《电路与电子技术》 第2版 课件 卢飒 第5、6章 基本放大电路、集成运算放大器及其应用

5.1放大的概念及放大电路的性能指标5.2基本放大电路的组成及工作原理5.3放大电路的分析5.4放大电路静态工作点的稳定5.5单管放大电路其他接法简介5.6绝缘栅型场效应管放大电路5.7多级放大电路简介第5章基本放大电路放大：指将电信号由小变大放大的实质是实现能量的控制和转换。即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源提供的能量转化为负载获得的能量。物理量传感器放大器执行机构典型测量控制系统框图放大电路是电子设备中最基本的组成部分。5.1

放大的概念及放大电路的性能指标5.1.1放大的概念信号源负载基本放大电路:由一个放大管构成的简单放大电路，又称单管放大电路.放大电路的框图：5.1.2

放大电路的性能指标(1)电压放大倍数：输出电压与输入电压的比值信号源负载Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。（2）输入电阻Ri

：输入端口特性可以等效为一个电阻。Ri输入回路要使输入的有效信号ui大，则希望…？理想输入电阻是衡量一个放大电路向信号源索取信号大小的能力。放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uS(3)输出电阻roAu~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~roUS'——负载开路时的电压放大倍数输出回路由输出回路得则电压增益为由此可见即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？理想情况输出电阻是衡量一个放大电路带负载能力的指标。输出电阻越小，放大电路带负载能力越强。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.加压求流法。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。基本放大电路的组成原则1、要有工作在放大状态的放大元件。2、输入、输出信号要有耦合通路。加直流偏置，使三极管发射结正偏、集电结反偏输入信号能够加至放大电路的输入端放大后的信号电压能够输出至负载5.2

基本放大电路的组成及工作原理5.2.1单管共射放大电路的组成基本共射交流放大电路的结构BCETRbUBBRCUCC

放大元件为三极管

加直流偏置，使三极管工作在放大状态，即：

UBE>0，UCB>0

交流输入信号ui经耦合电容C1加至放大电路的输入端。C1ui+-

经耦合电容C2可获得放大后的交流输出信号uo。C2uo+-耦合电容作用：隔直流、通交流大小：几到几十微法，采用电解电容。++--基本共射放大电路的简化结构BCETRbUBBRCC1ui+-C2uo+-++--UCC+UCCRbUCC

实际放大电路中，两个电源往往合并为一个电源，并采用电位表示电源的简化结构。输入回路输出回路放大电路中电压、电流符号说明

由于放大电路中同时存在直流与交流量，因此在对其进行分析时，为了表达明确，特对电压、电流符号作如下规定（以三极管基极电流为例）：IB：符号与下标均大写，表示直流分量。Ib：符号大写、下标小写，表示交流分量的有效值。iB：符号小写、下标大写，表示直流与交流的总量瞬时值，即：iB=IB+ibib：符号与下标均小写，表示交流分量的瞬时值。UBEIBICUCE无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCEui+UCCRBRCC1C2T+++–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO静态ui=05.2.2放大电路的工作原理ICUCEOIBUBEO静态时，三极管各电极的电压和电流都是恒定的。

(IBQ、UBEQ)

和(ICQ、UCEQ)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBQUBEQQUCEQICQUBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE=UCC－iC

RCuBE=UBE+uiuCE=UCE+uo

uo

0IC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO动态ui≠0．结论：加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量。+集电极电流直流分量交流分量iCtOiCtICOiCticO5.2.3直流通路与交流通路放大电路中各电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。直流量与交流量共存于放大电路中。为了研究问题方便，采用叠加的方法分别求解直流量与交流量。直流通路：直流电源VCC作用所形成的电流通路。即直流量流通的路径。交流通路：交流信号源ui作用所形成的电流通路。即交流量流通的路径。信号的不同分量可以在不同的通路分析。例：对直流信号（只有+EC）开路开路RB+ECRCC1C2T直流通路RB+ECRCui对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路uiuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL

5.3放大电路的分析放大电路分析静态分析动态分析在直流通路中进行求解动态参数在交流通路中进行求解静态工作点ICUCEOIBUBEO当ui=0时，电路中的电压、电流都是不变的直流，这时放大电路处于直流工作状态，简称静态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用

IB、UBE

、IC、和UCE

（或IBQ、UBEQ、ICQ、和UCEQ

）表示。QIBQUBEQQUCEQICQ5.3.1

静态分析IBQ直流通路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbui=0电容开路BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ方法一：估算法静态工作点的分析与计算BCETRC+UCCRbIBQUBEQICQUCEQ根据三极管的伏安特性，有：根据三极管的电流放大作用,有:对输入回路,由KVL得:对输出回路,由KVL得:UBEQ=0.7V，对硅管0.3V，对锗管

共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（0.038mA，3mA，6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0.3V，此时IC为：此时BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，求得Q（0.113mA，5.85mA，0.3V），例

