13放大电路与集成运算放大器汇总

1电工电子技术与技能（非电类少学时）程周主编中等职业教育课程改革国家规划新教材配套多媒体资源213放大电路与集成运算放大器13.1基本放大电路113.2多级放大电路23*13.3射极输出器

13.5运算放大器5*13.4功率放大器4

13.6放大电路中的负反馈6

13.7正弦波振荡器7313.1基本放大电路VT电流放大元件

UCC

直流电源。与RB、RC配合，保证管子的发射极正偏、集电极反偏；为输出信号提供能量。

RB

基极偏置电阻。与UCC配合，为三极管提供合适的基极电流。

RC

集电极负载电阻。将三极管的电流放大作用转化为电压放大。

C1、C2

耦合电容。“隔直通交”。发射极是输入、输出回路的公共端输入回路输出回路共射放大电路13.1.1共发射极单管放大电路的结构413.1.2

共发射极放大电路工作原理1.静态工作情况直流通路：直流信号在电路中流通的路径。直流通路的画法：电容视为开路。

静态工作点：静态时，晶体管IB、IC、UCE称该放大电路静态工作点。静态：放大器无交流信号输入时的直流工作状态。静态分析时可画出：图13.2基本共发射极放大电路的直流通路5根据直流通路的结构计算静态工作点通常则6

[例]

UCC=12V,RB=300k,RC=4k,

=50,求放大电路的静态工作点IB、IC和UCE。[解]72．动态工作情况动态：有交流信号输入时放大电路的状态。动态时，在输入交流信号ui作用下，电路中各极电压、电流在原静态值上叠加一个交流分量。只要静态工作点合适，晶体管工作在放大状态，各极电压、电流交流分量的变化规律与输入交流信号ui相同。8放大电路的工作波形输入交流信号ui经耦合电容C1加在晶体管的发射结。经耦合电容C2“隔直通交”后，输出交流电压uo。uo与ui反相。uBE=UBE+ui由于晶体管处于放大状态，集电极电流iC受基极电流iB控制，iC=

iB=IC+ic，uCE=UCC–iCRC随

iC作相反的变化。uBE的变化引起基极电流iB的变化。iB=IB+ib9放大电路在输入交流信号后，如果静态工作点选择的合适，在整个信号周期内，晶体管都工作在线性放大区，放大电路能不失真地放大信号。如果静态工作点选择不当，晶体管有时会进入截止状态或饱和状态，从而产生非线性失真。13.1.3

静态工作点的选择与波形失真101．静态工作点设置太低时

UBE小于uim,在交流信号的负半周，晶体管发射结因反偏而截止，没有放大作用，输出波形失真。截止失真：因晶体管进入截止区而产生的失真。

克服截止失真的办法：增大静态工作点的值，通常减小基极偏置电阻RB。

截止失真的特点：对于NPN型晶体管组成的放大电路，发生截止失真时，输出电压波形的正半周被削。112．静态工作点设置太高时在交流信号的正半周，随输入信号增大，集电极电流iC因受最大值ICm的限制不能相应增大，iB对

iC失去控制作用，晶体管进入饱和区，输出波形产生失真。饱和失真：因晶体管进入饱和区而产生的失真。

饱和失真的特点：对于NPN型晶体管组成的放大电路，发生饱和失真时，输出电压波形的负半周被削。

克服饱和失真的办法：减小静态工作点的值，通常增大基极偏置电阻RB。12为了不失真的放大信号，必须设置合适的静态工作点，同时工作点要稳定。由于晶体管的参数与温度有关，当环境温度变化或更换管子时，晶体管的参数要发生变化，引起静态工作点的变化。T

ICEOIC例：即，温度升高，静态工作点上移，可能会引起饱和失真。稳定静态工作点，采用具有稳定静态工作点作用的分压式放大电路。13.1.4

静态工作点的稳定13分压式放大电路：稳定静态工作点的原理：如果I1>>IB，UCC

>>UBE，则：基本不变UE=UB–UBE也基本不变基本不变稳定静态工作点的过程：TICIEVEUBE

(=UB–UE)ICCE：旁路电容。对交流信号CE视为短路。14交流通路放大电路的交流通路交流通路：交流信号在电路中流通的路径。交流通路的画法：对交流信号阻抗很小的耦合电容、旁路电容视为短路；直流电源对交流信号内阻很小，也视为短路。输入回路输出回路13.1.5电压放大倍数、输入电阻和输出电阻151．电压放大倍数电压放大倍数所以负号表示输出与输入信号反相。CL,u=beC

rRARRb-=空载时，为晶体管基极和发射极间的动态电阻。ber约为1k

。162．输入电阻Ri和输出电阻Ro放大电路的输入电阻Ri是从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻。ri

