1、 第7章 放大电路 本章要点本章要点 知道基本放大电路的组成。熟知基本放大电路的工作原理。掌握静态工作点和动态性能的分析计算。认识多级放大器。了解差动放大器。了解射级输出器。知道理想集成运算放大器的特点。掌握集成运算放大器输入方式特点。熟悉集成运算放大器的各种应用。清楚负反馈对放大器的影响。第7章 放大电路 o放大电路是用来增大电信号幅值的电子电路。电压放大电路可将小电压信号转换为大电压信号，电流放大电路可将小电流信号转换为大电流信号。放大电路需要在晶体管上施加直流电源才能工作。信号源放大电路负载直流电源 第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.1 放大电路的组成+.+。V
2、ecb+UCCRLRbRc+-+C1C2uiuo元 器 件 一般取值范围 作 用 晶体管V 核心元件，电流放大 直流偏置 电源UCC 几伏至十几伏 保证三极管V发射结正偏，集电结反偏；为输出信号提供能量。基极偏置电阻RB 几十千欧至几百千欧 与UCC配合，控制基极电流IB的大小 集电极电阻RC 几千欧至几十千欧 将晶体管的电流放大作用变换成电压放大作用 耦合电容C1、C2 几微法至几十微法 隔离放大电路与信号源和负载之间的直流通路；使交流信号在信号源、放大电路、负载之间能顺利的传输。第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.2 基本放大电路的工作原理1静态工作情况 放大电路在
3、输入交流信号为零时，由于直流电源UCC的存在，电路中各处已经存在着直流电压和直流电流，电路这时的工作状态被称为静态。静态时，晶体管的IB、IC、UCE称为该放大电路的静态工作点。静态工作点的这三个量的大小可以用估算法计算的。先按直流信号在电路中流通的路径画出电路的直流通路。在直流电路中，电容视为开路，电感视为短路，该基本放大电路的直流通路如图所示。.b。cVe+UCC。RbRcUBEIBICUCE 第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.2 基本放大电路的工作原理2动态工作情况 放大电路输入交流信号不为零时的工作状态被称之为动态。若电路输入交流信号ui=Uimsint V，
4、且是小信号，则电路中各电量将在原静态值上叠加一个交流分量，具体情况如图。iC=IC+iciB=IB+ibuCE=UCC-RC(IC+ic)uo=RCiCtiBIBib+UCC。+.+。RbRc+-C1C2uiiCiBuCEuo+t。uCEUCCuCEuo 第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.2 基本放大电路的工作原理2动态工作情况 把信号uo和ui进行比较会发现，二者频率相同，相位相反，uo幅值得到放大，因此，共发射极放大电路通常又被称为反相放大器。放大电路工作在动态时，放大电路的交流通路如图所示。在画交流通路时，把放大电路中的耦合电容都视为短路，把直流电源也视为短路。
5、.。RbRCVcebuiuouceubeiiibic 放大电路工作在动态时需要确定的主要是电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.2 基本放大电路的工作原理2动态工作情况1）放大倍数Au 电压放大倍数是指放大电路输出信号的电压与输入信号的电压比值。它反映出放大电路对电压的放大能力。即iouuuA 无负载时becbebcciourRriRiuuA有负载时beLbebLciourRriRiuuA)(26)1(300EbemAImVr其中rbe为晶体管基极和发射极间的动态电阻 LcLcLcL/RRRRRRR输出端等效电阻 第7章 放大电路 7.1
6、 基本放大电路基本放大电路 7.1.2 基本放大电路的工作原理2动态工作情况 2)输入电阻ri和输出电阻robebeBi/rrRrcoRr 放大电路的输入电阻是从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻，它反映放大电路对所接信号（或前一级放大电路）的影响程度。放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻，它是衡量放大电路带负载能力的一个性能指标。第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 【例7-1】。对图7-6所示的放大电路，画出它的直流通路，求静态工作点，画出它的交流通路，计算其电压放大倍数、输入输出电阻。解：（1）直流通路如图所示，求静态工作点AmAVRURUUI400
