電子電路分析與調(diào)試-毛玉青課件 情境3 火災(zāi)報(bào)警器

情境3火災(zāi)報(bào)警器的制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)：能分析并調(diào)試集成運(yùn)放的內(nèi)部組成電路，主要包括三極管差動(dòng)放大電路、多級放大電路、功率放大電路、負(fù)反饋放大電路；能分析并調(diào)試集成運(yùn)放基本應(yīng)用電路；能用集成運(yùn)放制作并調(diào)試簡易的火災(zāi)報(bào)警電路。知識目標(biāo)：理解組成集成運(yùn)放的核心電路單元多級放大電路、三極管差動(dòng)放大電路、功率放大電路、負(fù)反饋放大電路的工作原理，理解集成運(yùn)放基本應(yīng)用電路的工作原理，掌握用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)簡單應(yīng)用產(chǎn)品的方法。集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓比較器

集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)：集成運(yùn)放的型號和種類很多，內(nèi)部電路也各有差異，但它們的基本組成部分相同，如下圖所示：

集成運(yùn)放內(nèi)部除了上述三個(gè)部分，其內(nèi)部還接有偏置電路，偏置電路的作用是向各級提供合適的工作電流。差動(dòng)輸入級中間放大級輸出級ui+_u0運(yùn)放的輸入級。利用差動(dòng)放大電路的對稱特性可提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能。中間級的主要作用是提高電壓增益。一般由多級放大電路組成。輸出級常用電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路1、多級放大電路的組成輸入級：前置級，與信號源相連中間級：電壓放大級輸出級：功放電路，與負(fù)載相連單元28多級放大電路的分析2、多級放大電路各級間的耦合方式阻容耦合是利用電容器作為耦合元件將前級和后級連接起來。這個(gè)電容器稱為耦合電容，如圖1所示。第一級的輸出信號通過電容器C2和第二級的輸入端相連接。

多級放大電路是將各單級放大電路連接起來，這種級間連接方式稱為耦合。要求前級的輸出信號通過耦合不失真地傳輸?shù)胶蠹壍妮斎攵?。常見的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合及直接耦合三種形式。下面分別介紹三種耦合方式。1）阻容耦合圖1阻容耦合兩級放大電路(a)電路;(b)直流通路阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)

前級和后級直流通路彼此隔開，每一級的靜態(tài)工件點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。便于分析和設(shè)計(jì)電路。因此，阻容耦合在多級交流放大電路中得到了廣泛應(yīng)用。阻容耦合的缺點(diǎn)

信號在通過耦合電容加到下一級時(shí)會(huì)大幅衰減，對直流信號（或變化緩慢的信號）很難傳輸。在集成電路里制造大電容很困難，不利于集成化。所以，阻容耦合只適用于分立元件組成的電路。

2）變壓器耦合

變壓器耦合是利用變壓器將前級的輸出端與后級的輸入端連接起來，這種耦合方式稱為變壓器耦合變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)由于變壓器不能傳輸直流信號，且有隔直作用，因此各級靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。變壓器在傳輸信號的同時(shí)還能夠進(jìn)行阻抗、電壓、電流變換。變壓器耦合的缺點(diǎn)體積大、笨重等，不能實(shí)現(xiàn)集成化應(yīng)用。3）直接耦合

直接耦合是將前級放大電路和后級放大電路直接相連的耦合方式，這種耦合方式稱為直接耦合直接耦合的優(yōu)點(diǎn)直接耦合所用元件少，體積小，低頻特性好，便于集成化。直接耦合的缺點(diǎn)由于失去隔離作用，使前級和后級的直流通路相通，靜態(tài)電位相互牽制，使得各級靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。另外還存在著零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。（1）信號源和輸入級之間的關(guān)系信號源接放大電路的輸入級，輸入級的輸入電阻就是它的負(fù)載，因此可歸結(jié)為信號源與負(fù)載的關(guān)系。3.多級放大電路的分析方法1）多級放大電路電壓放大倍數(shù)（2）各級間關(guān)系中間級級間的相互關(guān)系歸結(jié)為：前級的輸出信號為后級的信號源，其輸出電阻為信號源內(nèi)阻，后級的輸入電阻為前級的負(fù)載電阻。第二級的輸入電阻為第一級的負(fù)載，第三級的輸入電阻為第二級的負(fù)載，依次類推。即總的電壓放大倍數(shù)為各級放大倍數(shù)的連乘積多級放大電路的輸入電阻就是第一級的輸入電阻，其輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。2）多級放大電路的輸入、輸出電阻直流下耦合電容C1、C2相當(dāng)于開路由直流通道求靜態(tài)工作點(diǎn)：畫直流通路原則電容開路；電感短路；保留直流電源VCC復(fù)習(xí)：

靜態(tài)分析就是要求出Q點(diǎn)電流電壓IBQ、ICQ和UCEQ三數(shù)值。1.靜態(tài)分析固定偏置放大電路靜態(tài)分析ICQ=βIBQUCEQ=UCC－ICQRCIBQ=RBVCC-UBEQ分壓式放大電路靜態(tài)分析共集電極放大電路靜態(tài)分析IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQ=(VCC–UBEQ)/[RB+(1+)

RE]ICQ=

IBQUCEQ=VCC–

ICQ

RE2.放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析：計(jì)算交流性能指標(biāo)：

Au、Ri、Ro交流通路交流通路作圖原則電容短路；電感開路；直流電源VCC置0（接地）固定偏置放大電路的動(dòng)態(tài)分析

分壓式放大電路動(dòng)態(tài)分析IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usicRsRB+uoRLibiiREusRB+uoRLibiciirbeibRERs+RiR’i共集電極放大電路動(dòng)態(tài)分析任務(wù)1共射-共集兩級阻容耦合放大電路如圖所示。已知電路中1=2=50，VBE=0.7V。

(1)求各級的靜態(tài)工作點(diǎn)；

(2)

求電路的輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；

(3)

試分別計(jì)算RL接在第一級輸出端和第二級輸出端時(shí)，電路的電壓放大倍數(shù)。各級靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，可分級計(jì)算。解：

(1)求各級的靜態(tài)工作點(diǎn)；

第二級：射極偏置第一級：分壓式射極偏置電容開路，所以…RiRoRo1(2)

求Ri和Ro；

=Ri=Ri1=R1//R2//[rbe1+(1+1)R4]≈2.66k

(3)

分別計(jì)算RL接在第一級輸出端和第二級輸出端時(shí),電壓增益

Ri2=Ri2=R6//[rbe2+(1+)(R7//RL)]=61.11k

任務(wù)2：任務(wù)2

在實(shí)際應(yīng)用中，放大器所放大的信號并非單一頻率，例如，語言、音樂信號的頻率范圍在20～20000Hz，圖像信號的頻率范圍在0~6MHz，還有其它范圍。所以，要求放大電路對信號頻率范圍內(nèi)的所有頻率都具有相同的放大效果，輸出才能不失真地重現(xiàn)輸入信號。實(shí)際電路中存在的電容、電感元件及三極管本身的結(jié)電容效應(yīng)，對交流信號都具有一定的影響。所以，對不同頻率具有不同的放大效果。這種原因所產(chǎn)生的失真稱為頻率失真。4.

