = VCC ICQ RE2性能指标分析根据图2.8（b）所示可画出放大电路小信号等效电路如图2.9所示。由此可求得共集电极放大电路的各性能指标。（1）电压放大倍数讲 授 内 容图2.9 共集电极放大电路小信号等效电路（2）输入电阻R¢L = RE / RL（3）输出电阻图2.10 求共集电极放大电路输出电阻等效电路讲 授 内 容3共集电极电路特点 （1）Uo与Ui同相，具有电压跟随作用。（2）无电压放大作用，Au<1。（3）输入电阻高；输出电阻低。4共集电极电路用途（1）高阻抗输入级（2）低阻抗输出级（3）中间隔离级2.2.3 共基极放大电路1. 电路组成与静态

11、工作点（1）共基极放大电路图2.11所示。由图可见，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2接地，因此输入信号ui由发射极引入、输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端，故称共基极放大电路。从直流通路看，也构成分压式电流负反馈偏置。图2.11 共基极放大电路（2）静态工作点（略）讲 授 内 容图2.12 共基极交流小信号等效电路2. 性能指标分析（1）电压放大倍数（2）输入电阻（3）输出电阻 RO RC3特点共基极放大电路具有输出电压与输入电压同相，电压放大倍数高、输入电阻小、输出电阻大等特点。由于共基极电路有较好的高频特性，故广泛用于高频或宽带放大电路中。2.3 差分放大电路2.3.1

12、差分放大电路的工作原理1. 电路组成如图2.13所示，对称的两个共射电路通过射极公共电阻耦合而成即：讲 授 内 容b1=b2=bUBE1=UBE2= UBErbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO RC1=RC2= RC 图2.13 基本差分放大电路2. 输入和输出方式 两个输入端：双端输入和单端输入。两个输出端：双端输出和单端输出。四种接法：双入双出、单入双出、双入单出和单入单出。3. 差模信号和共模信号1) 差模信号大小相等，极性相反。即：2) 共模信号大小相等，极性相同。即：如图2.5所示讲 授 内 容图2.5差模信号和共模信号任意信号分解为共模信号和差模信号

13、4.静态分析入手点：所以(3)输出电阻 讲 授 内 容两管集电极对地电压为可见，静态时两管集电极之间的输出电压为零，即5. 动态分析1）差模参数（Aud、Rid、RO）双入双出差放（如图2.6所示）图2.6 双入双出差放电路差模电压放大倍数 差模输入电阻 讲 授 内 容差模输出电阻双入单出差放（如图2.7所示）图2.7 双入单出差放电路差模电压放大倍数差模输入电阻差模输出电阻单入双出差放（如图2.8所示）同双入双出差放单入单出差放（如图2.9所示）同双入单出差放图2.6 二极管双向限幅实验电路讲 授 内 容图2.8 单入双出差放电路图2.9 单入单出差放电路2）共模参数（Auc、RCmR）双端

14、、单端输入，双端输出共模电压放大倍数共模抑制比 或讲 授 内 容双端、单端输入，单端输出共模电压放大倍数（很小）共模抑制比（高）2.3.2 差分放大电路的传输特性如图2.10所示图2.10 差分放大电路的电流电压关系 讲 授 内 容 图2.11 差分放大电路的传输特性结论：1.当 即 时， ，电路处于静态工作状态，工作在Q点； 2.当 时，随 增加， 增大， 减小，并近似呈线性关系； 3.当 时，曲线趋于平坦，VT1、VT2中一管进入饱和区，另一管进入截止区，电路工作在非线性区域。 4. 为了使得差分放大电路有较大的线性工作范围，可在VT1和VT2的发射极间串接电阻RE，利用RE的负反馈作用，

15、扩大线性工作范围，如图中虚线所示。 2.4 互补对称功率放大电路前面讨论的低频电压放大电路的主要任务是把微弱的输人信号尽可能不失真地放大成幅度较大的输出电压，它的输出电流较小。而在实际应用中，经常要求多级放大电路的末级能输出一定的功率去推动负载工作。例如电动机控制绕组、仪表的指示、讲 授 内 容继电器线包、扬声器音圈等。因此，多级放大电路的末级通常要采用功率放大器。2.4.1 对功率放大器的要求1. 输出功率要大 为了得到足够大的输出功率，应使功率放大管的集电极电流和电压变化的幅度尽可能大，这样才能使它们的乘积最大，输出的功率最大。2. 效率要高 由于功率放大器的输出功率大，所以直流电源消耗的

