第3章 多級放大電路及集成.ppt

1、第3章 多級放大電路及集成運 算放大器,3.1多級放大電路 3.2 差動式放大電路 3.3 功率放大電路 3.4 集成運算放大器簡介 ,3.1多級放大電路,在實際的電子設備中，為了得到足夠大的放大倍數(shù)或者使輸入電阻和輸出電阻達到指標要求，一個放大電路往往由多級組成。多級放大電路由輸入級、中間級及輸出級組成，如圖3.1所示。于是，可以分別考慮輸入級如何與信號源配合，輸出級如何滿足負載的要求，中間級如何保證放大倍數(shù)足夠大。各級放大電路可以針對自己的任務來滿足技術指標的要求，本章只討論由輸入級到輸出級組成的多級小信號放大電路。,圖3.1 多級放大電路框圖,3.1.1 級間耦合方式 多級放大電路是將各

2、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 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。這個電容器稱為耦合電容，如圖3.2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。 ,圖3.2 阻容耦合兩級放大電路 (a)電路; (b)直流通路,圖3.2 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)點是：前級和后級直流通路彼此隔開，每一級的靜態(tài)工件點相互獨立，互不影響。便于分析和設計電路。因此，阻容耦合在多

3、級交流放大電路中得到了廣泛應用。 阻容耦合的缺點是：信號在通過耦合電容加到下一級時會大幅衰減，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，如圖3.3所示。將V1的輸出信號經(jīng)過變壓器T1送到V2的基極和發(fā)射極之間。V2的輸出信號經(jīng)T2耦合到負載RL上。Rb11、Rb12和Rb21、Rb22分別為V1管和V2管的偏置電阻，Cb2是Rb21和Rb22的旁路電容，用于防止信號被偏置電阻所衰減。,圖3.3 變壓器耦合

4、兩級放大電路,變壓器耦合的優(yōu)點是：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)工作點相互獨立，互不影響。變壓器在傳輸信號的同時還能夠進行阻抗、電壓、電流變換。變壓器耦合的缺點是：體積大、笨重等，不能實現(xiàn)集成化應用。,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，如圖3.4所示。直接耦合所用元件少，體積小，低頻特性好，便于集成化。直接耦合的缺點是：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)工作點相互影響。另外還存在著零點漂移現(xiàn)象?，F(xiàn)討論如下： （1）靜態(tài)工作點相互牽制。如圖3.4所示，不論V1管集電

5、極電位在耦合前有多高，接入第二級后，被V2管的基極鉗制在0.7V左右，致使V2管處于臨界飽和狀態(tài)，導致整個電路無法正常工作。,圖3.4 直接耦合放大電路,(2)零點漂移現(xiàn)象。由于溫度變化等原因，使放大電路在輸入信號為零時輸出信號不為零的現(xiàn)象稱為零點漂移。產(chǎn)生零點漂移的主要原因是由于溫度變化而引起的。因而，零點漂移的大小主要由溫度所決定。 要使用直接耦合的多級放大電路，必須解決靜態(tài)工作點相互影響和零點漂移問題，解決方法我們將在差動式放大電路中討論。,3.1.2耦合對信號傳輸?shù)挠绊?1. 信號源和輸入級之間的關系 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載，因此可歸結為信號源與負載的關

6、系。如圖3.5所示，放大電路的輸入電壓和輸入電流可用下面兩式計算：,(31),(32),圖3.5 信號源內阻、放大電路輸入電阻對輸入信號的影響 (a)信號源內阻降低輸入電壓; (b)信號源內阻降低輸入電流,2. 各級間關系 中間級級間的相互關系歸結為：前級的輸出信號為后級的信號源，其輸出電阻為信號源內阻，后級的輸入電阻為前級的負載電阻。如圖3.6所示,第二級的輸入電阻為第一級的負載，第三級的輸入電阻為第二級的負載，依次類推。 1）多級放大電路電壓放大倍數(shù) 因為,所以總的電壓放大倍數(shù)為,即總的電壓放大倍數(shù)為各級放大倍數(shù)的連乘積。 2）多級放大電路的輸入、輸出電阻 多級放大電路的輸入電阻就是第一級