放大電路的頻率特性

1.幅頻特性

共射極放大電路的幅頻特性如下圖所示。從幅頻特性曲線上可以看出，在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線平坦，這個(gè)頻率范圍稱為中頻區(qū)。在中頻區(qū)之外的低頻區(qū)和高頻區(qū)，放大倍數(shù)都要下降。引起低頻區(qū)放大倍數(shù)下降的原因是由于耦合電容C1、C2及Ce的容抗隨頻率下降而增大所引起。

共射極放大電路的幅頻特性(a)電路；(b)幅頻特性2.通頻帶把放大倍數(shù)Aum下降到時(shí)對應(yīng)的頻率稱為下限頻率fL和上限頻率fH，夾在上限頻率和下限頻率之間的頻率范圍稱為通頻帶fBW。兩級放大電路的幅頻特性如下圖所示。由圖可見，多級放大電路雖然提高了中頻區(qū)的放大倍數(shù)，但通頻帶變窄了，這是一個(gè)重要的概念。第一級放大電路的通頻帶

第二級放大電路的通頻帶

兩級放大電路的通頻帶

單元28多級放大電路實(shí)驗(yàn)板測試（一）反饋的定義反饋是指將輸出量的一部分或全部，按一定的方式送回到輸入回路，來影響輸入量（電壓或電流）的一種連接方式1、反饋與反饋通路（1）我們判斷一個(gè)電路是否有反饋，是通過分析它是否存在反饋通路而進(jìn)行的，而反饋通路是跨接在輸出和輸入間的網(wǎng)絡(luò)。單元34負(fù)反饋放大電路的分析（3）若電路中存在反饋——閉環(huán)（2）若電路中不存在反饋——開環(huán)反饋通路（反饋網(wǎng)絡(luò)）信號的正向傳輸凈輸入量開環(huán)增益閉環(huán)增益反饋系數(shù)放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)混合取樣總輸入量反饋信號輸出信號2、反饋模型ufud例：Rf、RE1組成反饋網(wǎng)絡(luò)+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf1、

直流反饋和交流反饋直流反饋

—反饋信號中只包含直流成份交流反饋

—反饋信號中只包含交流成份直流反饋無反饋交直流反饋交流反饋（二）電路中的反饋形式2、正反饋與負(fù)反饋——正反饋，使加強(qiáng)，使放大倍數(shù)增加——負(fù)反饋，使減小，使放大倍數(shù)降低正反饋—

反饋使凈輸入電量增加，使輸出量增大。負(fù)反饋—反饋使凈輸入電量減小，使輸出量減小。判斷法：瞬時(shí)極性法輸入信號和反饋信號在不同端子引入，兩者極性相同為負(fù)反饋，極性相反為正反饋。

當(dāng)輸入信號和反饋信號在同一節(jié)點(diǎn)引入時(shí)，兩者極性相同為正反饋，極性相反為負(fù)反饋。正反饋負(fù)反饋

判斷電路中反饋的正、負(fù)極性用瞬時(shí)極性法：（1）按中頻段考慮，即不考慮電路中所有的電容對相位的影響。（2）用正、負(fù)號（+、-）或箭頭（↑、↓）表示電路中各關(guān)鍵點(diǎn)對“地”的電位的瞬時(shí)極性（或瞬時(shí)變化），這種表示要符合放大器的基本原理。

共射極放大器：集電極與基極電位反相；共基極放大器：集電極與發(fā)射極電位同相；共集極放大器：發(fā)射極與基極電位同相；集成運(yùn)放電路：看xf是加在同相端還是反相端（3）要逐級進(jìn)行。最后看反饋到輸入端的信號的瞬時(shí)極性，若與原輸入信號的相位相同，則為正反饋，若與原輸入信號的相位相反，則為負(fù)反饋。反饋信號取自電壓信號——電壓反饋；反饋信號取自電流信號——電流反饋；3、電壓反饋與電流反饋反饋信號在輸出端分為取電壓和取電流兩種方式。（1）取樣方式的判斷——輸出短路法將放大器輸出端短路，看反饋信號是否存在

若存在——電流反饋不存在——電壓反饋判斷方法：（2）取樣方式的判斷——輸出開路法將放大器輸出端開路，看反饋信號是否存在

若存在——電壓反饋不存在——電流反饋反饋信號與輸入信號串聯(lián)——串聯(lián)反饋；在輸入端以電壓的形式相加減。反饋信號與輸入信號并聯(lián)——并聯(lián)反饋；在輸入端以電流的形式相加減。4、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋輸入端：反饋信號在輸入端的聯(lián)接分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。串聯(lián)反饋特點(diǎn)：反饋信號和輸入信號在不同節(jié)點(diǎn)引入。并聯(lián)反饋特點(diǎn)：反饋信號和輸入信號在同一節(jié)點(diǎn)引入。5、輸入、輸出端的反饋形式的判斷根據(jù)輸入輸出連接方式的不同，反饋可以分為四種類型

電壓并聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋電流并聯(lián)反饋電壓串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)反饋電壓并聯(lián)反饋例子：電流串聯(lián)負(fù)反饋

(+)(+)(+)電流并聯(lián)負(fù)反饋(+)(-)(-)Re2RfRe11.有無反饋是否存在把輸出回路和輸入回路連接起來的支路。2.交流反饋與直流反饋反饋存在于直流或交流或交直流通路中。3.正反饋與負(fù)反饋

瞬時(shí)極性法。4.

反饋的組態(tài)

輸出端：并聯(lián)取電壓；串連取電流。輸入端：串聯(lián)分壓；并聯(lián)分流。反饋類型的判別總結(jié)任務(wù)1試分析下圖所示各放大電路的交流反饋性質(zhì)和組態(tài)。

解:設(shè)ui的瞬極性為（+），即三極管的ub的瞬時(shí)極性為（+），ub通過共射電路的反相放大，產(chǎn)生瞬時(shí)極性為（）的uc，uc通過Rf這一反饋通路送回到輸入端的瞬時(shí)極性也為（），削弱了ui

，因此為負(fù)反饋。當(dāng)RL短路時(shí)，反饋信號if消失，因此為電壓反饋；而在輸入端，輸入信號與反饋信號都加到放大器的同一輸入端（基極b），因此為并聯(lián)反饋。因此，該電路的反饋性質(zhì)和組態(tài)為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。