16、功率也大。功率放大器的效率为放大器输出的交流功率Po与电源提供的直流功率PGB的比值，即 3. 非线性失真要小 功率放大器为了输出足够大的功率，就要使电流和电压信号尽可能大，这样会超出晶体管特性曲线的线性范围，而产生非线性失真。这时只有从电路和结构上采取一些措施，以保证输出的波形尽可能保持不失真。4. 功放管散热要好在功率放大器中，有相当一部分电能以热的形式消耗，使功放管温度升高。因此，要利用散热装置来提高功放管的最大允许耗散功率，从而提高功率放大器的输出功率。例如，当3AD50不加散热器，环境温度在20时，该管PCM仅为1W；装置合适的散热器，PCM可提高到10W。2.4.2 功率放大器的分

17、类1. 按功放管静态工作点的设置分类讲 授 内 容图2.12 各类功放的集电极电流波形（a）甲类（b）乙类（c）甲乙类（d）丙类根据功放管静态工作点Q在交流负载线上的位置不同，可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等。它们的集电极电流波形如图2.12所示。（1）甲类功放 Q点在交流负载线的中点，功放管在输入信号的整个周期内都处于放大状态，输出信号无失真。但静态电流大，效率低。前面介绍的小信号放大器就是工作于这一状态。（2）乙类功放 Q点设置在交流负载线的截止点，功放管仅在输入信号的半个周期内导通，输出为半波信号。如果采用两只功放管组合起讲 授 内 容来交替工作，则可以让它们的输出信号在负载上合成一个完

18、整的全波信号。乙类功放几乎没有静态电流，功耗极小，所以效率高。（3）甲乙类功放 Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，功放管的导通时间略大于半个周期，输出波形比乙类削波程度小些，不是把整个半周全削掉。功放管静态电流稍大于零，仍有较高的效率，是实用的功率放大器经常采用的方式。（4）丙类功放 Q点设置在截止区，功放管的导通时间小于半个周期，效率比乙类还高，主要应用在无线电发射机中作高频功率放大。2. 按功率放大器的输出端特点分类（1）变压器耦合功率放大器（2）无输出变压器功率放大器（OTL）（3）无输出电容功率放大器（OCL）（4）桥式功率放大器（BTL）变压器耦合功率放大器可通过变压器变换阻抗，

19、使负载获得最大功率，但由于变压器体积大，笨重，频率特性差，且不便于集成化，目前应用较少。OTL、OCL和BTL电路都不用输出变压器，目前都有集成电路，并广泛应用于电子产品中。2.4.3 功率放大器应用电路1. 单电源互补对称功率放大器（OTL）OTL功放电路基本结构如图2.13所示。VT1和VT2是一对导电类型不同，但特性对称的配对管。两管都接成射极输出形式，输出电阻小，所以无需变压器就能与低阻抗负载较好地匹配。输出耦合电容C同时可充当VT2回路等效电源，电容容量常选用几千微法的电解电容。ui为零时，前级电路应使基极电位UB为UCC/2，由于VT1和VT2的特性对称，所以UAUCC/2，通常称

20、UA为中点电压。ui为正半周时，VT1导通，VT2截止，电源UCC通过VT1向电容C充电，电流如图2.13（a）中实线所示。讲 授 内 容图2.13 单电源互补对称功率放大器ui为负半周时，VT2导通，VT1截止，电容C代替电源UCC向VT2供电，电流如图13.13（a）中虚线所示。功放管VT1和VT2交替工作，在负载上获得正负半周完整的输出波形。虽然电容C在工作过程中有时充电，有时放电，但因容量足够大，所以两端电压基本维持在UCC/2。如果VT1和VT2在导通时都能接近饱和状态，则输出信号的最大幅度Um可接近UCC/2。每只功放管的实际工作电压为电源电压的1/2，所以负载可获得的最大功率为因

