电子基础教案

10第三章常用放大器教学重点把握集成运放的符号及器件的引脚功能、集成运放的主要参数和抱负集成运放的特点。能识读由抱负集成运放构成的常用电路〔反相输入、同相输入、差分输入运放电路和加法、减法运算电路，会估算输出电压值。了解集成运放的使用常识，会依据要求正确选用元器件，安装和调试集成运放组成的应用电路。能识读OTL、OCL功率放大器的电路图。了解典型功放集成电路的引脚功能，能按工艺要求装接典型功放电路。教学难点差分放大电路分析。理解功放电路与小功率放大电路的区分。序号12序号12内 容集成运算放大器低频功率放大器863技能实训——音频功放电路的安装与调试84*3.325本章总学时24集成运算放大器放大电路中的负反响反响是指将放大电路输出量〔电压或电流〕的一局部或全部，按肯定方式反方向送回到输入端，并与输入信号叠加的过程。如下图，由根本放大电路A和反响电路F构成一个闭环放大器。比较X反响系数 F f

输入 净输入放大电路

取样 XoXooX开环放大倍数 A o

X X” A 输出i i反响XfX”i 反响电路FX闭环放大倍数 A f Xi1+AF称为反响深度。反响类型

A1AF假设将直流量反响到输入端，称为直流反响。多用于稳定静态工作点。假设将沟通量反响到输入端，称为沟通反响。多用于改善放大器的动态性能。引入反响后使净输入量增加的反响，称为正反响。多用于振荡电路和脉冲电路。引入反响后使净输入量减小的反响，称为负反响。多用于改善放大器的性能。引入沟通负反响后的放大电路，称为负反响放大电路。假设反响深1+AF 1，则称为深度负反响，那么A A A 1f 1AF AF F负反响放大电路的四种组态电压反响反响量取自输出电压的反响。可以减小输出电阻，稳定输出电压电流反响反响量取自输出电流的反响。可以增大输出电阻，稳定输出电流串联反响反响量与输入量以电压方式相叠加的反响。提高输入电阻并联反响反响量与输入量以电流方式相叠加的反响。减小输入电阻这样，沟通负反响放大电路有四种组态，即电压串联 电流串联电压并联 电流并联电路评价：负反响放大电路是以减小放大倍数为代价，获得放大电路增益的稳定性；减小非线性失真；扩展频带宽度；转变输入、输出电阻，从而改善放大电路的性能。集成运放符号、引脚功能集成运放电路图形符号如下图。i－i－∞—+i++uouo“”表示运算放大器，“∞”表示开环增益极高。集成运放有两个输入端，一个输出端u。o其中“+”为同相输入端u，“－”为反相输入端u 。i+ i－通过实物生疏集成运放的外形与封装以µA741为例介绍引脚排列：OA1 1 8 NCIN 2 － 7 V— ＋IN＋3 GND4

6OUT5 OA2〔a〕µA741实物图 〔b〕µA741引脚排列集成运放组成和主要参数集成运放的组成集成运放的内部由输入级、中间级、输出级以及偏置电路四局部组成，如下图：输入级中间级输入级中间级输出级偏置电路i+ui－输入级 运放输入级都承受差分放大电路，解决直接耦合放大电路中零点漂移问题。中间级 中间级的作用是供给高的放大倍数，通常由一或两级有源负载放大电路构成。输出级 集成运放的输出级一般由互补对称电路或准互补对称电路构成，以提高运放的输出功率和带负载力量。偏置电路为各级供给稳定的静态工作电流，确保静态工作点的稳定。差分放大电路差分放大电路不但能有效地放大信号，而且还能有效的抑制零点漂移。如图是差分放大电路的根本形式，由于电路只有当两个输入端之间有差异时，输出电压才有变动，所以该电路也称为差分放大电路。+VCC+VCCRRc1+ u－c2Rob1RVT1VT2b2Re1Re2u ui1 i2— －VVVBB BB由于差分放大电路电路完全对称，当u=0U=U－U=0。i o C1 C2差模信号——u与ui1 i2

