多级放大电路及集成

多级放大电路及集成第1页，共138页，2023年，2月20日，星期一3.1多级放大电路

在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成，如图3.1所示。于是，可以分别考虑输入级如何与信号源配合，输出级如何满足负载的要求，中间级如何保证放大倍数足够大。各级放大电路可以针对自己的任务来满足技术指标的要求，本章只讨论由输入级到输出级组成的多级小信号放大电路。第2页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.1多级放大电路框图

第3页，共138页，2023年，2月20日，星期一3.1.1级间耦合方式多级放大电路是将各单级放大电路连接起来，这种级间连接方式称为耦合。要求前级的输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入端。常见的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合及直接耦合三种形式。下面分别介绍三种耦合方式。

1.阻容耦合阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如图3.2所示。第一级的输出信号通过电容器C2和第二级的输入端相连接。第4页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.2阻容耦合两级放大电路(a)电路;(b)直流通路第5页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.2阻容耦合两级放大电路(a)电路;(b)直流通路第6页，共138页，2023年，2月20日，星期一阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于分析和设计电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。阻容耦合的缺点是：信号在通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化缓慢的信号）很难传输。在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。第7页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.变压器耦合变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合，如图3.3所示。将V1的输出信号经过变压器T1送到V2的基极和发射极之间。V2的输出信号经T2耦合到负载RL上。Rb11、Rb12和Rb21、Rb22分别为V1管和V2管的偏置电阻，Cb2是Rb21和Rb22的旁路电容，用于防止信号被偏置电阻所衰减。第8页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.3变压器耦合两级放大电路第9页，共138页，2023年，2月20日，星期一变压器耦合的优点是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的同时还能够进行阻抗、电压、电流变换。变压器耦合的缺点是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。第10页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.直接耦合直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合，如图3.4所示。直接耦合所用元件少，体积小，低频特性好，便于集成化。直接耦合的缺点是：由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零点漂移现象。现讨论如下：（1）静态工作点相互牵制。如图3.4所示，不论V1管集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后，被V2管的基极钳制在0.7V左右，致使V2管处于临界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。第11页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.4直接耦合放大电路第12页，共138页，2023年，2月20日，星期一(2)零点漂移现象。由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的。因而，零点漂移的大小主要由温度所决定。要使用直接耦合的多级放大电路，必须解决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决方法我们将在差动式放大电路中讨论。第13页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.1.2耦合对信号传输的影响1.信号源和输入级之间的关系信号源接放大电路的输入级，输入级的输入电阻就是它的负载，因此可归结为信号源与负载的关系。如图3.5所示，放大电路的输入电压和输入电流可用下面两式计算：(3—1)(3—2)第14页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.5信号源内阻、放大电路输入电阻对输入信号的影响(a)信号源内阻降低输入电压;(b)信号源内阻降低输入电流第15页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.各级间关系中间级级间的相互关系归结为：前级的输出信号为后级的信号源，其输出电阻为信号源内阻，后级的输入电阻为前级的负载电阻。如图3.6所示,第二级的输入电阻为第一级的负载，第三级的输入电阻为第二级的负载，依次类推。1）多级放大电路电压放大倍数因为第16页，共138页，2023年，2月20日，星期一所以总的电压放大倍数为即总的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积。2）多级放大电路的输入、输出电阻多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻，如图3.6所示。第17页，共138页，2023年，2月20日，星期一例3.1电路如图3.2所示，已知UCC=6V，Rb1=430Ω，Rc1=2kΩ，Rb2=270kΩ，Rc2=1.5kΩ，rbe2=1.2kΩ，β1=β2=50,C1=C2=C3=10μF，rbe1=1.6kΩ，求：(1)电压放大倍数；(2)输入电阻、输出电阻。

解(1)电压放大倍数第18页，共138页，2023年，2月20日，星期一在工程上电压放大倍数常用分贝表示，折算公式为上题用分贝可表示为(2）输入电阻、输出电阻第19页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.1.3组合放大电路根据前面分析：三种基本组态电路的性能各有特点，根据三种组态电路不同的特点，将其中任意两种组态相组合，可以构成不同的放大电路，使其更适合实际电路的需要。下面介绍几种常见的组合放大电路。