7、的輸入電阻，其輸出電阻就是最后一級的輸出電阻，如圖3.6所示。,例3.1電路如圖3.2所示，已知UCC=6V，Rb1=430，Rc1=2k，Rb2=270k，Rc2=1.5k，rbe2=1.2k，1=2=50,C1=C2=C3=10F，rbe1=1.6k，求：(1)電壓放大倍數(shù)；(2)輸入電阻、輸出電阻。 解 (1)電壓放大倍數(shù),在工程上電壓放大倍數(shù)常用分貝表示，折算公式為,上題用分貝可表示為,(2）輸入電阻、輸出電阻,3.1.3組合放大電路 根據(jù)前面分析：三種基本組態(tài)電路的性能各有特點，根據(jù)三種組態(tài)電路不同的特點，將其中任意兩種組態(tài)相組合，可以構成不同的放大電路，使其更適合實際電路的需要。下

8、面介紹幾種常見的組合放大電路。 1.共集共射極組合電路 如圖3.7所示，電路增益主要由共射極電路提供，共集電極電路主要用來提高輸入電阻。 輸入電阻,電壓放大倍數(shù),因為,所以,式中,圖3.7共集共射極組合電路 (a)共集共射極組合電路; (b)共集共射極組合電路交流通路,圖3.7共集共射極組合電路 (a)共集共射極組合電路; (b)共集共射極組合電路交流通路,2. 共射共基極組合放大電路 如圖3.8所示，由于后級的輸入電阻為前級的輸出負載電阻，而共基極組態(tài)電路的輸入電阻很小，使前級共射極組態(tài)電路的電壓增益減小，因此，組合電路的電壓增益主要由共基電路提供。,圖3.8共射共基極組合放大電路 (a)共

9、射共基極組合電路;,圖3.8共射共基極組合放大電路 (b)共射共基極組合電路交流通路輸入電阻,3.1.4 放大電路的頻率特性 在實際應用中，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2020000Hz，圖像信號的頻率范圍在06MHz，還有其它范圍。所以，要求放大電路對信號頻率范圍內的所有頻率都具有相同的放大效果，輸出才能不失真地重顯輸入信號。實際電路中存在的電容、電感元件及三極管本身的結電容效應，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。因這種原因所產(chǎn)生的失真稱為頻率失真。,1. 幅頻特性 共射極放大電路的幅頻特性如圖3.9所示。從幅頻特性曲線上可以

10、看出，在一個較寬的頻率范圍內，曲線平坦，這個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。,圖3.9共射極放大電路的幅頻特性 (a)電路； (b)幅頻特性,高頻區(qū)放大倍數(shù)的下降原因是由于三極管結電容和雜散電容的容抗隨頻率增加而減小所引起。結電容通常為幾十到幾百皮法，雜散電容也不大，因而頻率不高時可視為開路。在高頻時輸入的電流被分流，使得IC減小，輸出電壓降低，導致高頻區(qū)電壓增益下降，如圖3.10所示。,圖3.10 高頻通路,2. 通頻帶 把放大倍數(shù)Aum下降到 時對應的頻率稱為下限頻

11、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。,(34),兩級放大電路的幅頻特性如圖3.11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，這是一個重要的概念。,圖3.11 兩級放大電路的通頻帶,圖3.11 兩級放大電路的通頻帶,圖3.11 兩級放大電路的通頻帶,3.2 差動式放大電路,前面提到了在多級放大電路中采用直接耦合存在著兩個特殊問題，一是靜態(tài)工作點的相互影響，二是零點漂移。為了解決這兩個問題，可采用差動式放大電路。,3.2.1 基本差動式放大電路 圖3.12所示為基本差動式放大電路，它由兩個完全相同的單管共射極電路組成。差動式放大