瞬時(shí)極性法1：設(shè)ui

的瞬時(shí)極性為（+），即ub的瞬時(shí)極性為（+），ub通過共集電路（射極跟隨器）的同相放大，產(chǎn)生瞬時(shí)極性為（+）的uo，產(chǎn)生uo的同時(shí)也產(chǎn)生了瞬時(shí)極性為（+）的uf（uf=uo=

ue），由于ui與uf

分別加在三極管的b，e極（非同一個(gè)輸入端，串聯(lián)反饋），ui=ube=uiuf

，削弱了ui

，因此為負(fù)反饋。當(dāng)RL短路時(shí)，uf=0，ui=ube=ui，反饋消失，因此為電壓反饋。瞬時(shí)極性法2：假設(shè)輸出端信號有一定極性的瞬時(shí)變化，依次經(jīng)過反饋、比較、放大后，再回到輸出端，若輸出信號與原輸出信號的變化極性相反，則為負(fù)反饋。反之為正反饋。如果是電壓反饋，則要從輸出電壓的微小變化開始。如果是電流反饋，則要從輸出電流的微小變化開始。判斷時(shí)在輸入端也要反映出反饋信號與輸入信號的比較關(guān)系。任務(wù)2：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。ubeuc1ub2uc2此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rfufuoufube=ui-ufuc1ub2uc2uo我們這里分析的是交流信號，不要與直流信號混淆。分析中用到的電壓、電流要在電路中標(biāo)出。并且注意符號的使用規(guī)則。如果反饋對交直流均起作用（本題即是），可以用全量。瞬時(shí)極性法所判斷的也是相位的關(guān)系。電路中兩個(gè)信號的相位不是同相就是反相，因此若兩個(gè)信號都上升，它們一定同相；若另一個(gè)信號下降而另一個(gè)上升，它們一定反相。56判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif電壓反饋并聯(lián)反饋此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋uoifuoib=i+if例：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2電流反饋并聯(lián)反饋iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2電流并聯(lián)負(fù)反饋例：判斷如圖電路中RE1、RE2的負(fù)反饋?zhàn)饔谩CRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie電流串聯(lián)反饋RE2對交流反饋不起作用對交流信號：ieueube=ui-ueibieRE1：電流串聯(lián)負(fù)反饋。判斷電路中RE1、RE2的直流反饋?zhàn)饔?。RE1、RE2對直流均起作用，通過反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。反饋過程：IERCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiUBEIEUBUEUE=IE(RE1+RE2)UBE=UB–UEIBIE例：判斷如圖電路中RE3的負(fù)反饋?zhàn)饔谩?UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1ufie3ie3ufube1=ui–ufuc1uc2ib3ie3電流串聯(lián)負(fù)反饋，對直流不起作用。2、閉環(huán)增益的一般表達(dá)式即1、正反饋：負(fù)反饋：其中稱為環(huán)路增益

為增加反饋后,放大器的增益下降的倍數(shù),叫做反饋深度.三、反饋的一般表達(dá)式3、反饋深度的討論一般負(fù)反饋稱為反饋深度正反饋?zhàn)约ふ袷幧疃蓉?fù)反饋（一）提高增益的穩(wěn)定性閉環(huán)時(shí)則只考慮幅值有即閉環(huán)增益相對變化量比開環(huán)減小了1+Akf倍另一方面在深度負(fù)反饋條件下即閉環(huán)增益只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)由穩(wěn)定的線性元件組成時(shí)，閉環(huán)增益將有很高的穩(wěn)定性。四、負(fù)反饋對放大器性能的改善例：1+Akf=100時(shí)，A=1000±10%即dA/A=10%

則Af=10±0.1%（二）減少非線性失真uf加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真任務(wù)3：負(fù)反饋放大電路減小非線性失真的測量實(shí)驗(yàn)步驟：①不接ui

，且不接Rf（開環(huán)）和RL，接入VCC

=+20V，調(diào)節(jié)RB3（RP），使UCE2=15V。②保持步驟①，輸入端接入ui（fi

=1kHz，Ui

=10mV），用示波器觀察輸出電壓波形，調(diào)節(jié)輸入電壓大小，使輸出電壓最大且無明顯失真。③保持步驟②，調(diào)節(jié)輸入電壓大小，使輸出電壓波形頂部產(chǎn)生明顯失真但尚未產(chǎn)生平頂失真，記錄此時(shí)已失真的輸出電壓的峰-峰值Uom-m：Uom-m=4.293V④保持步驟③，接入Rf（閉環(huán)），調(diào)節(jié)輸入電壓大小，使輸出電壓的峰-峰值盡可能接近Uom-m，觀察并記錄此時(shí)輸出電壓波形較原來波形的失真有無明顯改善：

。

結(jié)果表明，引入負(fù)反饋

（可以/不可以）減小放大電路的非線性失真。1、串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增加：2、并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減?。?、電壓反饋使電路的輸出電阻減?。海ㄈ斎腚娮韬洼敵鲭娮璧挠绊?、電流反饋使電路的輸出電阻增加：對通頻帶的影響：引如負(fù)反饋使電路的通頻帶寬度增加：（四）為改善性能引入負(fù)反饋的一般原則要穩(wěn)定直流量——引直流負(fù)反饋要穩(wěn)定交流量——引交流負(fù)反饋要穩(wěn)定輸出電壓——引電壓負(fù)反饋要穩(wěn)定輸出電流——引電流負(fù)反饋要增大輸入電阻——引串聯(lián)負(fù)反饋要減小輸入電阻——引并聯(lián)負(fù)反饋說明：引入負(fù)反饋雖然可以改善電路的性能，然而，若處理不當(dāng)，則電路將產(chǎn)生自激振蕩，使改善性能的愿望落空。

五、負(fù)反饋放大電路的分析方法步驟(1)找出信號放大通路和反饋通路(2)用瞬時(shí)極性法判斷正、負(fù)反饋(3)判斷交、直流反饋(4)判斷反饋?zhàn)钁B(tài)(5)標(biāo)出輸入量、輸出量及反饋量(6)估算深度負(fù)反饋條件下電路的任務(wù)：求出各項(xiàng)電路指標(biāo)與電路中有關(guān)元件參數(shù)之間的關(guān)系方法：1、微變等效電路分析法

2、方框圖法

3、若為深度負(fù)反饋，則計(jì)算更簡單

4、回路增益法（一）

深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算1.深度負(fù)反饋的特點(diǎn)即，深度負(fù)反饋條件下，閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)由于則又因?yàn)榇肷鲜降幂斎肓拷频扔诜答伭績糨斎肓拷频扔诹阌纱丝傻蒙疃蓉?fù)反饋條件下，基本放大電路“兩虛”的概念串聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電壓求和。虛短虛斷虛短虛斷并聯(lián)負(fù)反饋，輸入端電流求和。2.