1.共集－共射极组合电路如图3.7所示，电路增益主要由共射极电路提供，共集电极电路主要用来提高输入电阻。输入电阻第20页，共138页，2023年，2月20日，星期一电压放大倍数因为所以式中第21页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.7共集—共射极组合电路(a)共集—共射极组合电路;(b)共集—共射极组合电路交流通路第22页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.7共集—共射极组合电路(a)共集—共射极组合电路;(b)共集—共射极组合电路交流通路第23页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.共射—共基极组合放大电路如图3.8所示，由于后级的输入电阻为前级的输出负载电阻，而共基极组态电路的输入电阻很小，使前级共射极组态电路的电压增益减小，因此，组合电路的电压增益主要由共基电路提供。第24页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.8共射－共基极组合放大电路(a)共射－共基极组合电路;第25页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.8共射－共基极组合放大电路(b)共射－共基极组合电路交流通路输入电阻第26页，共138页，2023年，2月20日，星期一第27页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.1.4放大电路的频率特性在实际应用中，放大器所放大的信号并非单一频率，例如，语言、音乐信号的频率范围在20～20000Hz，图像信号的频率范围在0~6MHz，还有其它范围。所以，要求放大电路对信号频率范围内的所有频率都具有相同的放大效果，输出才能不失真地重显输入信号。实际电路中存在的电容、电感元件及三极管本身的结电容效应，对交流信号都具有一定的影响。所以，对不同频率具有不同的放大效果。因这种原因所产生的失真称为频率失真。第28页，共138页，2023年，2月20日，星期一

1.幅频特性共射极放大电路的幅频特性如图3.9所示。从幅频特性曲线上可以看出，在一个较宽的频率范围内，曲线平坦，这个频率范围称为中频区。在中频区之外的低频区和高频区，放大倍数都要下降。引起低频区放大倍数下降的原因是由于耦合电容C1、C2及Ce的容抗随频率下降而增大所引起。第29页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.9共射极放大电路的幅频特性(a)电路；(b)幅频特性第30页，共138页，2023年，2月20日，星期一高频区放大倍数的下降原因是由于三极管结电容和杂散电容的容抗随频率增加而减小所引起。结电容通常为几十到几百皮法，杂散电容也不大，因而频率不高时可视为开路。在高频时输入的电流被分流，使得IC减小，输出电压降低，导致高频区电压增益下降，如图3.10所示。第31页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.10高频通路第32页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.通频带把放大倍数Aum下降到时对应的频率称为下限频率fL和上限频率fH，夹在上限频率和下限频率之间的频率范围称为通频带fBW。(3—4)两级放大电路的幅频特性如图3.11所示。由图可见，多级放大电路虽然提高了中频区的放大倍数，但通频带变窄了，这是一个重要的概念。第33页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.11两级放大电路的通频带第34页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.11两级放大电路的通频带第35页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.11两级放大电路的通频带第36页，共138页，2023年，2月20日，星期一3.2差动式放大电路

前面提到了在多级放大电路中采用直接耦合存在着两个特殊问题，一是静态工作点的相互影响，二是零点漂移。为了解决这两个问题，可采用差动式放大电路。

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3.2.1基本差动式放大电路图3.12所示为基本差动式放大电路，它由两个完全相同的单管共射极电路组成。差动式放大电路有两个输入端，两个输出端，要求电路对称，即V1、V2的特性相同，外接电阻对称相等，各元件的温度特性相同，即Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，RS1=RS2。第38页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.12基本差动式放大电路第39页，共138页，2023年，2月20日，星期一