12、電路有兩個輸入端，兩個輸出端，要求電路對稱，即V1、V2的特性相同，外接電阻對稱相等，各元件的溫度特性相同，即Rb1=Rb2，Rc1=Rc2，RS1=RS2。,圖3.12 基本差動式放大電路,1.工作原理 1) 靜態(tài)分析 靜態(tài)時Ui1=Ui2=0。由于電路左右對稱，輸入信號為零時，IC1=IC2，UC1=UC2 ，則輸出電壓 Uo=UC1-UC2=0 當電源電壓波動或溫度變化時，兩管集電極電流和集電極電位同時發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零?？梢?，盡管各管的零漂存在，但輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。 ,2) 動態(tài)分析 （1）差模輸入。放大器的兩個輸入端分別輸入大小相等極性相反的信號(即Ui1=

13、-Ui2)，這種輸入方式稱為差模輸入。 差模輸入信號,差模輸出電壓,差模電壓放大倍數(shù),即差動式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)。,由于Rbrbe，如果接上RL，則,式中,由于兩管對稱，RL的中點電位不變相當于交流的地電位，對于單管來講負載是RL的一半，即 RL。輸入電阻 ri=2(RS+rbe) (36) 因此輸入回路經(jīng)兩個管的發(fā)射極和兩個RS，則 輸出電阻 ro=2Rc (37） 因此輸出端經(jīng)過兩個Rc 。,(2)共模輸入。在差動式放大電路的兩個輸入端，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。共模輸入信號用Uic表示。共模輸入

14、時(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Ac表示。在電路完全對稱的情況下，輸入信號相同，輸出端電壓Uo=Uo1-Uo2=0,故Ac=Uo/Ui=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。,(3)抑制零點漂移的原理。在差動式放大電路中，無論是電源電壓波動或溫度變化都會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)Ac=0，從而抑制了零點漂移。這時電路只放大差模信號。,3.共模抑制比 在理想狀態(tài)下，即電路完全對稱時，差動式放大電路對共模信號有完全的抑制

15、作用。實際電路中，差動式放大電路不可能做到絕對對稱，這時Uo0，Ac0，即共模輸出電壓不等于零。共模電壓放大倍數(shù)不等于零，Ac=Uo/Ui。為了衡量差動式電路對共模信號的抑制能力,引入共模抑制比，用KCMRR表示。 ,(38),共模抑制比的大小反映了差動式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，,(39),由上式可以看出，KCMRR越大，差動式放大電路放大差模信號（有用信號）的能力越強，抑制共模信號（無用信號）的能力越強，即KCMRR越大越好。理想差動式電路的共模抑制比KCMRR。后面我們將討論如何提高共模抑制比。由于KCMRR|Ad/Ac|,即在保證Aud不變的情況下，如何

16、降低Ac，從而提高KCMRR。,3.2.2 帶Re的差動式放大電路 上面介紹的基本差動式放大電路對共模信號的抑制是靠電路兩側的對稱性來實現(xiàn)的。但對于各管自身的工作點漂移沒有抑制作用，若采用單端輸出，則差模和共模放大倍數(shù)相等，這時KCMRR1，失去了差動式放大電路的作用。即使是雙端輸出，由于實際電路的不完全對稱性，仍然有共模電壓輸出。改進方法是在不降低Aud的情況下，降低Ac從而提高共模抑制比。帶公共Re的差動式放大電路如圖3.13所示，這種電路也稱為長尾式差動放大電路。由于KCMRR是由差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)共同決定的，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。,

17、圖3.13 帶Re的差動式放大電路,1. 靜態(tài)分析 如圖3.14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。 靜態(tài)工作點的估算：,圖3.14直流等效電路 （a） 直流偏置電路；（b） 直流等效電路,2. 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的過程 加Re后，當溫度上升時，由于IC1和IC2同時增大，穩(wěn)定過程實質上是一個負反饋過程，關于負反饋在第四節(jié)講解。,T(C),IC1 IC1 IC2 IC2,IEUReUE,UBE1IB1 UBE2IB2,Re越大工作點越穩(wěn)定，但Re過大會導致過UE高使靜態(tài)電流減小，加入負電源-UEE可補償Re上的壓降。 3.動