7、4.010300123BCCBBECCB。+UCC。+.+。VRLRbRc-+C1C2ui300k4k12V4k=50uo。mAmAII204.050BCVmAkVIRUU42412CCCCCE。Rb+UCC12VVRcIBIC4k。第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 （2）交流通路如图所示，求交流参数【例7-1】。ic.。RbRCVuiuoiiib300K4KRL4K kmAmVmAImVr1963226)501(300)(26)1(300Ebe kkRRRRRRR24444/LcLcLcL 电压放大倍数 1001250ubeLrRA 输入电阻 krrRr1/bebeBi 输
8、出电阻 kRr4co 第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.3 静态工作点的选择 静态工作点的选择对放大电路的工作有很大的影响，选择不当，容易引起失真。表7-3反映了静态工作点选择不同而造成的不同波形失真。表7-3 静态工作点与波形静态工作点设置输出波形失真类型采取措施工作点太低截止失真减小RB的值，增大IB提高工作点工作点太高饱和失真增大RB的值，减小IB，降低工作点工作点恰当不失真输入交流信号幅值-不能很大 第7章 放大电路 7.1 基本放大电路基本放大电路 7.1.4 静态工作点的稳定 由于晶体管的参数受温度影响很大，在环境温度变化或更换管子等情况下，会引起静态工作
9、点的变化，从而影响放大电路的正常工作。共发射极基本放大电路结构简单，静态工作点不稳定是它的缺点。因此，我们需要在电路结构上采取措施来稳定静态工作点。如图所示为分压式偏置电路，它是一种应用最广泛的可以稳定静态工作点的放大电路。RL。+-。+UCC+.+VRb1Rc-+C1C2uiuo.VBRb2+CeRe。I1IBI2此电路的特点：b2b1CCb2BRRURV1)利用电阻Rb1和Rb2分压来稳定基极电位 VB近似恒定不变，随温度变化很小。ICIEVEUBE（=VB-VE）IEIC2)利用发射极电阻Re的直流反馈，实现工作点稳定。第7章 放大电路 7.2 多级放大器多级放大器 单级放大电路的放大能
10、力是有限的。在实际应用中，最直接的方法就是 用由多个单级放大电路组成的多级放大电路，把微弱的输入信号连续放大多次，以满足负载对驱动信号的要求。7.2.1 多级放大电路的组成 一个多级放大电路一般可分为输入级、中间级和输出级三部分，如图所示。信号源输入级中间级末前级输出级负载 多级放大电路的第一级通常与信号源相连，称为输入级；多级放大电路的最后一级通常与负载相连，称为输出级；其余称为中间级。第7章 放大电路 7.2 多级放大器多级放大器 多级放大电路各部分的功能 7.2.1 多级放大电路的组成 各级放大电路在多级放大电路中所处位置不同，作用也就不同，考虑的侧重点应该不同。多级放大电路的组成部分功
11、 能考虑侧重点输入级电压放大如何与信号源配合中间级电压放大如何保证放大倍数足够末前级功率放大如何保证功率放大输出级功率放大如何满足负载的要求 第7章 放大电路 7.2 多级放大器多级放大器 7.2.2 级间耦合方式 在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合。级间的耦合应满足两点：一是静态工作点互不影响；二是前级输入信号能顺利传递到后级，而且在传递过程中损耗和失真要尽可能的小。常用的级间耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合三种方式。三种耦合方式各有其特点。三种耦合方式的特点 耦合方式原理图特 点直接耦合1)交直流信号均能放大2)各级静态工作点互相影响，存在“零点漂移”现象阻
