《电工与电子技术》 课件 贾贵玺 第9、10章 基本放大电路、集成运算放大器及其应用

第9

章基本放大电路9.1共射极交流放大电路9.2静态工作点稳定的放大电路9.3放大电路的图解分析法9.4放大电路的微变等效电路分析法9.5射极输出器9.6差分放大电路9.7功率放大电路9.8场效应晶体管放大电路基本放大电路

本节在学习晶体管共射放大电路的基本概念、电路的组成、工作原理，以及静态和动态分析方法的基础上，进一步学习分压式放大电路、射极输出器、差分放大电路、功率放大电路，以及场效应管放大电路的特点和分析方法。

第9

章|

基本放大电路放大电路概述1.放大电路的概念图9-1所示为放大电路的框图，电路在输入信号（如ui）作用下，将电源的能量转换为比输入信号幅值更大的输出信号（如uo），称为放大，即频率不变、幅值增加是信号放大的特征。

放大电路的本质是能量的控制和转换，其核心和能够控制能量称为有源器件，包括晶体管和场效应管。2.放大电路的参数（1）电压放大倍数（电压增益）Au

定义为输出电压与输入电压的比值，即：（2）输入电阻ri

从放大电路输入端看进的等效电阻（图9-1所示）（3）输出电阻ro

从放大电路输出端看进的等效电阻（见图9-1所示）放大电路电源图9-1

放大电路框图

第9

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基本放大电路9.1

放大电路概述（1）按接法分类（以双极型晶体管为例）

共射放大电路：E

为公共端、B

为输入端、C

为输出端

共基放大电路：B

为公共端、E

为输入端、C

为输出端

共集放大电路：C

为公共端、B

为输入端、E

为输出端

如图9-2

所示。

（2）按功能分类：分为共射放大电路、共集放大电路、差动放大电路、功率放大电路

等。

（3）按放大电路中有源器件分类：分为晶体管放大电路分为双极型晶体管放大电路、单极型晶体管（场效应管）放大电路。

（4）按放大电路的级数分类：分为单级放大电路、多级放大电路，图9-3所示为两级放大电路。图9-3

两级放大电路

Au1Au2BECBECBEC图9-2

放大电路的三种接法a）共射接法b）共基接法c）共集接法a）b）c）3.放大电路的分类第9

章|

基本放大电路9.1共发射极放大电路9.1.1放大电路的组成

图9-4所示电路，晶体管（三极管）为有源器件，共射极接法、单级放大电路，又称“共射极基本放大电路”，或称“基本共射放大电路”。为保证晶体管工作在放大状态，其各极电压称为偏置电压。VCC为电源，为集电极和基极提供偏置电压，也是放大电路能量的来源。VT为晶体管，通过基极电流iB控制集电极电流iC，实现电流放大的作用，是放大电路的核心元件。RB

为基极电阻，用于提供合适的基极电流。RC

为集电极电阻，与负载RL一起，将电流变化转换为电压变化。C1和C2

为耦合电容，对交流视为短路。ui

为输入电压，uo

为输出电压，us

为信号源电压，RS为信号源内阻。图9-4基本共射放大电路

+ui-+uo-+us-第9

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基本放大电路9.1.2放大电路的工作原理

图9-5

晶体管各级电压和电流a）直流分量和交流分量b）总电压和总电流

当放大电路有输入交流信号时，各极的电流、电压都包含直流和交流两种分量，如图9-5a所示，直流分量用大写字母和大写下标表示，可保证放大电路的正常工作；交流瞬时值由小写字母和小写下标表示，是被放大的对象。

正常工作时，晶体管各级电压和电流都是直流分量与交流瞬时值的叠加，用小写字母、大写下标表示，如图9-5b

所示。各电压、电流符号见表9-1

所示。表9-1

晶体管各级电压和电流符号说明IBIC+UCE-+UBE

-直流icib+uce-+ube-交流iCiB+uCE-+uBE-直流+交流第9

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基本放大电路9.2双极型晶体管共发射极放大电路输入信号为零，电路中各电压、电流均为直流，称为静态。静态时，电容视为开路，各电压、电流（为强调静态，下标增加Q）为IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ，通过的电路称为“直流通路”。

因为RB一旦确定，IBQ就固定不变，所以这种电路又称为“固定偏置放大电路”，或“基极偏置电路”。如图9-6电路所示。+ui-+us-+uo-直流通路

（1）估算法计算静态值在直流通路中，计算晶体管各极电流电压关系，称为“估算法”，即：【例9-1】图9-6电路，设VCC=12V、RB=300kΩ、RC=4kΩ、β=37.5，静态值为1.

静态分析

IBQICQ+UCEQ-+UBEQ-图9-6

基本放大电路的直流通路

第9

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基本放大电路9.2双极型晶体管共发射极放大电路

（2）图解法确定静态值步骤：先估算IBQ

，在晶体管的输出特性中上确定某一条曲线，（图9-7中曲线），即这条直线称为“直流负载线”，见图9-7所示。然后列出IC

和UCE

的表达式（直线方程），在输出特性上做直线IC和UCE的取值必须同时满足两条线，所以取值必然在其交点，称为静态工作点（Q点），Q点坐标即为ICQ和UCEQ的参数。uCEiCO图9-7

图解法确认静态工作点

ICQQUCEQ两线交点即为Q点直流负载线输出特性曲线第9

章|

基本放大电路9.2双极型晶体管共发射极放大电路

输入信号ui=0，称为静态，静态时各电流、电压（IBQ、ICQ、UCEQ）均为直流（

见图9-8中红色直线）。IBQICQUCEQibicuce

2.

