电工电子技术基础课件-4

第4章放大器基础教学要求

本章以简单放大电路为例，介绍基本放大电路、单管共射放大器、射极输出器、负反馈、功率放大器和集成运算放大器等内容。通过对本章的学习，要求掌握放大电路电压放大倍数、电流放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大不失真输出电压和最大输出功率与效率等概念，掌握各放大器的基本结构、特点和应用，为今后进行电路的分析和排故打下基础。本章要点基本放大电路单管共射放大器射极输出器负反馈功率放大器集成运算放大器4.1放大电路概述

放大电路放大的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，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。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。这样，在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如晶体管和场效应管等。4.1.1放大的概念基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。（1）放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。（2）输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。

图4-1放大概念示意图

放大电路的结构示意图见图4-14.1.2放大器的主要技术指标

如图4-2所示为放大电路示意图。可看成一个两端口网络。不同放大电路在和RL相同的条件下，、、将不同，说明不同放大电路从信号源索取的电流不同，且对同样的信号的放大能力也不同；同一放大电路在幅值相同、频率不同的作用下，将不同。为反映放大电路各方面的性能，引出如下主要指标：图4-2放大电路1．放大倍数（1）放大倍数：直接衡量放大电路放大能力的指标。（2）电压放大倍数：输出电压与输入电压之比，即（3）电流放大倍数：输出电流与输入电流之比，即（4）功率放大倍数：输出功率Po与输入功率Pi之比，即

Ap=Po/Pi=

当输入信号为缓慢变化量或直流变化量时，输入电压用表示，输入电流用表示，输出电压用表示，输出电流用表示。Au＝/，Ai＝/，Aui＝/，Aiu＝/。/

2．输入电阻输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比，即Ri越大，表明放大电路从信号源索取的电流越小，放大电路所得到的输入电压Ui越接近信号源电压Us。图4-3输入电阻的定义3．输出电阻输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，如图4-4所示。

输出电阻Ro是从放大电路输出端看进去的等效内阻。为空载时的输出电压有效值，Uo为带负载后的输出电压有效值，因此图4-4输出电阻Ro愈小，负载电阻RL变化时，Uo的变化愈小，放大电路的带负载能力愈强。当两个放大电路相互连接时，如图4-5所示。放大电路Ⅱ的输入电阻Ri2是放大电路Ⅰ的负载电阻，而放大电路Ⅰ可看成为放大电路Ⅱ的信号源，内阻就是放大电路Ⅰ的输出电阻Ro1。因此，输入电阻和输出电阻均会直接或间接地影响放大电路的放大能力。图4-54．通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。通常情况下，放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的时，即A(fL)=A(fH)=相应的频率fL称为下限频率，fH称为上限频率，如图4-6所示。

（1）幅频特性曲线：放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，称幅频特性曲线。为中频放大倍数。（2）下限截止频率fL：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fL。（3）上限截止频率fH：信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将下降，使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为上限截止频率fH。（4）通频带fbw：fL与fH之间形成的频带称中频段，或通频带fbw。fbw＝fH－fL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。

5．最大不失真输出电压最大不失真输出电压定义为当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。6．最大输出功率与效率（1）最大输出功率Pom：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率Pom。此时，输出电压达到最大不失真电压。

（2）效率η：直流电源能量的利用率。Pom最大输出功率，PV电源消耗功率。η越大，放大电路的效率越高，电源的利用率就越高。思考与练习1、放大的概念2、放大器有那些主要技术指标4.2