18、態(tài)分析 （1）Re對差模信號的影響。如圖3.15所示，加入差模信號時由于Ui1=-Ui2，則IE1=-IE2，流過Re的電流IE=IE1+IE2=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。 差模電壓放大倍數(shù),圖3.15 Re對差模放大倍數(shù)的影響,（2）Re對共模信號的影響。如圖3.16加入共模信號時，由于Ui1=Ui2，則IE1=IE2，流過Re1的電流IE=IE1+IE2=2IE1，UE=2IE1Re， 對于共模信號可以等效成每管發(fā)射極接入2Re的電阻。,其中,輸入電阻,輸出電阻,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。,共模電

19、壓放大倍數(shù)為,不加Re時,圖3.16 輸入共模信號,圖3.16 輸入共模信號,3.2.3 具有恒流源的差動式放大電路 通過對帶Re的差動式放大電路的分析可知，Re越大，KCMRR越大，但增大Re，相應的UEE也要增大。顯然，使用過高的UEE是不合適的。此外,Re直流能耗也相應增大。所以，靠增大Re來提高共模抑制比是不現(xiàn)實的。 設想，在不增大UEE時，如果Re，Ac0,則KCMRR，這是最理想的。為解決這個問題，用恒流源電路來代替Re，電路如圖3.17(a)所示。V3管采用分壓式偏置電路，無論V1、V2管有無信號輸入，Ib3恒定，IC3恒定，所以V3稱為恒流管。,圖3.17 具有恒流源的差動式放

20、大電路,圖3.17 具有恒流源的差動式放大電路,圖3.17中IC3=IE3，由于IC3恒定，IE3恒定，則IE0，這時動態(tài)電阻rd為 恒流源對動態(tài)信號呈現(xiàn)出高達幾兆歐的電阻，而直流壓降不大，可以不增大UEE。rd相當于Re，所以對差模電壓放大倍數(shù)Ad無影響。對共模電壓放大倍數(shù)Ac相當于接了一個無窮大的Re，所以Ac0，這時KCMRR。實現(xiàn)了在不增加UEE的同時，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3.17(b)所示。,3.2.4 差動式放大電路的輸入輸出方式 由于差動式放大電路有兩個輸入端、兩個輸出端,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

21、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。 1. 雙端輸入雙端輸出 電路如圖3.18所示，其中,差模電壓放大倍數(shù)為,式中,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。,輸入電阻 輸出電阻,圖3.18 雙端輸入雙端輸出,2. 單端輸入雙端輸出 如圖3.19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輸入（即雙端輸入）時一樣。此時，V1、V2管的發(fā)射極電

22、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，單端輸入的實質還是雙端輸入，可以將它歸結為雙端輸入的問題。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換成雙端輸出的場合。,3. 單端輸入單端輸出 圖3.20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也只有雙端輸出時的一半。,式中,輸入電阻,輸出電阻,（310）,(312),(311),此電路適用于輸

23、入輸出均有一端接地的場合。,圖3.20 單端輸入單端輸出,4. 雙端輸入單端輸出 圖3.21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Ad、ii、ro的計算和單端輸入單端輸出相同。此電路適用于雙端輸入轉換成單端輸出的場合。 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。,圖3.21 雙端輸入單端輸出,3.3 功率放大電路,功率放大電路與電壓放大器的區(qū)別是，電壓放大器是多級放大器的前級，它主要對小信號進行電壓放大，主要技術指標為電壓放大倍

24、數(shù)、輸入阻抗及輸出阻抗等。而功率放大電路則是多級放大器的最后一級，它要帶動一定負載，如揚聲器、電動機、儀表、繼電器等，所以，功率放大電路要求獲得一定的不失真輸出功率。,3.3.1 功率放大電路的特點及分類 1. 特點 （1）輸出功率足夠大。為獲得足夠大的輸出功率，功放管的電壓和電流變化范圍應很大。為此，它們常常工作在大信號狀態(tài)，接近極限工作狀態(tài)。 （2）效率高。功率放大器的效率是指負載上得到的信號功率與電源供給的直流功率之比。對于小信號電壓放大器來講，由于輸出功率較小，電源供給的直流功率也小，因此效率問題就不需要考慮。,（3）非線性失真小。功率放大器是在大信號狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動幅度很大