21、为两只三极管都工作在乙类状态，即静态工作点选在三极管的截止区，三极管输入特性曲线上有一段死区门限电压，因此当ui为正弦信号电压时，在负载RL上合成输出电压也将在两个半波交界处跨越正负半波时发生交越失真。为了克服交越失真，R1、VD1和VD2给VT1和VT2两管的基极提供一定的偏置电压，使其处于弱导通状态，具体电路如图2.13（b）所示。2. 双电源互补对称功率放大器（OCL）在2.13（b）所示OTL电路中，输出耦合电容C为功放管VT2供电，实际上起到了一个负电源的作用。如果直接用一个负电源代替电容C3，就构成了OCL功放电路，如图2.14所示。讲 授 内 容图2.14 双电源互补对称功率放大

22、器OCL电路与OTL电路工作原理相似，但由于取消了输出耦合电容，采用了直接耦合方式，所以低频响应优于OTL电路，而且更便于集成化。需要注意的是，由于电路采用直接耦合方式，若静态工作点失调或某些元器件（如VD1、VD2）虚焊，功放管便会有很大的集电极直流电流，所以一般要在输出回路中接人熔断器以保护功放管和负载。 3. 双电源互补对称功率放大器（OCL）OTL电路要求两只功放管必须特性一致，输出信号的正、负半周才能对称，可是大功率异型管很难配对。采用复合管构成OTL电路可以解决这一问题，同时还能提高电流放大倍数，如图2.15所示。图2.15 复合管OTL功率放大器讲 授 内 容2.5 多级放大电路

23、实际应用的放大电路通常都是多级的，即把几个单级放大电路适当连接起来构成的放大电路。这是因为要把一个微弱的信号放大到能够推动负载（继电器、扬声器等），靠一级放大是不够的。2.5.1 多级放大电路的组成多级放大器通常可分为两大部分，即电压放大（小信号放大）和功率放大（大信号放大），如图13.6框图所示。前置级一般根据信号源是电压源还是电流源来选定，它与中间级的主要作用是放大信号电压。中间级一般都用共发射极电路或组合电路组成。末级要求有一定的输出功率供给负载，称为功率放大器，一般由共集电极电路或互补推挽电路，有时也用变压器耦合放大电路。图2.16 多级放大电路的组成2.5.2 多级放大电路的耦合方式

24、多级放大电路中，级与级之间的连接方式成为级间耦合。通常采用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合三种。1. 阻容耦合（1）电路组成图2.17所示为两级阻容耦合放大器。第一级的输出信号通过RC1和C2加到第二级的输入电阻上，即信号是通过电阻和电容传递的，故称阻容耦合。由于耦合电容的隔直作用，前后级放讲 授 内 容大器的静态工作点互不影响。图2.17 阻容耦合放大电路（2）电路特点各级静态工作点互相独立、体积小、价格低。但当频率很低时，电容的容抗不能忽略，输出电压比中频时低，低频响应差，级与级之间阻抗严重失配。所以阻容藕合放大电路一般用在前置放大级中作为电压放大器。2. 变压器耦合（1）电路组

25、成图2.18所示为变压器耦合的两级放大器。耦合变压器的作用是隔断前后级的直流联系，同时把前级输出的交流信号通过电磁感应传送到后级。此外，在某些放大器中，还利用耦合变压器在传递信号的同时实现阻抗变换。图2.18 变压器耦合放大电路（2）电路特点各级静态工作点互相独立、变压器的阻抗变换可以使级与级之间阻抗匹配，以获得最大输出功率。但它的低频特性较差，不讲 授 内 容能传输直流信号，而且体积较大。主要应用于调谐放大器或由分立元件组成的功率放大器中。3. 直接耦合（1）电路组成如图2.19所示为直接耦合放大电路，其前一级放大电路的输出端与后一级放大电路的输入端直接或通过一个电阻连接起来。图2.19 直

26、接耦合放大电路（2）电路特点电路中没有外加电抗元件，频率响应好，低频段可以延伸到直流，使用元件少，适用于线性集成电路。但级与级之间阻抗严重失配，功率增益低；各级的静态工作点相互影响，设计和调整比较麻烦。2.5.3 多级放大电路的电压放大倍数（1）多级电压放大倍数 在多级放大电路中，前一级的输出信号电压就是后一级的输入信号电压，见图2.20。因此，多级放大电路的总电压放大倍数Au等于各级电压放大倍数的乘积，即（2）放大器的增益 用放大倍数的对数形式表示放大电路放大能力的方法叫做增益。习讲 授 内 容惯上人们有时也将放大倍数称为增益。放大电路的增益包括功率增益、电压增益和电流增益。图2.20 多级