各種反饋?zhàn)钁B(tài)的近似計(jì)算（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋RfRe110k100∴（2）電流串聯(lián)負(fù)反饋RLRfESRS+RC

（1）（2）∴而由h參數(shù)等效電路法得（3）

（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋RLRfuSRS+EC（1）∴（2）∴（4）電流并聯(lián)負(fù)反饋Re2RfRe1∴（2）∴而（1）小結(jié)：（1）引入深度電壓負(fù)反饋后：Af與管子的參數(shù)無關(guān)，與RL無關(guān)。引入深度電流負(fù)反饋后：Af與管子的參數(shù)無關(guān)，與RL有關(guān)。（2）深度電壓負(fù)反饋：深度電流負(fù)反饋：深度串聯(lián)負(fù)反饋：深度并聯(lián)負(fù)反饋：

集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)：集成運(yùn)放的型號和種類很多，內(nèi)部電路也各有差異，但它們的基本組成部分相同，如下圖所示：

集成運(yùn)放內(nèi)部除了上述三個(gè)部分，其內(nèi)部還接有偏置電路，偏置電路的作用是向各級提供合適的工作電流。差動(dòng)輸入級中間放大級輸出級ui+_u0運(yùn)放的輸入級。利用差動(dòng)放大電路的對稱特性可提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能。中間級的主要作用是提高電壓增益。一般由多級放大電路組成。輸出級常用電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路問題的提出；在多級直接耦合放大電路中，最突出的問題是零點(diǎn)漂移零漂：輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。主要原因：溫度變化引起，也稱溫漂。抑制零點(diǎn)漂移的方法很多，但最為有效的措施是對放大電路的輸入級采用差分放大電路。uiRC1R1T1問題

1:前后級Q點(diǎn)相互影響。+UCCuoRC2T2R2RE2直接耦合電路的特殊問題單元34差動(dòng)放大電路的分析問題

2:零點(diǎn)漂移。前一級的溫漂將作為后一級的輸入信號，使得當(dāng)

ui

等于零時(shí)，uo不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有時(shí)會(huì)將信號淹沒差模信號vi1=–

vi2共模信號vi1=vi2大小相同，極性相同差模輸入信號vid

=vi1

–

vi2共模輸入信號大小相同，極性相反ui1=ui2=0（靜態(tài)）uo

=uC1-

uC2=0實(shí)現(xiàn)：0輸入0輸出1、靜態(tài)分析：當(dāng)電源電壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零?？梢姡M管各管的零漂存在，但輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。項(xiàng)目1：基本差分放大電路（1）差模輸入放大器的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等極性相反的信號(即Ui1=-Ui2)，這種輸入方式稱為差模輸入。2、動(dòng)態(tài)分析差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管共射極電路的電壓放大倍數(shù)。

差模輸出電壓

差模輸入信號差模放大倍數(shù)

共模輸入信號用Uic表示。共模輸入時(shí)(Uic=Ui1=Ui2)的輸出電壓與輸入電壓之比稱為共模電壓放大倍數(shù)，用Auc表示。在電路完全對稱的情況下，輸入信號相同，輸出端電壓Uoc=Uo1-Uo2=0,故Auc=Uoc/Uic=0,即輸出電壓為零，共模電壓放大倍數(shù)為零。這種情況稱為理想電路。（2）共模輸入

在差分放大電路的兩個(gè)輸入端，分別加入大小相等極性相同的信號(即Ui1=Ui2)，這種輸入方式稱為共模輸入。

在差分放大電路中，無論是電源電壓波動(dòng)或溫度變化都會(huì)使兩管的集電極電流和集電極電位發(fā)生相同的變化,相當(dāng)于在兩輸入端加入共模信號。由于電路的完全對稱性,使得共模輸出電壓為零，共模電壓放大倍數(shù)Auc=0，從而抑制了零點(diǎn)漂移。這時(shí)電路只放大差模信號。抑制零點(diǎn)漂移的原理在理想狀態(tài)下，即電路完全對稱時(shí)，差分放大電路對共模信號有完全的抑制作用。實(shí)際電路中，差分放大電路不可能做到絕對對稱，這時(shí)Uoc≠0，Auc≠0，即共模輸出電壓不等于零。共模電壓放大倍數(shù)不等于零，Auc=Uoc/ΔUic。為了衡量差分放大電路對共模信號的抑制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。CMRR(CommonModeRejectionRadio)（3）共模抑制比

共模抑制比的大小反映了差分放大電路差模電壓放大倍數(shù)是共模電壓放大倍數(shù)的KCMRR倍由上式可以看出，KCMRR越大，差分放大電路放大差模信號（有用信號）的能力越強(qiáng)，抑制共模信號（無用信號）的能力越強(qiáng)，即KCMRR越大越好。理想差分放大電路的共模抑制比KCMRR→∞。后面我們將討論如何提高共模抑制比。由于KCMRR＝|Aud/Auc|,即在保證Aud不變的情況下，如何降低Auc，從而提高KCMRR。簡單差動(dòng)放大電路基本性能的測量簡單差動(dòng)放大器①接入VCC

=+20V，調(diào)節(jié)RB1,RB2（RP），使UCE1=UCE2=10V。測量uo值，微調(diào)RB1，使uo=0（即調(diào)零，達(dá)幾或十幾毫伏即可）。②測量UBE1和UBE2值（精確到有效位第三位），并記錄UBE1=0.707V，UBE2=0.707V③調(diào)節(jié)RB1,RB2（RW），使uBE1和uBE2值均增大0.01V，即ui1=ui2=ΔuBE1=ΔuBE2=0.01V=10mV，此時(shí)的ui1與ui2大小相等、極性相同（稱為共模信號）。測量此時(shí)uo值，并記錄：uo=0mV。此時(shí)的輸入電壓ui1

和ui2記為uic

，輸出電壓uo記為uoc

，電壓增益記為Auc，則uic=0.717mV，uoc

=0mV，

④分別調(diào)節(jié)RB1、RB2（RP），使uBE1增大0.01V，而uBE2值則減小0.01V，即ui1=ΔuBE1=0.01V=10mV，ui2=ΔuBE2=0.01V=10mV，此時(shí)的ui1與ui2大小相等、極性相反（稱為差模信號）。測量此時(shí)uo值，并記錄：uo=3727mV。此時(shí)的輸入電壓ui1和ui2分別記為uid1

和uid2

，二者之差ui記為uid

，即uid=

ui=ui1ui2=uid1uid2=2uid1，輸出電壓uo記為uod

，電壓增益記為Aud，則uid1=0.01mV，uid2

=-0.01mV，uid

=0.02mVuod

=3727mV，

=186350

。Aud與Auc比值的絕對值記為KCMR（共模抑制比），則=

。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，│Aud│

│Auc│（>>，≈，<<）或KCMR

（>>1，≈1，<<1），即差動(dòng)放大電路對差模信號的放大能力

（遠(yuǎn)大于/基本接近于/遠(yuǎn)小于）對共模信號的放大能力。

上面介紹的基本差分放大電路對共模信號的抑制是靠電路兩側(cè)的對稱性來實(shí)現(xiàn)的。但對于各管自身的工作點(diǎn)漂移沒有抑制作用，若采用單端輸出，則差模和共模放大倍數(shù)相等，這時(shí)KCMRR＝1，失去了差分放大電路的作用。即使是雙端輸出，由于實(shí)際電路的不完全對稱性，仍然有共模電壓輸出。改進(jìn)方法：在不降低Aud的情況下，降低Auc從而提高共模抑制比。帶公共Re的差分放大電路。這種電路也稱為長尾式差動(dòng)放大電路。下面分別分析Re對共模電壓放大倍數(shù)和差模電壓放大倍數(shù)的影響3帶Re的差分放大器（1）靜態(tài)分析如圖所示，由于流過Re的電流為IE1和IE2之和，又由于電路的對稱性，則IE1=IE2，流過Re的電流為2IE1。IRe=IE1+IE2=2IE∴URe=IReRe=2IERe=IE(2Re)