25、，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進入非線性區(qū)造成輸出波形的非線性失真。因此，功率放大器比小信號的電壓放大器的非線性失真問題嚴重。在實際應用中，有些設備對失真問題要求很嚴，因此，要采取措施減小失真，使之滿足負載的要求。 (4)保護及散熱。功放管承受高電壓、大電流，因而功放管的保護及散熱問題也應重視。功率放大器工作點的動態(tài)范圍大，因此只適宜用圖解法進行分析。,2. 功率放大器的分類 功率放大器一般是根據(jù)功放管工作點選擇的不同進行分類的。有甲類、乙類及甲乙類功率放大器。當靜態(tài)工作點Q設在負載線性段的中點，整個信號周期內都有電流IC通過時，如圖3.22（a）所示，稱為甲類功放。若將靜態(tài)工作點Q設在橫

26、軸上，則IC僅在半個信號周期內通過，其輸出波形被削掉一半，如圖3.22（b）所示，稱為乙類功放。若將靜態(tài)工作點設在線性區(qū)的下部靠近截止區(qū)，則其IC的流通時間為多半個信號周期，輸出波形被削掉一部分。如圖3.22（c）所示，稱為甲乙類功放。,圖3.22功率放大器的分類 （a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放,圖3.22功率放大器的分類 （a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放,圖3.22功率放大器的分類 （a）甲類功放;（b）乙類功放;（c）甲乙類功放,3.3.2 乙類互補對稱功放 如果電路處在甲類放大狀態(tài)，則靜態(tài)工作電流大，因而效率低。若用一個管子組成甲乙類或乙類放大電路，就會

27、出現(xiàn)嚴重的失真現(xiàn)象。乙類互補對稱功放，既可保持靜態(tài)時功耗小，又可減小失真，如圖3.23所示。,圖3.24 ui為正半周時的工作情況,1. 電路組成及工作原理 選用兩個特性接近的管子，使之都工作在乙類狀態(tài)。一個在正弦信號的正半周工作，另一個在負半周工作，便可得到一個完整的正弦波形。 2. 分析計算 由于在正?；パa對稱功率放大電路中，V1、V2管交替對稱各工作半周，因此，分析V1、V2管工作的半周情況，可推知整個放大器的電壓、電流波形。現(xiàn)以V1管工作的半周情況為例進行分析。,當ui=0時，iB1=iB=0，iC1=iC=0，uCE1=uCE=UCC。電路工作在Q點，如圖3.24所示，當ui0時，交

28、流負載線的斜率為-1/Rc。因此，過Q點作斜率為-1/RL的直線即為交流負載線。如輸入信號ui足夠大，則可求出Ic的最大幅值Icm和Uce的最大幅值Ucem=UCC-Uces=IcmRLUCC。根據(jù)以上分析，可求出工作在乙類的互補對稱電路的輸出功率Po、管耗PV、直流電源供給的功率PU和效率。,圖3.24 ui為正半周時的工作情況,（1）輸出功率Po。輸出功率用輸出電壓有效值和輸出電流有效值的乘積來表示。設輸出電壓的幅值為Uom，則,因為,即,(2）管耗PV。設uo=Uomsint時，則V1管的管耗為,兩管管耗,（3）直流供給功率PU。直流電源供給的功率包括負載得到的功率和V1、V2管消耗的功

