电工电子技术 课件-电工电子技术 第4章

1第四章

放大电路4.1放大电路基本概念4.2基本放大电路4.3多级放大电路4.4放大电路中的反馈4.5差分放大电路4.6集成运算放大电路4.7功率放大电路

24.1放大电路基本概念4.1.1

放大电路的符号4.1.2

放大电路的主要性能指标放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电

4.1.1放大电路的符号4.1放大电路基本概念1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。

4.1.2放大电路的主要性能指标2.输入电阻和输出电阻

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻

4.1.2放大电路的主要性能指标3.通频带

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率4.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数

4.1.2放大电路的主要性能指标74.2

基本放大电路4.2.1

共发射极放大电路的组成4.2.2

共发射极放大电路的静态分析4.2.3共发射极放大电路的动态分析4.2.4基极分压-射极偏置的电路4.2.5共集电极和共基极放大电路4.2.6三种基本放大电路性能比较共射4.2.1共发射极放大电路的组成1.

电路组成原则放大电路正常工作需满足的条件：发射结正偏，集电结反偏；必须要选择合适参数来设置静态值；必须要有合适的交流信号同路，保证不失真；必须满足一定性能指标要求。VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB（工作在放大区）。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。动态信号作用时：

输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。4.2.1共发射极放大电路的组成2.

元件作用4.2.2共发射极放大电路的静态分析1.

估算法静态-近似计算法求Q点：(1)画出直流通路，标支路电流。(2)由基极—发射极回路求IBQ

简化为(3)由三极管电流分配关系可得(4)由集电极—发射极回路求UCEQ图4.1.1电路的直流通路交流信号源置零，耦合电容开路直流通路4.2.2共发射极放大电路的静态分析动态：图4.1.2电路的交流通路画交流通路的原则是：(1)隔直电容可视为短路。(2)直流电压源内阻很小可视为短路；

直流电流源内阻很大可视为开路。输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线4.2.2共发射极放大电路的静态分析2.

图解法输入回路三极管输出回路静态时上页下页

例4.2-1在图示放大电路中，已知UCC=12V,Rb=240kΩ,

RC=3kΩ，晶体管β=40，UBE=0.7V,试求:(1)静态工作点IBQ、ICQ及UCEQ；(2)

若使UCEQ=3V，试计算Rb的值；(3)若使ICQ=1.5mA，试计算Rb的值

。+UCCRCTRbICIBUCEUBE+UCCRCC1C2TRb++RLuiuo解：(1)+UCCRCC1C2TRb++RLuiuo(2)当UCEQ=3V时，则：+UCCRCC1C2TRb++RLuiuo(3)当ICQ=1.5mA时，则：+UCCRCC1C2TRb++RLuiuo动态：放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。分析方法：

微变等效电路法，图解法。所用电路：

放大电路的交流通路。动态分析:

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。分析对象：

各极电压和电流的交流分量。目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。4.2.3.放大电路的动态分析

1.微变等效电路法

微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。

晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。

当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。(1)晶体管的微变等效电路

UBE

IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。微变等效电路法(1)输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻

晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO(2)输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ

输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。OibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶体管的微变等效电路rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。2.

放大电路的微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路2.

放大电路的微变等效电路

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii3.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS3.电压放大倍数的计算

当电路不同时，计算电压放大倍数Au

的公式也不同。要根据微变等效电路找出ui与ib的关系、uo与ic

的关系。例：如图，UCC=12V,RC=4k

,

RB=300k,β=37.5,RL=4k,

试求电压放大倍数Au。可求得晶体管的输入电阻故电压放大倍数为其中+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE4.放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义：

输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大电路信号源+-+-5.