27、电压放大倍数功率增益 Gp=10lgAP 电压增益 Cu=201gAu 电流增益 Gi=201gAi 增益的单位为分贝，以dB表示。例如：某放大电路的电压放大倍数Au=l00，则其电压增益为Gu =201gAu =201g100 dB =40dB放大电路的放大倍数用对数表示时，可以简化运算过程。例如：计算多级放大电路的电压增益时有Gu =20gAu =201g(AulAu2···Aun)=201g Aul +201gAu2 +···+201gAun =Gu1 +Gu2 +···+Gun因为它可以将乘法运算

28、变化为加法运算，所以这种方法使计算过程大大简化。2.6 负反馈放大电路反馈是改善放大器性能的重要手段，也是自动控制系统的一个基本概念，几乎所有的实用放大器都引入了负反馈。因此，了解负反馈对放大电路的影响，是十分必要的。2.6.1 负反馈的基本概念1反馈的定义从广义上讲，凡是将输出量送回到输入端，并对输入量产生讲 授 内 容影响的过程都称为反馈。放大器中的反馈是指将输出量（电压或电流）的一部分或全部通过一定的电路形式送回到输入回路，并与输入量进行叠加的过程。图2.21 负反馈放大电路的组成引人了反馈的放大器称为反馈放大器，它由基本放大器和反馈电路两部分组成，如图2.21所示。图中称为比较环节，表

29、示信号在此叠加。输出量经反馈电路处理，获得反馈量送回到输入端，与输入量叠加后，产生净输入量加到放大器的输入端。可见反馈放大器是一个闭合回路，因此反馈放大器通常称为闭环放大器，而未引人反馈的放大器则称为开环放大器。反馈放大器的特征是存在反馈元件，反馈元件联系着放大器的输出与输入，并影响放大器的输入。因此，能否从电路中找到反馈元件是判断有无反馈的依据。2反馈的类型由于反馈的极性不同，反馈信号的取样对象不同，反馈信号在输入回路中连接方式也不同。（1）正反馈负反馈根据反馈极性的不同，可将反馈分为正反馈与负反馈。便放大器净输入量增大的反馈称为正反馈，使放大器净输入量减小的反馈称为负反馈。放大器中主要采用

30、负反馈，正反馈多用于振荡电路中。（2）电压反馈与电流反馈根据反馈信号从输出端取样方式的不同，可分为电压反馈与电流反馈。如果反馈信号取自放大器的输出电压，称为电压反馈；如果反馈信号取自放大器的输出电流，称为电流反馈。 讲 授 内 容电压反馈的取样环节与放大器输出端并联，电流反馈的取样环节与放大器输出端串联。电压反馈如图2.22（a）、（c）所示，电流反馈如图2.22（b）、（d）所示。图2.22 四种基本类型负反馈框图（a）电压串联负反馈（b）电流串联负反馈（c）电压并联负反馈（d）电流并联负反馈（3）串联反馈与并联反馈根据反馈信号与输入信号连接方式（也称比较方式）的不同，（3）串联反馈与并联反

31、馈可分为串联反馈与并联反馈。如果反馈信号在输入端是与信号源串联的称为串联反馈；如果反馈信号在输入端是与信号源并联的称为并联反馈。串联反馈如图2.22（a）、（b）所示，并联反馈如图2.22（c）、（d）所示。（4）直流反馈与交流反馈如果反馈量只含有直流量，称为直流反馈；如果反馈量只含有交流量，称为交流反馈。在图2.3所示的分压式偏置放大器中，如果发射极电阻RE接有交流旁路电容CE，则RE只对直流量有反馈作用，而对交流量没有反馈作用，即所引入的是直流反馈。如果去掉交流旁路电讲 授 内 容容CE，则RE所引人的就是交、直流反馈了。直流负反馈主要用于稳定放大器的静态工作点，交流负反馈可以改善放大器的

