南理工紫金学院模拟电子线路第三章 放大电路基础南理工紫金学院模拟电子线路第三章 放大电路基础n3.1、放大电路的基础知识n3.2、三种基本组态放大电路n3.3、差分放大电路n3.4、功率放大电路n3.5、多级放大电路南理工紫金学院模拟电子线路3.1 放大电路的基本知识放大的本质是一、放大基本知识放大的对象是变化量；放大的前提是不失真，只有在不失真的情况 下放大才有意义。对能量的控制和转换南理工紫金学院模拟电子线路二 放大电路的组成南理工紫金学院模拟电子线路uS为信号源，RS为信号源内阻，RL为负载 ， ui 、 uo为放大电路的输入电压，输出电压 。三 放大电路的性能指标将放大电路用有源四端网络表示南理工紫金学院模拟电子线路电压放大倍数（增益）电流放大倍数（增益）互阻放大倍数（增益）互导放大倍数（增益）1、放大倍数放大电路的交流输出量和交流输入量之比。三 放大电路的性能指标南理工紫金学院模拟电子线路工程上常用分贝表示电压、电流、功率增益 。功率放大倍数（增益）三 放大电路的性能指标1、放大倍数南理工紫金学院模拟电子线路RiRS，此时为恒压输入输入电阻Ri等于交流输入电 压与交流输入电流的比值 。即2、输入电阻三 放大电路的性能指标Ri0 uo20uod=uo1- uo2 0南理工紫金学院模拟电子线路n差模电压放大倍数差模电压放大倍数等于单管电压放大倍数， 说明用了两倍的电路并没有提高电压放大倍数南理工紫金学院模拟电子线路ui1=ui2，即ui1和ui2为大 小相等，相位相同的一 对信号。uo10ui20ui10uoc=uo1- uo2 =0uo20(2)(2)对共模信号输入：对共模信号输入：3）对信号的作用南理工紫金学院模拟电子线路n共模电压放大倍数对共模电压放大倍数抑制南理工紫金学院模拟电子线路4）共模抑制比理想：KCMRR南理工紫金学院模拟电子线路5）原理电路存在的问题静态没有调零 每个管子的漂移没有被抑制南理工紫金学院模拟电子线路 6) 典型的差动放大电路长尾电路（1）增加元件的作用调零电位器， 使vi=0时vo=0共模反馈电阻， 能区别对待共模 和差模信号提供RE上的 直流压降，南理工紫金学院模拟电子线路对共模信号有很强的负反馈作用，对差 模信号短路南理工紫金学院模拟电子线路二 差分放大电路的分析1 1 差分放大电路的输入输出方式差分放大电路的输入输出方式2 2 差分放大电路静态计算差分放大电路静态计算3 3 差分放大电路的差模动态计算差分放大电路的差模动态计算南理工紫金学院模拟电子线路1） 差分放大电路的输入方式若信号加到1端和2端之间，称为双端输入.1 1 差分放大电路的输入输出方式差分放大电路的输入输出方式信号仅从一个输入端和地之间加入，另一端接 地，称为单端输入。南理工紫金学院模拟电子线路2 2）差分放大电路的）差分放大电路的输出方式输出方式仅从集电极C1或C2 对地输出，另一端开路， 称为单端输出。从集电极C1和C2 输出，称为双端输出。1 1 差分放大电路的输入输出方式差分放大电路的输入输出方式南理工紫金学院模拟电子线路 2 差分放大电路的静态计算1）双端输出时T2管的静态工作点与T1管的相同南理工紫金学院模拟电子线路由IB的计算式可知，RE对一半差分电路而 言，只有2RE 才能获得相同的电压降。思考：接入负载后，静态工作点有无变化？南理工紫金学院模拟电子线路2)单端输出时 画半边电路的直 流等效电路南理工紫金学院模拟电子线路 3 长尾电路的差模动态计算 差分放大电路的差模工作状态分为四种: 1. 双端输入、双端输出（双-双） 2. 双端输入、单端输出（双-单） 3. 单端输入、双端输出（单-双） 4. 单端输入、单端输出（单-单） 主要讨论的问题有： 差模电压放大倍数 差模输入电阻 输出电阻南理工紫金学院模拟电子线路a 双端输入双端输出差模输入电阻输出电阻差模电压放大倍数南理工紫金学院模拟电子线路b 单端输入双端输出单端输入信号可以转换为双端输入ui1 = ui2 = ui /2单端输入双端输出与双端输入双端输 出结果一样南理工紫金学院模拟电子线路差模输入电阻差模电压放大倍数输出电阻半边电路的微变 等效电路南理工紫金学院模拟电子线路 差模信号输入时，RE上的交流信号抵消，虽然RE上没并联电容，但对交流信号仍短路。 