第7章 放大电路,本章要点 知道基本放大电路的组成。 熟知基本放大电路的工作原理。 掌握静态工作点和动态性能的分析计算。 认识多级放大器。 了解差动放大器。 了解射级输出器。 知道理想集成运算放大器的特点。 掌握集成运算放大器输入方式特点。 熟悉集成运算放大器的各种应用。 清楚负反馈对放大器的影响。,第7章 放大电路,放大电路是用来增大电信号幅值的电子电路。电压放大电 路可将小电压信号转换为大电压信号，电流放大电路可将小电 流信号转换为大电流信号。放大电路需要在晶体管上施加直流 电源才能工作。,信号源,放大电路,负载,直流电源,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.1 放大电路的组成,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.2 基本放大电路的工作原理,1静态工作情况,放大电路在输入交流信号为零时，由于直流电源UCC的存在，电路中各处已经存在着直流电压和直流电流，电路这时的工作状态被称为静态。,静态时，晶体管的IB、IC、UCE称为该放大电路的静态工作点。静态工作点的这三个量的大小可以用估算法计算的。,先按直流信号在电路中流通的路径画出电路的直流通路。在直流电路中，电容视为开路，电感视为短路，该基本放大电路的直流通路如图所示。,。,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.2 基本放大电路的工作原理,2动态工作情况,放大电路输入交流信号不为零时的工作状态被称之为动态。若电路输入交流信号ui=Uimsint V，且是小信号，则电路中各电量将在原静态值上叠加一个交流分量，具体情况如图。,iC=IC+ic,iB=IB+ib,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.2 基本放大电路的工作原理,2动态工作情况,把信号uo和ui进行比较会发现，二者频率相同，相位相反，uo幅值得到放大，因此，共发射极放大电路通常又被称为反相放大器。,放大电路工作在动态时，放大电路的交流通路如图所示。在画交流通路时，把放大电路中的耦合电容都视为短路，把直流电源也视为短路。,放大电路工作在动态时需要确定的主要是电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.2 基本放大电路的工作原理,2动态工作情况,1）放大倍数Au 电压放大倍数是指放大电路输出信号的电压与输入信号的电压比值。 它反映出放大电路对电压的放大能力。即,无负载时,有负载时,其中rbe为晶体管基极和发射极间的动态电阻,输出端等效电阻,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.2 基本放大电路的工作原理,2动态工作情况,2)输入电阻ri和输出电阻ro,放大电路的输入电阻是从放大电路的输入端看进去的交流等效电阻，它反映放大电路对所接信号（或前一级放大电路）的影响程度。,放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看进去的交流等效电阻， 它是衡量放大电路带负载能力的一个性能指标。,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,【例7-1】。对图7-6所示的放大电路，画出它的直流通路，求静态工作点，画出它的交流通路，计算其电压放大倍数、输入输出电阻。,解：（1）直流通路如图所示，求静态工作点,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,（2）交流通路如图所示，求交流参数,【例7-1】,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.3 静态工作点的选择,静态工作点的选择对放大电路的工作有很大的影响，选择不当，容易引起失真。 表7-3反映了静态工作点选择不同而造成的不同波形失真。,表7-3 静态工作点与波形,第7章 放大电路,7.1 基本放大电路,7.1.4 静态工作点的稳定,由于晶体管的参数受温度影响很大，在环境温度变化或更换管子等情况下， 会引起静态工作点的变化，从而影响放大电路的正常工作。共发射极基本放大 电路结构简单，静态工作点不稳定是它的缺点。因此，我们需要在电路结构上 采取措施来稳定静态工作点。,如图所示为分压式偏置电路，它是一种应用最广泛的可以稳定静态工作 点的放大电路。,此电路的特点：,1)利用电阻Rb1和Rb2分压来稳定基极电位,VB近似恒定不变，随温度变化很小。,IC,IE,VE,UBE,（=VB-VE）,IE,IC,2)利用发射极电阻Re的直流反馈，实现 工作点稳定。,第7章 放大电路,7.2 多级放大器,单级放大电路的放大能力是有限的。在实际应用中，最直接的方法就是 用由多个单级放大电路组成的多级放大电路，把微弱的输入信号连续放大多次，以满足负载对驱动信号的要求。,7.2.1 多级放大电路的组成,一个多级放大电路一般可分为输入级、中间级和输出级三部 分，如图所示。,多级放大电路的第一级通常与信号源相连，称为输入级；多级 放大电路的最后一级通常与负载相连，称为输出级；其余称为中间级。