12、容耦合1)各级静态工作点彼此独立，相互无影响2)不能放大直流和变化缓慢的信号变压器耦合1)各级静态工作点彼此独立，相互无影响，能够进行阻抗、电压和电流的变换，获得最大功率输出2)不能放大直流和变化缓慢的信号，体积、重量较大，不利于整体电路的集成化放大器放大器放大器放大器放大器放大器 第7章 放大电路 7.2 多级放大器多级放大器 7.2.3 多级放大电路的电压放大倍数 输入信号在多级放大电路中被一级接一级的放大，设各级放大器放大倍数依次为Au1、Au2、Aun，则多级放大电路总的电压放大倍数为各级电压放大倍数之积，即unu2u1uAAAA 电压放大倍数在工程中常用对数形式来表示，称为电压增益，
13、用字母Gu表示，单位为分贝（dB），定义为uulg20AG 多级放大器的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻就是最后一级放大电路的输出电阻。第7章 放大电路 7.3 其它放大电路7.3.1 差动放大电路1零点漂移2典型差动放大电路 当输入信号为零时，在输出端却出现忽大忽小、忽快忽慢的不规则输出信号，这就是零点漂移现象。在直接耦合放大电路中，零点漂移信号严重时会将有用信号淹没。解决零点漂移最有效的措施是采用差动放大电路。差动放大电路是一种能够有效地抑制零点漂移的直流放大器，如图所示是差动放大电路的典型电路，它是由两个完全对称的单管放大电路组成的。V1+UCCRb11Rc1
14、-ui。uoRc2Rb21Rb22Rb12V2Rp+ReUEER1R2静态时，UO=UO1-UO2=0 动态时，0)21(21iuuiuii2u2i1u1o2o1ouAAuAuuAuAuuu 由于电路的对称性，电源电压波动和环境温度变化时，会对V1和V2产生相同的影响，使V1和V2产生相同的变化，即uo1=uo2，则uo=0。可见利用两管的对称性，可有效地抑制零点漂移。第7章 放大电路 3)输出电阻低，一般为几欧至几百欧。射极输出器具有输入电阻高、输出电阻低的特点，在各种电路中应用很广泛。如图所示，由于输出信号是由晶体管发射极输出，所以称它为射极输出器。7.3 其它放大电路7.3.2 射极输出
15、器。+.+。V+UCCRLRb+-+C2uiuo。Re1射极输出器的特点1)输出电压与输入电压相位相同，大小近似相等，即电压放大倍数近似为1。输出电压随输入电压变化而变化，具有很好的跟随性，因此该电路我们又称之为射极跟随器。2)输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧。2射极输出器的应用 1）用作输入级 在要求输入电阻很高的放大电路中，常用射极输出器作输入级。2）用作输出级 由于射极输出器的输出电阻低，常用于放大器的输出级。3)用作中间隔离级 将其接在两级共射放大电路之间，利用它输入电阻高和输出电阻低的特点，隔离了级间的相互影响，使前、后级能够得到更好的配合。第7章 放大电路 7.4 运算放大器运
16、算放大器 运算放大器是一个高放大倍数的直接耦合多级放大器，为了便于使用，运算放大器常被制成集成电路，称为集成运算放大器，简称运放。运放的结构框图及符号表示如图所示。输入级一般采用差动放大电路，以抑制零点漂移；中间级是高增益的电压放大电路，作用是提供大的电压放大倍数；输出级常采用射极输出器，以提供较大的输出功率和带负载能力；偏置电路的作用是给集成运放各级提供合适的静态工作点。输入级中间级输出级偏置电路输入信号输出信号 ui-ui+uo 第7章 放大电路 7.4 运算放大器运算放大器7.4.1 理想运算放大器 在实际应用中，为了简化分析，通常把集成运放看作一个理想运算放大器。如图所示，是运算放大器
17、的等效电路。理想化的运算放大器被称为理想运算放大器。理想运算放大器特性为：开环电压放大倍数为无穷大，即Auo=，而且可以任意改变。输入电阻为无穷大，即ri=。输出电阻为零，即ro=0。输入、输出特性的直线性好。uiuoZi=Zo=0反相输入同相输入输出Auui=Zi=非常大Zo=0 非常小Au=非常大 第7章 放大电路 7.4 运算放大器运算放大器7.4.1 理想运算放大器 当集成运放工作在线性区时，有下面两个重要结论存在：反相输入端和同相输入端之间处于“虚假短路”状态，而不是真短路,简称虚短。也就是说反相输入端电位等于同相输入端电位，即uu 反相输入端的电流与同相输入端的电流均近似为零，使输