共射极放大电路方法二：图解法

首先，画出直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-静态工作点的分析与计算BCETRC+UCCRbIBUBEICUCE对输入回路,由KVL得:则:对输出回路,由KVL得:则:0uCEiCiBuBE0IBQUBEQQQIBQUCEQICQ直流负载线UCC5.3.2放大电路的动态分析动态分析方法：图解法、微变等效电路法动态分析目的：求解放大电路的动态参数短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路uiuoBCETRCui+C2+-Rbibic--+usRsRL1.图解法usRsuoBETRCui++-Rbibic--+RL由交流通路可得：uo=uce=-ic

(Rc//RL)又

uce=uCE-UCEQ

ic=iC-ICQ整理可得：uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)(Rc//RL)令R

L=Rc//RL交流负载电阻uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)R

L

过Q点作一条斜率为-1/(RC//RL)的

直线，该直线即为交流负载线

交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。

交流负载线uCE-UCEQ=-(iC-

ICQ)R

L

输入交流信号时的图解分析共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

|-uo|

2.uo与ui相位相反；

3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；uitOuBE=UBEQ+uiuBEtOuCE=UCEQ+uouCEtOuotO#放大电路为什么要建立正确的静态？只有建立合适的静态工作点，才能保证三极管工作在特性曲线的线性区。#动态工作时，

iB、

iC的实际电流方向是否改变，uCE的实际电压极性是否改变？Q点过高时放大电路工作过程图解0uCEiCIBQQUCEQICQUCC引起集电极电流失真输出放大信号失真结论：Q点过高使三极管进入饱和区，引起的失真称为饱和失真，也称为底部失真。iC0静态工作点对放大电路工作的影响要避免饱和失真，应将RBQ点过低时放大电路工作过程图解ICQ0uCEiCIBQQUCEQUCC引起集电极电流失真输出放大信号失真结论：Q点过低使三极管进入截止区，引起的失真称为截止失真，也称为顶部失真。Q点在什么位置最好？0iC要避免截止失真，应将RB放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：

工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要有合适的交流负载线。

Uomax=min{UCEQ-UCES，ICQ(RC//RL)}最大不失真输出电压的幅度：ICQ(RC//RL)}UCEQ-UCES如果放大电路的交流输入信号较小，就可以保证三极管工作于线性放大区。因此，对微变量（小信号）来说，三极管可近似看成是一个线性元件，可以用一个与之等效的线性电路表示。这样，放大电路的交流通路就可以转换为一个线性电路，可以用线性电路的分析方法来分析放大电路。这种分析方法称为微变等效电路法。2.微变等效电路法分析动态微变等效电路法分析动态的步骤：（1）画出放大电路的交流通路（2）画出放大电路的微变等效电路图方法：将交流通路中的三极管用线性模型代替（3）借助微变等效电路图求解电路的动态参数ubeibcbe1.输入回路iBuBE

iB

uBE当信号很小时，输入特性近似线性。可以用一个电阻等效rbb’为基区体电阻，通常取300Ωrbe的量级从几百欧到几千欧。三极管的线性等效电路2.输出回路iCuCE近似平行

iC

uCE(1)输出端相当于一个受ib控制的电流源。(2)考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。rce的含义ubeibuceiccberce很大，一般忽略。三极管的线性等效电路为ubeuceicrbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效ubeibuceiccbe共射放大电路的微变等效电路BCETRCC1ui+C2uo+-++--+UCCRbuC1uC2uBEiBiCuCE--+usRsRL=

交流通路

+三极管线性等效电路交流通路微变等效电路+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui放大电路的微变等效电路用于计算放大电路的动态参数：AU、ri、rO.usRsuoBETRCui++-Rbibic--+RL1.

电压放大倍数Au的计算+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui在图示电路中，有：根据定义，则有：共射放大电路的电压放大倍数可达几十到几百负号表明输入信号与输出信号相位相反显然，Au随负载大小而变化。负载开路时，达到最大值：共射基本放大电路动态参数的计算

动态参数的计算必须在放大电路的微变等效电路中进行。定义对信号源电动势us的电压放大倍数为：+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui

显然，在RS=0时，Aus=Au。即对于电压放大电路，信号源内阻越小越好。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOuiii2.

输入电阻Ri的计算根据Ri的定义，有：在右图电路中，显然：因为一般有：Rb>>rbe，所以：共射放大电路的输入电阻较小，往往不能满足电路要求。3.