单管共射放大器电路的输入回路与输出回路以发射极为公共端，故称之为共射放大电路，并称公共端为“地”。单管共射放大器的电路形式如图4-7所示。

4.2.1基本电路形式图4-7共射组态交流基本放大电路形式

当ui＝0时，称放大电路处于静态。在输入回路中，电源VCC通过偏置电阻Rb提供基极电流IB；使晶体管b-e间电压UBE大于开启电压Uon，在输出回路中，集电极电源VCC应足够高，使晶体管的集电结反偏，以保证晶体管工作在放大状态，集电极电流IC＝βIB；集电极电阻Rc上的电流等于IC，因而Rc上的电压为ICRc，从而确定了c-e间电压UCE＝VCC－ICRc。当ui不为0时，在输入回路中，必将在静态值的基础上产生一个动态的基极电流ib；在输出回路可得到动态电流ic；集电结电流的变化转化成电压的变化，即使管压降uCE产生变化，管压降的变化量就是输出动态电压uo，从而实现了电压放大。直流电源VCC为输出提供所需能量。常见的两种共射放大电路根据共射放大电路构成原则，可构成不同结构的共射放大电路。（1）直流耦合共射放大电路如图4-8所示电路中，将基极电源与集电极电源合二为一，并且为了合理设置静态工作点，在基极回路增加一个电阻。

1）共地：在实用放大电路中，为防止干扰，常要求输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端，即“地”端，称为“共地”。

2）直接耦合：信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连，故称为“直接耦合”。3）静态工作点的求法：Rb1是必不可少的。若Rb1＝0，则静态时，由于输入端短路，IBQ＝0，晶体管将截止，电路不可能正常工作。（2）阻容耦合共射放大电路电路如图4-9所示。

1）耦合电容：电容C1用于连接信号源与放大电路，电容C2用于连接放大电路与负载，这种在电路中起连接作用的电容称为耦合电容。

2）阻容耦合：利用电容连接电路称为阻容耦合。

3）电路分析：由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过。耦合电容的容量应足够大，使其在输入信号频率范围内的容抗很小，可视为短路，所以输入信号几乎无损失地加在放大管的基极与发射极之间。可见，耦合电容的作用是“隔离直流，通过交流”。4）静态工作点的求法：电容C1上的电压为UBEQ，电容C2上的电压为UCEQ，方向如图所标注。由于在输入信号作用时，C1上电压基本不变。因此可将其等效成一个电池，等效电路如图（b）所示。4.2.2

放大器的构成原则

1．基本共射放大电路构成放大电路时必须遵循以下几个原则（1）直流电源要设置合适静态工作点，并做为输出的能源。对于晶体管放大电路，电源的极性和大小应使晶体管基极与发射极之间处于正向偏置，静态电压|UBEQ|大于开启电压Uon；而集电极与基极之间处于反向偏置；即保证晶体管工作在放大区。对于场效管放大电路，电源的极性和大小应为场效管的栅极与源极之间、漏极与源极之间提供合适的电压，从而使之工作在恒流区。（2）电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。（3）输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号必须能够改变基极与发射极之间的电压，产生ΔuBE，或改变基极电流，产生ΔiB。对于场效应管，输入信号必须能够改变栅极与源极之间的电压，产生ΔuGS。这样，才能改变放大管输出回路的电流，从而放大输入信号。（4）当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。2．设置静态工作点的必要性（1）静态工作点当有信号输入时，交流量与直流量共存。

放大电路的静态工作点Q：当输入信号为零时，晶体管的基极电流IB、集电极电流IC、b-e间电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点Q。记作：IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。对于硅管，UBEQ为0.6V至0.8V中的某一值，如0.7V；对于锗管，UBEQ为0.1V至0.3V中的某一值，如0.2V。如图所示电路中，ui＝0，根据回路方程，便可得到静态工作点的表达式

（2）为什么要设置静态工作点如图4-10所示，将基极电源去掉，电源＋VCC的负端接“地”。静态时将输入端A与B短路，得IBQ＝0、ICQ＝0、UCEQ＝VCC，因而晶体管处于截止状态。

当加入输入电压ui时，uAB＝ui，若其峰值小于b-e间开启电压Uon，则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而输出电压没变化；即使ui的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于Uon的时间间隔内导通，所以输出电压必然严重失真。因此，要设置合适的静态工作点，使信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。4.2.3

基本共射放大电路的工作原理及波形分析在图4-11所示的基本放大电路中，静态时的IBQ、ICQ、UCEQ如图4-12（b）、（c）中虚线所标注。（1）为输入正弦波。（2）iB=IBQ+ib，ib为正弦波，IBQ为直流，iB为直流上叠加正弦波。IC=ICQ+ic=ICQ+βib，波形与iB相似。（3）uCE=UCEQ+uce，共射放大电路中，uce与输入电压相位相反，uCE波形为直流分量叠加uce部分。