由于電路完全對稱，因此兩管的靜態(tài)工作點(diǎn)相同。∴Re、VEE確定后，工作點(diǎn)就確定了。（2）穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程UBE1↓→IB1↓

UBE2↓→IB2↓T(°C)↑→IC1↓IC1↑IC2↑IC2↓→IE↑→URe↑→UE↑→加Re后，當(dāng)溫度上升時(shí)，IC1和IC2同時(shí)增大

Re越大工作點(diǎn)越穩(wěn)定，但Re過大會(huì)導(dǎo)致UE過高使靜態(tài)電流減小，加入負(fù)電源-UEE可補(bǔ)償Re上的壓降。分析一邊的單管電路即可，注意公共元件的處理。RL中點(diǎn)為交流地電位，每邊負(fù)載RL/2,Re對差模信號短路。（3）動(dòng)態(tài)分析2）差模輸入電阻Rid=2(R+rbe)3）差模輸出電阻Ro=2Rc1）Re對差模信號的影響。分析：加入差模信號時(shí)由于Ui1=-Ui2，則ΔIE1=-ΔIE2流過Re的電流ΔIE=ΔIE1+ΔIE2=0對差模信號來講，Re上沒有信號壓降，即Re對差模電壓放大倍數(shù)沒有影響。(a)雙端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)uic

=ui1

=

ui2iC1=

iC2iE1=

iE2iE

=2

iE1uRe

=2

iERe2）Re對共模信號的影響(b)雙端輸出時(shí)共模抑制比在理想情況下，KCMR=，集成電路一般為120

~

140

dB。

輸入共模信號

即Re使共模電壓放大倍數(shù)減小，而且Re越大，Ac越小，KCMRR越大(c)單端輸出時(shí)共模電壓放大倍數(shù)為

不加Re時(shí)T1T2Rc1Rc22Reuocuic2ReRL帶Re差動(dòng)放大電路基本特性的測量射極耦合差動(dòng)放大器實(shí)驗(yàn)步驟：①接入VCC

=+20V，調(diào)節(jié)RB11或RB21（RP），使UCE1=UCE2=10V。②保持步驟①，測量uo值，微調(diào)RB11或RB21，使uo=0（即調(diào)零，達(dá)幾或十幾毫伏即可）。③保持步驟②，萬用表測量uB1和uB2值（精確到有效位第三位），并記錄：uB1=

V，

uB2=

V④保持步驟③，調(diào)節(jié)RB1、RB2（RW），使uB1和uB2值均增大1V，即ui1=ui2=ΔuB1=ΔuB2=1V=1000mV，此時(shí)的ui1與ui2大小相等、極性相同（為共模信號）。測量此時(shí)uo值，并記錄：uo=

mV。此時(shí)的輸入電壓ui1

和ui2為uic

，輸出電壓uo為uoc

，共模電壓增益為Auc

，則

uic=

mV，uoc

=

mV，

⑤保持步驟④，分別調(diào)節(jié)RB1、RB2（RP），使uB1增大0.01V，而uB2值則減小0.01V，即ui1=ΔuB1=0.01V=10mV，ui2=ΔuB2=0.01V=10mV，此時(shí)的ui1與ui2大小相等、極性相反（為差模信號）。用數(shù)字萬用表測量此時(shí)uo值，并記錄：uo=

mV。此時(shí)的輸入電壓ui1和ui2分別為uid1和uid2

，二者之差ui為uid

，即uid=

ui=ui1ui2=uid1uid2=2uid1，輸出電壓uo為uod

，差模電壓增益為Aud，則uid1=

mV，uid2

=

mV，uid

=

mV

uod

=

mV，

=

。

實(shí)驗(yàn)步驟：結(jié)果表明，射極耦合差動(dòng)放大器的Aud

（遠(yuǎn)大于/基本接近于/遠(yuǎn)小于）簡單差動(dòng)放大器的Aud

。=

。結(jié)果表明，射極耦合差動(dòng)放大器的KCMR

（遠(yuǎn)大于/基本接近于/遠(yuǎn)小于）簡單差動(dòng)放大器的KCMR。結(jié)果表明，射極耦合差動(dòng)放大電路對共模信號的抑制能力

（遠(yuǎn)大于/基本接近于/遠(yuǎn)小于）簡單差動(dòng)放大器對共模信號的抑制能力。

項(xiàng)目2：具有恒流源的差分放大電路由前面的分析可知，Re越大，KCMRR越大，但增大Re，相應(yīng)的UEE也要增大。顯然，使用過高的UEE是不合適的。此外,Re直流能耗也相應(yīng)增大。所以，靠增大Re來提高共模抑制比是不現(xiàn)實(shí)的。設(shè)想：在不增大UEE時(shí)，如果Re→∞，Aic→0,則KCMRR→∞，這是最理想的。如何解決這個(gè)問題？用恒流源電路來代替Re(a)要求三極管處于放大狀態(tài)，此時(shí)Ic與負(fù)載大小無關(guān)。1）圖a為電流源基本電路電路結(jié)構(gòu)就是共發(fā)射極分壓式偏置電路。1、恒流源電路2）圖b為帶溫度補(bǔ)償?shù)暮懔髟?b)利用二極管來補(bǔ)償三極管Ube隨溫度變化對輸出的影響，在集成電路中常用三極管接成二極管來補(bǔ)償3)比例型電流源IREF稱為基準(zhǔn)電流，由于I0與IREF成比例，故稱比例型電流源。當(dāng)I0與IREF差不多時(shí)，UBE1=UBE2,所以，IREFR1=I0R2得：I0=R1/R2*IREFIREF的大小主要由電阻R決定；改變兩關(guān)發(fā)射極電阻的比值，可以調(diào)節(jié)輸出電流與基準(zhǔn)電流之間的比值。IREF1d)多路輸出比例電流源圖d為多路輸出比例電流源用一個(gè)基準(zhǔn)電流來獲得多個(gè)不同的電流輸出e)鏡像電流源在比例型電流源的電路基礎(chǔ)上把發(fā)射極電阻短路。V1、V2的集電極電流相同，只要β》1，I0=IREF，成鏡像關(guān)系。圖e1f)、微電流源在比例型基礎(chǔ)上，把V1的發(fā)射極電阻短路；I0=(UBE1-UBE2)/R2由于UBE1與UBE2相差很小，故用不太大的電阻R2就可以獲得微小的工作電流I0。還可以用場效應(yīng)管構(gòu)成恒流源圖f1具有恒流源的差動(dòng)式放大電路2、具有電流源的差分放大電路圖中IC3=IE3，由于IC3恒定，IE3恒定，則ΔIE→0，這時(shí)動(dòng)態(tài)電阻rd為恒流源對動(dòng)態(tài)信號呈現(xiàn)出高達(dá)幾兆歐的電阻，而直流壓降不大，可以不增大UEE。rd相當(dāng)于Re，所以對差模電壓放大倍數(shù)Aud無影響。對共模電壓放大倍數(shù)Aic相當(dāng)于接了一個(gè)無窮大的Re，所以Auc→0，這時(shí)KCMRR→∞。實(shí)現(xiàn)了在不增加UEE的同時(shí)，提高了共模抑制比的目的。恒流源電路可用恒流源符號表示，如圖(b)所示。分析：具有恒流源的差分放大電路帶有比例電流源的差分放大電路