动态分析

加入输入信号ui

后，称为动态。产生电流和电压的瞬时值（ube、uce

、

ib、ic)，见图9-8中绿色波形。此时各电流、电压（iB、iC、uBE、uCE）均为直流+交流，即：图9-8

晶体管各电流、电压波形

uce的瞬时值即输出电压uo第9

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基本放大电路9.2双极型晶体管共发射极放大电路9.2静态工作点稳定的放大电路1.影响静态工作点的因素

静态参数

IBQ、ICQ、UCEQ

在晶体管输出特性上构成一个点，称为静态工作点（Q点）点。在图9-4所示的基极偏置电路中，当RB选定后，IBQ固定不变。由于晶体管的β

值随温度升高而增加，致使ICQ增加，影响静态工作点的稳定性。3.6mAQ2UCEICOIBQ=40μA2.4mA6VQ1图9-9

Q

点的变化

图9-9所示为Q

点随温度变化的情况，晶体管的温度为20℃时，输出特性如实线所示，静态工作点为Q1，ICQ=2.4mA，晶体管的β

为输出特性曲线上移（如虚线所示），静态工作点上移至Q2

温度的变化影响静态值的稳定性，静态工作点接近饱和区。当晶体管的温度上升为40℃时，晶体管的β

值增加到90，由于IBQ

不变，ICQ增加到3.6mA，即直流通路第9

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基本放大电路2.静态工作点稳定的放大电路

图9-10

所示放大电路，与基极偏置的基本放大电路（图9-4）相比，增加了发射极电阻RE、基极电阻RB2

，虚线框内为直流通路。分析：在B

点（基极），电流关系为：静态值的计算步骤为：结论：（1）ICQ

与β

无关，β

上升时只会引起IBQ下降，属于“静态工作点稳定的电路”。（2）静态值与基极电位有关，而基极电位等于电源在两个电阻的分压，所以又称“分压式偏置电路”或“分压式放大电路”。（3）基极电位确定后，集电极电流仅取决于发射极电阻RE,所以也称“射极偏置电路”。图9-10分压式放大电路

+UCEQ-+UBEQ-IBQICQB+ui-

+us-+uo-I1I2IEQ第9

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基本放大电路9.3静态工作点稳定的放大电路【例9-2】图9-11所示分压式放大电路的直流通路中，VCC=15V、RB1=100kΩ、

RB2

=30kΩ、

RC=2.5kΩ

、

RE=2kΩ、UBE=0.7V。当β=50时，要求：

（1）计算静态值

（2）如果因温度升高，β

增加到

80时，各静态值有何变化？解：（1）β

=50时（2）β

=80时BE图

9-11分压式放大电路的直流通路

+UCEQ-+UBEQ-IBQICQI1I2IEQ第9

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基本放大电路9.3放大电路的图解分析法1.图解分析（1）输入回路

图9-12为晶体管的输入特性，Q为静态工作点。

动态时，

ui

加在晶体管的发射结上，与UBE

叠加，得到uBE，见图9-11中

uBE波形，工作点沿输入特性曲线在Q1和Q2之间移动，晶体管的基极电流

iB

也随之变化，见图9-12中iB

波形。

说明

当ui

变化很小时，输入特性在Q1~Q2之间近似于线性，所以，输入信号ui

与基极电流iB

的波形基本一致。

如果静态工作点过高或过低，基极电流iB

的波形可能进入非线性区，产生波形失真。uBE/v0图

9-12放大电路输入特性图解分析

Q1Q2iB/μAQ近似线性uBE/vui/Vt/s0输入信号IBQiB/μAt/s0基极电流第9

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基本放大电路9.4放大电路的图解分析法（2）输出回路

图9-13为晶体管的输出特性，Q为静态工作点，其参数为UCE和ICQ、IBQ

uCE/viC/mAQ1Q2QVCCUCC/RCUCEQICQ0图

9-13放大电路输出特性图解分析

说明直流负载线方程为uCE的交流部分即输出电压uo

输入信号ui与电流iB、iC

同相，与输出电压uCE和uo

反相。动态时，

随着

iB

的变化，工作点沿着负载线在Q1和Q2之间移动，晶体管的集电极电流

iC

和集电压uCE也随之变化，见图9-13中iC

、uCE的波形。负载线iB

的变化uCE/vt/suot/s0uCE

的变化uo

的变化iC/mAt/sICQ0iC

的变化第9

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基本放大电路9.4放大电路的图解分析法

图9-14所示晶体管输出特性曲线中，分为饱和区、截止区和放大区三个部分。A和B

为负载线上两个点，分别为饱和区和截止区与放大区的交界。（1）如果

IBQ=60μA，静态工作点在Q1处，接近饱和区。当输入信号ui

逐渐增大时，输出电压也逐渐增大，波形下部进入饱和区而被削去，产生畸变，见图9-14所示，称为饱和失真。2.失真分析放大区（2）如果

IBQ=10μA，静态工作点在Q2

处，接近截止区。当输入信号ui

逐渐增大时，输出电压也逐渐增大，波形上部进入截止区而被削去，产生畸变，见图9-14所示，称为截止失真。（3）如果

IBQ=40μA，工作点（Q

）位于负载线的中间，为理想位置。输出波形下部畸变—饱和失真由于静态工作点位置偏高或偏低，当输入信号增加导致输出电压的波形进入非线性区（饱和区和截止区）引起的畸变，称为非线性失真，包括饱和失真和截止失真。uCE/vt/s0饱和区截止区图

