第6章 放大电路

1、第第6章章 放大电路放大电路 6.1 基本交流电压放大电路的组成及各元器件的作用 6.2 静态分析 6.3 动态分析 6.4 静态工作点稳定的常用电路 6.5 其他组态简介及比较 6.6 多级放大电路* 6.7 反馈电路* 6.8 功率放大电路 6.9 集成运算放大电路及基本运算 本章小结第第6 6章章 放大电路放大电路 目目 录录第第6章章 放大电路放大电路【本章学习要求本章学习要求】 理论：掌握放大电路的静态和动态分析及相关计算，掌握集成运放在信号运算方面的运用；理解分压式偏置稳定电路的工作原理；了解放大电路的三种基本电路的应用，了解反馈电路类型及使用，了解功率放大电路的实际应用。 技能：

2、通过学习，掌握放大电路的识图及电路的故障判断，了解测试放大电路主要参数及改善放大电路性能的方法。 第第6章章 放大电路放大电路6.1 6.1 基本交流电压放大电路的组成及各元器件的作用基本交流电压放大电路的组成及各元器件的作用 图6-16.1.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成1.晶体管VT2.集电极电源VCC3.集电极负载电阻Rc。4.基极电源VBB。5.基极偏置电阻Rb。6.耦合电容C1和C2。 第第6章章 放大电路放大电路6.1.2 共射基本放大电路的习惯画法和电流、电压正方向的规定共射基本放大电路的习惯画法和电流、电压正方向的规定图6-2CCV 对于图6-1所示电路，在实际应用中

3、，为了简化电路，一般选取 ，如图6-2a所示。此外，在画图时，往往省略电源符号，只标出电源电压的端点 。这样就得到了图6-2b的习惯画法。CCBBVVCCV第第6章章 放大电路放大电路6.1.3 共射基本放大电路的直流通路和交流通路共射基本放大电路的直流通路和交流通路图6-3 1直流通路及画法 直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路，是放大电路中直流成分流过的路径。画直流通路时，将电容视为开路，电感线圈视为短路（即忽略线圈电阻），信号源视为短路，但应保留其内阻。根据上述原则，图6-3a电路的直流通路如图6-3b所示。第第6章章 放大电路放大电路 2交流通路及画法 交流通路则是在输入信号作

4、用下交流信号流经的通路，是交流成分流过的路径。画交流通路时，将容量大的电容（如耦合电容）视为短路，无内阻的直流电源视为短路，其他不变。则图6-3a的交流通路如图6-4所示。图6-46.1.4 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 为了衡量一个放大电路的性能，可采用若干技术指标来表示。常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、频率响应、带宽以及非线性失真等。 第第6章章 放大电路放大电路6.2.1 静态工作点的估算静态工作点的估算6.2 静态分析静态分析 所谓直流工作状态，是指放大电路没有输入信号（ui =0）时，电路中各处的电压、电流都是直流时的工作状态，简称静态。直流工作点，又称为静态工

5、作点，简称Q点，是指在静态工作状态下，晶体管各电极的直流电压和直流电流的数值，我们将晶体管的基极电流 、集电极电流 、管压降 、管压降 称为放大电路的静态工作点Q，常将这四个物理量记作IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。bBEQCCBQRUVIBQCQIIcCQCCCEQRIVU（6-1）（6-3）（6-2）在式（在式（6-1）中，当）中，当VCCUBEQ时，时，UBEQ可略去不计。可略去不计。BICIBEUCEU第第6章章 放大电路放大电路6.2.2 图解法确定静态工作点图解法确定静态工作点 图解法是以器件的特性曲线为基础，用作图的方法在器件的特性曲线上分析放大电路的工作情况。 图6-5a为

6、图6-3直流通路的分割，它被a、b分成两个部分，左边为非线性部分，右边为线性部分。晶体管的输出特性曲线如图6-5b所示，图6-5c为负载线，图6-5d为Q点的确定。 图解法确定Q点的步骤：首先在输出特性曲线所在坐标中，按直流负载线方程uCE=VCC-iCRc，作出直流负载线；其次由基极回路求出IBQ；最后找 出iB=IBQ这一条输出特性曲线，与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求。第第6章章 放大电路放大电路图6-5第第6章章 放大电路放大电路6.3 动态分析动态分析6.3.1 动态工作情况动态工作情况 当放大电路输入信号后，电路中各处电压、电流便处于变动状态，这时电路