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数。说明南理工紫金学院模拟电子线路 c 双端输入单端输出这种方式适用于将 差模信号转换为单 端输出的信号。若从3端输出（同相输出）若从4端输出（反相输出）南理工紫金学院模拟电子线路d 单端输入单端输出单端输入单端输出与双端输入单端 输出一样南理工紫金学院模拟电子线路输出电阻差模电压放大倍数 差模输入电阻南理工紫金学院模拟电子线路1 RL对静态工作点有影响。 2 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数的一 半。 3 Ad可正可负：若信号从3端输出，则1端为反相输入端，2端 为同相输入端。若信号从4端输出，则2端为反相输入端，1端 为同相输入端。说明南理工紫金学院模拟电子线路双端输出时对零点漂移抑制很强；单端输出时 ，只靠射极电阻RE来抑制零漂，两管零漂互相补 偿的作用消失，故其零漂较大，共模电压放大 倍数较大共模信号输入南理工紫金学院模拟电子线路为更好的抑制共模信号，常采用恒流源 差分放大电路，恒流源的直流电阻很小，交 流电阻很大。9.2.3 电流源和具有电流源的差分放大电路南理工紫金学院模拟电子线路由图可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于 UBE1 UBE2 ，则忽略基极电流，可得两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻 的阻值成反比，故称为比例电流源。1、比例电流源+VCCRIREFV1 V2IOIB1IB22IB IC1R1R2南理工紫金学院模拟电子线路 2. 镜像电流源(Current Mirror)基准电流：由于 V1与 V2 参数基本相同 ，UBE1 = UBE2，则：IB1 = IB2 = IB所以当满足 2 时，则IC1 = IC2 = ICIC1V1V2IO南理工紫金学院模拟电子线路3. 具有电流源的差分放大电路简化电路图南理工紫金学院模拟电子线路总结： 南理工紫金学院模拟电子线路二者比值为：双端输出和单端输出时放大倍数的关系：南理工紫金学院模拟电子线路一 放大电路的工作状态二 乙类双电源互补对称功率放大电路 三 甲乙类互补对称功率放大电路 四 单电源互补对称功率放大电路3.4 功率放大电路南理工紫金学院模拟电子线路多级放大电路的末级是功率放大电路，功率放 大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。 该电路应达到的基本要求：基本要求1、为了获得尽可能大的输出功率，必须使输出信 号电压和电流都要大；三极管工作在极限状态，要 选用功率管，放大电路的输出电阻与负载匹配概述南理工紫金学院模拟电子线路2、效率要高：放大电路输出给负载的功率是由 直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费 ，管子温度升高，减短管子的寿命，放大电 路的效率用表示，为： =POMAX/PE，其中 POMAX为最大输出功率，等于输出电压和输出 电流有效值的乘积，PE为电源提供的功率4、要考虑管子的散热3、尽量减小非线性失真南理工紫金学院模拟电子线路一、功放的工作状态三极管根据导通时间可分为如下三个状态，甲类-三极管360导电；甲乙类-三极管180360导电乙类-三极管180导电南理工紫金学院模拟电子线路图 三极管的工作状态tiCO Icm2ICQ甲类( = 2 )tiCO Icm 2ICQ乙类( = )tiCO IcmICQ 2 甲乙类( 0 时：V2 导通，C 放电，V2 的等效电源电压 0.5VCC。