放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_

输出电阻是动态电阻，与负载无关。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_如何确定电路的输出电阻ro

？步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.外加电压求流法（与受控源求等效电阻相同。方法一：计算。方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。~roUs'RLUo'步骤：3.计算。共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.求ro的步骤：1)

断开负载RL外加2.动态分析图解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。非线性失真

如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，

晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo

适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1非线性失真若Q设置过低，

晶体管进入截止区工作，造成截止失真。

适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。静态工作点的稳定

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。4.2.4基极分压-射极偏置电路1.温度变化对静态工作点的影响

在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使IC

增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O2.分压式偏置电路1.稳定Q点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。2.静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–3.动态分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及

UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。4.2.5射极输出器

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS1.共集电极放大电路的结构与特性求Q点：静态分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS

电压放大倍数Au

1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。2.

输入电阻

射极输出器的输入电阻高，对前级有利。

ri与负载有关3.

输出电阻射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。共集电极放大电路(射极输出器)的特点：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

1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。例1:.

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶体管β=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE及UCE；(2)

画出微变等效电路；(3)

Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS2.共基极放大电路的结构与特性课堂练习：分压式偏置放大电路中，若Rb1=75kΩ，Rb2=25kΩ，Rc=RL=2kΩ，Re=1kΩ，UCC=12V，β=80，Rs=0.6kΩ，

rbe=1kΩ。(1)估算电路静态值；(2)计算电路的Au、Ri以及Ro和Aus等动态值；(3)计算不接电容Ce时的Au、Ri以及Ro，并与接Ce时的动态参数进行比较。解：(1)估算法计算Q点：(2)动态值计算：(3)不接电容Ce时，对应的微变等效电路如图所示：作业P1854.1-4，4.2-1，4.2-2，4.2-3，4.2-54.3多级放大电路由于单级放大电路的放大倍数有限，不能满足实际的需要，因此实用的放大电路都是由多级组成的。4.3.1多级放大电路及其级间耦合方式

耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真第二级

推动级

输入级

输出级输入输出多级放大电路的框图对耦合电路的要求级间耦合问题极间耦合形式：直接耦合A1A2电路简单，能放大交、直流信号，“Q”互相影响，零点漂移严重。阻容耦合A1A2各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。变压器耦合A1A2用于选频放大器、功率放大器等。1、阻容耦合阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接，其方框图所示。阻容耦合放大电路的方框图单级阻容耦合放大电路两极阻容耦合放大电路1）各级的直流工作点相互独立。由于电容器隔直流而通交流，所以它们的直流通路相互隔离、相互独立的，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。

2）在传输过程中，交流信号损失少。只要耦合电容选得足够大，则较低频率的信号也能由前级几乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。优点：3）电路的温漂小。4）体积小，成本低。缺点：2）低频特性差；1）无法集成；3）只能使信号直接通过，而不能改变其参数。2、变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把一次侧的交流信号传送到二次侧，因此可以作为耦合元件。变压器耦合的两级放大电路为什么要讲变压器耦合？因为变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。图4-5变压器的等效电路工作原理：优点：1）变压器耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）变压器耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3）变压器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。缺点：1）高频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。3直接耦合直接耦合和两级放大电路存在两个问题：1）第一级的静态工作点已接近饱和区。2）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。（1）直接耦合的具体形式为了解决第一个问题：可以采用如下的办法。（a）RRB1C1uiuoTT12UCE1E2RRC2(a)加入电阻RE22.零点漂移零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。直接耦合存在的两个问题：1.前后级静态工作点相互影响（1）电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。（2）便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。缺点：优点：（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重。（2）直接耦合放大电路的优缺点注意：为什么只对直接耦合多级放大电路提出这一问题呢？原来温度的变化和零点漂移都是随时间缓慢变化的，如果放大电路各级之间采用阻容耦合，这种缓慢变化的信号不会逐级传递和放大，问题不会很严重。但是，对直接耦合多级放大电路来说，输入级的零点漂移会逐级放大，在输出端造成严重的影响。特别时当温度变化较大，放大电路级数多时，造成的影响尤为严重。

若由于温度的升高IC1增加1%，试计算输出电压Uo变化了多少？已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500，

1=

2=50。温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。IC1=2.31.01mA=2.323mAUC1=UZ+UBE2=4+0.6V=4.6V例：uZ–++UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2––++RDZ已知：UZ=4V，UBE=0.6V，RC1=3k，RC2=500，