9-14工作点位置与非线性失真的分析

ABQiC/mAQ1Q2uCE/v0输出波形上部畸变—截止失真Q点理想位置第9

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基本放大电路9.4放大电路的微变等效电路分析法1.放大电路的交流通路

图9-15a为共射极基本放大电路，对于其中的交流分量而言，耦合电容视为短路，直流电源也视为对地短路，即可画出其交流通路，见图9-15b

所示。

+ui-

+us-+uo-+ui-

+us-+uo-图

9-15放大电路交流通路的画法a）

基本共射放大电路b）交流通路短路短路短路第9

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基本放大电路2.晶体管的微变等效电路

在小信号（微变信号）下，可以将晶体管用线性化的等效电路（等效模型）代替，称为微变等效电路。

（1）

B–E间

：电压与电流的关系见输入特性（图9-16a）。当ΔUBE为微变信号时，特性曲线近似线性，则定义：为晶体管的输入电阻：

（2）

C–E间

：电压与电流的关系见输出特性（图9-16b），iC

受iB控制，相当于受控电流源。所以：在微变信号下，晶体管B-E间等效为输入电阻（动态电阻）rbe、晶体管C-E间等效为受控电流源βib图

9-16

晶体管的微变等效电路a）输入特性b）输出特性C）晶体管d）微变等效电路IBUBEO

近似线性a）ICUCEOb）ib+uBE

-icEBCc）rbeβibBCEd）第9

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基本放大电路9.5放大电路的微变等效电路分析法3.放大电路的等效电路

晶体管用等效电路代替；其他部分画交流通路（电容短路、直流电源短路接地）

如图9-17

所示，画出基本共射放大电路的微变等效电路。

4.交流参数计算

（1）

输入电阻与输出电阻

从输入端向内（不含信号源内阻）的等效电阻称为放大电路的输入电阻，即

从负载向内的电阻称为电路的输出电阻，即

（2）

电压放大倍数（电压增益）

输出电压与输入电压的比值为电压放大倍数，根据微变等效电路：

+ui-

+us-+uo-图

9-17

基本共射电路的微变等效电路BCE+ui-第9

章|

基本放大电路9.5放大电路的微变等效电路分析法

【例

9-3】已知图

9-17所示基本共射放大电路中，RB

＝300k

，RC

＝RL＝4k

，VCC

＝12V，晶体管的

β＝50，信号源内阻RS

＝1k

，试求：输入电阻、输出电阻、电压放大倍数、源电压放大倍数。

解：计算IE

和rbe

输入和输出电阻

电压放大倍数

B+ui-图

9-18

放大电路输入部分输入电压ui是信号源电压us

在RS

和ri

的分压，见图9-18所示。

第9

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基本放大电路9.5放大电路的微变等效电路分析法

【例

9-4】图9-19所示分压式共射放大电路，RB1

＝12k

，RB2＝3.9k

，RC

＝RL＝4k

，RE

＝1

k

，VCC

＝12V，UBE＝0.7V，晶体管的

β＝50，要求：

（1）计算rbe+UCE-+UBE-IBIC+ui-

+us-+uo-IE（3）输入电阻和输出电阻（2）画出微变等效电路（如图9-19所示）（4）电压放大倍数图9-19例9-4电路及的微变等效电路

BCE+ui-第9

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基本放大电路9.5放大电路的微变等效电路分析法

（1）

因为静态时电容相当于开路，所以静态值不变，rbe

也不变。（3）输入电阻和输出电阻（2）画出微变等效电路

因为去掉CE，所以微变等效电路中保留RE，如图9-20所示。（4）电压放大倍数图9-20

例9-5电路的微变等效电路

BCE+ui-输入电阻增加输出电阻不变放大倍数下降静态值不变

【例

9-5】图9-19所示分压式共射放大电路中，去掉发射极电容

CE

，

其他参数不变，分析微变等效电路和电路的相关数值有何变化？直流通路第9

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基本放大电路9.5射极输出器1.电路特点

图

9-21a所示电路，有两个特点：

因为集电极交流接地，所以是共集电极接法；

因为从发射极输出，所以称为“射极输出器”。

2.静态分析

图

9-21b为射极输出器的直流通路，根据电路定律和晶体管电流关系，在输入回路表达式为：输出回路表达式为：IBIE图9-21

射极输出器（共集放大电路）a）原理电路b）直流通路+ui-

+us-+uo-CEa）b）第9

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基本放大电路9.5射极输出器3.动态分析

图

9-22为射极输出器的微变等效电路。

图9-22

射极输出器的微变等效电路

BCE+ui-（2）电压放大倍数（1）输入电阻第9

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基本放大电路9.5射极输出器

【例

9-6】图9-21所示射极输出器，VCC＝12V，RB＝200k

，RE＝RL＝4k

，RS＝100

，UBE＝0.7V，

＝60，求静态和动态参数，分析其特点。解：静态值动态值输入电阻比较大电压放大倍数接近1，没有电压放大能力由于ri>>RS，所以Aus

接近Au第9

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基本放大电路9.5射极输出器基本放大电路综述交流通路Auriro特点基本共射放大电路分压式放大电路（RE交流短路）分压式放大电路（CE开路）共集放大电路（射极输出器）第9