1.工作原理1)静态分析静态时Ui1=Ui2=0。由于电路左右对称，输入信号为零时，IC1=IC2，UC1=UC2，则输出电压

Uo=ΔUC1-ΔUC2=0当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零。可见，尽管各管的零漂存在，但输出电压为零，从而使得零漂得到抑制。第40页，共138页，2023年，2月20日，星期一2)动态分析（1）差模输入。放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号(即Ui1=-Ui2)，这种输入方式称为差模输入。差模输入信号差模输出电压第41页，共138页，2023年，2月20日，星期一差模电压放大倍数即差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。由于Rbrbe，如果接上RL，则式中第42页，共138页，2023年，2月20日，星期一由于两管对称，RL的中点电位不变相当于交流的地电位，对于单管来讲负载是RL的一半，即RL。输入电阻

ri=2(RS+rbe)(3—6)因此输入回路经两个管的发射极和两个RS，则输出电阻ro=2Rc(3—7）因此输出端经过两个Rc。第43页，共138页，2023年，2月20日，星期一(2)共模输入。在差动式放大电路的两个输入端，分别加入大小相等极性相同的信号(即Ui1=Ui2)，这种输入方式称为共模输入。共模输入信号用Uic表示。共模输入时(Uic=Ui1=Ui2)的输出电压与输入电压之比称为共模电压放大倍数，用Ac表示。在电路完全对称的情况下，输入信号相同，输出端电压Uo=Uo1-Uo2=0,故Ac=Uo/Ui=0,即输出电压为零，共模电压放大倍数为零。这种情况称为理想电路。第44页，共138页，2023年，2月20日，星期一(3)抑制零点漂移的原理。在差动式放大电路中，无论是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的变化,相当于在两输入端加入共模信号。由于电路的完全对称性,使得共模输出电压为零，共模电压放大倍数Ac=0，从而抑制了零点漂移。这时电路只放大差模信号。第45页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.共模抑制比在理想状态下，即电路完全对称时，差动式放大电路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动式放大电路不可能做到绝对对称，这时Uo≠0，Ac≠0，即共模输出电压不等于零。共模电压放大倍数不等于零，Ac=Uo/ΔUi。为了衡量差动式电路对共模信号的抑制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。(3—8)第46页，共138页，2023年，2月20日，星期一共模抑制比的大小反映了差动式放大电路差模电压放大倍数是共模电压放大倍数的KCMRR倍，(3—9)第47页，共138页，2023年，2月20日，星期一由上式可以看出，KCMRR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强，抑制共模信号（无用信号）的能力越强，即KCMRR越大越好。理想差动式电路的共模抑制比KCMRR→∞。后面我们将讨论如何提高共模抑制比。由于KCMRR＝|Ad/Ac|,即在保证Aud不变的情况下，如何降低Ac，从而提高KCMRR。第48页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.2.2带Re的差动式放大电路上面介绍的基本差动式放大电路对共模信号的抑制是靠电路两侧的对称性来实现的。但对于各管自身的工作点漂移没有抑制作用，若采用单端输出，则差模和共模放大倍数相等，这时KCMRR＝1，失去了差动式放大电路的作用。即使是双端输出，由于实际电路的不完全对称性，仍然有共模电压输出。改进方法是在不降低Aud的情况下，降低Ac从而提高共模抑制比。带公共Re的差动式放大电路如图3.13所示，这种电路也称为长尾式差动放大电路。由于KCMRR是由差模电压放大倍数和共模电压放大倍数共同决定的，下面分别分析Re对共模电压放大倍数和差模电压放大倍数的影响。第49页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.13带Re的差动式放大电路第50页，共138页，2023年，2月20日，星期一

1.静态分析如图3.14所示，由于流过Re的电流为IE1和IE2之和，又由于电路的对称性，则IE1=IE2，流过Re的电流为2IE1。静态工作点的估算：第51页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.14直流等效电路（a）直流偏置电路；（b）直流等效电路第52页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.稳定静态工作点的过程加Re后，当温度上升时，由于IC1和IC2同时增大，稳定过程实质上是一个负反馈过程，关于负反馈在第四节讲解。T(°C)↑→IC1↓IC1↑IC2↑IC2↓→IE↑→URe↑→UE↑→UBE1↓→IB1↓UBE2↓→IB2↓第53页，共138页，2023年，2月20日，星期一