7、处于动态工作情况，简称动态。 6.3.2 图解法分析动态特性图解法分析动态特性 1交流负载线的作法1）在输出特性曲线上先画出直流负载线，找到Q点，Q点对应的电流、电压值分别为ICQ、CEQ 。2）求出交流负载，过Q点作一斜率为 的直线。由于 所以 ，故一般情况下交流负载线比直流负载线陡，如图6-7所示。L1/ RLcL/RRR LcRR 图6-7LR第第6章章 放大电路放大电路 2波形的画法 设输入交流信号电压为 V，则基极电流为在IBQ 上叠加进 ib，即iB=IBQ+ib ，如电路使 ，则iimsinuUtb20 sinAitB(4020sin)Ait图6-9 从 图6-9可看出，基极、集

8、电极电流和电压的交流成分保持一定的相位关系。ic、ib和ube三者相位相同、uce与它们相位相反，即输出电压与输入电压相位是相反的，即相位差为180，这种现象称为“反相”或“倒相”。倒相是共射放大电路的一个重要特征。 第第6章章 放大电路放大电路6.3.3 静态工作点对输出波形失真的影响静态工作点对输出波形失真的影响 所谓失真，是指输出信号波形与输入信号波形存在差异。静态工作点设置不当，输入信号幅度又较大时，将使放大电路的工作范围超出晶体管特性曲线的线性区域而产生失真，这种由于晶体管特性非线性造成的失真称为非线性失真。 （1）截止失真截止失真 工作点设置过低, 失真如图6-10a所示。（2）饱

9、和失真饱和失真 工作点设置过高，失真如图6-10b所示。图6-10第第6章章 放大电路放大电路6.3.4 工程估算法工程估算法 1晶体管的等效电路 晶体管的输入回路用一个等效电阻 来代替，称为晶体管的输入电阻。 （ 6-5）b eb beE Q2 6m V13 0 01m ArrrIbibicbii 晶体管输出回路是一个等效受控电流源 ，其大小和方向均受基极电流 的控制，因此，输出回路可以看成受控电流源电路 ， 如图6-11所示。 。图6-11ber第第6章章 放大电路放大电路uA （1）电压放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，电压放大倍数是指放大电路的输出电压与输入电压之比。 （

10、6-6） 。LbeuRAr uA其中， ， 为负值，表示输出电压与输入电压的相位相反。 LcL/RRR iRoR（2）放大电路的输入电阻 和输出电阻 ibbe/RRribeRr，由于通常bbeRr2.共射基本放大电路性能指标的估算 ocURRI第第6章章 放大电路放大电路6.4 静态工作点稳定的常用电路静态工作点稳定的常用电路6.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 晶体管所有参数几乎都与温度有关，其中，对静态工作点影响较大的有发射结正向压降 ，集电极基极反向饱和电流 和电流放大系数 。 反向饱和电流 的值很小，对工作点稳定性的影响较小。 硅管的 和 受温度的影响较大， 的变化

11、将通过 的变化影响静态工作点。晶体管电流放大系数 的变化随温度升高而增大。 BEUBEUCBOICBOIBEUBEUBI第第6章章 放大电路放大电路1分压式偏置电路的组成分压式偏置电路的组成 6.4.2 分压式偏置电路分压式偏置电路图6-13 分压式偏置电路及其直流通路 图6-13a中， 为下偏置电阻， 为上偏置电阻； 为发射极电阻； 为射极旁路电容，它的作用是提供交流通路，减小信号放大过程中的耗损，使电路的交流信号放大能力不因 存在而降低。 b1Rb2ReReReC第第6章章 放大电路放大电路2 2分压式偏置电路静态工作点稳定原理分压式偏置电路静态工作点稳定原理 3静态工作点的估算 由图6-

12、13b可以得到如下估算公式第第6章章 放大电路放大电路 根据输入回路和输出回路公共端的不同，放大电路有三种基本组态。除了前面介绍过的共发射极电路外，还有共集电极电路和共基极电路两种。6.5 其他组态简介及比较其他组态简介及比较6.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 1电路的组成：它是由基极输入信号，从发射极输出信号，由于是从发射极输出信号，也称射极输出器。 图6-15第第6章章 放大电路放大电路 2工作原理：它是由基极输入信号，从发射极输出信号，由于是从发射极输出信号，也称射极输出器。 电源 给晶体管VT的集电结提供反偏电压，又通过基极偏置电阻 给发射结提供正偏电压，使晶体管VT工作在放