例：如圖所示具有恒流源及調(diào)零電位器的差分放大電路，二極管VD的作用是溫度補(bǔ)償，它使電流源IC3基本上不受溫度變化影響。設(shè)UCC=UEE=12V，RP=200Ω，R1=6.8KΩ,R2=2.2KΩ,R3=33KΩ,Rb=10KΩ,UBE3=UVD=0.7V,Rc=100KΩ,各管的β值均為72,求靜態(tài)時(shí)的UC1、差模電壓放大倍數(shù)及輸入、輸出電阻。

解：（1）靜態(tài)分析

由分壓關(guān)系

所以

(2)差模放大倍數(shù)與輸入、輸出電阻差模電壓放大倍數(shù)

差模輸入電阻

差模輸出電阻

由于差分放大電路有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端,所以信號的輸入和輸出有四種方式，這四種方式分別是雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。根據(jù)不同需要可選擇不同的輸入、輸出方式。

項(xiàng)目三差分放大電路的輸入輸出方式圖（a）雙端輸入雙端輸出1.雙端輸入雙端輸出輸入電阻輸出電阻此電路適用于輸入、輸出不需要接地，對稱輸入，對稱輸出的場合。電路如圖（a）所示，差模電壓放大倍數(shù)為圖（a）雙端輸入雙端輸出如圖b所示，信號從一只管子（指V1）的基極與地之間輸入，另一只管子的基極接地,表面上似乎兩管不是工作在差動(dòng)狀態(tài)，但是，若將發(fā)射極公共電阻Re換成恒流源，那么，IC1的任何增加將等于IC2的減少，也就是說，輸出端電壓的變化情況將和差動(dòng)輸入（即雙端輸入）時(shí)一樣。此時(shí)，V1、V2管的發(fā)射極電位UE將隨著輸入電壓Ui而變化，變化量為Ui/2，于是，V1管的Ube=Ui-Ui/2=Ui/2，V2管的Ube=0-Ui/2=-Ui/2。這樣來看，單端輸入的實(shí)質(zhì)還是雙端輸入，可以將它歸結(jié)為雙端輸入的問題。所以，它的Ad、ri、ro的估算與雙端輸入雙端輸出的情況相同。

此電路適用于單端輸入轉(zhuǎn)換成雙端輸出的場合。

圖b單端輸入雙端輸出

2.單端輸入雙端輸出

圖c為單端輸入單端輸出的接法。信號只從一只管子的基極與地之間接入，輸出信號從一只管子的集電極與地之間輸出，輸出電壓只有雙端輸出的一半，電壓放大倍數(shù)Aud也只有雙端輸出時(shí)的一半。

3.單端輸入單端輸出

如圖所示電路，其輸入方式和雙端輸入相同，輸出方式和單端輸出相同，它的Aud、Ri、Ro的計(jì)算和單端輸入單端輸出相同。此電路適用于雙端輸入轉(zhuǎn)換成單端輸出的場合。雙端輸入單端輸出4.雙端輸入單端輸出從幾種電路的接法來看，只有輸出方式對差模放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻有影響，不論哪一種輸入方式，只要是雙端輸出，其差模放大倍數(shù)就等于單管放大倍數(shù)，單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出的一半。

集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)：集成運(yùn)放的型號和種類很多，內(nèi)部電路也各有差異，但它們的基本組成部分相同，如下圖所示：

集成運(yùn)放內(nèi)部除了上述三個(gè)部分，其內(nèi)部還接有偏置電路，偏置電路的作用是向各級提供合適的工作電流。差動(dòng)輸入級中間放大級功放輸出級ui+_u0運(yùn)放的輸入級。利用差動(dòng)放大電路的對稱特性可提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能。中間級的主要作用是提高電壓增益。一般由多級放大電路組成。輸出級常用電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。偏置電路一般電子設(shè)備的示意方框圖功率放大級前置放大級(多級)放大部分揚(yáng)聲器電動(dòng)機(jī)繼電器負(fù)載～信號源功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大器的分析與調(diào)試?yán)?/p>

擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大電壓放大信號提取低頻功率放大器（幾十赫---幾千赫）高頻功率放大器（幾百千赫---幾百兆赫）收音機(jī)喇叭發(fā)聲、電機(jī)旋轉(zhuǎn)，自動(dòng)控制等發(fā)射臺把高頻調(diào)制信號發(fā)送出去功率放大電路的分類按頻率可分為:按三極管在信號輸入時(shí)導(dǎo)通周期長短的不同可分為：乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°1、甲類：靜態(tài)工作點(diǎn)處負(fù)載線中間.如圖(a)所示

（１）三極管導(dǎo)通角為360°，不管有無交流輸入信號ui，PE=ICUCC。（２）當(dāng)ui=0時(shí)，PE全部消耗在管子和電阻上。當(dāng)ui≠0時(shí)，PE一部分轉(zhuǎn)換為PO，另一部分消耗在功放管上,理想情況下η≤50%。

C、甲類工作狀態(tài)非線性失真小，但η低。２、乙類:靜態(tài)工作點(diǎn)接近截止區(qū):導(dǎo)通角Q=180°

如圖（c）３、甲乙類:靜態(tài)工作點(diǎn)處于甲類和乙類之間:導(dǎo)通角180°<Q<360°

如圖（b）

甲乙類與乙類的η高，理想時(shí)達(dá)到78%，因?yàn)镼點(diǎn)偏低，IC產(chǎn)生嚴(yán)重的截止失真。但可通過采取適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)可以使這兩類電路既保持管耗小，又不致于產(chǎn)生較大的失真。答：不合適，因?yàn)樾侍汀?/p>

射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問題討論:RbuoUCCuiRE射極輸出器效率低的原因：一般射級跟隨器靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部），信號波形正負(fù)半周均不失真。電路中存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)Q點(diǎn)正好在負(fù)載線中點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：UCEQ=0.5UCC

；

ICQ=0.5UCC/RE。ECCCQCCERUIUP2/2==OPECCECCRURU8)22/(22==UCEQ2ICQ2=如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)，在小信號放大電路中，在保證輸出信號不失真情況下，靜Q應(yīng)盡量選低，降低靜態(tài)功耗,η自然就提高。所以η和靜Q有密切的關(guān)系但又會(huì)引起截止失真１、乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路（OCL電路）

2、乙類單電源無輸出變壓器互補(bǔ)對稱電路（OTL電路）

3、甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路

4、實(shí)用甲乙類OTL互補(bǔ)輸出功放電路５、采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱功率放大電路既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對稱射極輸出器OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess

互補(bǔ)對稱功放的類型

無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）+USC-USCuiiLRLT1T2AOCL電路RLuiT1T2+USCCAUL+-UCOTL電路互補(bǔ)：對稱：vi=0

vBE1=vBE2=0

T1,T2截止

iO

=0,vO

=0vi>0

vBE1=vBE2>0

T1導(dǎo)通

,T2截止

iO

=iE1,，vO

>0，vi<0

vBE1=vBE2<0

T1截止

,T2導(dǎo)通

iO

=iE2,vO

<0（1）電路組成及工作原理１、乙類雙電源OCL互補(bǔ)對稱電路

A、V1為NPN,

V2為PNP,

V1V2特性相同，電路對稱

B、電路接成射極輸出器的形式,雖然Au≤1，但Ai=（1+β）倍，可以有足夠的功率放大作用。（2）分析計(jì)算圖解分析（求Vom）輸出功率最大不失真輸出功率管耗PT單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗電源功率效率當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，UOM=UCC（3）功率BJT的選擇（安全問題）因?yàn)楫?dāng)≈0.6VCC時(shí)具有最大管耗≈0.2Pom

最大管耗<PCM要考慮3個(gè)極限參數(shù)：PCM、ICM、V(BR)CEO集電極最大電流

<ICM最大管壓降

<V(BR)CEO習(xí)題：乙類功放電路中，設(shè)VCC=24V,RL=8,手冊上BJT的極限參數(shù)ICM=4.5A,UBR-CEO=75V,PCM=10W。試求：（1）Pom

最大輸出時(shí)PV,PT1值，并檢驗(yàn)所給BJT是否能安全工作？（2）放大電路在=0.6時(shí)的輸出功率P0

值。（1）解：=36W=45.86wPT1=(PV–P0)/2=0.137Pom=4.93w能安全工作嗎?單管承受的最大損耗功率PT1m=0.2Pom=0.2*36=7.2W<10W單管最大反向電壓Ucem=2VCC=48V<75V集電極最大電流ICM==3A可以安全工作

<4.5A=20.9W（2）放大電路在=0.6時(shí)的輸出功率Po

值。OCL電路的低頻響應(yīng)好、便于集成化，但需要兩個(gè)獨(dú)立的電源，有時(shí)使用不太方便。下面介紹可以使用單電源的互補(bǔ)對稱功率放大電路，叫做OTL（OutputTransformerless，無輸出變壓器）電路。2、乙類單電源無輸出變壓器（OTL）互補(bǔ)對稱電路靜態(tài)分析則T1、T2特性對稱，令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC動(dòng)態(tài)分析若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相當(dāng)于電源）RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5USC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且ui

幅度足夠大。則：LSCoSCoRUIUU22==，uLULmaxuitt①

按圖畫仿真電路。

②使ui=0，測量兩管集電極靜態(tài)工作電流，并記錄：IC1=

，IC2=

。結(jié)論：互補(bǔ)對稱電路的靜態(tài)功耗_____（基本為0/仍較大）。

乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路的特性測試③保持步驟②，改變ui，使其fi

=1kHz

，Uim=10.5V，用示波器（DC輸入端）同時(shí)觀察ui,uo的波形，并記錄波形。

結(jié)論：互補(bǔ)對稱電路的輸出波形____（基本不失真/嚴(yán)重失真）

④保持步驟③，不接VT2，用示波器（DC輸入端）同時(shí)觀察ui,uo的波形，并記錄波形。結(jié)論：晶體管VT1基本工作在_____（甲類狀態(tài)/乙類狀態(tài)）。

⑤保持步驟④，不接VT1，接入VT2，用示波器（DC輸入端）同時(shí)觀察ui,uo波形，并記錄波形。

結(jié)論：晶體管VT2基本工作在_____（甲類狀態(tài)/乙類狀態(tài)）⑥保持步驟⑤，再接入VT1，用示波器測量uo幅度Uom，計(jì)算輸出功率Po并記錄：乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路存在的問題由于三極管存在門坎電壓(硅約為0.6V，鍺約為0.2V)，因此當(dāng)Ui小于門坎電壓時(shí)，管子并不導(dǎo)通，這時(shí)RL上無電流通過(即無信號輸出)，出現(xiàn)一段死區(qū)，波形出現(xiàn)失真，這種現(xiàn)象稱為交越失真。①按圖畫仿真電路。

②輸入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=2V），用示波器（DC輸入端）同時(shí)觀察ui

、uo的波形，并記錄波形。

乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路失真的測試結(jié)果表明，基本（乙類）互補(bǔ)對稱電路的輸出波形在過零點(diǎn)處____（無失真/有明顯失真）。

實(shí)際測試波形實(shí)際測試波形為了克服交越失真功放管的工作狀態(tài)應(yīng)改為甲乙類。

(1)電路組成與工作原理

A、電路:甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路的原理電路如圖所示。

V1、V2構(gòu)成互補(bǔ)對稱功率放大電路，V3為輸出級的前置級，電流源IC3給V3、VD1和VD2提供靜態(tài)偏置電流。1、甲乙類雙電源OCL互補(bǔ)對稱功率放大電路改進(jìn)B、靜態(tài)時(shí)，電流IC3在VD1、VD2上產(chǎn)生靜態(tài)壓降，給V1、V2的發(fā)射結(jié)提供靜態(tài)偏置，使V1、V2的靜態(tài)集電極電流不為0，V1、V2處于甲乙類放大狀態(tài)，V1的靜態(tài)工作點(diǎn)如圖所示。由于電路結(jié)構(gòu)對稱，靜態(tài)時(shí)IC1=IC2，因此RL中無靜態(tài)電流過，輸出電壓仍然為零。

C、有輸入信號時(shí)有輸入信號時(shí)，VD1、VD2

的動(dòng)態(tài)電阻很小，所以VD1、VD2上的交流壓降也很小，基本不影響動(dòng)態(tài)特性，可以認(rèn)為加在兩個(gè)功放管上的交流信號是一樣的。由于V1、V2已經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)，即使輸入信號較小，依然可以被功放管輸出給負(fù)載，由此消除了交越失真。D、改進(jìn)電路圖為可調(diào)偏置電壓的互補(bǔ)對稱電路，偏置電壓UAB的大小為只要改變R1、R2的比值，就可以改變V1、V2的偏置電壓值，在集成電路中經(jīng)?？梢砸姷竭@種電路結(jié)構(gòu)。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UA=0.5USCD1

、D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真Re1

、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用b1b22、實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路集成運(yùn)放的符號UP：同相輸入端UN：反相輸入端UO：輸出端運(yùn)放的供電模式：雙電源供電：VCC=VEE單電源供電：VEE=0集成運(yùn)放的分析與調(diào)試線性集成運(yùn)放一般工作在深度負(fù)反饋的閉環(huán)狀態(tài)而非線性集成運(yùn)放則工作在正反饋或開環(huán)狀態(tài)。線性區(qū)：曲線斜率為電壓放大倍數(shù)u0=Aod(up-uN),Aod很大，線性區(qū)非常窄。非線性區(qū)：輸出電壓只有兩種可能的情況，+UOM