（4）去掉直流分量，得到一个与输入电压ui相位相反且放大了的交流电压uo。思考与练习1、共射放大电路静态工作点的求法2、为什么要设置静态工作点3、基本共射放大电路构成放大电原则4.3射极输出器前面所讲的放大电路都是从集电极输出，即共发射极接法。而本节所讲的射极输出器顾名思义就是从发射极输出，在接法上则是一个共集电极电路。输入信号电压ui加在基极，信号电压uo由发射极输出的电路称为共集电极电路，又称为射极输出器，因为电源VCC对交流信号相当于短路，所以集电极成为输入和输出回路的公共端。4.3.1

电路构成共集电极电路的交流通路和等效电路如图4-13(b)、(c)所示，图中Rb=Rb1//Rb2。(a)共集电极电路

(b)交流通路(c)等效电路

图4-13共集电极电路（射极输出器)

（1）输入电阻由三极管的输入端向右看的输入电阻式中R’L=Re//RL，一般情况下rce>>R’L。上式表明共集电极电路的输入电阻R’i比基本共发射极电路的输入电阻R'i大得多。

实际上共集电极电路的R’i与具有电流负反馈共发射极电路的类似。

放大器的输入电阻为

（2）电流放大倍数式中的负号表明定义的电流方向Ie与实际的电流方向相反。

（3）电压放大倍数Av和源电压放大倍数Avs电压放大倍数

一般情况下都满足(1+b)R’L>>rbe。上式表明共集电极电路的电压放大倍数近似为1，输出电压与输入电压同相，因此又称为射极跟随器。需要强调的是，对直流而言，射极电压比基极电压低零点几伏，对信号而言，共集电极电路的射极电压近似等于基极电压。源电压放大倍数

（4）输出电阻画求输出电阻的等效电路如图4-14，忽略rce的分流作用时，由图可列方程组上两式联立求解可得由三极管的输出端向左看的输出电阻

上式表明共集电极电路的输出电阻R'o比基本的共发射极电路的输出电阻R'o小得多，并与信号源内电Rs有关。放大器的输出电阻4.3.2

射极输出器的特点及应用1．射极输出器的特点

（1）电压放大倍数接近1，但恒小于1，输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。（2）输入电阻很高，适于作放大电路的输入级。（3）输出电阻很低，具有恒压输出特性，带负载能力强。2．射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。（1）因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。

（2）因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。（3）利用ri大、ro小以及Au的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。思考与练习

1、射极输出器的特点

2、射极输出器的应用4.4

放大器中的负反馈在放大电路中引入“负反馈”以后，可以提高放大倍数的稳定性，展宽通频带，减小非线性失真以及改变放大器的输入、输出阻抗。我们有时把引入反馈的放大电路称为闭环放大器，没有引入的称为开环放大器。在环境温度变化、晶体管衰老、电源电压变化、负载电阻变化情况下，都会引起放大器放大倍数的变化。而放大倍数的不稳定则会导致放大器的输出电流或电压不稳定，因此电子设备就不能正常工作。引入负反馈以后，引起放大倍数不稳定的各种变化能得到补偿，因此能提高放大倍数的稳定性4.4.1

反馈的概念将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。施加反馈的放大器称为反馈放大器。它是一个由基本放大器(又称主网络)和反馈网络构成的闭合环路。如图4—15所示。。

图4-15

（1）x0---是放大器的输出信号，假设基本放大器的增益为A，则x0=Axi’。（2）xf---是x0通过反馈网络产生的反馈信号。（3）反馈放大器的增益---Af=A/F（F称为反馈深度），反馈放大器的基本关系式Af=A/F。（4）负反馈---凡是xf为正值的反馈称为负反馈。（5）正反馈---凡是xf为负值的反馈称为正反馈。负反馈作用：负反馈具有自动调节作用，稳定输出信号和相应增益外，还有效地扩展放大器的频带宽度和减小非线性失真，并可按要求改变放大器的输人和输出电阻等。正反馈作用：没有自动调节作用。施加正反馈的放大器不仅不能稳定输出信号，相反地，将会进一步加剧输出信号的变化，而且还会使放大器的其它性能恶化，甚至产生自激振荡而破坏放大器正常的放大作用。但在某些情况下可以施加少量正反馈来适量提高放大器的增益或按要求调整放大器的频率特性。特别是在振荡器中，正是利用正反馈实现信号产生的功能。4.4.2

