电子线路陈振源主编

中等职业教育电子信息类专业国家规划教材及配套教学用书

电子线路第3章常用放大器

教学演示文稿

主编陈振源

第3章常用放大器

放大电路在各类电子产品中有着非常广泛的应用，由于其应用场合和性能要求的不同，放大电路的类型有许多，本章重点介绍几种较为常用的放大器的功能、电路组成和根本工作原理。3.1集成运算放大器

3.3低频功率放大器3.2负反响放大器

3.4谐振放大器3.1.1集成运放介绍1.集成运放的结构框图集成运放的常见封装外形有双列直插式和圆壳式等，集成运放的内部电路组成如下图，包括输入级、中间级、输出级和偏置电路等局部。集成运放的常见封装外形集成运放的组成框图3.1集成运算放大器2．集成运放内部的差分放大电路差分放大电路由于它在解决零点漂移方面有突出的优点，因而成为集成运放的主要单元。根本差分放大电路是由两个完全对称的单管放大器组成的。图中两个三极管的特性及左右相对应的电阻参数完全一致。根本差分放大电路〔1〕零点漂移与抑制所谓的零点漂移是指将直流放大器输入端对地短路，使之处于静态状态时，在输出仍然会出现不规那么变化的电压。造成零漂的原因是电源电压的波动和三极管参数随温度的变化，其中温度变化是产生零漂的最主要原因。零点漂移的检测输出电压漂移曲线差分放大电路因左右两个放大电路完全对称，因此具有零输入时零输出的特点。当温度变化时，两管的输出变化(即每管的零漂)相同，从而有效地抑制了零点漂移。

〔2〕差模输人输入信号vI被Rl、R2分压为大小相等、极性相反的一对输入信号分别输入到两管的基极，称为差模信号。差分放大器的差模放大倍数为上式说明：根本差分放大器的AVD和单个管放大电路的放大倍数AV是相等的，用多一倍的元件的代价换来了对零点漂移的抑制能力。〔3〕共模输入在两个输入端加上一对大小相等、极性相同的信号vI1=vI2=vI，称为共模信号，这种输入方式称为共模输入。对于完全对称的差分放大器，输出电压vO=vO1-vO2=0，共模电压放大倍数为：共模放大倍数AVC愈小，那么说明抑制零漂能力愈强。差分放大器常用共模抑制比KCMR来衡量放大器对有用信号的放大能力及对无用漂移信号的抑制能力，其定义是：

3．集成运放符号与引脚功能集成运放是目前最通用的模拟集成器件，可以将它看成是一个高电压放大倍数、低零漂的双端输入单端输出式差分放大器，其符号如左以下图所示。CF741集成运放的引脚功能见右以下图。集成运放的电路符号

CF741引脚功能

4．集成运放的主要参数

〔1〕开环电压放大倍数AVD指集成运放无外加反响回路时，输出信号电压与输入差模电压之比，它表达运放器件的放大能力，一般在103~107之间。〔2〕差模输入电阻rid是指集成运放的两个输入端之间的交流电阻，一般在几十千欧至几十兆欧范围，rid大的集成运放性能好。〔3〕开环输出电阻rod指集成运放无外加反响回路时的输出电阻。〔4〕共模抑制比KCMR用来综合衡量集成运放的放大和抗零漂、抗共模干扰的能力。〔5〕输入失调电压VIO在输入信号为零时，为使输出电压也为零，在输入端所加的补偿电压值。它反映差分放大局部参数的不对称程度，VIO越小越好，一般为毫伏级。〔6〕输出峰一峰电压VOPP指放大器在空载情况下，最大不失真输出电压的峰一峰值。〔7〕静态功耗PD集成运放在输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。〔8〕开环带宽BW与放大器的幅频特性的频带宽度相类似，指下限频率与上限频率之间的频率范围，一般在几千赫至几百千赫。1．集成运放的理想特性开环电压放大倍数AVD=∞；输入电阻rid=∞；输出电阻rod=0；频带宽度BW=∞。2.理想运放等效电路〔1〕同相输入端的电位等于反相输入端的电位，即vI+=vI-当有一个输入端接地时，另一个输入端非常接近地电位，称为“虚地〞。〔2〕输入电流等于零。理想集成运放的输入电阻rid=∞，因此输入端不取用电流，即iI+=iI-=0