Ri相当于信号源或前级放大电路的负载。一般来说，Ri越大，放大电路向信号源取用的电流越小，对信号源的影响越小。17放大电路的输出电阻Ro是从放大电路的输出端(不包括负载)看进去的交流等效电阻。ro

Ro表示放大电路的带负载能力。放大电路对负载来说相当于一个内阻为Ro的信号源。Ro越小，放大电路带负载的能力越强。18

[例]

UCC=12V,RB=300k,RC=4k,

=50，rbe=1k,RL=4k

，求放大电路的Au、ri、ro。[解]若放大电路未带负载19多个单级放大电路通过一定的方式连接在一起，组合成多级放大电路。级间耦合：级与级间的连接方式。级间耦合的要求：一、前后级静态工作点影响应最小。二、信号能顺利传递，传递过程中信号损耗和失真要尽可能的小。13.2

多级放大电路201．耦合方式常用的耦合方式有三种：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合。(1)直接耦合缺点：前后级静态工作点互相影响，存在“零点漂移”现象。零点漂移：输入信号为零时，输出随外界条件变化而偏离静态值的现象。优点：能够放大直流信

号和变化缓慢的信号。零点漂移危害：轻则使电路输出存在误差，重则使电路无法正常工作。21(2)阻容耦合由于耦合电容的隔直作用，各级静态工作点可独立设置，互不影响。但不能放大直流信号和变化缓慢的信号。(3)变压器耦合优点：变压器一次、二次绕组间不能传递直流信号，因而前后级静态工作点互不影响；由于变压器的阻抗电压、电流的变换作用，可使放大电路传输效率高。缺点：频率特性差，体积大，不适于集成化。222．多级放大电路的组成多级放大电路的总电压放大倍数等于各单级放大电路放大倍数的乘积。Au=Au1Au2…Aun注意：在计算放大倍数时，后级的输入电阻即为前级的负载电阻。23射极输出器电路图输出电压uo为晶体管发射极输出。13.3射极输出器241．电压放大倍数经理论分析可得可见输出电压uo随ui

变化而变化，大小近似相等，且相位相同，所以该电路又称射极跟随器。13.3.1电压放大倍数、输入电阻和输出电阻252．输入电阻Ri射极跟随器的输入电阻很高。通常为几千欧至几百千欧。riri

ro3．输出电阻Ro射极跟随器的输出电阻很小。通常为几十欧至几百欧。原因：因uo

ui，当

ui不变，uo也近似不变，可见，负载电阻对输出电压影响很小，说明输出电阻很小。26射极跟随器具有输入电阻高；输出电阻低；电压放大倍数近似等于1；输出电压与输入电压同相位的特点，因而在电路中得到广泛的应用。1．作输入级2．作输出级3．作中间隔离级利用高输入阻抗可减小对信号源的影响。利用低输出阻抗可提高带负载能力，使输出电压稳定。利用其阻抗变换作用，接在两级共发射极放大电路之间，可减小后级对前级的影响。13.3.2射极输出器的应用27是以供给负载一定输出功率为主要目的的放大电路，简称功放。对功放的要求：1．输出功率大：即输出信号的电压和电流幅值都应很大。13.4.1功率放大器的概念2．效率高：减小晶体管消耗的能量，使直流电源提供的直流功率尽可能多的转化为输出功率。3．失真小：功放中的晶体管工作在大信号状态，不可避免会产生非线性失真。要求非线性失真在规定的范围内。281．OCL功放电路工作原理结构特点：VT1和VT2分别是NPN和PNP管，两管参数对称，。该电路可看作两个射极输出器组合而成。射极输出器具备电流放大作用。13.4.2互补对称功率放大器(OCL电路)29工作原理：当输入信号ui=0时，两管均不导通，无电流流过负载，输出电压uo=0。30ic2

自下而上流过负载，输出uo的负半周。当输入信号ui≠0时:在ui正半周，VT1发射结正偏导通，VT2截止。

ic1Ic1自上而下流过负载，输出uo的正半周。

ic2在ui负半周，VT2发射结正偏导通，VT1截止。可见在ui的整个周期内，两管交替导通，负载上得到一个完整波形。

31结论：两管互补，工作性能对称，各自导通半个周期，因而称为互补对称电路。2．最大输出功率和效率(1)最大输出功率Pom

(2)效率

平均功率实际OCL功放，其效率一般在60％左右。32运算放大器是一个集成的高放大倍数的多级直接耦合放大器，简称运放。运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。输入级：采用具有抑制零点漂移作用的差分放大器。中间级：采用多级电压放大器，以提供大的电压放大倍数。结构：13.5.1运算放大器的结构和特点13.5运算放大器33输出级：采用具有功率放大作用的射极输出器，以提高带负载能力；偏置电路：给运放的各级提供合适的静态工作点。特点：输入电阻很高，输出电阻很小，电压放大倍数很大，零点漂移很小。符号：同相输入端反相输入端输出端34Uopp–Uopp线性区正饱和区