或-UOM

。集成運(yùn)放有兩個(gè)工作區(qū)：線性區(qū)、非線性區(qū)如右圖所示為集成運(yùn)放的電壓傳輸特性，它表示輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。集成運(yùn)放的傳輸特性

理想集成運(yùn)放及其傳輸特性（1）開環(huán)電壓增益

Aod

（2）差模輸入電阻Rid（3）輸出電阻Ro

0（4）共模抑制比

KCMR（5）開環(huán)帶寬BW為了簡化分析，在實(shí)際分析過程中常常把集成運(yùn)放理想化。１、理想運(yùn)放的理想?yún)?shù)：２、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)uo=Aod(u+－u-)

理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí),輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓間存在線性放大關(guān)系.特點(diǎn):虛短:

u+=u-

（∵Aod＝∞）

(理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零)虛斷:

i+=i-=0(∵rid＝∞）

(理想運(yùn)放的輸入電流等于零）3、理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)1.uo=+UOm

(u+>u-)－UOm

(u+<u-)2.虛斷：i+=i-=0(理想運(yùn)放的輸入電流等于零）1.反相比例運(yùn)算電路運(yùn)算放大器在線性應(yīng)用時(shí)同時(shí)存在虛短和虛斷虛斷虛地為使兩輸入端對地直流電阻相等：平衡電阻特點(diǎn)：1.Auf=Rf

/R12.輸入電阻較小，Rif=R1RifRif3.uIC

=0

，對KCMR的要求低u+=u-

=0虛地一、比例運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算電路Auf=1跟隨器當(dāng)R1=

時(shí)特點(diǎn)：

1.Auf=1

+

Rf

/R1。

2.輸入電阻大，Rif

=

。

3.

uIC

=

u

i，對KCMR的要求高。u+=u-=uI

。二、求和電路1、反相求和反相電路存在“虛地”現(xiàn)象，因此因?yàn)榭傻胾－=u+=“地”將各電流代入如果取各輸入電阻則有若再取則實(shí)現(xiàn)了反相求和運(yùn)算整理上式可得u+u－u0RPR3RFui1R2R1ui2ui3i1i2i3if－＋＋∞２、同相求和運(yùn)算根據(jù)同相輸入加法電路由“虛短”可得再根據(jù)同相比例輸入電路可得根據(jù)對稱性要求NP且因此若則實(shí)現(xiàn)同相求和運(yùn)算－＋＋∞ui2R2R4RFRR1uoui1ui3R3測試電路如圖所示加法電路，電路中R1、R2和Rf均為10kΩ，運(yùn)放為MC4558。３、加法電路的仿真測試①接好圖示加法電路，并接入+VCC

=+15V，VCC

=15V。②保持步驟①，接入uS1為0.1V，1kHz的正弦波信號，不接uS2。③保持步驟②，用示波器DC輸入端觀察輸出、輸入電壓波形，畫出各波形并記錄。輸出電壓幅值與輸入電壓幅值_________________（基本相等/相差很大），即電壓放大倍數(shù)與Rf/R1值_________（基本相等/相差很大），且輸出電壓與輸入電壓相位_______（相同/相反）。

④保持步驟③，將Rf改為2k，用示波器DC輸入端觀察輸出、輸入電壓波形，畫出各波形并記錄：輸出電壓幅值基本等于輸入電壓幅值的_____（0.5倍/1倍/2倍），即電壓放大倍數(shù)與Rf/R1值__________（基本相等/相差很大）。⑤保持步驟④，將Rf改為10k。⑥保持步驟⑤，接入uS1和uS2均為0.1V，1kHz的正弦波信號，用示波器DC輸入端觀察輸出電壓和輸入電壓波形，畫出各波形并記錄：該電路____（能/不能）實(shí)現(xiàn)輸入電壓相加[uO=(uS1+uS2)]，且輸出電壓相對于輸入電壓是_____（正極性的/負(fù)極性的）。三、雙端輸入減法電路法1：利用疊加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R1；Rf

=RfuO

=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虛短、虛斷uo=Rf

/R1(uI2

uI1)減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路電路如圖，設(shè)A1、A2為理想運(yùn)放，求輸出信號與輸入信號之間的函數(shù)關(guān)系。例解

本例利用了反相求和運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了輸出對輸入的減法運(yùn)算第1級反相比例第2級也是反相求和電路當(dāng)時(shí)得可采用疊加原理，即：即us1－＋A1－＋A2us2R2R1Rf1R2Rf2uo電路如圖，設(shè)兩運(yùn)放均為理想運(yùn)放，試求輸出信號與輸入信號之間的函數(shù)關(guān)系。例解按理想運(yùn)放輸入端“虛短”的條件有:u－1＝u+1=ui1、u-2＝u+2=ui2

各電流值為得ui1－＋A1ui2R1R2R2R1uo－＋A2R3I1I2I3I4I5減法電路的測量實(shí)驗(yàn)電路：圖示減法電路中R1,R2,R3和Rf均為1k，運(yùn)放為MC4558。實(shí)驗(yàn)步驟：①接好圖示減法電路，并接入+VCC

=+15V，VCC

=15V。②保持步驟①，接入uS1和uS2均為0.1V，5kHZ的正弦波信號，用示波器DC輸入端觀察輸出、輸入電壓波形，畫出各波形并記錄：輸出電壓幅值與輸入電壓幅值相_____（基本為0/基本相等/要大得多），即該電路_______（能/不能）實(shí)現(xiàn)輸入電壓相減（uO=uS2uS1）。例寫出所示二級運(yùn)算電路的輸入輸出關(guān)系。解：是一種高輸入電阻減法電路。微分電路屬于反相輸入電路，因因?yàn)閡－=u+=“地”電位0

微分電路可用于波形變換，將矩形波變換成尖脈沖；且u0與ui相位反相又有所以

電路實(shí)現(xiàn)了輸出電壓正比于輸入電壓對時(shí)間的微分。式中的比例常數(shù)RFC1稱為電路的時(shí)間常數(shù)為保證電路的平衡，RF=R2uit0u0t0四、微分電路此同樣存在“虛地”現(xiàn)象，即u+u－i1ifuiC1RFuCu0RFR2－＋＋∞

已知微分運(yùn)算電路的輸入量,ui

=－sin

ωtV，求

uo

。解例tui0tuo090°u+u－i1ifuiC1RFuCu0RFR2－＋＋∞微分電路的測量實(shí)驗(yàn)電路：圖示微分電路中R=1k，C=0.1F，運(yùn)放為MC4558。實(shí)驗(yàn)步驟：①接好圖示微分電路，并在電容C支路中串接一個(gè)51電阻（防止產(chǎn)生過沖響應(yīng)），并接入+VCC

=+15V，VCC

=15V。②保持步驟①，接入uS為1V，1kHz的三角波（雙極性）信號，用示波器DC輸入端觀察輸出、輸入電壓波形，畫出各波形并記錄：輸入電壓波形為

（正弦波