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基本放大电路9.6差动放大电路9.6.1基本差分放大电路图9-24电路，VT1和VT2的晶体管参数相同，电路左右对称。输入电压uI

在两个晶体管输入电压uI1

和uI2

之间，其关系为：输出电压uO

为两个晶体管输出电压之差，即1.电路组成直接耦合输入为0干扰引起波动波动被放大零点漂移图9-23所示多级放大电路前后之间直接耦合，可以通过低频或直流信号。当输入信号为0时，各级输出应该保持不变。但由于外界的干扰（如温度），使输出产生波动，并逐级放大，称为“零点漂移”，温度引起的又称“温漂”。9.6差分放大电路图9-23

零点漂移

+

uO

-+

uI

-+

uO1-+

uO2-+

uI1

-+

uI2

-图9-24

基本差分放大电路

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章|

基本放大电路9.6差动放大电路2.抑制零点漂移静态时，干扰引起两个输出端的漂移相同，即ΔuO1

=

ΔuO2

，所以输出电压的漂移为零。3.差模输入如果两输入信号大小相等、相位相反，称为差模信号，下标加d

表示，即可分别按照两个单管放大电路分析，其交流通路如图9-25、微变等效电路如图9-26所示。

Ad为差模电压放大倍数，uId

为差模输入电压，uOd

为差模输出电压，如图9-27所示。单端输入-单端输出放大倍数双端输入-双端输出放大倍数+uId-+uOd

-图9-27

差模输入+uOd1-+uId1-图9-26

单管微变等效电路+uId1-+uOd1-图9-25

单管交流通路第9

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基本放大电路9.6差动放大电路输出端接负载的情况

两个晶体管的集电极之间接入负载电阻RL，如图9-28所示。

当输入差模信号时，一个晶体管的集电极电位下降，另一晶体管的集电极电位上升，在

RL的中点相当交流的“零”电位（接“地”）。所以每个晶体管各带一半负载电阻。见图9-29所示。+uId-

+

uOd

-

图9-28双端输出接入负载

ui1

uI2图9-29

接入负载后的单管交流通路+uId1-+uOd1-接入负载后，差模电压放大倍数为输入电阻两个输入端之间的等效电阻输入电阻两个输出端之间的等效电阻第9

章|

基本放大电路9.6差动放大电路4.共模输入如果两输入信号大小相等、相位相同，称为共模信号，下标加C

表示，即

图9-30所示为共模输入，定义uIC

和uOC

为共模输入、输出电压，Ac

为共模电压放大倍数，两端输入信号大小相等、相位相同理想状态（电路完全对称）共模电压放大倍数为0，实际AC≈0图9-30

共模输入

uI1

uI2+uIC-+uOC

-在共模信号下：输入共模信号时，输出电压为0，干扰可视为共模信号，得到抑制5.共模抑制比定义差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比为“共模抑制比”，即

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基本放大电路9.6差动放大电路9.6.2改进型差分放大电路图9-31

改进型差分放大电路+uO

-+uI

-+uI1-+uI2-+uO1

-+uO2

-

图

9-31为改进型差分放大电路，与基本差分放大电路相比，增加了发射极电阻

RE和负电源

VEE

，去掉了基极电阻RB1

。

1.

静态参数计算

静态时，画出左半部分的直流通路，如图9-32所示。ICQIBQ2IEQ图9-32

直流通路第9

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基本放大电路9.6差动放大电路

【例

9-7】图9-33所示为改进型差分放大电路的局部电路，VCC＝12V，VEE=12V，

RB=1k

，RC=

RE=3k

，

1＝

2＝50，求：静态和动态参数。

2.动态参数计算

加入差模信号时，因为流过发射极电阻

RE的电流保持不变，发射极电位恒定，即

RE对差模信号而言相当于短路，不影响差模放大倍数。

所以，改进型差分放大电路的差模电压放大倍数Ad

的计算，与基本型差分放大电路（图9-23）相同。解：（1）求静态值

（2）如果两输出端之间接负载RL=6k

，求Ad

IC1IB12IE1图9-33

例9-7电路第9

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基本放大电路9.7功率放大电路9.7.1功率放大电路的特点和原理1.功能和作用共射放大电路以电压放大为主；共集放大电路（射极输出器）可以放大电流。在实际电路中，末级（输出级）需要输出一定的功率，即要求同时有较大的输出电压和电流，以驱动负载。以放大功率为主的电路称为功率放大电路，简称“功放”。如图9-34所示。图9-34

功率放大的作用电压放大功放信号负载2.特点

（1）输出功率大

定义最大输出功率Pom

，与最大输出电压Uom

、最大输出电流Iom

的关系为

（2）效率高

定义最大输出功率Pom

与电源提供的功率PE

的比值为效率，即

（3）非线性失真小

非线性失真包括截止失真和饱和失真，即波形失真要小。

第9

章|

基本放大电路9.8功率放大电路3.晶体管的工作状态根据静态工作点（Q点）设置的不同，晶体管有以下工作状态：

（1）

RB合适，提供静态电流IB，见图9-35a电路。Q点在负载线中间（

Q1）

见图9-36

所示，称为甲类工作状态。

其特点是：无波形失真，但输入信号为0时也有静态电流，消耗电能，所以直流功耗大，效率低（不超过50%）。

（2）

RB开路，静态电流IB=0，见图9-35b电路。Q点靠近截止区（Q2），见图9-36

所示，称为乙类工作状态。其特点是：输入信号正半周时，晶体管导通；负半周时，晶体管截止，所以只能放大半个波（见图9-35所示），但无静态值，输入信号为0时不消耗电能，所以直流功耗小，效率高（最大78.5%）。Q1甲类Q2乙类Q3甲乙类