负饱和区

运放的输入输出特性：

由于运放的电压放大倍数很大，为保证正常工作，需引入负反馈。Ao为开环电压放大倍数。斜率A0ouo…A…B运放工作在线性区时35运算放大器实际电路RP：调零电位器C：消振电容+UCC与-UEE：电源电压RF：负反馈电阻36由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，为简化分析，可将实际运放看作理想运放，按其理想化条件进行分析。1．开环电压放大倍数为无穷大，即A=

∞

。2．开环输入电阻无穷大，即Ri=∞

。3．开环输出电阻为零，即Ro=0在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：13.5.2

理想运算放大器37理想运放工作在线性区的依据由于

Ao=∞，uo为有限值，由得：u+-u-=01．u+=u-相当于两输入端之间短路,但又未真正短路，故称“虚假短路”，简称虚短。由于

Ri=∞两输入端无电流流进，相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚假断路”，简称虚断。2．i+=i-=0381．比例运算电路(1)反相比例运算电路可列出平衡电阻解得结论：输出电压与输入电压为反相比例运算关系。反相输入端称为“虚地”。若反相器由i+=i-=0得虚地if13.5.3运算放大器组成的基本运算电路39(2)同相比例运算电路可列出解得则uo=ui若或由i+=i-=0得结论：输出电压与输入电压为同相比例运算关系。电压跟随器40由图可列出解得当时，平衡电阻2．加法运算电路结论：输出电压与输入电压之和成比例。当R1=R2=RF时加法器反相加法电路41因为，所以由图可列出3．减法运算当时，=平衡电阻减法器是实现若干个输入信号相减功能的电路42反馈：将放大电路输出信号(电压或电流)的一部分或全部，通过一定的方式(反馈电路)引回到放大电路输入端。正反馈：如果反馈信号使净输入信号增加。负反馈：如果反馈信号使净输入信号减小。输入量由两部分组成：｛输入信号xi输出信号xo(一部分或全部)13.6.1负反馈的概念13.6放大电路中的负反馈43负反馈放大电路的一般方框图

—输入信号

—净输入信号—反馈信号—输出信号若为正反馈本节只讨论负反馈若为负反馈44瞬时极性法：先假定将反馈信号放大电路输入端的连线断开，在某一瞬间，假设输入端信号的瞬间极性(表示信号增加，表示信号减小)，根据放大电路的结构，得到输出信号的瞬时极性。若反馈电路引回输入回路的反馈信号与原输入信号极性相同，使净输入增加，为正反馈；若反馈电路引回输入回路的反馈信号与原输入信号极性相反，使净输入减小，为负反馈。*13.6.2反馈的极性判断45例：试用瞬时极性法判断电路的反馈极性解：(1)

1．先断开反馈电路；2．反相输入端加“”(增大)瞬时信号，输出端信号为“”。3．经RF引回反向输入端为“”与原输入端的“”信号相反负反馈ui“”

同理：uo“”(2)

经RF反馈“”与ui“”极性相同

正反馈

46(3)若VT1加入端加“”，由VT1“倒相”，VT2的发射极为“”，经RF、CF反馈引回VT1输入端后为“”，与输入“”相反，

负反馈47概念：如果在电路中引入的反馈量仅是直流量，这种反馈称为直流反馈。13.6.3直流负反馈作用：直流负反馈可以稳定放大电路的静态工作点。481．从放大电路输出端看，区分电压反馈、电流反馈从输出端看，如果反馈信号取自输出电压，则为电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，则为电流反馈。*13.6.4负反馈放大电路的类型49将输出端短路(输出电压等于零)，若反馈信号消失，说明反馈信号与输出电压成比例，则为电压反馈；反之，则为电流反馈。判断方法：电压负反馈可以稳定输出电压，电流负反馈可以稳定输出电流。（a）电压反馈（b）电流反馈502．从放大电路输入端看，区分串联反馈和并联反馈从输入端看，如果反馈信号以电压形式出现，与原输入信号相比较，则为串联反馈；如果反馈信号以电流形式出现，与原输入信号相比较，则为并联反馈。串联负反馈使输入电阻增大，适宜与电压源相连；并联负反馈使输入电阻减小，适宜与电流源相连。51将反馈电路去掉，输入回路断开，则为串联反馈；反之，则为并联反馈。判断方法：串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输出电阻减小。（c）串联反馈（d）并联反馈52负反馈有以下四种类型：电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈结论：uiRF+–+uo–+uouiRF+–+uiuoRF+–+R2uoR+–+–+RLud+–uf+–ioui+–53