1=

2=50。温度升高前，IC1=2.3mA，Uo=7.75V。例：uZ–++UCC=12VuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2––++RDZIC2=

2•

IB2=500.147mA=7.35mA

Uo=8.325－7.75V=0.575V

提高了7.42%

可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化即有零点漂移现象。4.3.2多级放大电路的分析方法4.4

放大电路反馈4.4.1反馈的基本概念与分类

反馈在很多场所使用，在放大器中引入负反馈，虽然降低了增益，但其性能指标在很多方面得到了改善。按反馈极性不同正反馈负反馈1.什么是反馈

将电子系统输出回路的电量部分或全部（电压或电流）送回到输入回路的过程。反映的是输出信号对输入信号的反作用。反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）输出信号反馈通路——信号反向传输的渠道开环——无反馈通路闭环——有反馈通路2.反馈的框图闭环增益的一般表达式开环增益因为所以已知闭环增益的一般表达式

反馈放大电路放大倍数（增益）的一般表达式3.反馈深度讨论一般负反馈称为反馈深度深度负反馈正反馈自激振荡

一般情况下，和都是频率的函数，即end越大，反馈越深，因而，用它来衡量反馈深度。1）

直流反馈与交流反馈

根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。直流反馈交、直流反馈4.反馈的类型直流反馈与交流反馈(a)直流通路7.1.2直流反馈与交流反馈

(b)交流通路2)正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。从输出端看从输入端看正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。净输入量可以是电压，也可以是电流。正反馈与负反馈的判断判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。净输入量减小净输入量增大负反馈正反馈反馈通路反馈通路级间反馈通路净输入量减小级间负反馈正反馈与负反馈的判断反馈通路净输入量减小本级负反馈正反馈与负反馈的判断三极管瞬时极性的判断：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）瞬时极性与基极相反的原则，标出相关各点的瞬时极性。射同为负反馈基反为负反馈3）

电压反馈与电流反馈

电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

并联结构串联结构电压负反馈RL

vo

xf

xid

vo

电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf电流负反馈RL

io

xf

xid

io

电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf

电压反馈与电流反馈的判断判断方法：负载短路法

将负载短路，反馈量仍然存在——电流反馈。

将负载短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路电压反馈反馈通路end4）

串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联：输入以电压形式求和（KVL）

-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和（KCL）

ii-iid-if=0

即iid=ii-if串联并联判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈并联反馈级间反馈通路xf(if)判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈串联反馈级间反馈通路xf(vf)负反馈放大电路的四种组态2电压并联负反馈放大电路3电流串联负反馈放大电路4电流并联负反馈放大电路1电压串联负反馈放大电路

反馈组态判断举例（交流）信号源对反馈效果的影响1电压串联负反馈放大电路

输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

稳定输出电压特点：

电压控制的电压源2电压并联负反馈放大电路

输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if

稳定输出电压

电流控制的电压源特点：3电流串联负反馈放大电路

输入以电压形式求和（KVL）：vid=vi-

vf

稳定输出电流

电压控制的电流源特点：4电流并联负反馈放大电路

输入以电流形式求和（KCL）：iid=ii-if

稳定输出电流

电流控制的电流源特点：电压负反馈：稳定输出电压，具有恒压特性串联反馈：输入端电压求和（KVL）电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性并联反馈：输入端电流求和（KCL）特点小结：反馈组态判断举例（交流）(+)(-)(+)(+)级间电压串联负反馈(+)直流反馈交、直流反馈反馈组态判断举例（交流）(+)(+)(-)(+)(+)(+)电流串联负反馈串联负反馈信号源对反馈效果的影响vid=vi-vf