32、动态特性。2.6.2 负反馈对放大电路的影响1负反馈对放大倍数的影响（1）负反馈使放大倍数下降从负反馈的定义可知，反馈信号与输入信号比较，使净输入信号减小，而基本放大倍数不变，是负反馈作用导致输出信号减小。因此，具有负反馈的放大电路其放大倍数比不加负反馈时要低。（2）负反馈提高了放大倍数的稳定性周围环境温度的变化、元器件的老化与更换，以及负载的变化等原因，往往使放大器件的特性参数等发生变化，从而导致放大器放大倍数的变化。引入负反馈后，由于它的自动调节作用，使输出信号的变化得到遏制；放大倍数趋于不变，因此提高了放大倍数的稳定性。2负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响，只取决于反馈电路在输

33、入端的连接方式，即取决于是串联反馈还是并联反馈。（1）串联负反馈使输入电阻提高在串联负反馈中，由于反馈电路与输入电阻串联，由电路的基本知识可知，电阻越串越大。因此引入串联负反馈后，使得放大电路的输入电阻增大。（2）并联负反馈使输入电阻下降在并联负反馈中，由于反馈电路与输入电阻并联，由电路的基本知识可知，电阻越并越小。因此引入并联负反馈后，使得放大电路的输入电阻减小。3负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响，只取决于反馈电路在输出端的连讲 授 内 容接方式，即取决于是电压反馈还是电流反馈。（1）电压负反馈便输出电阻降低电压负反馈可使输出电压在负载变动时保持基本稳定，使之接近恒压源。因此，电

34、压负反馈使放大电路的输出电阻减小。（2）电流负反馈便输出电阻提高电流负反馈可使输出电流在负载变动时保持基本稳定，也就是放大电路输出接近恒流源。因此，电流负反馈使放大电路的输出电阻增大。3负反馈对放大电路非线性失真的影晌负反馈可以使放大电路的非线性失真减小，还可以抑制放大电路自身产生的噪声。需要指出的是，负反馈只能减小本级放大器自身产生的非线性失真和自身的噪声，对输入信号存在的非线性失真和噪声则无能为力。2.7 正弦波振荡器振荡器是以调谐放大器为基础再加正反馈网络构成的。它和放大器一样也是一种能量转换装置，但和放大器不同的是，放大器需要输入信号才能输出信号，而振荡器无需外加信号，就能自动产生一定

35、频率、一定振幅和一定波形的交流信号，从而将直流电源提供的直流电能转换成振荡信号的交流电能。如果振荡器所产生的交流信号是正弦波，则称正弦波振荡器。它广泛应用于多种电子设备中，例如无线电发射机中的载波信号源，超外差收音机中的本振信号源，数字系统中的时钟信号源，微波炉中的高频振荡源等。2.7.1 正弦波振荡器的基本原理1自激振荡的概念在图2.23所示的方框图中，当开关S接在位置“1”时，外讲 授 内 容图2.23 由放大器到自激振荡器框图加输入信号ui经基本放大电路放大后产生一个输出信号uo，若ui是一正弦波信号，则uo也是正弦波信号，这是由基本放电路放大的结果。输出信号uo经反馈电路产生一个反馈信

36、号uf，通过调整放大电路和反馈网络的参数，使uf = ui，若在某瞬间将开关S由位置“1”改接在位置“2”，电路的输出信号uo将保持不变。这时的电路虽然没有外加输入信号，却能输出具有一定频率、一定幅值的正弦波信号，这种现象称为自激振荡，能形成自激振荡的电路称为振荡电路。当然，振荡电路还是需要由直流电源提供能量。因此，振荡电路是一种无需外加信号就能将直流电能变为交流电能的能量变换电路。2自激振荡的平衡条件由上述分析知道，当uf = ui时，振荡器能维持振荡，结合框图13.17所示，可知 uo =Au ui uf =F uo 式中 Au为基本放大电路的电压放大倍数；F为反馈电路的反馈系数。所以，将

37、上述两式代入关系式uf = ui，得 AuF=1 上式为振荡的平衡条件，也就是说只要满足这个条件，振荡器就能产生自激振荡。其条件可具体表示为以下两点： （1）振荡的幅值平衡条件|AuF|=1 它说明振荡时，反馈信号uf和加到放大电路输入端的信号讲 授 内 容ui大小相等。（2）振荡的相位平衡条件a=f=2n（n为整数）式中 a为输入信号经放大电路产生的相移量；f为输出信号经反馈网络产生的相移量。 这说明振荡时，反馈信号uf与输入信号ui相位相同，也就是说只要反馈网络引人的是正反馈，就自然满足自激振荡的相位平衡条件。综上所述，振荡电路是一个具有足够强度正反馈的放大电路。3自激振荡的建立在框图2.