[例]判别图示电路从A2输出端引入A1输入端的反馈类型。uoui+–+–+

uo1+–+RL

Ruf+–A1A2

[解]

反馈电路从A2的输出端引出，故为电压反馈；反馈电压uf和输入电压ui分别加在的A1同相和反相两个输入端，故为串联反馈；

设ui为正，则uo1为负，uo为正；反馈电压也为正。结论：串联电压负反馈

反馈电压uf使净输入+–故为负反馈。减小，542．提高放大倍数的稳定性1．降低放大倍数负反馈使放大器净输入减小,因而输出信号减小。放大倍数(输出信号与原输入信号之比)减小。3．减小非线性失真4．改变输入电阻和输出电阻13.6.5负反馈对放大器性能的影响55uf负反馈减小了波形失真负反馈减小非线性失真：加入负反馈无负反馈FufAuuiuouo大小略大略小略小略大uiAu接近正弦波预失真+–56RiRo增高减低增高减低

串联

并联

电压

电流思考题：为了分别实现

(a)稳定输出电压；(b)稳定输出电流；

(c)提高输入电阻；(d)降低输出电阻。应引入哪种类型的负反馈？负反馈对输入电阻Ri

、输出电阻Ro的影响57电路中无外加输入信号，而在输出端有一定频率和幅度的信号输出，这种现象称为电路的自激振荡。uf当S合于1时，输入

ui经放大电路输出电压uo

；当S合于2时，调节反馈参数ui=uf，如果uf=ui，输出电压uo不变。即产生自激振荡。1．自激振荡的概念2uo1基本放大电路(A)Sui+_正反馈电路(F)13.7正弦波振荡器13.7.1正弦波振荡器的基本原理582.自激振荡的平衡条件uf2uo1ui

基本放大电路(A)Sui+_正反馈电路(F)当uf=ui时，电路能维持振荡。uo=Auiuf=FuoA——基本放大电路的电压放大倍数；F——反馈电路的反馈系数。则自激振荡器平衡条件：AF=1。59(2)振荡的相位平衡条件:即：反馈电压与输入电压同相,为正反馈；(1)振荡的幅值平衡条件：即：反馈电压与输入电压的大小相等；Uf=Ui自激振荡器平衡条件AF=1可表示为

结论：自激振荡电路是一个具有足够强正反馈的放大电路。(n=1,2,…)——输入信号经放大电路的相移量；——输出信号经反馈网络产生的相移量。603．自激振荡的建立振荡电路利用外界微弱的干扰信号(如刚接通电源时各极电压、电流的扰动)作为初始信号，该信号包含各种频率成分，经放大器放大后，由选频网络选出某一频率的信号，经正反馈电路送回到输入端、再放大、再选频、再反馈······，使输出信号从无到有，从小到大，从而建立起振荡。由于晶体管的非线性及直流电源供给的能量有限，输出信号不会无限制地增大。可见，产生自激振荡的条件是：AF≥1。614．正弦波振荡器的基本组成(1)放大电路：为满足振幅平衡条件必不可少的电路。

(2)正反馈电路：为满足相位平衡条件必不可少的电路。

(3)选频电路：为输出单一频率正弦波信号所必须的电路。正弦波振荡器的类型：RC正弦波振荡器：选频电路由R、C元件组成。LC正弦波振荡器：选频电路由L、C元件组成。(4)稳幅电路：保证振荡器输出的信号振幅稳定。62正反馈选频电路同相比例运放uou+CCRR+–+–+RFR11．电路组成：同相比例运放构成的放大器；

RC

串并联网络构成的正反馈选频电路。2．振荡频率：由振荡条件知：当RF>2R1

时，振荡频率为ui适用于产生频率小于1000Hz的低频信号。13.7.2

RC

正弦波振荡器63

LC正弦波振荡器的类型：

变压器反馈式：选频电路由变压器一次绕组与电容组成；正反馈电压取自变压器二次绕组。由电感L和电容C组成选频电路，利用由LC谐振特点确定信号输出的频率。

电感三点式：选频电路由电感与电容组成；正反馈电压取自部分电感线圈。

电容三点式：选频电路由电感与电容组成；正反馈电压取自电容。13.7.3

LC正弦波振荡器641．变压器反馈式正弦波振荡器选择合适的匝数比，可满足振幅平衡条件。组成：用瞬时极性法判断满足自激振荡的相位平衡条件。振荡频率：适用于产生频率在几十千赫到几兆赫的低频信号。集成运放组成放大