则vi最好为恒压源，即信号源内阻Rs越小越好。

要想反馈效果明显，就要求vf变化能有效引起vid的变化。信号源对反馈效果的影响并联负反馈iid=ii-if

则ii最好为恒流源，即信号源内阻Rs越大越好。

要想反馈效果明显，就要求if变化能有效引起iid的变化。end4.4.3负反馈对放大电路性能的影响2减小非线性失真3抑制反馈环内噪声4对输入电阻和输出电阻的影响1提高增益的稳定性1提高增益的稳定性闭环时对A求导得只考虑幅值有另一方面,在深度负反馈条件下

即闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时，闭环增益将有很高的稳定性。负反馈的组态不同，稳定的增益不同（Avf

、Arf

、Agf

、Aif）即闭环增益相对变化量是开环时的则：2减小非线性失真

闭环时增益减小，线性度变好。

只能减少环内放大电路产生的失真，如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。1——开环特性2——闭环特性3抑制反馈环内噪声比原有的信噪比提高了倍电压的信噪比增加一前置级并认为该级为无噪声的新的信噪比4对输入电阻和输出电阻的影响

串联负反馈1.对输入电阻的影响开环输入电阻Ri=vid/ii因为vf=F·xoxo=A·vid闭环输入电阻Rif=vi/ii所以vi=vid+vf=(1+AF

)vid闭环输入电阻Rif=vi/ii引入串联负反馈后，输入电阻增加了。

并联负反馈闭环输入电阻

引入并联负反馈后，输入电阻减小了。注意:反馈对输入电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。例如图中R1不在环内但是当R1>>

时，反馈对Rif几乎没有影响。2.对输出电阻的影响

电压负反馈闭环输出电阻

电压负反馈而Xid=-Xf=-Fvt

忽略反馈网络对it的分流所以

引入电压负反馈后，输出电阻减小了。

电流负反馈闭环输出电阻

引入电流负反馈后，输出电阻增大了。注意:反馈对输出电阻的影响仅限于环内，对环外不产生影响。

负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。串联负反馈——并联负反馈——电压负反馈——电流负反馈——增大输入电阻减小输入电阻减小输出电阻，稳定输出电压增大输出电阻，稳定输出电流总结：end4.5差分放大电路

理想的放大电路输入信号为零时，其输出电压应该恒定不变，即变化量为零。直接耦合放大电路uiuo也就是说：实际的放大电路，当输入电压为零时，输出电压的变化量并不能恒定，而是有一个缓慢的、不规则的随机输出电压，这种现象称为零点漂移.

这种输入电压为零而输出电压的变化不为零的现象为零点漂移现象。二、抑制温度漂移的方法：1）采用直流负反馈稳定静态工作点。3）采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。2)采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。零点漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时

IC

VC

（两管变化量相等）

对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2具体实践：在实践中，两个特性相同的管子采用“差分对管”，两半电路中对应的电阻可用电桥精密选配，尽可能保证阻值对称性精度满足要求。结论：可想而知，即使采取了这些措施，差动放大电路的两半电路仍不可能完全对称，也就是说，零点漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。基本差分放大电路的由来零输入零输出若V与UCQ的变化一样，则输出电压就没有漂移(补偿电源)信号特点？能否放大？零点漂移参数理想对称：Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，Re1=Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。ICQ会有微小变化若ui1=ui2，uo=?ui1=ui2，两个输入信号幅值相同，相位相同共模信号电路结构：双端输入（ui1，ui2），双端输出（uo1uo2）ui1=-ui2，两个输入信号幅值相同，相位相反差模信号1.共模信号输入

VC1=VC2uo=

VC1VC2=0ui1=ui2没有对输入信号进行放大，对共模信号有抑制作用。

电路参数的理想对称，温度变化时管子的电流变化完全相同，故可以将温度漂移等效成共模信号，虽然每个管都产生了零点漂移，但是由于两集电极电位的变化互相抵消，所以输出电压依然为0，零点漂移被完全抑制了。2.差模信号输入ui1=-ui2