（3）

Q点在Q1和Q2之间，靠近Q2（Q3），见图9-36

所示，称为甲乙类工作状态。图9-36

图解法分析工作状态

iCuCEO负载线图9-35

放大电路的工作状态a）甲类工作状态b）乙类工作状态

IBiCiba）IBiCibb）第9

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基本放大电路9.8功率放大电路

甲类状态：静态值合适，无失真，但效率低

图9-37所示电路，VT1为NPN管、VT2为PNP管，两管参数相同（β1=

β2）。双电源供电。静态时，两管均截止，即工作在乙类状态（静态工作点在图9-36中Q2处）。i1i2

交越失真：晶体管的发射结（UBE）有死区电压（硅管约0.5V），当输入信号电压低于死区电压时两管均截止，所以在输出正负半周的交界处输出为0，所产生的失真称为交越失真，见图9-38所示。

4.互补对称功率放大电路

输入信号ui正半周，VT1导通，VT2截止，产生i1正向流过负载；互补对称放大：用两个参数相同，工作在乙类状态的晶体管，在输出信号的正、负半周内分别导通，各放大半个波，在输出负载上得到为完整的波形，称为互补对称功率放大电路，既提高效率，又消除失真。乙类状态：无静态值，严重失真（截止失真，只能放大半个波），但效率高。输入信号ui

负半周，VT2导通，VT1

截止，产生i2反向流过负载。

i1和i2

在负载上得到完整的输出电压（uo）。死区电压交越失真OO图9-38

交越失真的产生图9-37

互补对称功率放大电路第9

章|

基本放大电路9.8功率放大电路

5.甲乙类工作状态

图9-39所示电路，在两个晶体管的基极之间接入两个二极管，调节偏置电阻RB，通过合适的直流电流I，使每个二极管正向电压维持在0.5V左右，即两个晶体管也处于临界导通（微导通）状态，两个晶体管基极之间电压为1.0V左右。图9-39

克服交越失真的电路i1i2因为静态时，晶体管处于临界导通状态，电流I

很小，所以，静态工作点（Q3）位于Q1

和Q2之间，靠近Q2之处，见图9-36

中Q3位置。

因为工作状态介于甲类和乙类之间，故称为甲乙类工作状态。

I动态时，加入ui，晶体管立即导通，

产生电流

i1和

i2，在负载上得到消除了交越失真的输出信号（见图9-39输出信号）。

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基本放大电路9.8功率放大电路1.OTL电路

i1i29.7.2互补对称功率放大电路图9-40所示电路，VT1为NPN管、VT2为PNP管，单电源。

（1）静态分析

静态时，调节RP，选择合适的电流I，使R1两端电压为1.0V，保证两个晶体管处于临界导通（微导通）状态。

E点电位为电源电压的一半，即：VE=VCC/2，所以电容C的电压也为VCC/2（2）动态分析

ui

正半周，VT1导通，VT2截止。产生电流i1

流过负载，同时电容C充电；

ui

负半周，VT2导通，VT1

截止。电容C

放电，放电电流i2

反向流过负载。

在负载上得到完整的输出波形（与输入信号同相）。

因早期功放多带有输出变压器，这种电路取消了输出变压器，所以称为无输出变压器（OutputTransformerLess）功率放大电路，简称OTL电路。图9-40OTL电路I+++E

C2为交流信号旁路电容，其作用使两管的基极对交流信号的电位相同，保证两管对地输入信号的幅值相等，从而改善输出电压

uo正、负半周波形的对称性。第9

章|

基本放大电路9.8功率放大电路2.OCL电路

9.7.2互补对称功率放大电路图9-41所示电路，采用双电源，取消了输出电容C，即“无输出电容”电路，简称OCL（OutputCapacitorLess）电路。

（1）静态分析

静态时，VT1工作在甲类工作状态，两个二极管微导通，保证VT2和VT3处于临界导通状态。

E点位于±VCC的中间，所以其静态电位为0，即：VE=0（2）动态分析

VT1为推动管，工作在甲类放大状态，其输出与输入反相。

ui

正半周，VT1输出为负半周，VT2截止、VT3导通，产生电流i2

流过负载；

ui负半周，VT1输出为正半周，VT2

导通、VT3截止，产生电流i1

流过负载。

在负载上得到完整的输出波形（与输入信号反相）。i1i2图9-41OCL互补对称功率放大电路E第9

章|

基本放大电路9.8功率放大电路（1）OTL电路

OTL电路输出电流和电压见图9-42所示。静态时，VE

=VCC/2，所以电容C的电压也为VCC/2；动态时，uo

叠加在静态值（VCC/2）之上。

3.最大输出功率图9-42OTL电路的输出电流和电压oi1i2+（2）OCL电路

OCL电路输出电流和输出电压见图9-43所示。

静态时，VE

=0V，动态时，uo

叠加在静态值（0V）之

上。

i1i2图9-43OCL电路的输出电流和电压o第9

章|

基本放大电路9.8场效应晶体管放大电路9.8.1场效应晶体管分压式放大电路

场效应晶体管是电压控制器件，图9-44电路中VF为N沟道增强型场效应管，当UGS>Uon（Uon为正值），场效应管导通，产生电流iD，用UGS控制ID，其输入电阻（