输出电阻RO的计算

根据定义，放大电路的输出电阻即相对于负载的戴维南等效电路的内阻，故可采用外加电压法求解。+uS+-Rbbeibrbeceβibic-RSRcRLuOui××端口开路+-uORbbeibrbeceβibicRSRciO独立源零处理外加电源根据定义，有：显然，右图电路中受控电流源电流为零，即ic=0，所以：共射放大电路的输出电阻较大5.4

放大电路静态工作点的稳定

5.4.1

温度对静态工作点的影响为保证放大电路正常工作，必须有合适与稳定的静态工作点。温度变化会导致三极管参数发生变化温度每升高100C，ICBO增大一倍温度每升高10C，UBEQ减小2.5mV温度每升高10C，β增加0.5%-1%在共射基本放大电路中，因为：所以，当温度升高时有：0uCEiCIBQQUCEQICQUCC结论：共射基本放大电路在温度升高时，可能会出现饱和失真。5.4.2分压偏置式放大电路解决共射放大电路Q点不稳定的方法选择温度稳定性高的三极管元件采用新的电路结构----分压偏置式放大电路BCETRCC1ui+-C2uo+-++--+UCCRbBTRCC1ui+-C2uo+-++++UCCRb1Rb2RLReCe基极采用分压偏置引入负反馈分压偏置式放大电路的工作原理（1）在电路设计中使IR》IB，常取(IR>10IB)，则：即基极电位基本不随温度变化。（2）Re在电路中引起如下控制过程：温度IC(IE)VE(=IERe)UBE(=VB-VE)IBIC即IC的变化受到抑制，Q点稳定Re的大小对反馈有何影响？IRIBVBICIE旁路电容静态分析uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe直流通路IBQVBICQIEQBTRC+UCCRb1Rb2ReUCEQ因为IR》IB，则：所以：I1I2IBRB1+UCCRCTRB2RE直流通路+UCC方框中部分用戴维南定理等效为：RdUSB进而，可求出IC

、UCE

。算法二：分压偏置式放大电路的静态工作点计算例：已知

=50，UCC=12V，RB1=7.5k

，RB2=2.5k

，

RC=2k

，RE=1k

，求该电路的静态工作点。RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuo利用戴维南定理的计算结果：估算的结果：BRb1RCRLuiuoRb2uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCe交流通路+-Rb2beibrbeceβibicRLRcRb1ui微变等效电路分压偏置式放大电路的动态参数计算++-Rb2beibrbeceβibic-RLRcRb1uOui（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻Ri（3）输出电阻Ro结论：分压偏置放大电路的动态参数与共射放大电路一致。那么它的作用是什么?（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻Ri电容Ce对分压偏置式放大电路动态参数的影响Au减小++-Rb2beibrbecβibic-RLRcRb1uOuiReri增大若无电容Ce，则可见，去掉CE后，放大倍数减小、输出电阻不变，但输入电阻增大了。（3）输出电阻Roro不变++-Rb2beibrbecβibic-RLRcRb1uOuiReusRs+-rbeRCReRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2问题：如果电路如下图所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2静态分析：直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B5.5

单管放大电路其他接法简介5.5.1

共集电极放大电路1.电路结构----射极输出器BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb输出信号由发射极引出交流通路BCETReui+-uo+-RbusReui+-uo+-RbBCETRLRs输入回路输出回路2.静态工作点计算BCETReC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直流通路BCETReRb+UCCUBEQIBQICQUCEQ对输入回路，由KVL有：即：所以：对输出回路，由KVL有：所以：3.动态参数计算usReui+-uo+-RbBCETRLRs微变等效电路ibicβibBCErbeuoiiusReui+-+-RbRLRsBCEie因为：所以：电压放大倍数Au：Au≈1，表明输入与输出信号大小相等、相位相同因为：所以：输入电阻Ri：输入电阻较大，可达几十kΩRiRi’所以：输出电阻Ro：外加电压法uoiiusReui+-+-RbRLRsBCEieuoioRe+-RbRsBCEierbeβibib输出电阻较小，可达几十ΩRoRo’射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。RB+UCCC1C2RERLuiuo例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12V求Au、Ri和Ro

。RL=1k

和时，求AuRB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12VBCETReRb+UCCUBEQIBQICQUCEQRB=570k

，RE=5.6k

，RL=5.6k

，

=100，UCC=12V1.求Au、

ri和ro

。rbe=2.9k

，RS=0ibicβibBCErbeuoiiusREui+-+-RBRLRsBCEie

RL=1k

时2.RL=1k

和时，求Au。比较：空载时,Au=0.995

RL=5.6k

时,Au=0.990

RL=1k

时,Au=0.967

RL=

时可见：射极输出器带负载能力强。uoBTRCCbui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReC1uoBTRCui+-+-+Rb1Rb2RLRe交流通路：RCui+-uo+-ReRL1.电路结构输入回路输出回路5.5.2

共基极放大电路uoBTRCCbui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReC1具有与分压偏置式放大电路相同的静态工作设置BTRC+UCCRb1Rb2Re直流通路2.静态分析RCui+-uo+-ReRL交流通路：微变等效电路RCui+-uo+-ReRLrbeibβib动态参数3.动态分析三种接法放大电路性能比较电路名称电压放大倍数Au输入电阻ri输出