反馈的分类及判别方法

1．反馈的分类直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。正反馈：反馈增强净输入信号，使放大倍数提高。在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能。

2．负反馈的类型（1）根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。（2）根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。

反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较，称为串联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较，称为并联反馈。串联反馈要求RS越小越好，并联则要求RS越大越好

3．负反馈判别（1）负反馈类型的判别步骤

1）找出反馈网络（一般是电阻、电容）。

2）判别是交流反馈还是直流反馈？

3）判别是否负反馈？

4）是负反馈！判断是何种类型的负反馈？

5）判别反馈元件（一般是电阻、电容）。①连接在输入与输出之间的元件。②为输入回路与输出回路所共有的元件。（2）利用瞬时极性法判断负反馈

1）设接“地”参考点的电位为零，在某点对“地”电压（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。

2）设基极瞬时极性为正，根据集电极瞬时极性与基极相反、发射极(接有发射极电阻而无旁路电容时)瞬时极性与基极相同的原则，标出相关各点的瞬时极性。

3）若反馈信号与输入信号加在同一电极上，极性相同为正反馈。两者极性相反为负反馈。

4）若反馈信号与输入信号加在两个电极上，极性相反为正反馈。两者极性相同为负反馈。4.4.3

负反馈对放大器性能的影响

1．增益灵敏度定义：若外界环境因素(温度等)或者工作条件变化而引起器件参数、输出负载和输入信号源电阻变化，造成放大器增益(A和AS)变化，则施加负反馈后，反馈放大器的增益(Af和Afs)虽有降低，但其值的变化却大大减小，增益灵敏度就是指Af(或Afs)对A(或AS)变化的敏感程度。（1）增益灵敏度越小，Af(或Afs)对A(或AS)变化的敏感度就越低，反馈放大器的增益也就越稳定。（2）灵敏度是设计高稳定增益放大器的主要依据。而负反馈可有效地降低放大器的增益灵敏度。

（3）施加不同类型反馈，只能减小相应增益的灵敏度。例如，电流串联反馈只能减小互导增益Agf的灵敏度，但不能降低电压增益Avf的灵敏度，只有当RL为定值时，才能降低Avf(＝—AgfRL)的灵敏度。

2．输入和输出电阻（1）输入电阻

1）负反馈对输入电阻的影响与反馈网络在放大器输入端的连接方式有关，而与输出端的连接方式无关。

2）采用串联反馈时，输入电阻是基本放大器输入电阻的F倍；采用并联反馈时，输入电阻则是基本放大器输入电阻的l／F倍。因此，选择合适的反馈类型，并控制F的大小，就能获得所需的输入电阻值。（2）输出电阻负反馈对输出电阻的影响与反馈网络在放大器输出端的连接方式有关，而与输入端的连接方式无关。

1）电压负反馈时---放大器的输出电阻减小到基本放大器的1／Fst倍。Fst越大，Rof降低得就越多，反馈放大器也就越接近于恒压输出，因此，当输入信号一定时，输出电压就越稳定。

2）电流负反馈时---Rof增大到R0的Fsn倍，Fsn越大，Rof提高得就越多，反馈放大器也就越接近恒流输出。因此，当输入信号一定时，输出电流就越稳定。

值得注意的是，这里的反馈深度是指负载开路或短路时的源反馈深度。四种类型反馈与四种类型放大器是一一对应的。施加反馈后，放大器的输入和输出电阻更趋近于理想值。例如，电压串联负反馈放大器，它的输入电阻增大，输出电阻减小，因而更接近理想的电压放大器。电流并联负反馈放大器，它的输入电阻减小，输出电阻增大，因而更接近理想的电流放大器。