rgs）高达（108~1014

）Ω，近似于无穷大。

UGS的典型值在2V~4V之间。

1.静态分析

图9-44场效应管分压式放大电路SD+UGS-ID+ui-+uo-G第9

章|

基本放大电路9.9场效应管放大电路

2.动态分析

动态时，栅-源电压（UGS）控制漏极电流（ID），其控制作用由跨导表示：

场效应管的G-S间电阻无穷大，相当于开路；D-S间为输入电压控制的电流源，可表示为：场效应管微变等效电路见图

9-45所示，放大电路的等效电路见图9-46所示。GSDB图9-45

场效应管微变等效电路SDG图9-46

图9-43电路的微变等效电路SDG+ui-+uo-+UGS-第9

章|

基本放大电路9.9场效应管放大电路

【例

9-8

】

图9-47所示场效应管分压式放大电路，gm

=10mA/V

，场效应管的开启电压（UGS=2.5V），其他参数如图。求静态和动态参数。图9-47例9-8电路图SD+UGS-ID+ui-+uo-G（2）动态参数解：（1）静态值第9

章基本放大电路本章小结1.晶体管是基本放大电路中的核心元件，晶体管的放大作用实质是控制过程，用小信号控制大信号。

2.放大电路的分析中，静态分析采用估算法和图解法，用来确定放大电路中晶体管的静态工作点。动态分析可以采用图解法和微变等效电路法，分析放大电路的工作状态和非线性失真情况。在小信号条件下，将非线性器件晶体管用线性网络等效代换，用线性电路的分析方法来分析，分析电路的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数等参数。

3.放大电路存在非线性失真（饱和失真、截止失真、交越失真），它们可以通过选择放大电路的元件参数、调整合适的工作点、稳定工作点、限制输入信号及引入负反馈等措施予以削弱或消除。4.射极输出器属共集放大电路，电压放大倍数接近于1，且输出电压与输入电压同相；具有较高的输入电阻；具有较低的输出电阻，射极输出器在电子电路中有着广泛的应用。5.差分放大电路由于电路的对称性，对共模信号的抑制作用和对零点漂移的抑制作用是一致的，在放大差模信号的同时，还可以抑制电路中的零点漂移。6.功率放大电路的任务是向负载提供符合要求的输出功率，因此主要考虑的是信号的失真要小，输出功率要大，晶体管的损耗要小，效率要高。一般采用互补对称功率放大电路的形式，典型的电路有

OTL电路和

OCL电路。7.场效应晶体管是电压控制器件，利用栅源电压控制漏极电流。由于MOS管的栅源间是绝缘的，故有很高的输入电阻。第10章集成运算放大器及其应用10.1集成运算放大器

10.2反馈的基本概念

10.3集成运算放大器在信号运算方面的应用集成运算放大器及其应用

本章首先介绍集成运算放大器的组成、特性、参数和应用，理想集成运放的特点。引入反馈的概念、分类及及对电路的影响。在此基础上重点掌握集成运放工作在电压负反馈状态下的各种模拟运算电路，包括比例、加减、微积分电路的分析方法，第10章|

集成运算放大器及其应用10.1集成运算放大器10.1.1集成运算放大器的结构与性能

集成运算放大器简称集成运放，属于模拟集成电路，是一种高增益、高输入阻抗的直流放大器。图10-1为集成运算放大器CF741（UA741、F007）的外形、引脚图、符号和引脚说明。

其中2和3分别为反相输入端和同相输入端、6

为输出端、7

和4

分别为正负电源端、1

和5外接调零电位器，8

为空脚。图10-1

集成运算放大器的外形、符号和引脚说明a）外形b）引脚图c）引脚说明CF74121437856b）a）Auo1236745c）第10章|

集成运算放大器及其应用集成运放的组成集成运算放大器内部可分为四个部分，即输入级、中间级、输出级和偏置电路，如图10-2所示。

输入级：采用差分放大电路，有同相和反相两个输入端，要求输入电阻高，差模放大倍数大，减小零点漂移和抑制干扰信号。

中间级：由共射电路进行电压放大，其放大倍数可达千倍以上。

输出级：由互补对称电路或射极输出器构成，具有输出电阻小，带负载能力强的特点。以上各级之间为直接耦合，可以通过低频或直流信号。偏置电路：由各种恒流源电路组成，为其他电路提供稳定和合适的偏置电流，输出足够大的电压和电流。输入级中间级输出级偏置电路输入端输出端图10-2

集成运算放大器组成第10章|

集成运算放大器及其应用10.1

集成运算放大器10.1.2电压传输特性和主要参数1.电压传输特性输出电压uO与输入电压（两输入电压之差）的关系称为电压传输特性，其关系为式中，Auo为开环电压放大倍数，uO