电阻ro适用场合共射放大电路共集放大电路共基放大电路较大较大较大较大最大较小最小最小Au≈1用于电压放大用于输入、输出级用于高频电路多级放大电路的耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb阻容耦合方式BCETRCC1ui+-C2uo+-+++UCCRb直接耦合方式5.7多级放大电路简介5.7.1阻容耦合多级放大电路BCET2RC2C2C3uo+-++UCCRb2BCET1RC1C1ui+-+Rb11、静态工作点分析

由电路结构可见，前后两个放大电路的Q点相互独立，可按单管电路分别计算。2、动态参数分析BCET2RC2C2C3uo+-++UCCRb2BCET1RC1C1ui+-+Rb1微变等效电路Rb1b1ib1rbe1c1e1β1ib1ic1Rc1ui+Rb2b2ib2rbe2c2e2β2ib2ic2-Rc2RLuOuo1电压放大倍数AU其中：结论：（1）AU=AU1·AU2·····AUN

（2）各级电压放大倍数可按单管电路计算注意：后级放大电路的输入电阻是前级放大电路的等效负载输入电阻riRb1b1ib1rbe1c1e1β1ib1ic1Rc1ui+Rb2b2ib2rbe2c2e2β2ib2ic2-Rc2RLuOuo1ii结论：多级放大电路的输入电阻

=第一级的输入电阻输出电阻ro根据定义，得

r0=RC2=ro2结论：多级放大电路的输出电阻

=最后一级的输出电阻阻容耦合放大电路的特点

（1）各级电路Q点相互独立、便于调整。（2）由于存在耦合电容，不能放大直流信号和变化缓慢的信号。（3）不利于集成化。5.7.2

直接耦合多级放大电路

直接耦合放大电路的优点

（1）由于不存在耦合电容，可以放大直流信号和变化缓慢的信号。（2）便于集成化。直接耦合方式带来的问题电平配合问题零点漂移问题1、电平配合问题BCET2RC2uo+-+UCCRb2BCET1RC1ui+-Rb10.7V0.7V导致T1管饱和前后级Q点相互影响，导致电路不能正常工作。静态工作点移动电路BCET2RC2uo+-+UCCRb2BCET1RC1ui+-Rb1抬高后级发射极电位带来的缺点？降低电压放大倍数答案改进用稳压管代替电阻

为什么用稳压管？3V3.7V0.7V3.7V2、零点漂移问题零点漂移现象放大电路示波器输入信号为零输出信号不为零产生零点漂移的原因零点漂移的本质是Q点漂移温度变化是导致Q点漂移的主要原因阻容耦合放大电路有零漂吗？三极管的参数受温度影响。温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。零漂引起的后果Q点严重偏离，不能正常工作。输入信号可能会淹没于零漂之中。例如若第一级漂了100uV，则输出漂移1V。若第二级也漂了100uV，则输出漂移10mV。假设

第一级是关键若第三级也漂了100uV，则输出漂移100uV。克服零漂的措施从外部消除温度的影响,如采用恒温系统.从电路内部采取措施选用高质量硅管利用热敏元件进行温度补偿采用新的电路结构---差动放大电路为有效地抑制直接耦合放大电路的零点漂移，在直接耦合放大电路的第一级广泛采用的电路结构是差动放大电路。。第6章集成运算放大器及其应用6.1集成运算放大器的电路组成6.2集成运算放大器的性能指标与工作特点6.3放大电路中的反馈6.4集成运放的线性应用6.5集成运算放大器的非线性应用6.1.1输入级—差动放大电路6.1.2偏置电路—恒流源电路6.1.3中间级—有源负载和复合管电路6.1.4输出级—功率放大电路6.1集成运算放大器的电路组成

6.1.1输入级—差动放大电路基本差动放大电路的结构uo1+UCCBCET1RCui1+-Rb2Rb1uo2BCET2RCui2+-Rb2Rb1uo特点：（1）左右结构、参数对称（2）具有两个输入端（3）输出电压uo=uo1-uo2电路抑制零漂的原理设电路处于静态，即:

ui1=ui2=0由于电路对称，则Ic1=Ic2，Vc1=Vc2，故uo=Vc1-Vc2=0温度升高集电极电流产生增量ΔIc1=ΔIc2集电极电位产生负增量ΔVc1=ΔVc2所以，uo=（Vc1+ΔVC1)-(VC2+ΔVc2)=0结论基本差动放大电路利用电路的对称性，在双端输出时将零漂完全抑制。两管各自的零漂是否得到抑制？差动放大电路输入信号类型共模输入信号差模输入信号任意输入信号1、共模输入信号由于电路对称，所以双端输出时uo=0，结论：差放电路对共模信号无放大作用。电路两管产生的漂移可认为是在输入加共模信号的结果。2、差模输入信号当两个输入信号满足ui1=-ui2