Re越大工作点越稳定，但Re过大会导致过UE高使静态电流减小，加入负电源-UEE可补偿Re上的压降。3.动态分析（1）Re对差模信号的影响。如图3.15所示，加入差模信号时由于Ui1=-Ui2，则ΔIE1=-ΔIE2，流过Re的电流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0。对差模信号来讲，Re上没有信号压降，即Re对差模电压放大倍数没有影响。差模电压放大倍数

第54页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.15Re对差模放大倍数的影响第55页，共138页，2023年，2月20日，星期一（2）Re对共模信号的影响。如图3.16加入共模信号时，由于Ui1=Ui2，则ΔIE1=ΔIE2，流过Re1的电流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=2ΔIE1，ΔUE=2ΔIE1Re，对于共模信号可以等效成每管发射极接入2Re的电阻。其中输入电阻输出电阻第56页，共138页，2023年，2月20日，星期一即Re使共模电压放大倍数减小，而且Re越大，Ac越小，KCMRR越大。共模电压放大倍数为不加Re时第57页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.16输入共模信号

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图3.16输入共模信号

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3.2.3具有恒流源的差动式放大电路通过对带Re的差动式放大电路的分析可知，Re越大，KCMRR越大，但增大Re，相应的UEE也要增大。显然，使用过高的UEE是不合适的。此外,Re直流能耗也相应增大。所以，靠增大Re来提高共模抑制比是不现实的。设想，在不增大UEE时，如果Re→∞，Ac→0,则KCMRR→∞，这是最理想的。为解决这个问题，用恒流源电路来代替Re，电路如图3.17(a)所示。V3管采用分压式偏置电路，无论V1、V2管有无信号输入，Ib3恒定，IC3恒定，所以V3称为恒流管。

第60页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.17具有恒流源的差动式放大电路第61页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.17具有恒流源的差动式放大电路第62页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.17中IC3=IE3，由于IC3恒定，IE3恒定，则ΔIE→0，这时动态电阻rd为

恒流源对动态信号呈现出高达几兆欧的电阻，而直流压降不大，可以不增大UEE。rd相当于Re，所以对差模电压放大倍数Ad无影响。对共模电压放大倍数Ac相当于接了一个无穷大的Re，所以Ac→0，这时KCMRR→∞。实现了在不增加UEE的同时，提高了共模抑制比的目的。恒流源电路可用恒流源符号表示，如图3.17(b)所示。第63页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.2.4差动式放大电路的输入输出方式由于差动式放大电路有两个输入端、两个输出端,所以信号的输入和输出有四种方式，这四种方式分别是双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。根据不同需要可选择不同的输入、输出方式。

1.双端输入双端输出电路如图3.18所示，其中,差模电压放大倍数为

式中第64页，共138页，2023年，2月20日，星期一此电路适用于输入、输出不需要接地，对称输入，对称输出的场合。输入电阻输出电阻第65页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.18双端输入双端输出第66页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.单端输入双端输出如图3.19所示，信号从一只管子（指V1）的基极与地之间输入，另一只管子的基极接地,表面上似乎两管不是工作在差动状态，但是，若将发射极公共电阻Re换成恒流源，那么，IC1的任何增加将等于IC2的减少，也就是说，输出端电压的变化情况将和差动输入（即双端输入）时一样。此时，V1、V2管的发射极电位UE将随着输入电压Ui而变化，变化量为Ui/2，于是，V1管的Ube=Ui-Ui/2=Ui/2，V2管的Ube=0-Ui/2=-Ui/2。这样来看，单端输入的实质还是双端输入，可以将它归结为双端输入的问题。所以，它的Ad、ri、ro的估算与双端输入双端输出的情况相同。此电路适用于单端输入转换成双端输出的场合。第67页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.单端输入单端输出图3.20为单端输入单端输出的接法。信号只从一只管子的基极与地之间接入，输出信号从一只管子的集电极与地之间输出，输出电压只有双端输出的一半，电压放大倍数Aud也只有双端输出时的一半。式中输入电阻输出电阻（3—10）(3—12)(3—11)第68页，共138页，2023年，2月20日，星期一此电路适用于输入输出均有一端接地的场合。