13、大区。输入信号电压 通过耦合电容 加到晶体管VT的基极，经过晶体管的放大，输出信号电压 从发射极通过输出耦合电容 送到负载 上。 CCVbRiu1Cou2CLR第第6章章 放大电路放大电路 3共集放大电路具有如下特点：共集放大电路具有如下特点： （1）电压放大倍数小于1，而近于1，没有电压放大作用，但有电流放大和功率放大作用。 （2）输出电压与输入电压同相。 （3）高输入电阻，低输出电阻。可减小放大电路对信号源（或前级）所取的信号电流，可减小负载变动对放大倍数的影响。 由于共集放大电路具有的这些特点，所以它在半导体电路中的应用极为广泛，可用来作为多级放大电路中的高输入电阻的输入级、低输出电阻的

14、输出级和中间隔离级。第第6章章 放大电路放大电路6.5.2 共基放大电路共基放大电路 信号从发射极输入，从集电极输出，基极是输入、输出回路的公共端，因而是共基电路。 共基电路的特点是：输入电阻低，输出电阻同共射放大电路一样；输出电压与输入电压同相，电压放大倍数与共射放大电路一样。共基电路的输入电流大于输出电流，没有电流放大作用。图6-17第第6章章 放大电路放大电路6.5.3 放大电路三种基本接法的比较放大电路三种基本接法的比较 晶体管单管放大电路的三种基本接法的特点归纳如下： 1共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电

15、路。 2共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点，常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出形式。 3共基放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大电路。第第6章章 放大电路放大电路 6.6 多级放大电路多级放大电路6.6.1 多级放大电路的组成及级间耦合方式多级放大电路的组成及级间耦合方式1多级放大电路的组成框图 图6-18 2级间的耦合方式 组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接，称为级间耦合

16、。多级放大电路有四种常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。 第第6章章 放大电路放大电路 （1）阻容耦合方式 阻容耦合(图6-19)的特点：前、后级之间是通过电容相连的，各级的直流电路互不相通，每一级的静态工作点各自独立、互不影响，这样就给电路的设计、调试和维修带来很大的方便。图6-19 （2）直接耦合方式 直接耦合的特点：各级的静态工作点不独立，相互影响，需要合理地安排各级的直流电位，使它们之间能正确配合。由于电路中没有大容量电容，所以易于将全部电路集成在一块芯片上，构成集成放大电路。 第第6章章 放大电路放大电路6.6.2 多级阻容耦合放大电路的指标计算多级阻容耦合放大

17、电路的指标计算 分析多极放大电路时，必须考虑前、后级之间的相互影响。 ii1b1be1/RRRroo2c2RRR123uuuuunAAAAA （1）输入电阻 多级放大电路的输入电阻 就是第一级放大电路的输入电阻。 iR （2）输出电阻 多级放大电路的输出电阻 就是末级放大电路的输出电阻。 oR （3） 电压放大倍数 多级放大电路的电压放大倍数 等于各级电压放大倍数的乘积。uA图6-21第第6章章 放大电路放大电路*6.7 反馈电路反馈电路图6-22返回返回6.7.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 所谓反馈就是把放大电路输出量(电压或电流)的一部分或 全部，通过一定的方式送回到放大电路的输入端的

18、过程。ooidfiidfidid1XXAXAXXXXAF XAFA上式是反馈放大电路的基本关系式，是分析反馈问题的基础。其中 叫反馈深度，用其表征反馈强弱。 1A F第第6章章 放大电路放大电路6.7.2 反馈类型及其判定反馈类型及其判定 1电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 按取样方式划分，反馈可分为电压反馈和电流反馈。（1）电压反馈 （2）电流反馈 图6-23 电压反馈示意图图6-24 电流反馈示意图第第6章章 放大电路放大电路 2.串联反馈和并联反馈串联反馈和并联反馈 按比较方式划分，可以分为串联反馈和并联反馈。（1）串联反馈（2）并联反馈 图6-26 串联反馈示意图图6-27 并联反

19、馈示意图 （3）串联反馈和并联反馈的判定方法：对于交变分量而言，若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大电路元件的同一个电极上，则为并联反馈；否则，为串联反馈。第第6章章 放大电路放大电路 3直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈 按反馈信号的频率分，可以分为直流反馈和交流反馈。 （1）直流反馈：若反馈环路内，直流分量可以流通，则该反馈环可以产生直流反馈。直流负反馈主要用于稳定静态工作点。 （2）交流反馈：若反馈环路内，交流分量可以流通，则该反馈环可以产生交流反馈，交流负反馈主要用来改善放大电路的性能；交流正反馈主要用来产生振荡。 若反馈环路内，直流分量和交流分量均可以流通，则该反馈环既