时，称为差模输入。此时：ΔVc1=-ΔVc2，uo=2ΔVc1≠0结论：差放电路对差模信号有放大作用。uid为差模输入信号，uid=ui1-ui2，即ui1=-ui2=1/2uid当ui1=ui2时，为共模输入。uic为共模输入信号,即uic=ui1=ui2（3）任意输入任意信号可分解成差模和共模信号两种性质的输入信号。差模输入信号uid：uid=ui1-ui2ui1=uid/2+uicui2=-uid/2+uic即共模输入信号uic：差动放大电路只对其中的差模信号进行放大。当两个输入信号|

ui1|

≠|

ui2|时，称为任意输入信号。典型差动放大电路的结构与分析

基本差动放大电路是借助电路的对称性抑制零漂的存在问题实际电路中不存在绝对对称每管的零漂并未能抑制，不能单端输出。采用典型差动放大电路结构uo1+UCCT1RCui1+-RpRbuo2T2RCui2+-ReRbuo-UEE长尾电路调零电位器RPRP作用：（1）调节两管的Q点，保证在输入为零时uo=0。（2）取值在几十到几百Ω。共模反馈电阻ReRe作用：（1）对差模信号压降为零，可视为短路。（2）对共模信号其压降为单管电路的两倍。（3）取值越大越好。负电源UEEUEE作用：（1）补偿RE上的直流压降。（2）取值UEE=UCC。解决方法静态工作点的计算uo1+UCCT1RCui1+-RpRbuo2T2RCui2+-RERbuo-UEE等效+UCCRp/2UCET1RC2ReRb-UEEIC+UCCRp/2UCET2RC2ReRb-UEEIC静态工作点的计算+UCCRp/2UCET1RC2ReRb-UEEIC+UCCRp/2UCET2RC2ReRb-UEEIC由图可得：即：则：又：

差动放大器共有四种输入输出方式:

1.双端输入、双端输出（双入双出）2.双端输入、单端输出（双入单出）3.单端输入、双端输出（单入双出）4.单端输入、单端输出（单入单出）

对于图示的单端输入情况，可视为电路输入任意信号：ui1=ui，ui2=0uiuo1+UCCT1RC+-RpRbuo2T2RCRERbuo-UEE则：ui1=uid/2+uic=ui/2+ui/2ui2=-uid/2+uic=-ui/2+ui/2因为：uic=(ui1+ui2)/2=ui/2uid=ui1-ui2=ui结论：单端输入的效果相当于双端输入差模输入电阻

差模输出电阻差动放大电路的动态参数：差模电压放大倍数Aud---电路对差模输入信号的电压放大倍数。共模电压放大倍数Auc--指电路对共模输入信号的电压放大倍数。差动放大电路的动态分析动态参数的计算1.电压放大倍数uo1+UCCT1RCui1+-RpRbuo2T2RCui2+-RERbuo-UEE交流通路uo1T1RCui1+-Rp/2Rbuo2T2RCui2+-RP/2Rbuo微变等效电路RbRbrberbeRcRcRp/2Rp/2βibβibuouo1uo2ui1ui2=-ui1（1）差模电压放大倍数Aud：动态参数的计算1.电压放大倍数RbRbrberbeRcRcRp/2Rp/2βibβibuouo1uo2ui1ui2=-ui1根据电路，有：因为ui2=-ui1,所以：uo2=-uo1故双端输出时，单端输出时，（1）差模电压放大倍数Aud：Aud与单级共射极电路电压放大倍数相同。差分放大电路是用“数量换质量”。共模输入时微变等效电路：uo1+UCCT1RCui1+-RpRbuo2T2RCui2+-RERbuo-UEE交流通路uo1T1RCui1+-Rp/2Rbuo2T2RCui2+-RP/2Rbuo2Re2Re微变等效电路RbRbrberbeRcRcRp/2Rp/2βibβibuouo1uo2ui1=uicui2=uic2Re2Re（2）共模电压放大倍数Auc：共模输入时微变等效电路：RbRbrberbeRcRcRp/2Rp/2βibβibuouo1uo2ui1=uicui2=uic2Re2Re根据电路，有：因为ui2=ui1

，所以uo2=uo1故双端输出时，单端输出时，在实际电路中，因为Re往往取值较大，所以：共模电压放大倍数大好还是小好？（2）共模电压放大倍数Auc：2、差模输入电阻rid由差模输入时的微变等效电路，有：RbRbrberbeRcRcRp/2Rp/2βibβibuouo1uo2ui1ui2=-ui1ii而：所以：3、差模输出电阻rod双端输出时，rod=2RC单端输出时，rod=RC共模抑制比KCMRR