图3.20单端输入单端输出

第69页，共138页，2023年，2月20日，星期一4.双端输入单端输出图3.21所示电路，其输入方式和双端输入相同，输出方式和单端输出相同，它的Ad、ii、ro的计算和单端输入单端输出相同。此电路适用于双端输入转换成单端输出的场合。从几种电路的接法来看，只有输出方式对差模放大倍数和输入、输出电阻有影响，不论哪一种输入方式，只要是双端输出，其差模放大倍数就等于单管放大倍数，单端输出差模电压放大倍数为双端输出的一半。第70页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.21双端输入单端输出第71页，共138页，2023年，2月20日，星期一3.3功率放大电路

功率放大电路与电压放大器的区别是，电压放大器是多级放大器的前级，它主要对小信号进行电压放大，主要技术指标为电压放大倍数、输入阻抗及输出阻抗等。而功率放大电路则是多级放大器的最后一级，它要带动一定负载，如扬声器、电动机、仪表、继电器等，所以，功率放大电路要求获得一定的不失真输出功率。第72页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.3.1功率放大电路的特点及分类

1.特点（1）输出功率足够大。为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。为此，它们常常工作在大信号状态，接近极限工作状态。（2）效率高。功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。对于小信号电压放大器来讲，由于输出功率较小，电源供给的直流功率也小，因此效率问题就不需要考虑。第73页，共138页，2023年，2月20日，星期一（3）非线性失真小。功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区造成输出波形的非线性失真。因此，功率放大器比小信号的电压放大器的非线性失真问题严重。在实际应用中，有些设备对失真问题要求很严，因此，要采取措施减小失真，使之满足负载的要求。(4)保护及散热。功放管承受高电压、大电流，因而功放管的保护及散热问题也应重视。功率放大器工作点的动态范围大，因此只适宜用图解法进行分析。第74页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.功率放大器的分类功率放大器一般是根据功放管工作点选择的不同进行分类的。有甲类、乙类及甲乙类功率放大器。当静态工作点Q设在负载线性段的中点，整个信号周期内都有电流IC通过时，如图3.22（a）所示，称为甲类功放。若将静态工作点Q设在横轴上，则IC仅在半个信号周期内通过，其输出波形被削掉一半，如图3.22（b）所示，称为乙类功放。若将静态工作点设在线性区的下部靠近截止区，则其IC的流通时间为多半个信号周期，输出波形被削掉一部分。如图3.22（c）所示，称为甲乙类功放。第75页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.22功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放第76页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.22功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放第77页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.22功率放大器的分类（a）甲类功放;（b）乙类功放;（c）甲乙类功放第78页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.3.2乙类互补对称功放如果电路处在甲类放大状态，则静态工作电流大，因而效率低。若用一个管子组成甲乙类或乙类放大电路，就会出现严重的失真现象。乙类互补对称功放，既可保持静态时功耗小，又可减小失真，如图3.23所示。第79页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.24ui为正半周时的工作情况第80页，共138页，2023年，2月20日，星期一

1.电路组成及工作原理选用两个特性接近的管子，使之都工作在乙类状态。一个在正弦信号的正半周工作，另一个在负半周工作，便可得到一个完整的正弦波形。

2.分析计算由于在正常互补对称功率放大电路中，V1、V2管交替对称各工作半周，因此，分析V1、V2管工作的半周情况，可推知整个放大器的电压、电流波形。现以V1管工作的半周情况为例进行分析。第81页，共138页，2023年，2月20日，星期一当ui=0时，iB1=iB=0，iC1=iC=0，uCE1=uCE=UCC。电路工作在Q点，如图3.24所示，当ui≠0时，交流负载线的斜率为-1/Rc。因此，过Q点作斜率为-1/R′L的直线即为交流负载线。如输入信号ui足够大，则可求出Ic的最大幅值Icm和Uce的最大幅值Ucem=UCC-Uces=IcmRL≈UCC。根据以上分析，可求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率Po、管耗PV、直流电源供给的功率PU和效率η。第82页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.24ui为正半周时的工作情况第83页，共138页，2023年，2月20日，星期一（1）输出功率Po。输出功率用输出电压有效值和输出电流有效值的乘积来表示。设输出电压的幅值为Uom，则因为