所加信号为大小相等、极性相反的输入信号〔即放大信号。这时，Δi=－Δi

，Δu=－Δu

－Δu〕=2Δu，从而实现C1电压放大。

C2 C1

C2 o C1 C1

C2 C2 C1共模信号——以大小相等、极性一样的一对信号加在两管的输入端〔由温度变化等因素引起的两管输出漂移电压，相当于有害信号。这时，产生的Δi=Δi，Δu

=Δu，u=〔U+Δu〕－〔U

+Δu〕=0，共模输出为C1 C2零。

C1 C2 o C1 C1

C2 C2共模抑制比K

AAAAucud它是反映差分放大器放大有用的差模信号和抑制有害的共模信号的力量的一个综合指标，其中，Aud

是差模放大倍数，Auc

是共模放大倍数。明显，KCMR

越大，电路对共模信号的抑制力量越强。抱负状况下，A=0，K→∞。uc CMR集成运放主要参数od开环差模增益A 指集成运放无外加反响回路的差模增益一般在104～107之间。ododA 越大，电路越稳定，运算精度也越高。odococ开环共模增益A 指集成运放无外加反响回路的共模增益它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的力量，优质的集成运放A 应接近于零。ococCMR共模抑制比K 用来综合衡量集成运放的放大力量和抗温漂、抗共模干扰的力量，一般应大于80dB。CMR集成运放的抱负特性在分析运放的各种有用电路时，为了简化问题的分析，通常将运放看成为抱负运放。抱负运放条件开环差模放大倍数趋于无穷大。两输入端之间的输入电阻趋于无穷大。输出电阻为零。共模抑制比趋于无穷大。漂移为零。抱负运放特点抱负运放工作区域有两个，即线性工作区和非线性工作区。工作在线性放大状态的抱负运放具有两个重要特点：〔1〕虚短：两输入端电位相等，即u=ui+ i－相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，如图〔b〕所示，故称为“虚短”。i〔2〕虚断：净输入端电流等于零，即i=0i相当于两输入端断开，但又不是真正的断开，如图〔b〕所示，故称为“虚断”。ii－ii－∞—rid+iui－∞i－—虚断 ridu +i+i－u uo oui+i ii+ i+〔a〕运放电压和电流示意 〔b〕“虚短”、“虚断”示意集成运放的根本运用当抱负集成运算放大器在线性工作条件下，依据两个输入端的不同连接，运放有反相、同相和差分输入三种输入方式。反相输入放大器反相输入放大器如下图，ififRfR1uiiui－∞—i1+i++R2iuo利用抱负运放“虚断i=〕的概念，则u=，又由于“虚短

=u〕的概念，所i i+以u =u=0

i－ i+ii，i

i－ i+u i和i

u o1 f 1 R f R1 fR则，输出电压为：uo

fuR 1u R反相输入放大器的电压放大倍数为：Au

ui

fR1o 式中负号表示输出电压uuo 例：加法运算电路u R Ri1 1 fuRi2 2 ∞uR— uo++R当i1u u当i1o1

R。 fuR 。1ui2

单独作用时，uo2

R。 fuR 。2R Ru、ui1

共同作用下电路输出电压为：u u uo o1 o2

fuR 1 uR 2

时，则uu+u，实现加法运算，负号表示输出电压与输入电压相位1 2 f相反。

o i1 i2同相输入放大器同相输入放大器如下图。RiRi1f Rfi1iiui－∞—u +i+iR+ou2利用抱负运放“虚断i=〕的概念，则u=u，又利用“虚短

=u〕的概念，那i i+ i么，u =u=u

i－ i+i=0，则i

i，即

i－ i+ ii 1

u 0 u ui o iR R1 fR Ru oR

f)uR i1

f)uR i1输出电压为：uo

f)uR i1u R同相输入放大器的电压放大倍数为：A u ui

f〕R1说明输出电压u

uuu，即电压放大倍数A>1。o例：电压跟随器

i o i uff∞—+R+uoui2R→∞，A=1，u=u，因此该电路称为电压跟随器。由于电路具有高的输入阻抗和1 u o i低的输出阻抗，电压跟随器在电子电路中应用极为广泛，常作为阻抗变换器或缓冲器。差分输入放大电路差分输入放大电路如下图。ififRfR1i1uiiui－∞—+R2i++R3i1uoui2当u 单独作用时，u=0，电路为反相输入方式，输出电压为i1 i2