差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,常以dB表示。

KCMR=|Aud/Auc|或者KCMR=20log|Aud/Auc|(dB)a.双端输出b.单端输出在集成运放电路中，广泛使用一种单元电路——恒流源。恒流源的用途：为放大电路提供合适的偏置电流作为放大电路的有源负载恒流源的特点：动态等效电阻很大，理想时可达∞。直流压降较低，理想时可为0。6.1.2偏置电路——恒流源电路1、镜像恒流源电路在集成电路中，为了便于集成化与减少温度对晶体管参数的影响，常采用镜像恒流源电路。+UCCT2RIB2IOT1IB1IRIC12IB结构特点：（1）T1管接成二极管形式，与电阻R一起为电路提供基准电流IR。

（2）T2的集电极产生恒定电流IO。

（3）T1与T2参数对称。根据镜像恒流源的电路结构，有：IR=IC1+2IB=IC1（1+2/β）所以：又，IR=（UCC-UBE1）/R所以当β>>2，UCC>>UBE1时，有：IO≈IR≈UCC/R物电流像电流为什么称镜像电流源？要求：电源十分稳定；β足够大该电路适用于较大工作电流（mA)的场合，若要减小输出电流，则要求R很大，这在集成电路中难以实现。因此，需要进一步改进。2、微电流恒流源电路

为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电压及温度变化的稳定性，在集成电路中常采用微电流恒流源电路作为放大电路的直流偏置电路。IO+UCCT2RT1IRIC1Re结构特点：（1）电阻Re引入电流负反馈，

使输出电流进一步稳定。（2）由于UBE2<UBE1，所以IO<IR。

作用：用不太大的电阻Re获得很小的电流。UBE1-UBE2=∆UBE=IE2Re所以6.1.3

中间级—有源负载和复合管电路

为了提高放大电路的性能及便于集成化，在集成电路中常用恒流源代替放大电路的电阻，称其为有源负载。。+UCCT2RIc2T1IRuiu0-UEE代替电阻RC+UCCT2RIc2T1uiu0-UEE代替电阻RE+UCCT2Ic2T1uiu0-UEEIc1代替电阻RC代替电阻RE复合管电路

在集成电路中，为了获得高β值，利用NPN型管与PNP型管的特点可将两个或两个以上的三极管组合在一起形成一个三极管，称为复合管或达林顿管。ecbecbecbe1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2e1c1b1e2c2b2ecbβ=β1β2等效管的类型与前管的类型相同复合管电路示例T1T2+UCC-UEERRe复合管构成的射极输出器复合管使动态性能提高T3T4T1T2RCRCI1I0I2+UCC复合管构成的差动放大电路采用恒流源作为T1、T2的偏置电路功率放大电路的作用：用于多级放大电路的输出级，提供一定的功率以驱动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电路的特点：1、尽可能大的输出功率2、尽可能高的功率转换效率转换效率PO指负载的交流功率PV指电源提供的直流功率3、允许一定的非线性失真6.1.4

输出级—功率放大电路功率放大电路的工作状态根据放大管Q点的位置不同，可分为三种工作状态1、甲类工作状态2、乙类工作状态3、甲乙类工作状态ηmax=50%ηmax=78.5%不失真失真分析功放电路应注意的问题（1）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce(2)电流、电压信号比较大，不能采用微变等效电路进行分析。uot射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论:iCuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE答：不合适，因为效率太低。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。如何解决效率低的问题？办法：降低Q点,但又会引起截止失真既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）乙类互补功放电路(OCL)1、电路结构T1T2RL+UCC-UCC++--uiuo结构特点：T1与T2参数对称2、工作原理静态时，ui=0因T1、T2无直流偏置，即IB=0，所以T1、T2均工作于乙类状态，uo=0动态时，ui为正弦信号在ui的正半周，T1导通、T2截止在ui的负半周，T1截止、T2导通3、输出功率PO输出电压、电流达最大值输出电压、电流达最大值Uom最大=UCC-UCESIom最大=(UCC-UCES)/RL当输出电压达到最大时，输出功率也达到最大。输出电压如何能达到最大？有效值值幅值值最大输出功率计算忽略管子的饱和压降UCES，有Uom最大=UCC，所以4、转换效率η由于两个电源交替输出相等功率，所以设iC=Iomsinωt，有转换效率为结论：当输出电压达到最大时，转换效率也达到最大5、最大管耗PTm由功率守恒可得电路中管耗功放电路的损耗主要消耗在三极管上，故称为管耗注意：最大管耗并不出现在输出电压达到最大时结论：每管的最大管耗=0.2Pom功率管选取原则：管子的极限参数：例

乙类互补对称功放电路，已知电源电压为24V，负载电阻为8Ω，试求（1)输入信号Ui=12V时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率及转换效率；（2）输入信号增大至使管子在基本不失真情况下输出最大功率时，互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率及转换效率；（3）晶体管的极限参数。解：（1）在Ui=12V时的幅值为Uim=1.414·Ui=17V考虑到互补对称电路是射极输出器，其电压放大倍数接近于1，因此输出电压近似等于输入电压且同相，即Uom=Uim=17V输出功率管耗：直流电源的功率转换效率为（2）在最大输出功率时，最大输出电压Uom=Uomax=24V,此时要求输入信号的幅值也为24V，即Uim=Uom最大输出功率