即第84页，共138页，2023年，2月20日，星期一(2）管耗PV。设uo=Uomsinωt时，则V1管的管耗为两管管耗第85页，共138页，2023年，2月20日，星期一（3）直流供给功率PU。直流电源供给的功率包括负载得到的功率和V1、V2管消耗的功率两部分。当ui=0时：当ui≠0时：则（4）效率η。当Uom≈UCC时：第86页，共138页，2023年，2月20日，星期一由于Uom≈UCC忽略了管子的饱和压降Uces，所以实际效率比这个数值要低一些。

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3.3.3甲乙类互补对称电路乙类互补对称电路效率比较高，但由于三极管的输入特性存在有死区，而形成交越失真。采用甲乙类互补对称电路(如图3.25所示)，可以克服交越失真问题。其原理是静态时，在V1、V2管上产生的压降为V3、V4管提供了一个适当的正偏电压，使之处于微导通状态。由于电路对称，静态时iC1=iC2，io=0，Uo=0。有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使ui很小，也基本上可线性放大。第88页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.25二极管偏置互补对称电路

第89页，共138页，2023年，2月20日，星期一但上述偏置方法的偏置电压不易调整，而在图3.26所示电路中，设流入V4管的基极电流远小于流过R1、R2的电流，则可求出Uce4=UBE4（R1+R2）/R2。因此，利用V4管的UBE4基本为一固定值（0.6~0.7V），只要适当调节R1、R2的比值，就可改变V1、V2管的偏压值。这种方法常称为UBE扩大电路，在集成电路中经常用到。第90页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.26扩大电路第91页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.3.4采用复合管的互补对称功率放大电路

1.复合管在功率放大电路中，如果负载电阻较小，并要求得到较大的功率，则电路必须为负载提供很大的电流。如RL=4Ω，额定功率PN=16W，则由PN=I2RL可得负载电流有效值为2A，若管子的β=20，则基极电流IB=100mA。一般很难从前级获得这样大的电流，因此需设法进行电流放大。通常在电路中采用复合管。第92页，共138页，2023年，2月20日，星期一所谓复合管就是把两只或两只以上的三极管适当地连接起来等效成一只三极管。连接时，应遵守两条规则：①在串联点，必须保证电流的连续性；②在并接点，必须保证总电流为两个管子电流的代数和。复合管的连接形式共有四种，如图3.27所示。第93页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.27复合管的四种连接形式第94页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.27复合管的四种连接形式第95页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.27复合管的四种连接形式第96页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.27复合管的四种连接形式第97页，共138页，2023年，2月20日，星期一观察图3.27可知：(1)复合管的极性取决于推动级。即V1为NPN型，则复合管就为NPN型。(2)输出功率的大小取决于输出管V2。(3)若V1和V2管的电流放大系数为β1、β2，则复合管的电流放大系数β≈β1·β2。第98页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.复合管互补对称功率放大电路利用图3.27（a）、（b）形式的复合管代替图3.25中的V１和V２管，就构成了采用复合管的互补对称输出级，如图3.28所示。它可以降低对前级推动电流的要求，不过其直接为负载RL提供电流的两个末级对管V3、V4的类型截然不同。在大功率情况下，两者很难选配到完全对称。图3.29则与之不同，其两个末级对管是同一类型，因此比较容易配对。这种电路被称为准互补对称电路。电路中Re1、Re2的作用是使V3和V２管能有一个合适的静态工作点。第99页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.28复合管互补对称电路

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图3.29准互补对称电路第101页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.3.5集成功率放大电路

随着集成技术的不断发展，集成功率放大器产品越来越多。由于集成功放成本低，使用方便，因而被广泛地应用在收音机、录音机、电视机及直流伺服系统中的功率放大部分。下面介绍几种常用的集成功率放大器。第102页，共138页，2023年，2月20日，星期一