3．失真和噪声负反馈可以改善放大器的线性和非线性失真，但是一般情况下，不能改善放大器的噪声性能。（1）频率失真实际上，基本放大器频率特性的不平坦可以理解为因工作频率变化而引起增益的变化，因此，加广负反馈后，利用负反馈降低增益灵敏度的作用，就能使放大器在更宽频率范围内维持增益不变，从而有效地扩展了放大器的通频带。基本放大器为单极点系统---负反馈可以实现增益和带宽之间的交换，即上限频率的扩展(或频率失真的改善)是以中频增益的减小为代价而换得的。基本放大器为多极点系统---情况要复杂一些，改变反馈深度时，它的增益带宽积已不再维持定值。不过，反馈加深，中频增益总是与反馈深度成反比地减小，而上限频率也特有所扩展。

（2）非线性失真利用负反馈，可以有效地改善放大器的非线性失真。例如，若基本放大器的非线性失真使其输出信号产生正半周幅度大、负半周幅度小的失真波形．则通过反馈网络产生的反馈信号也是失真的，它与输入正弦信号相减，得到的净输入信号将是正半周幅度小、负半周幅度大的失真波形，这个波形恰好补偿了基本放大器输出信号的失真。因此，在保持输出信号幅度相同的条件下，它的波形就更接近不失真的正弦波，实际上，基本放大器的非线性失真可看作其增益随输入信号大小而变化，因此，非线性失真的改善同样是利用负反馈降低增益灵敏度的结果。思考与练习1、反馈的概念2、负反馈判别方法3、负反馈对放大器性能有何的影响4.5

功率放大器功放电路的作用：在实用电路中，要求放大电路的末级（即输出级）输出一定的功率，以驱动负载。功放电路：能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。功放电路与一般放大电路的区别：从能量控制和转换的角度看，没有本质的区别。功放电路的要求：输出高电压、大电流，在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。4.5.1

功率放大器的特点（1）功率输出要大。电压和电流幅度大，管子接近极限运用状态，输出功率大。（2）效率要高。（3）非线性失真要小。大信号易产生非线性失真。（4）要考虑散热问题。集电结消耗功率大，管子温度高，要采取散热措施，一般需加散热器。4.5.1

功率放大器的特点（1）功率输出要大。电压和电流幅度大，管子接近极限运用状态，输出功率大。（2）效率要高。（3）非线性失真要小。大信号易产生非线性失真。（4）要考虑散热问题。集电结消耗功率大，管子温度高，要采取散热措施，一般需加散热器。4.5.2

乙类互补对称功率放大器

1．电路组成在图4-16所示电路中，两晶体管分别为NPN管和PNP管，由于它们的特性相近，故称为互补对称管。

静态时，两管的ICQ=0；有输入信号时，两管轮流导通，相互补充。既避免了输出波形的严重失真，又提高了电路的效率。

由于两管互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称电路。如图4-17所示。2．分析计算（1）输出特性曲线的合成图4-18UCESUcemIL

uoO2VCCiC2iC1UCE1UCE2VCCQABOＴIcmt

因为输出信号是两管共同作用的结果，所以将T1、T2合成一个能反映输出信号和通过负载的电流的特性曲线。合成时考虑到：

1）ui=0时,UCEQ1=UCC，-UCEQ2=UCC，因此Q1=Q2。

2）由流过RL的电流方向知ic1与ic2方向相反。即两个纵坐标轴相反。

3）特性的横坐标应符合：UCE1+UEC2=UCC-(-UCC)=2UCC。

UCE1的原点与-UCE2=2UCC点重合；-UCE2的原点与+UCE1=2UCC点重合。由以上三点，得两管的合成曲线如图4-18所示。这时负载线过UCC点形成一条斜线，其斜率为-/RL。显然，允许的iC的最大变化范围为2Icm，vCE的变化范围为2（VCC-VCES）=2Vcem=2IcmRL。如果忽略BJT的饱和压降VCES，Vcem=IcmRL≈VCC。（2）计算输出功率P0在输入正弦信号幅度足够的前提下，即能驱使工作点沿负载线在截止点与临界饱和点之间移动。如图4-18所示波形。输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。

图4-17中的T1、T2可以看成工作在射极输出器状态，AV≈1。当输入信号足够大，使Vim=Vom=Vcem=VCC-VCES≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率由上述对PO的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或降低负载阻抗RL。但必须正确选择功率三极管的参数和施加必要的散热条件，以保证其安全工作。设输出电压的幅值为Vom，则这恰好是图4-18中△ABQ的面积。因为Iom=Vom/RL，所以（3）BJT的管耗PT（4）电源提供的功率（5）效率η4.5.3