u o1

RfuR i11当u 单独作用时，u=0，电路为同相输入方式，依据抱负运放虚断的概念=0，则i2

u o2

iR R3f) u3R R R 1 2 3那么，ui1

和u 共同作用时，输出电压则为i2Ru fu

R Rf) 3 uo假设在电路应用中，选择R

R1=R，R

i1 R1=R，则

R R 2 31 2 3u o

fRf〔uR 1

u)i1差分输入放大器可以实现减法运算。当图中R=R=R=R

时，输出电压为u=u

－u。例：减法器

1 2 3 f

o i2 i1图示电路由第一级的反相器和其次级的反相加法运算电路级联而成。u =uo1 i2R R R Ru( o R1

u fui1 R 2

) fuR 2 uR 1R=R=R时，输出电压为u=u－u，实现了减法运算。1 2 f o i2 i1RRuRui2∞—i1+R1R2Rf∞—+uo1+uoRP1+RP2集成运放的使用常识集成运放的调零集成运放调零的作用是保证运放实现零输入时零输出。中选用的运放有调零端，应查阅集成电路手册，按接线图正确接上调零电位器进展调零。集成运放的保护输入保护输出保护电源端反接保护做一做：反相输入放大器低频功率放大器功率放大器是指供给最终负载较大信号功率的电路，以推动执行机构工作。如：让扬声器发出优质的声音，使显像管的偏转线圈扫描，令继电器动作等。功率放大电路的要求与分类功率放大器的根本要求iCiCIC0(a)甲类尽可能高的效率较小的非线性失真t较好的散热装置iCiC0t(b)乙类iCIC0t(c)甲乙类依据功放管静态工作点的不同，常用功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类三种，如下图。按功放输出端特点不同，又可分为变压器耦合功率放大器、无输出变压器功率放大器和无输出电容功率放大器等。双电源互补对称功率放大器双电源互补对称功率放大器，又称无输出电容功率放大器，简称OCL电路。OCLVTVT是一对特性对称的PNP型管和NPN型管，1 2集电极则是输入、输出的公共端，所以，两只三极管均连接为射极输出器形式，输出端与负载承受直接耦合方式连接。+VCCVT+VCCVTi1C1+AiL+uiVTi2C2RuoL－CCLiC10 tiC2静态分析u=0时，由于电路构造对称，I=0，U

=0，I =0。i B动态分析iu为正弦信号。i

A RLu正半周内，VT导通，VT截止，VT

的集电极电流i 由+V →VT→自上而下流i 1 2 1R→接地端。L

C1 CC 1在2iu负半周内，VT在2i

的集电极电流i

由接地端→自下而上流载电12C2阻R→VT→－V 。12C2和L 2 CC和1由于VT1

VTu

整个周期，VT、u1i1i2 L2R供给了完整的输出信号。故i2 L2该电路称为互补对称功率放大器。 O to1交越失真 uo1在OCL根本电路中，当输入电压小于三极管的开启电压时，VTVT均截止从而消灭如下图的交越失真现象一旦音频 O t1 2 uo2功率放大器消灭交越失真，会使声音质量明显下降。Ou加偏置的OCL电路 o通常OCL电路如下图，在两个功放管的基极之间串联二极 O

t交越失真t管和电阻，为三极管VTVT的放射结供给正向偏置电压，从而1 2减小交越失真。+VCCRcVT2R1 AVD +oVT3 R uoLVT －+ 1ui Re－－VCC电路评价：由于OCL电路静态时两三极管的放射极是零电位，所以负载可直接接到放射极而不必承受输出耦合电容，故称为无输出电容的互补功放电路。该电路承受直接耦合，具有低频响应好，输出功率大，电路便于集成等优点，广泛应用于一些高级音响设备中。但OCL电路需要两个独立的电源，使用起来会感到不便利。单电源互补对称功率放大器OTL电路。L 如下图为OTL电路。与OCL电路不同的是，电路由双电源改为单电源供电，输出端CRL VTi+VVTi+VCCc11+CL+A+0uiVTiRLuo2c2－－LiC1tiC2静态分析

