电子电路设计训练-unit5_放大器设计

1、放大器设计放大器设计1 单管放大器5直流通路：开路RB+ECRC开路RB+ECRCC1C2TRL1 单管放大器6短路短路置零RB+ECRCC1C2TviRBRCRLvo交流通路：RL单管放大器7直流负载线：ICVCEVCEIC满足什么关系？1. 三极管的输出特性。2. VCE=ECICRC 。iCvCEECCCREQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IBRB+ECRC8交流负载线的作法：iCvCEECCCREQiB过 Q 点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线RBRCRLvivoCLLRRR/1 单管放大器10静态工作点算法：（1）根据直流通路估算IBBBECBRVEIBCRE7 . 0RB称

2、为偏置电阻，IB称为偏置电流。IBVBE+ECRBRC1 单管放大器2021-12-22北京航空航天大学202教研室11（2）根据直流通道估算VCE、ICCEOBCIIICCCCERIEVBIICVCERBRC1单管放大器小信号（微变）等效分析1. 输入电阻和输出电阻输入电阻Ri，输出电阻Ro在放大电路中的位置。1单管放大器输入电阻Ri从放大器A、D两点向右看进去的等效电阻（交流电阻）1单管放大器14定义：iiiivR 算法：bibbeibbbiiiiRRRriRrriivR/)(输出电阻Ro放大器输出端F、D两点向左看进去的等效交流（动态）电阻定义：0|SLVRoooivR算法：coccec

3、eocoooooRRRrrvRvvivR/1单管放大器152. 功率增益、电压和电流增益Ap=Po/Pi 只有Ap1时差称为放大器功率增益：电压增益：电压增益 AV=vo/vi 源电压增益：AVS=vo/vsvisisovsARRRvvA电流增益：电流增益 Ai=io/ii 源电压增益：AiS=io/isiisssoisARRRiiA1单管放大器增益常用分贝表示：iivvppAdBAAdBAAdBAlg20)(lg20)(lg10)(1单管放大器173. 共射放大电路的电压增益)()/(rrivRRrirgvbbbiLccebmobeLcebbLccemiovrRrrrRRrrgvvA)/()

4、/(LTCLmvLcebbRVIRgARrrr简化：负号表示共射放大电路的vo和vi（vs）反相1单管放大器2单级放大器的调试与性能测试1 单级放大器静态工作点的测量 UEQ， UCQ， UBQ， UCEQ， ICQ直流工作点可用万用表直接测量，但是要考虑万用表内阻的影响或者用示波器（输入耦合档选择DC档）测试工作点偏离正常值时，可调节偏置电阻。若不起作用，说明电路出现故障，要排除。2单级放大器的调试与性能测试2 交流参数的测量观察输入输出波形，确定静态工作电压观察波形应不失真，且相位相差180度。加大输入电压幅度，会出现失真。注意:仪器仪表与被测电路必须接在同一“地”上2单级放大器的调试与性

5、能测试输出电阻Ro的实际意义：对于负载来说，放大器相当于它的信号源，Ro正是该信号源的内阻。Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。对于电压输出，Ro越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不表。输入电阻Ri的实际意义：对于信号源来说，放大器相当于它的负载，Ri表示该负载能从信号源获取多大的信号。由于信号源都有内阻，对于低阻电压源，Ri越大，放大器从该信号源获取的电压越大。电压并联负反馈3负反馈电流串联负反馈3负反馈电压串联负反馈3负反馈电流并联负反馈3负反馈3负反馈并联负反馈是放大电路的闭环输入电阻Rif比开环输入电阻Ri减小（1+AB）倍串联负反馈是放大电路的闭环输入电阻

6、Rif比开环输入电阻Ri增加（1+AB）倍电流负反馈时电路的闭环输出电阻Rof比开环输出电阻Ro增加（1+AB）倍电压负反馈时电路的闭环输出电阻Rof比开环输出电阻Ro减小（1+AB）倍4集成运算放大器集成运放的主要技术参数4.1.1集成运放的主要直流和低频参数4.1.1 输入失调电压VIO集成运放输出端电压为零时，两输入端之间所加的补偿电压称为输入失调电压VIO4.1.2 输入失调电压的温度系数 aVIO一定温度范围内，失调电压的变化和温度变化的比值定义为aVIO，习惯称为温度漂移1212)()(TTTVTVTVIOIOIVIO12minmaxTTVVIOIOVIO4.1.3 输入偏置电流I

7、IB运放直流输出电压为零时，其两输入端偏置电流的平均值定义为输入偏置电流。)(2121BBIBIII4.1. 4 输入失调电流IIO及其温度系数aIIO21BBIOIII运放直流输出电压为零时，其两输入端偏置电流的差值定义为输入失调电流在标称电源电压及规定负载下，运放工作在线性区时，其输出电压变化与输入电压变化量之比定义为Avd运放的Avd在60180dB之间就是运放在没有反馈的情况下，输出电压除以同相端和反相端之间的电压差。现在的运放一般这个增益都很大，几万倍以上。4.1. 6 共模抑制比KCMRcdIcIcCMRAAvvK用dB表示：)(lg20lg20dBAAvvKcdIcIcCMR4.