3.1.2集成运算放大器的运用

理想运放等效电路

3．集成运算放大器的三种输入形式〔1〕反相放大器输入信号vI从运算放大器的反相输入端参加，就构成反相放大器。R1为输入耦合电阻。Rf为反响电阻。R2为平衡电阻，取值R2=Rl∥Rf。反相电路的放大倍数为反相电路的输出电压为反相放大器

〔2〕同相放大器输入信号vI从运算放大器的同相输入端参加，就构成同相放人器。输入电压vI通过电阻R2接到同相输入端，在输出端与反相输入端之间接有反响电阻R，为使输入端保持平衡，R2=R1∥Rf。同相放大器的电压放大倍数为

同相放大器的输出电压为同相放大器〔3〕差分放大器输入信号vI1通过R1加到反相输入端，另一输入信vI2那么通过R2加到同相输入端，Rf为反响电阻，R3为平衡电阻。当R1=R2，且Rf=R3时，同相放大器的电压放大倍数为：

同相放大器的输出电压为：差分放大器

●不能调零电路没有参加外接反响电阻Rf，可能产生该故障。假设电路已接入适宜的反响电阻Rf，还出现不能调零问题，其原因可能是接线错误、电路虚焊或集成运放损坏。

●“堵塞〞现象切断电源后再重新通电，或把集成运放的两个输入端短路一下，这样电路就能恢复到正常。

●产生“自激〞加强对正、负电源的滤波，调整电路板的布线结构，防止电路接线过长。应用提示

3．信号运算电路〔1〕加法运算电路通常又称为加法器，其电路实际上是在反相放大器的根底上增加几路输入信号源，图中的R1、R2、R3为输入耦合电阻，R4为平衡电阻，R4=R1∥R2∥R3∥Rf。加法运算电路根据集成运放的理想特性有iI=0，所以

集成运放的反相输入端为虚地点，故有当R1=R2=R3=Rf时，有

输出电压vo为各输入信号电压之和，式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。〔2〕减法运算电路又称为减法器，电路构成与差分放大器相同。

减法运算电路当R1=R2=R3=Rf时，由公式得：

上式说明，该差分放大器的输出电压为输入电压vI2与vI1差，由此实现减法运算。反响是指将放大电路的输出信号的一局部或全部返回到输入端，并与输入信号叠加的过程。在放大电路中引入负反响可以大大改善放大器的性能，因此得到广泛的应用。3.2.1反响的根本概念1．反响放大器的组成反响放大电路的结构方框如以下图所示。图中A代表无反响的放大电路，也称根本放大电路，F代表反响电路。

反响放大器方框图3.2负反响放大器开心一刻：“反响〞2.反响的分类〔1〕按反响极性分类正反响：反响信号使净输入信号得到增强，常应用于各种振荡电路。负反响：反响信号使净输入信号得到削弱，多应用于以改善放大电路特性为目的场合。正、负反响示意图正反响常应用于各种振荡电路负反响常应用于各种放大电路〔2〕按反响成分分类交流反响：反响回来的信号是交流量，交流反响能改善放大电路的交流性能。直流反响：反响回来的信号是直流量，直流反响主要用于稳定放大器的静态工作点。〔3〕按反响信号在输出端取样方式分类电压反响：反响信号取自放大电路的输出电压vo，反响信号是与输出电压成正比。电流反响：反响信号取自放大电路的输出电流io，反响信号是与输出电流成正比。电压反响示意图电流反响示意图〔4〕按反响信号在输入端接入方式分类串联反响：在放大电路的输入回路中，反响信号vf与外输入电压vi串联后加至放大器件的输入端。串联反响信号在输入端以电压形式出现。并联反响：在放大电路的输入回路中，反响信号if与输入电流ii并联后加至放大器的输入端。并联反响信号在输入端以电流形式出现。串联反响示意图并联反响示意图3.2.2三极管负反响放大电路1．反响类型的判别方法观察放大电路有无反响元件判断电压和电流反响的方法判别串联和并联反响的方法判别反响极性找到联系放大器输出与输入回路之间的元件，这是判断反响存在与否的依据。根据反响信号在输出端取样方式来判断根据反响信号在输入端的接入方式来判断