电源提供的功率管耗

注意：此时两管功耗并不是最大功耗效率（3）晶体管极限参数的选取：管子的最大允许耗散功率集-射极反向击穿电压集电极最大允许电流6、乙类功放电路中的交越失真交越失真产生原因T1、T2存在死区电压1.克服交越失真的措施：R1D1D2R2

静态时：利用二极管D1、D2的正向导通压降，使两管均处于微弱导通状态；+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ，基本不失真。甲乙类2.UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB，则改进后的OCL准互补输出功放电路：

T1：电压推动级

T2、R1、R2：

UBE倍增电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6T3、T5为小功率异型管；T4、T6为大功率同型管，两者特性容易对称用复合管实现互补作用集成电路（Integratedcircuits–IC）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，然后封装在一个管壳内，构成特定功能的电子电路。集成电路优点：性能好、体积小、成本低6.2集成运算放大器的性能指标与工作特点模拟集成电路：数字集成电路：集成运算放大器、功率放大器、稳压电源门电路、译码器、编码器、触发器、计数器集成运算放大器——集成的具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路输入级中间级输出级+-uoui1ui2偏置电路反相输入端同相输入端输出端输入级：多采用差动放大电路，以抑制零漂、提供两个输入端。中间级：多采用共射放大电路，以提供高电压放大倍数。输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。偏置电路：多采用镜像恒流源电路。6.2.1

双极型集成运放F007集成运放741的管脚图符号++-ui1ui2uoAodΔuiuo=Aod(ui2-ui1)=Aodui+U-U注意：实际运放在使用时必须外加电源双运放LM324管脚图

A1+-A2-

+1234-12VUCC

876512VUEE6.2.2

集成运算放大器的主要性能指标++-U-U+uoAoduiridro-ui+-Aod：开环差模电压放大倍数----运放开环时输出电压与输入差模电压之比

Aod=uo/(U+-U-)=uo/

ui常以dB表示(20lgAod)，一般运放可达60dB，高精度运放可达140dB。等效集成运算放大器的主要参数++-ui1ui2uoAodΔ集成运算放大器的主要参数差模输入电阻rid-----可达MΩ数量级

输出电阻ro------为几十Ω∽几百Ω

++-U-U+uoAoduiridro-ui+-等效共模抑制比KCMR---差模电压放大倍数Aod与共模电压放大倍数Aoc之比一般运放可达80dB，高精度运放可达160dB。KCMR=|Aod/Aoc|或KCMR=20lg|Aod/Aoc|(dB)Aod=uo/(U+-U-)=uo/ui差模电压放大倍数共模电压放大倍数当U+=U-=u

ic时，Aoc=uo/uic共模抑制比KCMR++-ui1ui2uoAodΔ集成运算放大器的主要参数++-ui1ui2uoΔA输入失调电压UIO---指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在输入端加的补偿电压。一般为1∽5mV，高精度运放可达±0.5mV。输入失调电流IIO++-uoΔARbRbIB1IB2-----输入为零时，IIO=|IB1-IB2|，

一般为几十nA。++-U-U+uoAoduiridro-ui+-等效理想运算放大器的条件Aod=∞rid=∞KCRM=∞ro=0失调=0、漂移=0频带宽度=∞符号++-ui1ui2uoΔ∞一、运放线性应用的条件与特点

运放的传输特性uo=f(ui)0ui(mV)uo(V)uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui设运放Aod=105，最大输出电压

UOM=±10V-0.10.1-1010线性区非线性区非线性区结论：运放在开环状态下线性区很窄，即开环运放只能工作在非线性区。理想运放则无线性区如何使运放工作在线性区呢？

降低电压放大倍数如何降低电压放大倍数呢？

引入负反馈++-ui1ui2uoAodΔui

结论：运放工作在线性区的条件是在电路中加入一定深度的负反馈。6.2.3集成运放的两种工作状态

理想运放线性应用的两个特点RF引入负反馈设U+与U-为运放同相端与反相端的电位

uo=Aod(U+-U-)即：U+-U-=uo/Aod对于理想运放有Aod=∞，所以U+=U-虚接（虚短）++-U-U+uo∞RFI-I+对于理想运放有rid=∞，所以I+=I-=0虚断Δ++-ui1ui2uoAoduiridro-uidI-I+

二、运放非线性应用的条件与特点++-ui1ui2uoA+U-U在图示运放电路中，有

uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui运放工作在非线性状态的条件0ui(mV)uo(V)其传输特性如图所示线性区非性区非性区