38、23中，当开关S接到2端，便成为自激振荡器。在接通电源瞬间，电路受到扰动，这个扰动就是初始信号，它具有跳变的特性，包含丰富的交流谐波，经放大器的选频回路选出回路的谐振频率信号，通过反馈网络送回到输入端，形成“放大选频正反馈再放大”不断循环的过程，振荡便由弱到强地建立起来。当振荡信号幅度达到一定数值时，由于三极管非线性区的限制作用（有些振荡器设有专门的稳幅环节）使放大倍数降低，振幅也就不再增大，最终使电路维持稳幅振荡。为了保证振荡器在接通电源后能完成输出信号从小到大直至平衡在一定幅值的过程，电路的起振条件必须满足|AuF|=1 4正弦波振荡器的组成及分类从以上分析可知，正弦波振荡器必须包括以下三

39、部分：（1）放大电路。保证电路具有足够的放大倍数。（2）选频网络。确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的正弦波。（3）反馈网络。引人正反馈信号作为输入信号，使电路产生自激振荡。正弦波振荡器常按选频网络组成元件来命名，可分为LC振荡器（振荡频率多在1MHZ以上）、RC振荡器（振荡频率一般在1MHZ以下）、石英晶体振荡器（振荡频率非常稳定）等类型。讲 授 内 容2.7.2 LC正弦波振荡器LC正弦波振荡由放大器、LC选频网络和反馈网络三部分组成。常见的LC正弦波振荡电路有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式。其选频网络都是由电感L和电容C组成选频电路，利用LC谐振特性确定自激振荡输出信号的频率。

40、1变压器反馈式振荡器其电路如图2.24所示。假设三极管VT输入信号瞬时极性为“+”，由于LC回路谐振时为纯阻性，因此，三极管集电极瞬时极性为“”，反馈线圈L1的同名端瞬时极性为“+”，反馈到输入端，与输入信号极性相同，满足相位平衡条件。只要三极管的电流放大系数合适，L1与L2的匝数比合适，即可满足振幅平衡条件。该电路振荡频率为图2.24 变压器反馈式振荡器变压器耦合式振荡器易产生振荡，输出电压的波形失真小，应用范围广泛。但是由于输出电压与反馈电压靠磁路耦合，因而藕合不紧密，损耗较大，并且振荡频率的稳定性不高。2电感三点式振荡器如图2.25（a）、（b）所示是电感三点式振荡器的原理电路和交流通路

41、。LC谐振回路接在三极管的基极与集电极之间，谐振时LC回路呈纯阻性。设基极瞬时极性为“+”，则集电极瞬时极讲 授 内 容性为“”，反馈信号瞬时极性为“+”，形成正反馈，满足相位平衡条件。改变线圈抽头位置，可调节正反馈量的大小，从而可调节输出幅度。该电路振荡频率为图2.25 电感三点式振荡器但因反馈电压取自电感，输出信号申含有高次谐波较多，波形较差，常用于对波形要求不高的振荡器中。3电容三点式振荡器图2.26所示是电容三点式振荡器原理图及交流通路。其电路工作原理分析与电感三点式振荡器相似，振荡频率为由于Cb和Cc的电容量可以取得较小，所以振荡频率可以很高。一般可达100MHz以上。又由于反馈信号

42、取自电容，所以反馈信号中所含高次谐波少，输出波形较好。其缺点是凋节频率不便，因为电容量的大小既与振荡频率有关，又与反馈量有关，即与起振条件有关，调节电容有可能造成停振。此外，当振荡频率较高时，三极管的极间电容将成为Cb和Cc的一部分。由于三极管VT的极间电容会随着温度等因素变化，故影响了振荡频率的稳定性。讲 授 内 容图2.26 电容三点式振荡器2.7.3 RC正弦波振荡器当LC振荡器用于低频振荡时，所需L和C的数值均应加大。这种损耗小的大电感和大容量电容制作困难，而使用RC振荡器却显得方便而经济。RC振荡器的工作原理与LC振荡器相同，都是利用了放大器的正反馈，井要求满足相位平衡和幅值两个条件