20、可以产生直流反馈，又可以产生交流反馈。 4负反馈和正反馈负反馈和正反馈 按反馈极性分，可分为负反馈和正反馈。 若反馈信号使净输入信号减弱，则为负反馈；若反馈信号使净输入信号加强，则为正反馈。负反馈多用于改善放大电路的性能；正反馈多用于振荡电路。 反馈极性的判定多用瞬时极性法，其步骤如下：首先在基本放大电路输入端设定一个递增(或递减)的净输入信号。对并联反馈，设定一个电流信号；对串联反馈，设定一个电压信号。其次在上述设定下，推演出反馈信号的变化极性。最后判定在反馈信号的影响下净输入信号的变化极性。若该极性与前面设定的变化极性相反，则为负反馈；若相同，则为正反馈。第第6章章 放大电路放大电路6.7

21、.3 负反馈对放大电路性能的影响及应用负反馈对放大电路性能的影响及应用1负反馈对放大电路性能的主要影响 （1）提高电路及其放大倍数的稳定性 （2）减小非线性失真 （3）改变输入电阻和输出电阻 图6-28 负反馈减少非线性失真示意图2. 负反馈存在的缺点及其采取的措施 首先，负反馈使放大电路的性能得到改善，都是以降低电路的放大倍数为代价换取的。放大倍数的下降可以通过增加放大电路的级数来补偿。 其次，可能使负反馈电路产生自激振荡。消除自激振荡的方法：一是采用低电阻（零点几欧姆以下）的稳压电源；二是在电路的电源进线处加去耦电路。 第第6章章 放大电路放大电路*6.8功率放大电路功率放大电路6.8.1

22、 功率放大电路概述功率放大电路概述 特点：是要获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，通常工作在大信号状态下，动态工作范围大。 要求：输出功率尽可能的大、非线性失真要小、效率要高以及晶体管的散热问题等。 按照晶体管工作状态的不同，常用功率放大电路可分为甲类、甲乙类和乙类等。第第6章章 放大电路放大电路6.8.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 1. 双电源互补对称功率放大电路的组成及工作原理 2.主要性能指标估算2CCoL12VPR（2）效率m78.5%4（1）输出功率第第6章章 放大电路放大电路3存在的问题 1) 出现交越失真 2) 为了减小和克服交越失真，通常在两基极间

23、加上二极管（或电阻，或二极管和电阻相结合），如图6-33所示。 图6-32 交越失真波形图6-33第第6章章 放大电路放大电路6.8.3 单电源互补对称电路单电源互补对称电路图6-34 OTL电路 OCL电路具有电路简单、效率高等特点，但要采用双电源供电，给使用和维修带来不便。于是，单电源互补对称功率放大电路被广泛应用，又称为无输出变压器的功率放大电路，简称OTL电路，其电路如图6-34所示。第第6章章 放大电路放大电路6.8.4 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器是采用集成工艺将大部分电路及元器件集成制造在一块芯片上，其外接元器件少，使用方便。 1LM380集成功率放大器 它是采用

24、带散热片的14脚双列直插式塑料封装结构。2LA4102集成功率放大器 图6-36第第6章章 放大电路放大电路6.9 集成运算放大电路及基本运算电路集成运算放大电路及基本运算电路6.9.1 零点漂移零点漂移 输入电压为零，输出电压偏离零点的变化称为零点漂移，简称零漂。这种输出显然不反映输入信号的输出，这种假象将会造成测量误差，或使自动控制系统发生错误动作，严重时，将会淹没真正的信号。 产生零漂的原因，主要是因为晶体管的参数受温度的影响。采用差动放大电路是最有效的解决措施之一 。 6.9.2 长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路1电路组成及静态分析 图6-39 静态时，差动放大电路具有零输入、零输

25、出的特点。 第第6章章 放大电路放大电路2差模信号、共模信号及其放大倍数差模信号、共模信号及其放大倍数 （1）差模信号和差模电压放大倍数 设差动放大电路两输入端分别作用一对大小相等，极性相反的信号电压，即 ，则称它们为一对差模信号，用下标d 表示，则 id1id2id2uuu dodiduAuu差模电压放大倍数 duA （2）共模信号及共模电压放大倍数 设差动放大电路两输入端分别作用一对大小相等，极性相同的信号，即 ，则称它们为一对共模信号，用下标c表示。icic1ic2uuucocicuAuu 输入共模信号时电路的电压放大倍数称为共模电压放大倍数，用cuAi1i2uu i1i2uu第第6章章