29、率兩部分。,當ui=0時：,當ui0時：,則,（4）效率。,當UomUCC時：,由于UomUCC忽略了管子的飽和壓降Uces，所以實 際效率比這個數(shù)值要低一些。,3.3.3 甲乙類互補對稱電路 乙類互補對稱電路效率比較高，但由于三極管的輸入特性存在有死區(qū)，而形成交越失真。采用甲乙類互補對稱電路(如圖3.25所示)，可以克服交越失真問題。其原理是靜態(tài)時，在V1、V2管上產(chǎn)生的壓降為V3、V4管提供了一個適當?shù)恼妷?，使之處于微導通狀態(tài)。由于電路對稱，靜態(tài)時iC1=iC2，io=0，Uo=0。有信號時，由于電路工作在甲乙類，即使ui很小，也基本上可線性放大。 ,圖3.25 二極管偏置互補對稱電路

30、,但上述偏置方法的偏置電壓不易調整，而在圖3.26所示電路中，設流入V4管的基極電流遠小于流過R1、R2的電流，則可求出Uce4=UBE4（R1+R2）/R2。因此，利用V4管的UBE4基本為一固定值（0.60.7V），只要適當調節(jié)R1、R2的比值，就可改變V1、V2管的偏壓值。這種方法常稱為UBE擴大電路，在集成電路中經(jīng)常用到。,圖3.26 擴大電路,3.3.4 采用復合管的互補對稱功率放大電路 1. 復合管 在功率放大電路中，如果負載電阻較小，并要求得到較大的功率，則電路必須為負載提供很大的電流。如RL=4，額定功率PN=16W，則由PN=I2RL可得負載電流有效值為2A，若管子的=20，

31、則基極電流IB=100mA。一般很難從前級獲得這樣大的電流，因此需設法進行電流放大。通常在電路中采用復合管。,所謂復合管就是把兩只或兩只以上的三極管適當?shù)剡B接起來等效成一只三極管。連接時，應遵守兩條規(guī)則：在串聯(lián)點，必須保證電流的連續(xù)性；在并接點，必須保證總電流為兩個管子電流的代數(shù)和。復合管的連接形式共有四種，如圖3.27所示。,圖3.27 復合管的四種連接形式,圖3.27 復合管的四種連接形式,圖3.27 復合管的四種連接形式,圖3.27 復合管的四種連接形式,觀察圖3.27可知： (1)復合管的極性取決于推動級。即V1為NPN型，則復合管就為NPN型。 (2)輸出功率的大小取決于輸出管V2。

32、 (3)若V1和V2管的電流放大系數(shù)為1、2，則復合管的電流放大系數(shù)12。,2. 復合管互補對稱功率放大電路 利用圖3.27（a）、（b）形式的復合管代替圖3.25中的V和V管，就構成了采用復合管的互補對稱輸出級，如圖3.28所示。它可以降低對前級推動電流的要求，不過其直接為負載RL提供電流的兩個末級對管V3、V4的類型截然不同。在大功率情況下，兩者很難選配到完全對稱。圖3.29則與之不同，其兩個末級對管是同一類型，因此比較容易配對。這種電路被稱為準互補對稱電路。電路中Re1、Re2的作用是使V3和V管能有一個合適的靜態(tài)工作點。,圖3.28 復合管互補對稱電路,圖3.29 準互補對稱電路,3.

33、3.5 集成功率放大電路 隨著集成技術的不斷發(fā)展，集成功率放大器產(chǎn)品越來越多。由于集成功放成本低，使用方便，因而被廣泛地應用在收音機、錄音機、電視機及直流伺服系統(tǒng)中的功率放大部分。下面介紹幾種常用的集成功率放大器。,1. 單片音頻功率放大器5G37 5G37是一塊集成音頻功率放大器，其最大不失真輸出功率為23W，可作為收音機、錄音機、電唱機的功率放大器，也可用于電視機的輸出電路，應用非常廣泛。其內部電路如圖3.30所示。圖中，V1、V2管互補組成PNP型復合管，構成整個放大器的前置輸入級；V3、V4管組成PNP型復合管，構成放大器的激勵級；V8、V9、V10、V11、V12管構成準互補推挽輸出