18、入电路处于“虚假断路”状态，而不是真断路，简称虚断。即0ii 第7章 放大电路 运算放大器三种输入方式特点 7.4 运算放大器运算放大器7.4.2 运算放大器的输入方式 集成运算放大器有两个输入端，所谓反相输入端是指输出和输入的相位相反时的输入，同相输入端是指与输出同相位的输入。因此，集成运放信号的输入方式有三种，即：反相输入方式；同相输入方式；差动输入方式。这三种输入方式各有其特点，见表。ifuRRu10ifuRRu)1(10)(211iifouuRRuuoui R1uoR2Rf输入方式输入输出电路ui1ui2大小相位反 相输入方式无 与ui1反相同 相输入方式无 与ui2同相差 动输入方式
19、对ui1与ui2的差值进行放大R3uiR1Rf uoR2Rfui1ui2R2R1 uo 第7章 放大电路 反比例放大器 7.4 运算放大器运算放大器7.4.3 运算放大器的主要应用1比例放大器 比例运算放大器的特点是输出量与输入量成比例，输出量的相位与输入量的相位相同或相反。当运算放大电路采用反相输入方式时的电路就是反比例放大器；当运算放大器采用同相输入方式时的电路就是同相比例放大器。输入ui。uo。R1RfR2uo。R1RfR2。输入uiifuRRu10正比例放大器ifuRRu)1(10 第7章 放大电路 7.4 运算放大器运算放大器7.4.3 运算放大器的主要应用2加法运算电路加法运算电路
20、是实现若干个输入信号求和功能的电路。具体电路如图所示。uo。R1RfR4输入u2。输入u3。输入ui。.R2R3i1i2i3iiif332211321RuRuRuiiiiiiif)(332211RuRuRuRRiuiiifffo当fRRRR321时，则)(321iiiouuuu 上式表明，输出电压uo为各输入电压信号之和，正好完成加法运算。式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。第7章 放大电路 7.4 运算放大器运算放大器7.4.3 运算放大器的主要应用减法运算电路是实现若干个输入信号相减功能的电路。当运算放大器采用差动输入时的电路，就是减法运算电路。见图。3减法运算电路反相输入ui1。u
21、o。R1RfR2。同相输入ui2R3此时若fRRRR321则有 12iiouuu 差动输入运放的输出电压为输入电压ui2与ui1之差，正好实现减法运算。第7章 放大电路 7.4 运算放大器运算放大器7.4.3 运算放大器的主要应用 4电压比较器 理想集成运放工作在开环状态时，由于它的电压放大倍数趋于无穷大，所以仅当两个输入端即使存在微小的电压差值，也会使输出电压偏向它的饱和值，也就是输出电压接近电源电压值。电压比较器就是利用运放的这一特性而工作的。所谓电压比较器，就是把一个输入电压信号ui与一个参考电压UR相比较的电路，如图所示。uiuo。URRiUu ooUuRiUu ooUu 时，当 当
22、时，uiOUo+Uo-URuiO+UoUo-URuiOUoUo+-UR 第7章 放大电路 75 负反馈放大器 将放大电路输出信号的一部分或全部送回输入端的过程称为反馈。当反馈信号与输入信号同相时称为正反馈；当反馈信号与输入信号反相时称为负反馈。如图所示。放大电路反馈电路.。A点B点A点B点正反馈同 相负反馈反 相 第7章 放大电路 75 负反馈放大器 7.5.1 负反馈放大电路的类型 负反馈放大电路，从放大电路的输出回路取样方式不同，可分为电压反馈和电流反馈两种，如图所示；放大电路A反馈电路F。ui放大电路A反馈电路F。uiio 从反馈信号送回放大电路输入回路的方式不同，可分为并联反馈和串联反
23、馈两种，如图所示。放大电路A反馈电路F。ui。+-uiuf放大电路A反馈电路F。uiiiiiif 第7章 放大电路 75 负反馈放大器 7.5.2 负反馈对放大器性能的影响 交流负反馈，不论是哪种类型，都能稳定放大倍数、减小非线性失真、抑制放大器内部的噪声等。当然不同类型的负反馈，对放大器性能的影响是不相同的。但时，所有性能的改善都是以降低放大倍数为代价换来的。具体情形见表。负反馈 对放大器性能的影响负反馈类型电压放大倍数放大倍数稳定性非线性失 真通频带输入电阻输出电阻稳定作用电压串联负反馈降低提高减小展宽提高降低输出电压电压并联负反馈降低提高减小展宽降低降低输出电压电流串联负反馈降低提高减小展宽提高提高输出电流电流并联负反馈降低提高减小展宽降低提高输出电流