43、。两者的不同点是RC振荡器是用RC选频电路代替了LC振荡器的选频回路。1. 基本电路分析 RC振荡电路的选频电路由R、C元件组成。常见的RC正弦波振荡电路是RC串并联正弦波振荡器，如图2.27所示。下面先分析RC串并联电路的选频特性。图2.27 RC正弦波振荡器讲 授 内 容RC串并联网络如图2.28(a)所示。为了讨论方便，假定输入电压们是正弦波信号电压，其频率可变，而幅值保持恒定。当频率足够低时，即，选频网络可近似地用RC高通电路表示，如图2.28(c)所示。当频率足够高时，即，则选频网络近似地用RC低通电路来表示，如图上2.28 (b)所示。图2.28 RC串并联网络由此可以推出，在某一

44、确定频率下, 其输出电压幅度可能有某一最大值；同时，相位角从超前（趋于90°）到滞后（趋于-90°）的过程中，在其一频率品f0下必有=0。即在高频与低频之间必定存在一个频率f0输出电压u2与输入电压u1相位相同，这就是RC串并联网络的选频特性。其频率特性如图2.29所示。图2.29 RC串并联网络频率特性由图2.29可见，当，即时, 达到最讲 授 内 容大值，等于，而相频响应的相位角为零，即=0。由于在时的信号才能满足自激振荡的条件，因此该电路的振荡频率为2. 振荡的建立与稳定由图2.29可知，在时，经RC反馈网络传输到放大器电压与同相，即有=0和。这样，放大电路和由RC串

45、并联电路组成的反馈冈络则好形成正反馈系统，可以满足相位平衡条件，因而有可能振荡。实现稳幅的方法是使电路的值随输出电压幅度增大而减小。RT是一个具有负温系数的热敏电阻，当输出电压增加使RT的功耗增大时，热敏电阻RT减小，放大器的增益下降，使的幅值下降。如果参数选择合适，可使输出电压幅值基本恒定，且波形失真较小。同理，RE用一个具有正温度系数的电阻代替，也可实现稳幅。稳幅的方法还很多，读者可自行分析。如果选频电路的电阻和电容采用双联电位器和双联电容器，则可方便地调节RC振荡电路输出信号的频率。目前生产和实验中常用的音频振荡器大多采用这种电路形式。2.7.4 石英晶体正弦波振荡器在振荡器中，尽管采取

46、了多种稳频措施，其频率稳定度也只能达到10-310-5数量级，如果要求更高的频率稳定度，就必须采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器的频率稳定度可达10-610-11数量级，它的这种优异性能与石英晶体本身的特性有关。讲 授 内 容1石英晶体的特性将二氧化硅 (SiO2)结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层，并作为两个极引出引脚，加以封装，就构成石英晶体谐振器。其结构示意图和符号如图2.30（a）、（b）所示。图2.30 石英晶体振荡器（1）石英晶体的压电效应和压电振荡在石英晶体两个引脚加上一个交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电

47、场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，会产生共振，称为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称为谐振频率。（2）石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如图2.30（b）所示。当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容Co，称为静态电容；其值取决于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几皮法到几十皮法。当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感L，其值为几毫亨到几百毫亨。晶片的弹性等效为电容C，其值仅为0.010.1pF，则C<<Co。晶片的摩擦损耗等效为电阻R，其值

48、约为100,理想情况下R =0。因此回路的品质因数Q很高（）。讲 授 内 容因为R、C、L等参数基本不随温度变化，所以它的频率稳定度高。从图2.30（b）可以看出，石英晶体振荡电路有两个谐振频率，一个是R、C、L串联支路的串联谐振频率fs，另一个是并联回路的谐振频率fp，它们分别为图2.31所示为石英晶体振荡器的等效电抗和频率之间的关系曲线。当f = fs时，电抗X = 0呈串联谐振，等效为一根短路线，在串联型晶振电路中等效短路元件；图2.31 石英晶体振荡器的等效当f = fp时，电抗X =，呈并联谐振，等效开路；当fsffp，电抗X0，呈容性；当fsffp时，电抗X0，呈感性，在晶振电路中等效为电感元件。2石英晶体正弦波振荡电路石英晶体振荡器的电路形式主要分为两类：石英晶体在电路讲 授 内 容中作为等效电感元件使用的称为并联型晶体振荡器；石英晶体