VC1=-VC2uo=

VC1VC2=2VC1

对差模信号实现了电压放大。

差动放大电路特点：输入端信号之差为0时，输出为0，没有放大；输入端信号之差不为0时，才有输出，进行放大。

基本差分放大电路存在的问题:电路难于绝对对称，因此单端输出仍然存在零漂.二、长尾式差动放大电路+VCC+_uoReRbT1+Vccuo1Rc+Re_uo2+VccRbRcT2Re+_ui2VBB-VBB-VEEui1+VCC+_uouo1Rc+RbT1uo2RbRcT2Re_+_ui2-VEE长尾式差分放大电路电阻Re：公共发射极电阻，稳定Q点，共模负反馈电阻。

由于IBQ，Rb较小，其上的电压降可忽略不计。Rb1IBQ+UBEQ+2ReIEQ=VEERb1上电压降忽略不计，发射极电位UEQ≈-UBEQUCEQ=UCQ-UEQ≈VCC―RCICQ+UBEQ1静态分析

令uI1=uI2=0+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui1ui2IBQ2IEQ-UBEQ2.抑制共模信号

共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即Re的共模负反馈作用Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电路，Re=?如

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3.放大差模信号△iE1=－△iE2，Re中电流不变，即Re

对差模信号无反馈作用。差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即流过Re的电流不变，保持直流；因此发射极电位为0”虚地”。E点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。Rc2Rb1Rb2Rc1Reui2RL/2ui1(c)交流通路ui1Rb1Rc1RL/2Rb2Rc2RL/2ui2(d)交流通路＋－uId+_uodRb1Rc1ui1RL/20+Rb2Rc2RL/2(d)交流通路(e)交流等效电路电阻Ｒe不影响差模电压放大倍数！

两只管子的电压放大能力相当于单管放大电路，差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂移的效果．vO1，vO2＝f（vid）的传输特性曲线1、∣vid︳<VT，为线性区；2、VT<∣vid︳<4VT，为非线性区；3、∣vid︳>4VT，为饱和（限幅）区；4、若在两管射极串接电阻，可扩大线性区；4.电压传输特性vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc24.5.2差分放大电路的四种接法双端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端输入，单端输出；单端输入，双端输出；差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极C1，另一个是集电极C2。从C1

和C2输出称为双端输出，仅从集电极C1或C2

对地输出称为单端输出。

信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端对地加入，称为单端输入。1.双端输入，单端输出电路与双端输入双端输出电路相比：输入回路一样，IBQ，ICQ不变，UCEQ发生变化。单端输出：负载电阻一端接T1集电极，另一端接地。输出回路不对称，影响了其静态工作点Q和动态参数。1)输入差模信号动态分析注意:VE电位不是虚地!增大Re是改善共模抑制比的基本措施!2)输入共模信号动态分析“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？2单端输入，双端输出电路单端输入：输入端有一端接地.双端输出：从集电极C1C2输出。+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui1ui2_+uoＲL+-在加信号源的一端，将输入信号分解为两个串联的信号源，数值均为ΔuI/2，极性相同;在接地的一端，也等效为两个串联的信号源，数值均为ΔuI/2，极性相反．+VCC-VEERb1Rb2Rc1Rc2Reui2_+uoＲL+-+++---uI/2uI/2uI/2uI/2单端输入电路与双端输入电路的区别在于：在差模输入信号输入的同时，伴随着共模信号输入。静态时的值差模输出共模输出问题讨论：（1）UOQ产生的原因？（2）如何减小共模输出电压？差模信号为：3.任意信号的输入（单端输入，单端输出）输入信号既不是共模也不是差模信号：要把输入信号分解为一对共模信号和一对差模信号，它们共同作用在差动电路的输入端。ui1=uic+uidui2=uic-uid输入信号分解为差模和共模信号

在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路(英文简称IC)。集成电路的体积很小，但性能却很好。自1959年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。4.6集成运算放大器