=0U

=1V

，则C

上充有左正右负的静态电压i B A 2 CC LU 1V ，相当于一个电压为1V 的直流电源。此外，在输出端耦合电容C

的隔直作CL 2 CC 2 CC L用下，I =0。RL动态分析u正、负周期，电路与OCL电路相像，VT、VT交替工作，相互补充，通过C的i 1 2 LL耦合，向负载R供给完整的输出信号。LR+V4VTR+V4VT2VD1A+C2VDCR221+VT3++VT1RLuouiR－1R－3CC1如图说示是加偏置后的OTL电路A点的V 电2 CC压经过RRVTVT1 2 1 2VT是OTL电路的一对互补三极管，为了抑制交越失3真，在两个互补三极管的基极之间串联二极管VD1VD2电路评价：OTL电路承受单电源供电，输出通过大容量的耦合电容与负载连接，称为无输出变压器的互补功放电路。与OCLOTL电路输出承受大电容耦合，所以其频率响应较差，不利于电路的集成化。集成功率放大器集成功放使用应留意输出引脚外接电路的特征，如下图是单声道集成功放输出引脚外电路特征示意。输出经大容量耦合电容+VCC+VCC+CA输出端+VCC 与扬声器相连ASP SP输出端-VCCOTL输出引脚外电路特征 OCL输出引脚外电路特征对于双声道功率放大器，左、右声道电路完全对称，即两个输出端,外电路构造、元器件参数完全全都。LM386集成功放LM386是一种目前应用较多的小功率音频放大器，其内部电路为OTL电路。增益旁路电源输出8 7 6 5LM3861增益旁路电源输出8 7 6 5LM3861234输入同相输入地LM386电路功耗低、增益可调、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少，广泛应用于收录机、电视伴音等系统中，是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路。例：LM386的典型应用电路。C＋C＋3＋VCCui8旁路7 6R10ΩC10µF51＋LM3861 2 34220µFC0.12FRLTDA2822集成功放TDA2822是小功率双通道功率放大器，内含两个独立的功放模块。通过实物生疏TDA2822外形与引脚排列TDA2822具有使用电源范围宽15声道BTL电路。适用于便携式、微小型收录机、电脑音响中作功率放大。作业任务书一、任务目标会依据原理图绘制装接图和布线图。能说明电路中各元器件作用，并能检测元器件。了解功放器件的安全使用学问。会搭建和调试功放电路。会推断和检修简洁故障。RR13＋8∞＋＋9VC4 6 2 16100µFR TP4＋1TDA2822R610ΩL2－uCF3584100ΩRP210kΩS＋7 8 53PRP1CiR2R3C14.7µF10µF＋2R5R710ΩC C C3 4 50.01µF 0.1µF 0.1µF图3.1 带前置的功率放大电路二、器材与工具通用印制电路板、直流稳压电源、万用表、示波器和毫伏表。常用装联和焊接工具。功放电路元器件套件和8Ω/2W假负载。三、实训步骤绘制安装布线图→清点元器件→元器件检测→插装和焊接→通电前检查→通电测量→数据纪录。四、调试与测量检查元器件安装正确无误后，才可以接通电源。测量时，先连线后接电源〔或开电源开关，拆线、改线或检修时肯定要先关电源；电源线不能接错，否则将可能损坏元器件。测量音频前置放大器的参数电路连接。按图3.2示意图连接，并将电路中开关S断开。把函数信号发生器置于正弦波输出，输出探头接至电阻R，作为前置放大输入电压u，示波器接至测试点TP点。1 i信号输入。输入1kHz、20mV的正弦波信号。参数测量。接上9V电压，用示波器观看TP端波形。调整电位器R ，使波形为最P1示波器＋9V函数信号发生器R1C6示波器＋9V函数信号发生器R1C6＋3＋8∞Y2CF3581＋R42－u4RP1100ΩRP2iR2R3 10kΩ220kΩ3.2音频前置放大电路测量示意音频功率放大电路测量按图3.3所示电路接线，把函数信号发生器置于正弦波输出，输出探头接至电容C作为功放输入电压u，功放输出L、P8Ω/2W的假负载，示波器接至假负载两端。1 i信号输入。输入1kHz、10mV的正弦波信号，将稳压电源的＋9V电压接入电路。用示波器观测电路的输出波形u，用示波器观看电路的输出波形，用万用表测量oTDA1822各引脚的电压，将测量结果填入表3.1中。示波器示波器LY1 Y2函数信号发生器4 6 2 1R 假TDA2822 6 负10Ω 载＋ 7 8 5 +C1C10µF＋C30.01µF2ui4.7µFR5－R710ΩC40.1µFPC50.1µF3.3音频功放电路测量示意表3.1 前置与功放电路的测试测试工程测试工程前置放大测量功率放大测量CF358引脚号TDA2822引脚号直流电压123481234578TP端输出L、P端输出时间挡位：时间挡位：波形测量幅度挡位：幅度挡位：uu：o〔P-P〕：o〔P-P〕整机测量电路连接。合上开关S，接入函数信号发生器和示波器，检查电路连接正确无误后9V电源。输出功率测量。输入1kHz、10mV的正弦波信号，接入8Ω假负载，用示波器监测负载两端的波形分别调整R 和R 使输出波形为最大且不失真时用电子毫伏表测出其输P1 P2出电压，并计算电路的输出功率，填入表3.2中。3.2输出功率测量测试工程〔用毫伏表测量〕测试工程〔用毫伏表测量〕测试结果输入信号幅度/V输出信号幅度/V输出功率/W五、问题争论在检测元器件方面有哪些收获？在图3.2中，转变电位器R、R