26、 放大电路放大电路3差模输入信号的动态分析差模输入信号的动态分析双端输出差动电路如图6-41所示 图6-41所示第第6章章 放大电路放大电路4共模输入信号的动态分析 cocic0uAuuCMRK共模抑制比 CMRdcuuKAACMRdc20lgdBuuKAA分贝表示为 越大，差动放大电路的抑制能力越强。在理想情况下双输出共模抑制比趋近于无穷大。 CMRK图6-42 共模交流通路第第6章章 放大电路放大电路5 具有恒流源的差动放大电路具有恒流源的差动放大电路 图6-44 具有恒流源的差动放大电路 具有恒流源的差动放大器电路的共模抑制比可达60120dB，所以在模拟集成电路中这种电路得到普遍的应用

27、。 第第6章章 放大电路放大电路6. 具有调零电路的差动放大电路具有调零电路的差动放大电路 图6-45 差动放大电路调零电路 6-45a在发射极增加电位器RP，6-45b在集电极至电源间接入电位器RP，它们均是利用电位器RP的不对称分配来补偿电路参数的不对称。 第第6章章 放大电路放大电路6.9.3 集成运放大的电路框图与主要参数集成运放大的电路框图与主要参数1集成运放的内部电路框图 集成运放的发展速度极快，内部电路结构复杂，并有多种形式。集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。图6-46为集成运放内部原理框图。 图6-46 集成运放原理框图第第6章章 放大电路放大电路2集成运放

28、的外形及符号集成运放的外形及符号 目前国产集成运放已有多种型号，封装外形主要采用圆壳式和双列直插式两种。集成运放的电路符号如图6-47所示 。 它有两个输入端（一个反相输入端和一个同相输入端，分别用“-”“+”表示）和一个输出端，输出电压 与反相输入端输入电压 的相位相反，而与同相输入端输入电压 的相位相同，三者满足下列关系式：图6-47 集成运放的电路符号ouuuoo()uuAuuouA为集成运放开环放大倍数。第第6章章 放大电路放大电路3集成运放的主要参数集成运放的主要参数 （1）开环差模电压放大倍数（2）开环差模输入电阻 （3）开环差模输出电阻 （4）共模抑制比 （5）最大差模和共模输入

29、电压 （6）输入失调电压 以及其温漂 （7）输入失调电流 及其温漂 （8）输入偏置电流 （9）最大输出电压 （10）转换速率 odAidRodRCMRKidmaxicmaxUU、IOUIOddUTIOIIOddITIBIomURS第第6章章 放大电路放大电路6.9.4 集成运放的应用基础集成运放的应用基础1理想运放的性能指标理想运放的性能指标 集成理想运放的理想化参数是：开环差模电压增益 ，差模输入电阻 ，输出电阻 ，共模抑制比 ，频带宽度 ，失调电压 、失调电流 和它们的温漂 、 均为零，且无任何内部噪音。odA idR od0RCMRK BWf 2理想运放线性应用条件理想运放线性应用条件

30、集成运放具有线性和非线性两种工作状态，把集成运放接成负反馈电路是集成运放线性应用的必要条件。把运算放大器看成理想运算放大器，集成运放线性应用时有以下两个特性，即：（1）虚短 （2）虚断 3集成运放非线性应用条件集成运放非线性应用条件 理想运放工作在非线性区的两个特点是：（1）输出电压 只有两种可能的情况，分别为 。当 ；当 。（2）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故净输入电流为零，即 。 IOUIOddUTIOIIOddITomUouoomuuuU 时，oomuuuU 时，0ii第第6章章 放大电路放大电路6.9.5 集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用1反相比例运算放大

31、电路 图6-48 反相比例运算放大电路放大电路的输入电阻为 iii1RuiR放大电路的输出电阻为 o0R 闭环电压放大倍数为foff1uAuuRR 第第6章章 放大电路放大电路2同相比例运算电路 图6-49 同相比例运算电路foif11uAuuRRfuA为正值 f0R 1R当取 ， ，称此电路为电压跟随器，其电路如图6-50所示。 图6-50 电压跟随器电路第第6章章 放大电路放大电路3差动比例运算电路差动比例运算电路 图6-52 差动比例运算电路oi2i1f1uuuRRoui 2i1uu可见其输出电压 与两个输入电压的差值 成正比，因此称为差动比例运算电路或减法运算电路。4反相求和（加法）运算反相求和（加法）运算ffoi1i 212RRuuuRR 图6-53 反相求和电路第第6章章 放大电路放大电路 6.9.7 集成运放的使用常识与应用实例集成运放的使用常识与应用实例1集成运放的使用常识 （1）合理地选用集成运放的型号 集成运放在近几年得到迅速的发展，除了具有高电压放大倍数的通用型外，还有性能更优良的具有特殊功能的集成运放，可分