集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。常见集成电路的封装形式圆壳式双列直插式扁平式单列直插式直插式单列扁平式①硅片上不能制作大电容所以集成运放均采用直接耦合方式。②集成电路内部相邻元件具有良好的对称性，受环境温度和其他干扰等影响的变化趋势相同，所以集成运放中大量采用各种差动放大电路（作输入级）和恒流源电路（做偏置电路和有源负载）。③因为制作不同形式的集成电路，只是掩模不同，增加元件并不增加制造工艺，所以集成电路允许采用复杂电路形式，以达到提高各方面性能。④硅片上不宜制作高阻值电阻，所以在集成运放中常用有源元件（晶体管或场效应管）取代高阻值电阻。集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合管结构来改善性能。4.6.1集成运算放大器的组成与电压传输特性1.集成运算放大器的结构特点差分输入级中间放大级输出级ui+_u0

集成运放的型号和种类很多，内部电路也各有差异，但它们的基本组成部分相同，如下图所示：运放的输入级。利用差分电路的对称特性可提高整个电路的共模抑制比和电路性能。中间级的主要作用是提高电压增益。一般由多级放大电路组成。输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

集成运放内部主要有上述三个部分，其外部还常接有偏置电路，以便向各级提供合适的工作电流。2.集成运算放大器的组成

简单的集成运放电路结构+UCC–UEEu–u+同相输入端反相输入端uo输出端输入级中间级输出级运放的输入级。利用差分电路的对称特性可提高整个电路的共模抑制比和电路性能。中间级的主要作用是提高电压增益。一般由多级放大电路组成。输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。图示为常用μA741集成运放芯片产品实物图μA741集成运放的8个管脚排列图如下：μA74112438765调零端反相输入端同相输入端负电源端调零端输出端正电源端空脚

线性区就是曲线中的斜线部分，斜率是集成运算放大电路的开环差模电压放大倍数Aod，即；饱和区是曲线中的水平直线部分，当集成运算放大电路工作在非线性区时，输出电压只能是正饱和值+Uo(sat)和负饱和值-Uo(sat)，其值接近正负电源电压。uo

u+–u–

+Uo(sat)–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区

O集成运算放大电路的电压传输特性曲线3.集成运算放大器的电压传输特性

标识为“-”和“+”符号的是反相输入端和同相输入端，它们对地电压分别用u-和u+表示，输出是uo。运算放大器的开环电压放大倍数用Auo表示，箭头代表信号从输入向输出流动。+UCCuo

++►Auou+u––UEE–运放的图形符号(1)开环电压放大倍数Au0

其数值很高，一般约为104~107。该值反映了输出电压U0与输入电压U＋和U－之间的关系。(2)差模输入电阻ri运放的差动输入电阻很高，一般在几十千欧至几十兆欧。(3)闭环输出电阻r0

由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间。

指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。(4)最大共模输入电压Uicmax4.6.2.集成运放的主要技术指标1.理想集成运算放大器uo++►

∞u+u–+UCC–UEE–理想运算放大器符号

理想运算放大器是将集成运放进行理想化，理想化的基本条件是:(1)开环差模电压放大倍数Aod=∞;(2)差模输入电阻

rid=∞;(3)输出电阻ro=0;(4)共模抑制比Kcm为∞。理想集成运算放大电路的电压传输特性曲线

u+–u–

uo

+Uo(sat)–Uo(sat)

O线性区饱和区4.6.3集成运算放大电路的线性应用反相输入端μA741集成运放图形符号∞＋＋－U0U+U-μA741集成运放外部接线图同相输入端－12V＋12V输出端子调零电位器管脚1和5分别与调零电位器的两个固定端相连调零电位器的可调端与管脚4相连∞＋－6513724＋集成运放工作在线性区的特点由可知，理想运放工作在线性区时，输出电压U0与输入电压Ui之间是线性放大关系。因Au0=∞，所以可导出运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明，即理想运放的两个输入端电位相等。

两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真正短接，但却具有短接的现象称为“虚短”。

又由于理想运放的差模输入电阻ri=∞，所以可近似地认为两个输入端均无电流流入。这种现象称为“虚断”。

“虚短”和“虚断”是运放工作在线性区的两个重要结论。(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)(2)i+=i–0,仍存在“虚断”现象当u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

不存在“虚短”现象

理想运放工作在饱和区的特点:

集成运放由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？工作在线性区的理想运放有哪两条重要结论？试说明其概念？你能说明理想运放的特点是什么吗？思考题

2.基本运算电路

1)、反相放大器-++R1iuouRfNuPu1iif因为

u+=u-

，i+=i-≈0所以：一个运算放大器连接上外部元件，就得到一个运算放大电路。就可对各种模拟信号进行比例、加法、减法、积分、对数等运算。输出与输入的比例值负号说明输入输出反相2)、同相放大器iuoufRNuPu1ifi-++R3R1因为

u+=u-

，i+=i-≈0

所以而输出与输入的比例值3)电压跟随器有uo=ui

，

Au=1uoui++––++–从同相放大器的电压增益公式可知，当R1→∞

或Rf=04)反相加法运算电路i2i1ifui2uoRfui1Ri2Ri1++

–

R2+–若实现了反向求和运算5)同相加法运算电路uoRi2ui2Rfui1Ri1++

–

R1+–利用叠加定理

单独作用时

ui2

单独作用时，同理有最后得3、何谓“虚地”？何谓“虚短”？何谓“虚断”？“虚地”端是否可以真的接地？1、你能画出电压比较器的电路图和它的电压传输特性吗？4、工作在线性区的集成运放，为什么要引入负反馈？而且反馈电路为什么要接到反相输入端？2、举例说明理想集成运放两条重要结论在运放电路分析中的作用？检验学习结果1.比较器

电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。（a）单限电压比较器电路（b）单限电压比较器传输特性UR+UO(sat)-UO(sat)uOuiuiURuO4.6.4集成运算放大电路的非线性应用

过零比较器原理图过零比较器的输入输出特性

当输入电压为正弦波时，运放的同相输入端的电位为零，也就是输入信号和零电位比较，当输入信号是正弦波的正半周时，运算放大器的输出电压为负的最大值；当输入信号为正弦波的负半周时，运算放大器的输出电压为正的最大值。这样过零比较器将正弦波变成了方波，实现了波形转换。2.4.7

功率放大电路

电压放大电路的要求是使负载上得到不失真的电压波形，研究的主要指标是电压增益、输入阻抗和输出阻抗等，对输出功率没有要求。对功率放大电路，主要要求是获得不失真（或轻度失真）的输出功率，因而功率放大电路中包含了一些电压放大电路中一系列没有出现过的特殊问题。4.7.1功率放大电路的特点和组成功率放大器的作用：

用作放大电路输出级，驱动执行机构。例：扩音系统功率放大电压放大信号提取如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电路：向负载提供功率的放大电路。1.功率放大电路的主要技术指标1）功率放大电路的最大输出功率POMAX功率放大电路提供给负载信号功率称为输出功率。

功率放大电路的主要技术指标为最大输出功率和转换效率。在输入信号为正弦波且输出基本不失真条件下，输出功率是交流功率，其值为：PO=IOUO最大输出功率POMAX是在电路参数确定的情况下可能获得的最大交流功率。2）转换效率η所谓的转换效率是指功率放大电路的最大输出功率与电源提供的功率之比。而电源功率是指直流功率，即电源输出的平均电流与电压的积。

要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。

晶体管的极限参数:晶体管集电极最大电流ICMax，最大管压降,接近U(BR)CEO，最大耗散功率PCMax。散热问题在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。2.功率放大电路中的晶体管在选择功率放管时，要特别注意极限参数的选择，以保证管子安全工作。3.功率放大电路中的分析方法功率放大电路的分析任务是：最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法1）.共发射极放大电路不宜作功率放大电路三极管的静态功耗：若4.功率放大电路的组成动态功耗（当输入信号vi时）放大电路向电阻性负载提供的输出功率

在输出特性曲线上，正好是三角形

ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。

要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom

和Iom

都要大。最大输出功率电源提供的功率此电路的最高效率此类功率放大器存在的缺点：

输出功率小静态功率大，效率低；因而不宜作功率放大电路。2）变压器耦合功率放大电路将放大电路前