甲乙类互补对称功率放大器图4-17所示电路具有电路简单，效率高等特点，广泛用于直流电机和电磁阀控制系统中。但由于BJT的ICQ=0,因此在输入信号幅度较小时，不可避免地要产生非线性失真--交越失真，如图4-19所示。

产生交越失真的原因：功率三极管处于零偏置状态，即：UBE1+UBE2=0。解决办法：为消除交越失真，可以给每个三极管一个很小的静态电流，这样既能减少交越失真，又不至于使功率和效率有太大影响。就是说，让功率三极管在甲乙类状态下工作。增大UBE1+UBE2。

1．甲乙类单电源互补对称功率放大电路（OTL）（1）电路组成：

T1组成前置放大级；

T2、T3组成互补对称功率放大电路的输出级；电容C的作用：

1）充当VCC/2电源

2）耦合交流信号（2）工作原理：当ui=0时:电容C的值足够大时VE=0.5VCC；当ui为正半周时：T3导通，T2截止，C放电；当ui为负半周时：T2导通，T3截止，C充电。（3）功率参数计算：只需将双电源计算公式中的VCC换成1/2VCC即可。如：2．甲乙类双电源互补对称电路（OCL）（1）基本电路甲乙类双电源互补对称电路如图4-20所示。其中图4-20（a）所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。由图可见，T3组成前置放大级(注意,图中末画出T3的偏置电路)，T1和T2组成互补输出级。静态时，在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。由于电路对称，静态时ic1=ic2，iL=0,vo=0。有信号时，由于电路工作在甲乙类,即使vI很小(D1和D2的交流电阻也小)，基本上可线性地进行放大。上述偏置方法的缺点是，其偏置电压不易调整。而在图4-20（b）中，流人T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流，则由图可求出VCE4=VBE4(R1+R2)/R2，因此，利用T4管的VBE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V)，只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。这种方法，在集成电路中经常用到。（2）特点图4.-21是用NPN管驱动的OCL电路，其特点与图4-19所示电路一样。

1）静态时RL上无电流；

2）D1、D2（或R，或R、D）供给T1、T2两管一定的正偏压，使两管处于微导通状态；

3）RC是T3的集电极负载电阻，A、B两点的直流电位差始终为1.4V左右，但交流电压的变化量相等；

4）电路要求T1、T2的特性对称；

5）需要使用对称的双电源。思考与练习

1、功率放大器的特点

2、甲乙类互补对称功率放大器产生交越失真的原因及解决方法

3、甲乙类双电源互补对称电路（OCL）的特点4.6集成运算放大器集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路。

4.6.1集成运放的结构、符号集成运放有四部分组成：（1）输入级：由差分放大器，有源负载为主要组成，任务是：放大、双入一单出，具有很高的输入阻抗以及很高的增益。（2）中间级：由复合管共射放大电和及有源负载组成。任务是：放大与输入级相配合，使电压增益做到10万倍级以上。（3）输出级：互衬对称功率放大器及过载保护电路所组成，任务：实现功率放大。（4）偏置电路：由镜像电源源和微电流源电路组成。任务是：同时为输入级、中间级和输出级提供所需要的偏流

下图（a）为集成运算放大器的符号，除图示的同相输入端、反相输入端和输出端外，还有未在图中标出的正电源端和负电源端（单电源运放则为接地）。在实际运放器件中，由于具体应用、封装等需要，有时还会增加一些辅助端（管脚），此外还有单片集成的多运放器件型号

上图（b）所示为集成运放在开环应用时的电压传输特性，中间一段过零斜线为线性区，上下两段水平横线为饱和区（正、负饱和电压由运放所加正、负电源大小决定）。运放工作在线性区时，UO＝Auox(Up－Un)，由于开环电压放大倍数Auo很高，输入很小的信号也足以使输出电压饱和，另外干扰信号也会使输出难于稳定。所以，要使运算放大器稳定工作在线性区，通常需引入深度电压负反馈。为便于分析，一般把运算放大器理想化，即认为其开环电压放大倍数和差模输入电阻无穷大。4.6.2集成运放的主要技术指标