为输出电压，其最大值为±UOM线性区正饱和区负饱和区

图10-3所示为电压传输特性，分为线性区和非线性区（两个饱和区）。

例如：Auo=105，UOM=±13V

图10-3

集成运算放大器组成第10章|

集成运算放大器及其应用10.1

集成运算放大器（3）差模输入电阻rI：>1MΩ（2）最大输出电压UOM：保证输入和输出电压不失真关系的最大输出电压，接近电源电压。

（1）开环电压放大倍数Auo：开环状态下，差模输入时的电压放大倍数，定义为：A用对数形式表示，称为分贝（dB）表示法，即

（4）差模输出电阻rO：<1kΩ

（8）共模抑制比KCMRR：定义为差模放大倍数Ad

与共模放大倍数Ac

之比，即（5）最大共模输入电压UICM：两输入端连接后所加电压为共模输入电压，见图10-3a

所示。

（6）最大差模输入电压UIDM：两输入端之间所加电压为差模输入电压，见图10-3b

所示

（7）输入失调电压UIS：使uO=0时，在输入端的补偿电压，见图10-3c

所示2.主要参数图10-4

集成运放部分参数说明a）共模输入b）差模输入c）输入失调电压∞-++a）∞-++b）∞-++c）第10章|

集成运算放大器及其应用10.1

集成运算放大器因为实际运算放大器的指标非常接近理想状态，如表10-1所示，所以，对运算放大器进行分析时，一般视为理想运算放大器。

理想运算放大器的主要特点：开环电压放大倍数、差模输入电阻、共模抑制比均视为无穷大，输出电阻视为零的直流放大器。表10-1

实际运放与理想运放指标比较图10-5为理想运算放大器的电压传输特性，除非两个输出完全相等（实际很难做到），输出一定工作在非线性区（正饱和区或负饱和区）。

3.理想运算放大器图10-5

理想运放的传输特性正饱和区负饱和区第10章|

集成运算放大器及其应用

10.1集成运算放大器

【例10-1】工作在开环状态下的运算放大器，其最大输出电压±UOM为±14V，当输出电压为不同取值时，分析实际运放（Auo=7×105）和理想运放（Auo=∞）的工作状态和输出电压大小、极性。

解：

实际运放中，如果│Auo（u+-u-）

│<UOM

，运放就工作在线性区，式uO=Auo（u+-u-）就完全成立。否则，运放就工作在非线性区，式uO=Auo（u+-u-）只反映正负极性。第10章|

集成运算放大器及其应用10.2放大电路中的反馈℃

1.温度控制系统

图10-6所示为冰箱、空调中温度控制系统，由电机-压缩机、传感器、温度设定等部分组成，其中“电机→压缩机→温度”为正向传输（正向控制）；“温度→传感器→电机”为反向传输（反向控制，反馈），构成闭环控制系统。10.2.1反馈的基本概念“反馈”即反向传输。在控制系统或放大电路中，如果输入对输出的控制称为“正向传输”，则输出对输入的反向作用，就称为反馈。

正向：电机转动-压缩机工作-改变温度压缩机电机转速nn调速传感器温度电信号图10-6

温度控制系统

反向：温度通过传感器转换为电信号，调节电机转速第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

|

3.1反馈的基本概念

2.电路中的反馈

含有反馈的电路包括基本放大部分（A）和反馈网络（F）两个部分，构成闭环系统。输入信号（XI）经过

A放大后产生输出信号（XO），称为正向放大；而输出信号（XO）通过

F产生反馈信号（XF），与输入信号叠加（XI）产生净输入信号入

,称为反馈，如图3-2所示，其中a为反馈电路框图，b

为引入反馈的晶体管放大电路，c为引入反馈的集成运放应用电路。反馈回路反馈电阻

b)∞-++c)反馈回路反馈电阻

图10-7

电路中的反馈a)反馈电路框图b)晶体管放大电路c)集成运放应用电路AFa)反馈回路反馈网络

10.2.2反馈的类型及判别方法

第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

|

3.1反馈的基本概念

例如：在温度控制系统中，如果电机转速n↑→℃↓→低于设定值→传感器→电机转速

n↓

→℃↑；

反之，如果电机转速

n↓

→℃↑→高于设定值→传感器→电机转速

n↑→℃↓结论：经过反馈，削弱了原来的变化趋势，即与原来电机转速变化趋势相反，为负反馈。负反馈可以使输出保持稳定（温度控制系统中保持所设定的恒温）。

如果电机转速n↑→℃↓→低于设定值→传感器→电机转速

n↑↑→℃↓↓（转速继续加快、温度继续下降）

反之，如果电机转速n↓

→℃↑→高于设定值→传感器→电机转速

n↓↓→℃↑↑（转速继续下降、温度继续升高）结论：经过反馈，增强了原来的变化趋势，即与原来电机转速变化趋势相同，为正反馈。正反馈可以使输出达到极值（最大或最小），但不能使输出保持稳定（温度控制系统中不能保持恒温）。

1.正反馈和负反馈

正反馈和负反馈称为反馈的极性。如果反馈增强了输入信号的作用，称为正反馈；反之，如果反馈削弱了输入信号的作用，则称为负反馈。

单级运放电路反馈极性的判断第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

|

3.1反馈的基本概念

图10-8电路中，输入增加→净输入增加→经过反馈→净输入减小，与净输入原来变化趋势相反，所以为负反馈。图10-9电路中，输入增加→净输入增加→经过反馈→净输入继续增加，与净输入原来变化趋势相同，所以为正反馈。u+-u-净输入电压u+-u-净输入电压+-+∞u+-u-uF图10-8

电路中的负反馈-++∞u+-u-uF图10-9

电路中的正反馈反馈到同相

输入端（u+）反馈反馈到反相

输入端（u-）反馈

多级运放电路反馈极性的判断

根据瞬时极性法：设定输入瞬时极性，按放大、反馈绕行一周，判断反馈对原设定的变化趋势是削弱还是增强。第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