1.单片音频功率放大器5G375G37是一块集成音频功率放大器，其最大不失真输出功率为2~3W，可作为收音机、录音机、电唱机的功率放大器，也可用于电视机的输出电路，应用非常广泛。其内部电路如图3.30所示。图中，V1、V2管互补组成PNP型复合管，构成整个放大器的前置输入级；V3、V4管组成PNP型复合管，构成放大器的激励级；V8、V9、V10、V11、V12管构成准互补推挽输出级。V5、V6、V7管是消除小信号交越失真而设的二极管偏置电路。第103页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.31为5G37的典型应用电路。②脚为输入端，经耦合电容C1输入信号。⑦脚接正电源，电阻R′1、R′2的作用是决定中点电位。调节RP，可使加到两个推挽管子上的集电极与发射极之间电压相等,亦即使⑥脚的直流电位值等于UCC/2。负载RL为8Ω扬声器，其一端经耦合电容C5接⑥脚，另一端接正电源。C′3为消振电容，用来防止高频自激。R′3、C′2支路与片内的反馈电阻共同构成交流负反馈网络，改变R′3可以调节放大器的增益。第104页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.305G37内部电路图

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图3.315G37应用电路第106页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.LM386LM386是一种通用型宽带集成功率放大器，适用的电源电压为4~10V，常温下功耗在660mW左右,适用于收音机、对讲机、函数发生器等。LM386的①、⑧两脚为增益设定端。C2为消除自激，C4为电源退耦。R2、C3支路组成容性负载，抵消扬声器的感性负载，防止信号突变时扬声器上呈现较高的瞬时电压而使其损坏。图3.32所示为LM386的应用接线。第107页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.32LM386应用接线

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3.3.6功率放大器的应用实例1.OCL功率放大电路

图3.33为一高保真功率放大器的典型应用电路，其中V1、V2、V3管组成的恒流源差动放大器为前置放大级，除了对输入信号进行放大外，还有温度补偿和抑制零漂的作用。V4、V5管构成中间放大级。V7到V10管为准互补OCL电路，作为输出级。Re7~Re10可使电路稳定。V6管及Re4、Re5构成“UBE扩大电路”，调节Re4可改变加在V7、V8管基极间的电压，以消除交越失真。Rf、C1和Rb2构成串联负反馈，以提高电路稳定性并改善性能。第109页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.33OCL功率放大器应用电路

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2.OTL功率放大电路图3.34所示电路是一个OTL互补对称功率放大电路，用作电视机伴音功放。其中V1管构成前置电压放大级，信号经C3耦合至V2构成的推动级，R14形成电压串联负反馈，以改善放大性能。C2、C4、C7为相位补偿元件，用以防止高频自激。V3、V4管构成互补功率输出级。C6将信号耦合到负载RL上。R11、R12为限流电阻，防止开机时功放管中电流过大而烧坏功放管。V3、V4管的静态工作点由V2管的静态电流及R6、R7、R8、R9决定。其中R8是热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，可稳定功放管的静态电流。电阻R10连接在V2管的基极与电容C6的正极之间，构成直流负反馈，以稳定C6正极的电位为UCC/2。第111页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.34OTL互补对称功率放大器实用电路

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3.TDA7050T集成功放实用电路TDA7050T的外形为8脚扁平塑封装，图3.35（a）为立体声工作状态。外接元件只有两只47μF电解电容，电压增益为26dB。UCC=3V，RL=32Ω时，Pom=36mW。图3.35（b）所示为BTL工作状态，无需外接元件。UCC=3V，RL=32Ω时，Pom=140mW，电压增益为32dB。第113页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.35TDA7050T的外接线图