采用瞬时极性法来判别

〔1〕判断电压和电流反响共射电路情况共集电路情况

〔2〕判别串联和并联反响

〔3〕判别反响极性假定输入信号vi加至三极管的基极瞬时极性为“+〞。假设反响信号返回三极管基极为“+〞，那么为正反响。反之，反响信号返回三极管的基极为“-〞，那么为负反响。假设反响信号返回三极管的发射极为“+〞，为负反响。假设返回三极管的发射极为“-〞那么为正反响。反响至放大电路的基极反响至放大电路的发射极2．常见的几种三极管反响放大电路〔1〕电压并联负反响放大电路〔2〕电压串联负反响放大电路单级电压串联负反响放大电路两级电压串联负反响放大电路〔3〕电流串联负反响放大电路〔4〕电流并联负反响放大电路1．负反响使放大倍数下降，提高放大倍数的稳定性2．负反响使非线性失真减小3．负反响可展宽通频带4．负反响可改变输入电阻和输出电阻的大小3.2.3负反响放大器性能的影响多级放大电路末级的输出信号往往都是送到负载，驱动其正常工作。负载装置常见的有扬声器、伺服电机、记录仪表、继电器、电视机的扫描偏转线圈等。这类主要用于向负载提供低频信号功率的放大电路称为低频功率放大电路。3.3.1功率放大电路的根本要求1．有足够大的输出功率2．效率要高3．非线性失真要小4．功放管散热要好3.3低频功率放大器

家用立体声功率放大器3.3.2功率放大器的分类1．按静态工作点设置分类：甲类、乙类、甲乙类2．按耦合方式分类：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合甲类功率放大器工作状态乙类功率放大器工作状态甲乙类功率放大器工作状态3.3.3双电源互补对称电路〔OCL电路〕1．电路根本结构由+VCC、Vl和RL组成NPN型管射极输出电路，由-VCC、V2和RL组成PNP型管的射极输出电路。Vl与V2管的基极连接在一起作为信号输入端，两管的发射极也连接在一起作为信号的输出端，直接与负载相连接。OCL原理电路

●当输入信号vi为正半周时，V2管发射结反偏而截止，V1管发射结正偏而导通，产生电流iC1流经负载RL形成输出电压vo的正半周。

●当输入信号vi为负半周时，V1管的发射结反偏而截止，V2管的发射结正偏而导通，产生电流iC2流经负载RL形成输出电压vo的负半周。

●综上所述，V1管与V2管交替导通，分别放大信号的正、负半周，于是在负载获得完整的输出信号。2．工作原理OCL放大电路工作波形3．输出功率和效率OCL电路中，负载RL上输出的电压和电流的最大值为:OCL电路的理想效率为:

●OCL电路的互补管V1与V2必须选用特性根本相同的配对管。

●功率放大器的功放管由于工作在大电流状态，且温度较高，属易损器件，在电子设备的检修中应注意检查功放管是否损坏。

应用提示

4．交越失真及其消除方法OCL电路在没有直流偏置的情况下，当输入电压vi低于死区电压时，V1和V2管会产生截止，即在正、负半周的交替处出现一段死区，这种现象称为交越失真。

交越失真波形消除交越失真的OCL电路消除交越失真的方法是在两个功放管基极间串入二极管V4和V5，利用二极管的压降为三极管V2、V3的发射结提供正向偏置电压，使管子处于微导通状态，即工作于甲乙类状态，此时负载RL上输出信号波形就不会出现交越失真。1.OTL根本电路OTL功率放大电路的V1管与V2管是一对导电类型不同，特性对称的配对管。从电路连接方式上看两管均接成射极输出电路，工作于乙类状态。OTL与OCL电路不同之处有两点：第一，由双电源供电改为单电源供电；第二，输出端与负载RL的连接由直接耦合改为电容耦合。3.3.4单电源互补对称电路〔OTL电路〕OTL功率放大电路实物图OTL功率放大电路图

2.工作原理●静态时，V1、V1双管都截止。●输入交流信号vi为正半周时，V1导通，V2截止，电源VCC过V1向耦合电容C1充电，并在负载RL上输出正半周波形。●输入交流信号vi为负半周时，V1管截止，V2管导通，耦合电容C1放电向V2管提供电源，并在负载RL上输出负半周波形。、综上所述可知，V1管放大信号的正半周，V2管放大信号的负半周，两管工作性能对称，在负载上获得正，负半周完整的输出波形。3．输出功率和效率最大输出功率为：OTL电路的理想效率：4．典型电路分析典型OTL功率放大电路的见以下图，它由鼓励放大级和输出放大级所组成。OTL实物连接图OTL原理电路图5．采用复合管的OTL电路把两个或两个以上的三极管的电极适当地连接起来，等效一个管子使用，即为复合管。它有四种连接方式，图〔a〕、〔b〕由两只同类型管子构成复合管，图〔e〕、〔d〕那么由不同类型的两只管子构成复合管。四种常见复合管形式