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3.1反馈的基本概念

+假设输入瞬时为正，净输入电压减小-反相输入uO1为负+反相输入uO为正

假设某时刻输入（uI）增加，标记为正，因u-增加，所以净输入（u+-u-）减小，A1输出uO1为负，A2输出uO为正，反馈到A1的u+

端为正（增加），导致净输入（u+-u-）增加，与净输入原来减小的趋势相反，或者说削弱了原来的变化趋势，所以为为负反馈。

∞-++A2∞-++A1-

uF+图10-10

例10-2电路+

A1的u+为正，净输入电压增加，与原趋势相反。【例10-2】图10-10电路中，第2级输出经RF1反馈到本级，为局部反馈；第2级输出经RF2反馈到第1级的输入为极间反馈。第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

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3.1反馈的基本概念

-反相输入uO1为负+反相输入uO为正+

假设某时刻输入（uI）增加，u-为正，所以净输入（u+-u-）减小，A1输出uO1为负，A2输出uO

为正，反馈到A1的u-

端为正（增加），导致净输入（u+-u-）继续减小，与净输入原来变化趋势相同，或者说增强了原来的变化趋势，所以正反馈。

+假设输入瞬时极性为正，净输入电压减小。∞-++A2∞-++A1图10-11

例10-3电路反馈到u-为正净输入继续减小【例10-3】图10-6电路，第2

级含局部反馈；第2级到第1级为极间反馈，判断极间反馈的极性。2.交流反馈与直流反馈第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

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3.1反馈的基本概念

+uF

-只能通过交流信号反馈电压为交流直流信号被C隔断反馈电压为直流

+uF

-交流信号被C短路+-+∞图10-12直流反馈+-+∞图10-13

交流反馈

反馈网络中的电容决定了反馈信号的成分，即直流反馈和交流反馈。如果电容并联在反馈回路中，交流短路，反馈信号只有直流成分，称为直流反馈（如图10-12所示）。如果电容串联在反馈回路中，隔断直流，反馈信号只有交流成分，称为交流反馈（如图10-13所示）。反馈回路没有接入电容，则交、直流反馈兼而有之。第3章|

反馈与集成运算放大器的应用串联反馈∞-++XF反馈信号XF与输入信号uI在不同端—串联反馈反馈信号XF

取自输出电流iO

—电流反馈电流反馈∞-++XF3.2.1

反馈类型及判断根据基本放大电路（A）和反馈回路（F）的连接方式不同，在输出端分为“电压反馈”和“电流反馈”；在输入端分为“串联反馈”和“并联反馈”，如图10-14所示。并联反馈∞-++XF反馈信号XF

与输入信号uI

在同一端—并联反馈a）引入负反馈的放大电路图10-14

反馈的类型a）串联与并联反馈b）放大电路框图c）电压与电流反馈b）反馈信号XF

取自输出电压uO—电压反馈电压反馈∞-++XFc）第3章|

反馈与集成运算放大器的应用图10-15和图10-16两个电路在输出端是相同的，反馈信号（uF和iF）与输出电流（iO）无关，即使负载开路，iO=0，也存在反馈。反馈信号（

uF和iF）取自于输出电压（uO），如果uO=0则反馈消失。

所以都是电压反馈。

图10-15电路中反馈电压（uF）与输入电压（uI）不在同一端，所以为电压串联负反馈；图10-16电路中反馈电压（uF）与输入电压（uI）在同一端，所以为电压并联负反馈。反馈电压uF

与输入电压uI

在同一端—并联反馈uO图10-16

电压并联负反馈-++∞u-u+iOiF反馈电压

uF

与输入电压uI

在不同端—串联反馈uO图10-15

电压串联负反馈-++∞u-u+iO-

uF+1.电压串联负反馈与电压并联负反馈电压反馈电压反馈第3章|

反馈与集成运算放大器的应用3.2放大电路中的负反馈

2.电流串联负反馈与电流并联负反馈图10-18

电流并联负反馈-++∞u-u+iOiF并联反馈-++∞u-u+IO+uF-图10-17

电流串联负反馈串联反馈图10-17和图10-18两个电路在输出端是相同的，反馈信号（uF和iF）与输出电压（uO）无关，即使负载短路，uO=0，也存在反馈。反馈信号（

uF和iF）取自于输出电流（iO），如果iO=0则反馈消失。

所以都是电流反馈。

图10-17电路中反馈电压（uF）与输入电压（uI）不在同一端，所以为电流串联负反馈；图10-18电路中反馈电流（iF）与输入电压（uI）在同一端，所以为电流并联负反馈。电流反馈电流反馈第3章|

反馈与集成运算放大器的应用3.2放大电路中的负反馈

3.负反馈的基本关系式AF图10-19

反馈放大电路框图反馈基本关系式参数定义参数关系实数范围其中：为反馈深度。当

时，，称为深度负反馈。

首先根据负反馈放大电路框图（见图10-19所示），明确各输入、输出、反馈、放大等基本参数的定义及各参数间的关系。第3章|

反馈与集成运算放大器的应用

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3.2放大电路中的负反馈

10.2.3负反馈对电路性能的影响1.直流负反馈直流负反馈可以稳定静态值，图10-20为分压式共射放大电路的直流通路，RE构成直流负反馈元件，B点电位由电源和分压电阻决定，E点电位由VB和

UBE决定，即：

+UCE-+UBE-IBQICQBE图10-20分压式放大电路的直流通路

当温度升高导致晶体管的β

增加