结论：集成运放的开环与正反馈工作是集成运放非线性应用的充分必要条件。

运放工作在非线性状态下的两个特点（1）设+UOM与-UOM为运放输出的正、负最大值，有uo=+UOM当u+>u--UOM当u+<u-

（2）设I+与I-为运放同相输入端与反相输入端的电流

，因为对于理想运放有rid=∞，所以I+=I-=0虚断注意：运放非线性应用时，U+=U_++-ui1ui2uoAoduiridro-uidI-I+将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（称为反馈网络）送回到输入回路的过程。6.3.1反馈的基本概念AXiXoFXfXid不含反馈的放大电路反馈网络输入输出反馈信号净输入信号Xid=Xi-Xf正向传输反向传输+-反馈结构示意框图6.3放大电路中的反馈1、开环放大倍数A2、反馈系数F3、闭环放大倍数Af反馈基本关系AXiXoFXfXid+-AXidXo=FXoXf=AfXiXo===AfXiXo==XfXidXo+XidXo/1+Xf/XidXidXo/1+XidXfXoXoXid=Xi-Xf反馈深度引入反馈了吗？反馈网络无反馈二、有无反馈的判断++-uoΔAR1R2ui++--RLR3反馈网络无反馈uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRLReCeRe与Ce构成反馈网络有无反馈的判断VE=ICReUBE=VB-VEVEUBE反馈极性的分类正反馈负反馈按反馈量中包含交、直流的成分交流反馈直流反馈交直流反馈6.3.2反馈的分类及判断按反馈在输出端取样方式电压反馈电流反馈按反馈在输入端连接方式串联反馈并联反馈按反馈量中包含交、直流的成分交流反馈直流反馈交直流反馈：反馈量中只含有交流成分：反馈量中只含有直流成分：反馈量中同时含有交流成分和直流成分“看通路”即交流通路和直流通路中有无反馈通路

判断方法：（一）直流反馈和交流反馈

uoBTRCC1ui+-C2+-++++UCCRb1Rb2RLReCeRe与Ce构成反馈网络该反馈是什么类型？判断方法判断在交、直流通路中，反馈是否存在BTRC+UCCRb1Rb2Re直流通路uoBTRCui+-+-Rb1Rb2RL交流通路该电路为直流反馈交直流反馈的判断

交直流反馈的判断

交直流反馈直流反馈级间反馈交流反馈交直流反馈的判断

++-uoΔAR1ui+-R2C1++-uoΔAR1ui+-R2++-uoΔAR1ui+-R2直流通路交流通路交直流反馈交流反馈交直流反馈的判断

交直流反馈的判断

直流通路交流通路直流反馈交流反馈直流通路交流通路直流反馈（二）反馈的极性正反馈(positivefeedback)负反馈(negativefeedback)---使净输入增大---使净输入减小

AXiXoFXfXid+-Xid=Xi-Xf净输入信号判断正负反馈的依据就是看引入反馈后净输入信号是增大了还是减小了。“瞬时极性法”判断反馈极性的步骤设输入端的瞬时极性为“

+”判断反馈信号的瞬时极性

判断净输入量的变化

若加入反馈后净输入量增大，则为正反馈若加入反馈后净输入量减小，则为负反馈反馈极性的判断：瞬时极性法时，净输入量为电压。时，净输入量为电流。ufuiuiuf净输入量可以是电压，也可以是电流uid=ui-ufuid=ui-ufiiiidifiiiidifiid=ii-ifiid=ii-if（1）在输入端加“+”极性（2）判断净输入信号的变化加反馈后净输入电压变大了，所以该反馈为正反馈uid=ui-uf反馈极性的判断举例规律：对单级运放，若通过纯电阻网络将反馈引到

同相输入端则为正反馈。解：“瞬时极性法”判断例1：判断图示放大电路的反馈极性净输入电压

例2：判断图示放大电路的反馈极性解：用“瞬时极性法”判断净输入电压

加反馈后净输入电压减小，所以该反馈为负反馈规律：对单级运放，若通过纯电阻网络将反馈引到

反相输入端则为负反馈。uid=ui-uf（1）在输入端加“+”极性（2）判断净输入信号的变化++-uoΔAR1R2ui++--RL设输入端的瞬时极性为“+”判断净输入量的变化加反馈后净输入电流减小，所以该反馈为负反馈例3：判断图示放大电路的反馈极性iid=ii-ifiiifiid解：用“瞬时极性法”判断净输入电流

例4：判断图示放大电路的反馈极性。加反馈后净输入电流减小，所以该反馈为负反馈ifiiiidiid=ii-if净输入电流

例5：判断Rf引入的反馈极性。ufuiduc1ub2uc2+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf负反馈净输入电压

uid=ui-uf变小例6：判断Rf引入的反馈极性。ufuiduc1ub2uc2+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf正反馈净输入电压

uid=ui-uf变大（三）反馈的组态(topologies)反馈所取输出信号可以是电压或电流按所取信号电压