对电路有什么影响？电路输出电压的大小与什么元件参数有关？

P1 P2在电路的安装、调试过程中，遇到过什么问题，又是用什么方法解决的？学会了哪些收集和整理资料的方法？*3.3场效晶体管是利用电压掌握电流大小的放大器件，称为电压掌握器件。从外形上来看与三极管格外相像，也有三个引脚：漏极、源极、栅极。依据构造和工作原理的不同，场效晶体管分为结型和绝缘栅型两大类。绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效应晶体管的栅极和其他电极及硅片之间是绝缘MOS场效应晶体管。P沟道和N沟道两种。1．NN沟道增加型 N沟道耗尽型漏-源之间用虚线表示增加型，实线则表示耗尽型；B〔B与源极S相连，B与S一般不相连，衬底B箭头指向管内表示衬底是P型半导体〔箭头仍旧表示P区到N区的电流方向即N沟道型，反之，则为P沟道型。N沟道增加型场效晶体管特性曲线iiiD D 阻变

U =5VGS0 U

/V

恒流区 3VU =2VGS

击穿区u /VGS〔th〕 GS

U DSGS〔th〕〕〔a〕转移特性 〔b〕输出特性转移特性曲线N沟道增加型场效晶体管转移特性曲线是指在UDS

iD

与栅源电压u 之间的关系。GS输出特性曲线N沟道增加型场效晶体管输出特性曲线是指UGS

iD

与栅源电压u 之间的关系。DSu 使导电沟道变得不等宽，u 转变了沟道的宽度，所以在肯定的u 的状况下，转变DS GS DSu 的大小，就可掌握i的大小。GS D3．N沟道耗尽型场效晶体管特性曲线iDiD阻变iDiD阻变1VI恒流区U =0VDSSGS击穿区－1V－2VU U0u /V0GSuDS〔a〕转移特性 〔b〕输出特性由恒流区的转移特性曲线可知：在u =0时，i=I ；GS D DSS当u =U 时，iGS GS(off)

≈；当u >0时，i>I 。GS D DSS结型场效晶体管结型场效晶体管是一种利用耗尽层宽度转变导电沟道的宽窄来掌握漏极电流的大小的器件，也可分为N沟道和P沟道两种。1．NSGDNSGDNPNNPG GS S〔a〕N沟道结型场效晶体管路 b〕N沟道图形符号 〔c〕P沟道图形符号图形符号中箭头方向表示栅结正偏时栅极电流方向2．N沟道结型场效晶体管特性曲线转移特性曲线如下图是N沟道结型场效晶体管转移特性曲线当N沟道结型场效晶体管正常工作时，栅源极之间所加电压为负电压，u ≤0。GSu =0时的漏极电流为漏极饱和电流I 。GSi=0u

DSS电压称为夹断电压U

，这时，管子处于截止状态。D GS输出特性曲线

GS〔off〕如图是N沟道结型场效晶体管输出特性曲线，它也可分成变阻区、恒流区和击穿区，三个区域的含义与绝缘栅型场效晶体管一样。iDIDSS

iD 阻变恒流区

U GS－0.5V－1V

击穿区U 0 u

－1.5VU =－2VGS〔off〕

GS 0

GSu /VDS〔a〕转移特性 〔b〕输出特性用万用表检测结型场效晶体管引脚排列场效晶体管引脚排列位置依其品种、型号及功能不