34、級。V5、V6、V7管是消除小信號交越失真而設的二極管偏置電路。,圖3.31為5G37的典型應用電路。腳為輸入端，經(jīng)耦合電容C1輸入信號。腳接正電源，電阻R1、R2 的作用是決定中點電位。調節(jié)RP，可使加到兩個推挽管子上的集電極與發(fā)射極之間電壓相等,亦即使腳的直流電位值等于UCC/2。負載RL為8揚聲器，其一端經(jīng)耦合電容C5接腳，另一端接正電源。C3為消振電容，用來防止高頻自激。R3、C2支路與片內的反饋電阻共同構成交流負反饋網(wǎng)絡，改變R3可以調節(jié)放大器的增益。,圖3.3 05G37內部電路圖,圖3.315 G37應用電路,2. LM386 LM386是一種通用型寬帶集成功率放大器，適用的電源

35、電壓為410V，常溫下功耗在660mW左右,適用于收音機、對講機、函數(shù)發(fā)生器等。LM386的、兩腳為增益設定端。C2為消除自激，C4為電源退耦。R2、C3支路組成容性負載，抵消揚聲器的感性負載，防止信號突變時揚聲器上呈現(xiàn)較高的瞬時電壓而使其損壞。圖3.32所示為LM386的應用接線。,圖3.32 LM386應用接線,3.3.6 功率放大器的應用實例 1. OCL功率放大電路 圖3.33為一高保真功率放大器的典型應用電路，其中V1、V2、V3管組成的恒流源差動放大器為前置放大級，除了對輸入信號進行放大外，還有溫度補償和抑制零漂的作用。V4、V5管構成中間放大級。V7到V10管為準互補OCL電路，

36、作為輸出級。Re7Re10可使電路穩(wěn)定。V6管及Re4、Re5構成“UBE擴大電路”，調節(jié)Re4可改變加在V7、V8管基極間的電壓，以消除交越失真。Rf、C1和Rb2構成串聯(lián)負反饋，以提高電路穩(wěn)定性并改善性能。,圖3.33 OCL功率放大器應用電路,2. OTL功率放大電路 圖3.34所示電路是一個OTL互補對稱功率放大電路，用作電視機伴音功放。其中V1管構成前置電壓放大級，信號經(jīng)C3耦合至V2構成的推動級，R14形成電壓串聯(lián)負反饋，以改善放大性能。C2、C4、C7為相位補償元件，用以防止高頻自激。V3、V4管構成互補功率輸出級。C6將信號耦合到負載RL上。R11、R12為限流電阻，防止開機時

37、功放管中電流過大而燒壞功放管。V3、V4管的靜態(tài)工作點由V2管的靜態(tài)電流及R6、R7、R8、R9決定。其中R8是熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，可穩(wěn)定功放管的靜態(tài)電流。電阻R10連接在V2管的基極與電容C6的正極之間，構成直流負反饋，以穩(wěn)定C6正極的電位為UCC/2。,圖3.34 OTL互補對稱功率放大器實用電路,3.TDA7050T集成功放實用電路 TDA7050T的外形為8腳扁平塑封裝，圖3.35（a）為立體聲工作狀態(tài)。外接元件只有兩只47F電解電容，電壓增益為26dB。UCC=3V，RL=32時，Pom=36mW。圖3.35（b）所示為BTL工作狀態(tài)，無需外接元件。UCC=3V，RL=

38、32時，Pom=140mW，電壓增益為32dB。,圖3.35 TDA7050T的外接線圖,圖3.35 TDA7050T的外接線圖,3.3.7功率放大器應用中的幾個問題 1. 功放管散熱問題 功率放大器的工作電壓、電流都很大。功放管一般工作在極限狀態(tài)下，所以在給負載輸出功率的同時，功放管也要消耗部分功率，使管子升溫發(fā)熱，致使晶體管損壞。為此，應注意功放管的散熱措施，通常是給功放管加裝由銅、鋁等導熱性良好的金屬材料制成的散熱片，由于功放管管殼很小，溫升的熱量主要通過散熱片傳送。,2. 功放管的二次擊穿問題 圖3.36所示為晶體管擊穿特性曲線。AB段為一次擊穿，是由于Uce過大引起的雪崩擊穿，是可逆