1．集成运放的主要参数（1）开环差模电压放大倍数Aod

它是指集成运放在无外加反馈回路的情况下的差模电压的放大倍数。（2）最大输出电压Uop-p

它是指一定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰--峰值。（3）差模输入电阻rid

它的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号源索取电流的大小。要求它愈大愈好。

（4）输出电阻rO

它的大小反映了集成运放在小信号输出时的负载能力。（5）共模抑制比CMRR

它放映了集成运放对共模输入信号的抑制能力，其定义同差动放大电路。CMRR越大越好。

2．集成运放的概念及其特点集成运算放大器是一种半导体器件。是利用半导体工艺将晶体管、场效应、二极管、电阻、电容以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成的一个完整的具有一定功能的半导体器件。

3．理想集成运放一般我们是把集成运放视为理想的（将集成运放的各项技术指标理想化）。开环电压放大倍数：输入电阻：输入偏置电流：共模抑制比：输出电阻：-3dB带宽：无干扰无噪声失调电压、失调电流及它们的温漂均为零4.6.3

集成运放使用注意事项是一种以金属－氧化物－半导体场效应晶体管为基本元件构成的。由于集成电路内的场效应管，其栅极(G极)和源极(S极)之间的隔离层是一层极薄的二氧化硅，故输入阻抗很高，通常大于1000MΩ，并且具有5pF左右的输入电容，所以输入端极易受到外界静电及干扰噪声的影响。如果输入端静电能量积累到一定程度，就会把二氧化硅层击穿或击损，产生所谓的"栅穿"或"栅漏"现象，集成电路也就失效了。为了防止静电危害，一般输入回路中均设置了吸收静电的保护电路。但尽管这样，其吸收保护能力有限，通常只能吸收1～2kV(静电电容200pF左右)的静电，而实际环境中的静电能量常常超出此值。（1）在储存、携带或运输集成运放器件和焊装有集成运放器件的半成品印制板的过程中，应将集成电路和印制板放置于金属容器内，也可用铝箔将器件包封后放入普通容器内，但不要用易产生静电的尼龙及塑料盒等容器，采用抗静电的塑料盒当然也可以。（2）.装配工作台上不宜铺设塑料或有机玻璃板，最好铺上一块平整铝板或铁板，如没有则什么都不要铺。（3）焊接时，应将集成电路逐一从盒中取出并拆开包封锡箔，切忌一下子把所有器件全部拆封，摊在桌子上。

（4）在进行装配或实验时，电烙铁、示波器、稳压源等工具及仪器仪表都应良好接地，并要经常检查，发现问题应及时处理。一种简易检查接地是否良好的方法是，在电烙铁及仪器通电时，用电笔测试其外壳，若电笔发亮，说明接地不好；反之，若电笔不亮则说明接地良好。（5）焊装时，爱好者应避免穿着尼龙、纯涤纶等易生静电的衣裤及手套等。（6）集成电路上不用的多余输入端不能悬空，应按不同电路要求进行连接。4.6.4

集成运放的封装形式集成电路的封装就是将封装材料和半导体芯片结合在一起，形成一个以半导体为基础的电子功能块器件。封装材料除了保护芯片不受外界灰尘、潮气、机械冲击外，还起到了机械支撑和散热的功能。当今约有90%的芯片用模塑料进行封装。随着IC高度集成化、芯片和封装面积的增大、封装层的薄壳化以及要求价格的进一步降低，对于模塑料提出了更高且综合性的要求，具体如下。（1）成型性流动性、固化性、脱模性、模具玷污习性、金属磨耗性、材料保存性、封装外观性等。（2）耐热性耐热稳定性、玻璃化温度、热变形温度、耐热周期西、耐热冲击性、热膨胀性、热传导性等。（3）耐湿性吸湿速度、饱和吸湿量、焊锡处理后耐湿性、吸湿后焊锡处理后耐湿性等。（4）耐腐蚀性离子性不纯物及分解气体的种类、含有量、萃取量。（5）粘接性和元件、导线构图、安全岛、保护模等的