当 ui 0 时：V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。电容 C 的作用： 1)充当 VCC / 2 电源2)耦合交流信号南理工紫金学院模拟电子线路 2. 工作原理若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真时，T1导通、T2截止；时，T1截止、 T2导通。设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号南理工紫金学院模拟电子线路 3 OTL3 OTL电路的分析计算电路的分析计算（1 1）计算输出功率）计算输出功率P PO O和最大不和最大不 失真输出功率失真输出功率P POMOMU UOO和和IO为输出电压和输出电流的有效值为输出电压和输出电流的有效值最大不失真输出功率最大不失真输出功率P POMOM南理工紫金学院模拟电子线路 （2 2）计算电源提供的功率）计算电源提供的功率P PE E最大不失最大不失 真输出时真输出时VAVB南理工紫金学院模拟电子线路 （3 3）效率）效率 最大不失最大不失 真输出时真输出时南理工紫金学院模拟电子线路调整R1、R2阻值的大小， 可使此时电容上电压4 实际电路克服交越失真前置放大正向偏置南理工紫金学院模拟电子线路OCL 电路和 OTL 电路的比较OCLOTL电源双电源单电源信号交、直流交流频率响应好fL 取决于输出耦合电容 C电路结构较简单较复杂Pomax南理工紫金学院模拟电子线路 例：在OTL和OCL电路中，VCC均为15V，RL=10, UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输 出功率、电源提供的功率、效率.解：在OTL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：南理工紫金学院模拟电子线路在OCL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：南理工紫金学院模拟电子线路3.5 多级放大电路一 多级放大电路的组成及耦合方式二 多级放大电路性能指标估算三 集成运算放大器及基本应用电路南理工紫金学院模拟电子线路一 多级放大电路的组成及耦合方式1 组成第 一 级第 二 级第n -1 级第 n 级RL输入级 中间级输出级（ 末级）前置级（放大信号）放大功率南理工紫金学院模拟电子线路2 放大电路的耦合形式 1）耦合两单级放大电路间的连接2）对耦合电路的要求：耦合电路能保证不引起失真。尽量减小信号在耦合电路上的损失。耦合电路能保证各级有合适的静态工作点。南理工紫金学院模拟电子线路a 电抗性元件耦合级间采用电容或变压器耦合。阻 容 耦 合各级静态工作点不互相影响不易集成。不能传送直流、变化缓慢的信号。3) 耦合形式 南理工紫金学院模拟电子线路b 直接耦合 耦合电路采用直接连接或电阻 连接，不采用电抗性元件。各级静态工作点互 相影响产生零点漂移。可放大直流和变化缓 慢的信号。便于集成。南理工紫金学院模拟电子线路零点漂移 2)产生零点漂移的主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。在多数放大器中，前级的零点漂移影响最大，级数越多和放大倍数越大，则零点漂移越严重。1）零点漂移:是指当放大器的输入端短路时，在输出端有不规律的、变化缓慢的电压产生的现象。南理工紫金学院模拟电子线路输入级采用差分可以有效的减小温度漂移南理工紫金学院模拟电子线路变压器耦合不能传送直流、变化缓慢或高频信号。另变压器需 用有色金属和磁性材料，体积大，成本高。传递电压的同时，还可进行电压、电流和阻抗变换各级静态工作点不互相影响不能集成。南理工紫金学院模拟电子线路 二 多级放大电路性能指标的估算1、阻容耦合多级放大电路的结构特点a 后一级的输入电阻作为前一级的负载考 虑，即RL1=Ri2b 前一级的输出电阻等效为后一级的信号 源内阻。南理工紫金学院模拟电子线路 2、阻容耦合多级放