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图3.35TDA7050T的外接线图

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3.3.7功率放大器应用中的几个问题1.功放管散热问题功率放大器的工作电压、电流都很大。功放管一般工作在极限状态下，所以在给负载输出功率的同时，功放管也要消耗部分功率，使管子升温发热，致使晶体管损坏。为此，应注意功放管的散热措施，通常是给功放管加装由铜、铝等导热性良好的金属材料制成的散热片，由于功放管管壳很小，温升的热量主要通过散热片传送。第116页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.功放管的二次击穿问题图3.36所示为晶体管击穿特性曲线。AB段为一次击穿，是由于Uce过大引起的雪崩击穿，是可逆的，当外加电压减小或消失后管子可恢复原状。若在一次击穿后，iC继续增大，管子将进入二次击穿BC段，二次击穿是不可逆的，致使管子毁坏。防止功放管二次击穿的主要措施为：①改善管子散热情况，使其工作在安全区；②应用时避免电源剧烈波动，输入信号突然大幅度增加，负载开路或短路等，以免出现过压、过流；③在负载两端并联二极管和电容，以防止负载的感性引起功放管过压或过流。在功放管的c、e端并联稳压管以吸收瞬时过压。第117页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.36晶体管二次击穿曲线第118页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.36晶体管二次击穿曲线第119页，共138页，2023年，2月20日，星期一3.4集成运算放大器简介

运算放大器实质上是一个多级直接耦合的高增益放大器。由于初期运算放大器主要用于数学运算，所以，至今仍保留这个名称。集成运算放大器是利用集成工艺，将运算放大器的所有元件集成在同一块硅片上，封装在管壳内，通常简称为集成运放。随着集成技术的飞速发展，集成运放的性能不断提高，其应用领域远远超出了数学运算的范围。在自动控制、仪表、测量等领域，集成运放都发挥着十分重要的作用。第120页，共138页，2023年，2月20日，星期一

3.4.1集成运放内部电路简介

集成运放的内部电路分为输入级、偏置电路、中间级及输出级四部分，如图3.37所示。现以国产F007型号为例，对各部分电路的功能作以介绍，其内部电路如图3.38所示。F007共有九个引线端。②、③端为输入端，⑥端为输出端。由于②端和③端相位相反，因而②端称为反相输入端，③端和⑥端相位相同，称为同相输入端。⑦端和④端为正、负电源端，①端和⑤端为调零端，⑧端和⑨端为补偿端。第121页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.37集成运放的框图第122页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.38F007内部电路

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1.输入级输入级是决定电路性能的关键一级。如输入电阻、输入电压范围、共模抑制比等，主要由输入级来决定。图3.38中，F007的输入级由V1~V7管及R1、R2、R3组成。其中V1~V4管构成复合差动式放大电路，V5、V6、V7管构成V3、V4管的有源负载。第124页，共138页，2023年，2月20日，星期一

2.偏置电路1)镜像电流源电路镜像电流源电路如图3.39所示。V1和V2管是做在同一块硅片上的相邻的三极管，因此两者性能参数相同，由于UBE1=UBE2=UBE，因此电流也对称相等，即IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC。由图3.39，可看出流过R的电流为根据分流关系第125页，共138页，2023年，2月20日，星期一图3.39镜像电流源

第126页，共138页，2023年，2月20日，星期一由式(3—13)可以看出，IC2=IR，一旦IR确定，IC2也随之确定，IR稳定，IC2也随之稳定，IR和IC2成为一种镜像关系，因而称为镜像电流源。(3—13)当β2时，IB≈IC1+IC2，所以第127页，共138页，2023年，2月20日，星期一2)恒流源偏置电路在集成运算放大器中，为减小功耗，限制温升，应降低各管的静态电流。因此，集成运放多数都采用恒流源电路作为偏置电路。F007的偏置电路由V8~V13管及R4、R5组成，如图3.40所示。V8、V9、V12和V13管构成的电路称为镜像电流源。因为V10和V11管构成微电流源，由于流过R5的电流IR是V12和V13、V10和V11的基准电流，所以IR是一个基本恒定的基准电流。第128页，共138页，2023年，2月20日，星期一

图3.40F007的偏置电路第129页，共138页，2023年，2月20日，星期一由上式可以看出，IR是一个基本恒定的基准电流。IR在V13中的镜像电流IC13给中间级的V16、V17管提供静态电流，IR在V10中的镜像电流IC10为V9管提供集电极电流，同时为V3、V4提供基流I3、I4。在V8和V9构成的镜像电流源中，IC8给输入级的V1、V2提供集电极静态电流。第130页，共138页，2023年，2月20日，星期一