8、1. 5 差模开环电压增益Avd运放工作于线性区时，输入失调电压随电源电压的变化率定义为电源电压抑制比11SvdOSAVSVRVAVVKvdO4.1. 8 最大差模输入电压VIdm是运放两输入端允许加的最大电压差，超过Vidm，运放的输入级对管减被反向击穿，甚至损坏。4.1. 7 电源电压抑制比KSVR4.1. 8 最大共模输入电压是运放共模抑制特性明显恶化时的共模输入电压值可定义为，在标称电源电压下，将运放接成电压跟随器时输出产生1的跟随误差的输入电压值；4.1. 10 输出峰峰电压Vopp在标称电源电压及指定负载下，运放输出的低频交流电压负峰正峰的值，有时称为输出摆幅。4. 2 集成运放的

9、主要交流参数4. 2.1 开环带宽BW在正弦小信号激励下，运放开环电压增益值随频率从直流增益下降3dB所对应的信号频率定义为BW4. 2.2 闭环带宽BWG运放的低频闭环增益为1及正弦小信号激励下，闭环增益随频率从1下降到0.707所对应的频率定义为BWG4. 2.3 转换速率SR（有时称为压摆率）4. 2.4 全功率带宽BWP在运放闭环电压增益为1，输入正弦大信号，指定负载和指定失真度等条件下，使运发输出电压幅度达到最大值时的信号频率，定义为BWP，BWP简称功率带宽。BWP受SR的限制，它们之间的关系可近似表示为：omRPVSBW2式中：Vom是运放输出电压幅度最大值4.2.5 建立时间t

10、set在运放闭环电压增益为1，规定负载并阶跃大信号条件下，运放输出电压达某一特定值范围所需的时间定义为tset4.3 典型集成运放电路741理想集成运放具有以下主要特征（1）输入失调电压VIO，及其温漂，时漂， 随电源电压漂移均为零（2）输入偏置电流IIB，失调电流IIO及其温漂，时漂， 随电源电压漂移均为零（3）等效输入噪声电压及其噪声电流为零（4）输出电阻Ro0（5）开环差模电压增益为无限大（6）开环差模输入电阻为无限大（7）共模输入电阻及共模抑制比为无限大（8）（3dB)带宽为无限大（9）转换速率SR为无限大由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出

11、电阻小，在分析时常将其理想化，高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件oAir0or)uu(Auoo虚短路虚短路uu0iI放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点4.4 在分析信号运算电路时对运放的处理在分析信号运算电路时对运放的处理0uui1= i221RuRuoi121RRuuAouuo_+ + R2R1RPuii1i21. 放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚

12、开路4.4.14.4.1反相比例运算电路反相比例运算电路虚开路虚开路2. 电路的输入电电路的输入电阻阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。RP =R1 / R2uo_+ + R2R1RPuii1i2为保证一定的输入为保证一定的输入电阻，当放大倍数电阻，当放大倍数大时，需增大大时，需增大R2，4. 共模电压共模电压02uu电位为电位为0 0，虚地，虚地输入电阻小、共模电压输入电阻小、共模电压为为 0 0 以及以及“虚地虚地”是反是反相输入的特点。相输入的特点。_+ + R2R1RPuii1i23

13、. 反馈方式反馈方式电压并联负反馈电压并联负反馈输出电阻很小！输出电阻很小！反相比例电路的特点：反相比例电路的特点：1. 共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求低。要求低。2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。对输入电流有一定的要求。4.4.24.4.2同相比例运算电路同相比例运算电路_+ + R2R1RPuiuou-= u+= ui12RuRuuiio

14、iouRRu)1 (12反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。电压串联负反馈。输入电阻高。1211RRuuAou虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。虚开路虚开路同相比例电路的特点：同相比例电路的特点：3. 共模输入电压为共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求高。要求高。1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。由于串联负反馈的作用，输入电

15、阻大。iouuuu此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，电压跟随性能好。出电阻小，电压跟随性能好。4.4.34.4.3电压跟随器电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。_+ + uiuo4.4.44.4.4反相求和运算反相求和运算R12_+ R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。FPR

16、/R/RR12110uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。4.4.54.4.5同相求和运算同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui2此电路如果以此电路如果以 u+ 为输入为输入 ，则输出为：则输出为

17、：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 与与 ui1 和和 ui2 的关系如何？的关系如何？)(1 (222212112221221iiFouRRRuRRRRRu注意：注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）22221211222122iiuRRRuRRRu-R1RF+ui1uoR21R22ui2R 左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1. 虚开

18、路：流入同相端虚开路：流入同相端的电流为的电流为0。2. 节点电位法求节点电位法求u+。4.4.6 4.4.6 单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/R单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R

19、/R_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1差动放大器放大了两个信号的差，但是它的差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（输入电阻不高（= =2R1）, , 这是由于反相输入这是由于反相输入造成的。造成的。4.4.74.4.7三运放电路三运放电路uo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1+AR2R2uo+1 iauu 2ibuu WbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRRuo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+虚短路：虚短路：虚开路：虚开路：)(21212iiWWouuRRRRRu三运放电路是差三运放电路是差动放大器，放大动放大器，放大倍数可变。倍数可变。由于输入均在同由