39、的，當外加電壓減小或消失后管子可恢復原狀。若在一次擊穿后，iC繼續(xù)增大，管子將進入二次擊穿BC段，二次擊穿是不可逆的，致使管子毀壞。防止功放管二次擊穿的主要措施為：改善管子散熱情況，使其工作在安全區(qū)；應用時避免電源劇烈波動，輸入信號突然大幅度增加，負載開路或短路等，以免出現(xiàn)過壓、過流；在負載兩端并聯(lián)二極管和電容，以防止負載的感性引起功放管過壓或過流。在功放管的c、e端并聯(lián)穩(wěn)壓管以吸收瞬時過壓。,圖3.36 晶體管二次擊穿曲線,圖3.36 晶體管二次擊穿曲線,3.4 集成運算放大器簡介,運算放大器實質上是一個多級直接耦合的高增益放大器。由于初期運算放大器主要用于數(shù)學運算，所以，至今仍保留這個名稱

40、。集成運算放大器是利用集成工藝，將運算放大器的所有元件集成在同一塊硅片上，封裝在管殼內，通常簡稱為集成運放。隨著集成技術的飛速發(fā)展，集成運放的性能不斷提高，其應用領域遠遠超出了數(shù)學運算的范圍。在自動控制、儀表、測量等領域，集成運放都發(fā)揮著十分重要的作用。,3.4.1 集成運放內部電路簡介 集成運放的內部電路分為輸入級、偏置電路、中間級及輸出級四部分，如圖3.37所示。現(xiàn)以國產(chǎn)F007型號為例，對各部分電路的功能作以介紹，其內部電路如圖3.38所示。 F007共有九個引線端。、端為輸入端，端為輸出端。由于端和端相位相反，因而端稱為反相輸入端，端和端相位相同，稱為同相輸入端。端和端為正、負電源端，

41、端和端為調零端，端和端為補償端。,圖3.37 集成運放的框圖,圖3.38 F007內部電路,1. 輸入級 輸入級是決定電路性能的關鍵一級。如輸入電阻、輸入電壓范圍、共模抑制比等，主要由輸入級來決定。 圖3.38中，F(xiàn)007的輸入級由V1V7管及R1、R2、R3組成。其中V1V4管構成復合差動式放大電路，V5、V6、V7管構成V3、V4管的有源負載。,2. 偏置電路 1) 鏡像電流源電路 鏡像電流源電路如圖3.39所示。V1和V2管是做在同一塊硅片上的相鄰的三極管，因此兩者性能參數(shù)相同，由于UBE1=UBE2=UBE，因此電流也對稱相等，即IB1=IB2=IB，IC1=IC2=IC。由圖3.39

42、，可看出流過R的電流為,根據(jù)分流關系,圖3.39 鏡像電流源,由式(313)可以看出，IC2=IR，一旦IR確定，IC2也隨之確定，IR穩(wěn)定，IC2也隨之穩(wěn)定，IR和IC2成為一種鏡像關系，因而稱為鏡像電流源。,(313),當2時，IBIC1+IC2，所以,2)恒流源偏置電路 在集成運算放大器中，為減小功耗，限制溫升，應降低各管的靜態(tài)電流。因此，集成運放多數(shù)都采用恒流源電路作為偏置電路。F007的偏置電路由V8V13管及R4、R5組成，如圖3.40所示。V8、V9、V12和V13管構成的電路稱為鏡像電流源。因為V10和V11管構成微電流源，由于流過R5的電流IR是V12和V13、V10和V11的基準電流，所以IR是一個基本恒定的基準電流。,圖3.40 F007的偏置電路,由上式可以看出，IR是一個基本恒定的基準電流。IR在V13中的鏡像電流IC13給中間級的V16、V17管提供靜態(tài)電流，IR在V10中的鏡像電流IC10為V9管提供集電極電流，同時為V3、V4提供基流I3、I4。在V8和V9構成的鏡像電流源中，IC8給輸入級的V1、V2提供集電極靜態(tài)