超声波压焊机中的功率放大电路如以下图所示，三极管V1组成鼓励放大级，V2与V4管组成NPN型复合管，V3与V5管组成PNP型复合管，两只复合管作为电路的输出配对管，由于大功率管V4和V5都是NPN型管，因此可选用同型号、性能接近的管子。超声波压焊机的功率放大电路应用实例

3.3.5集成功率放大器

1．4100功放集成电路介绍4100功放集成电路属于直接耦合的多级放大电路结构，主要由差分输入级、中间放大级和OTL输出级所组成。4100集成电路的14脚为双排直插式塑料封装结构，该集成电路带有散热片。

4100功放集成框图4100功放集成电路引脚排列

用LA4100功放集成电路组成的互补对称式功率放大器的原理电路和印刷电路板装配图。应用实例

〔a〕原理电路(b)印刷电路板装配图采用具有谐振性质的元件作负载的放大器称为谐振放大器，又称调谐放大器。谐振放大器具有选频放大作用，即选择有用信号进行放大，而对通频带以外的各种频率信号根本不放大，在无线接收系统中常用作高频、中频放大器。3.4.1单谐振放大器输入信号经变压器T1加在三极管的b、e之间进行放大，三极管集电极所接的电感L与电容C组成并联谐振回路，当谐振回路调谐在输入信号频率时，在并联谐振回路获得最大的谐振电压，这个电压经变压器T2耦合到负载阻抗RL上，从而使负载得到较大的信号功率或电压。3.4谐振放大器单谐振放大电路

3.4.2双谐振放大器为了提高谐振放大器选频特性或改善通频带，可以采用具有两个LC选频回路的双谐振放大器。双谐振放大器一般有互感耦合和电容耦合两种形式，图〔a〕为互感耦合双谐振放大器，图〔b〕为电容耦合双谐振放大器。〔a〕互感耦合双谐振放大电路〔b〕电容耦合双谐振放大电路双谐振放大器具有较好的通频带和选择性，双谐振回路的谐振曲线如以下图所示。松耦合临界耦合紧耦合

3.4.3集成谐振放大器1．电路组成集成谐振放大器的组成结构主要有两种形式，一种是滤波器在宽带放大器后面如左以下图所示，另一种是滤波器在宽带放大器前面如右以下图所示。

2．陶瓷谐振放大器陶瓷滤波器是由压电陶瓷材料制成的具有选频特性的二端或三端器件。与一般的LC谐振回路相比，具有体积小、重量轻、耐振动、选频特性好等优点。〔1〕二端陶瓷滤波器

滤波器在宽带放大器后面滤波器在宽带放大器前面外型电路图等效电路谐振特性〔2〕三端陶瓷滤波器外型电路图等效电路谐振特性〔3〕三端陶瓷滤波放大器

长虹彩色电视机的伴音集成中频放大电路3．声外表波谐振放大器声外表波滤波器具有工作频率高，通频带宽、选频特性好、体积小等优点，并且可采用集成电路相同的生产工艺，制造简单，本钱低，频率特性的一致性较好，因此广泛应用于各种电子设备中。声外表波滤波器的符号和结构示意如下图。它是以石英、钽酸锂或铌酸锂等压电晶体为基片，经外表抛光后在其上蒸发一层金属膜，通过光刻工艺制成两组具有能量转换功能的叉指型的金属电极，分别称为输入叉指换能器和输出叉指换能器。

外表波滤波器符号声外表波滤波器结构示意康佳T2588B彩电中频谐振放大电路如下图。由高频头的1脚输出的中频信号经L101、R101、R102和C104组成的带通滤波器滤波后，送到前置放大管V102进行放大，获得20dB左右的增益，再由声外表波滤波器Z101形成所需的幅频特性，然后送入集成电路TDA8362的45、46脚，在集成电路内进行中频放大。应用实例

康佳T2588B彩电中频谐振放大电