,第7章 放大电路,7.2 多级放大器,多级放大电路各部分的功能,7.2.1 多级放大电路的组成,各级放大电路在多级放大电路中所处位置不同，作用也就不同， 考虑的侧重点应该不同。,第7章 放大电路,7.2 多级放大器,7.2.2 级间耦合方式,在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合。级间的耦合应满足两点：一是静态工作点互不影响；二是前级输入信号能顺利传递到后级，而且在传递过程中损耗和失真要尽可能的小。常用的级间耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合三种方式。三种耦合方式各有其特点。,三种耦合方式的特点,第7章 放大电路,7.2 多级放大器,7.2.3 多级放大电路的电压放大倍数,输入信号在多级放大电路中被一级接一级的放大，设各级放大器 放大倍数依次为Au1、Au2、Aun，则多级放大电路总的电压放大 倍数为各级电压放大倍数之积，即,电压放大倍数在工程中常用对数形式来表示，称为电压增益，用字母Gu 表示，单位为分贝（dB），定义为,多级放大器的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻；多级放大电 路的输出电阻就是最后一级放大电路的输出电阻。,第7章 放大电路,7.3 其它放大电路,7.3.1 差动放大电路,1零点漂移,2典型差动放大电路,当输入信号为零时，在输出端却出现忽大忽小、忽快忽慢的不规则输出 信号，这就是零点漂移现象。在直接耦合放大电路中，零点漂移信号严重时 会将有用信号淹没。解决零点漂移最有效的措施是采用差动放大电路。,差动放大电路是一种能够有效地抑制零点漂移的直流放大器，如图所示 是差动放大电路的典型电路，它是由两个完全对称的单管 放大电路组成的。,静态时，,UO=UO1-UO2=0,动态时，,由于电路的对称性，电源电压波动和 环境温度变化时，会对V1和V2产生相同的 影响，使V1和V2产生相同的变化，即uo1=uo2， 则uo=0。可见利用两管的对称性，可有 效地抑制零点漂移。,第7章 放大电路,3)输出电阻低，一般为几欧至几百欧。,射极输出器具有输入电阻高、输出电阻低的特点，在各种电路中应用很广泛。 如图所示，由于输出信号是由晶体管发射极输出，所以称它为射极输出器。,7.3 其它放大电路,7.3.2 射极输出器,1射极输出器的特点,1)输出电压与输入电压相位相同，大小近似相等，即电压放大倍数近似为1。 输出电压随输入电压变化而变化，具有很好的跟随性，因此该电路我们又称之为射极跟随器。,2)输入电阻很高，可达几十千欧到几百千欧。,2射极输出器的应用,1）用作输入级 在要求输入电阻很高的 放大电路中，常用射极输出器作输入级。,2）用作输出级 由于射极输出器的输出 电阻低，常用于放大器的输出级。,3) 用作中间隔离级 将其接在两级共射放大电路之间，利用它输入电阻高和输出电阻低的特点，隔离了级间的相互影响，使前、后级能够得到更好的配合。,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,运算放大器是一个高放大倍数的直接耦合多级放大器，为了便于使用， 运算放大器常被制成集成电路，称为集成运算放大器，简称运放。运放的 结构框图及符号表示如图所示。,输入级一般采用差动放大电路，以抑制零点漂移；中间级是高增益的电 压放大电路，作用是提供大的电压放大倍数；输出级常采用射极输出器，以 提供较大的输出功率和带负载能力；偏置电路的作用是给集成运放各级提供 合适的静态工作点。,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,7.4.1 理想运算放大器,在实际应用中，为了简化分析，通常把集成运放看作一个理想运算放大器。 如图所示，是运算放大器的等效电路。理想化的运算放大器被称为理想运算放大器。,理想运算放大器特性为：,开环电压放大倍数为无穷大，即Auo=，而且可以任意改变。,输入电阻为无穷大，即ri=。,输出电阻为零，即ro=0。,输入、输出特性的直线性好。,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,7.4.1 理想运算放大器,当集成运放工作在线性区时，有下面两个重要结论存在：,反相输入端和同相输入端之间处于“虚假短路”状态，而不是真短路,简称虚短。也就是说反相输入端电位等于同相输入端电位，即,反相输入端的电流与同相输入端的电流均近似为零，使输入电路处于 “虚假断路”状态，而不是真断路，简称虚断。即,第7章 放大电路,运算放大器三种输入方式特点,7.4 运算放大器,7.4.2 运算放大器的输入方式,集成运算放大器有两个输入端，所谓反相输入端是指输出和输入的相位相反时的输入， 同相输入端是指与输出同相位的输入。因此，集成运放信号的输入方式有三种，即： 反相输入方式；同相输入方式；差动输入方式。这三种输入方式各有其特点，见表。,uo,R3,第7章 放大电路,反比例放大器,7.4 运算放大器,7.4.3 运算放大器的主要应用,1比例放大器,比例运算放大器的特点是输出量与输入量成比例，输出量的相位与输入量的相位 相同或相反。当运算放大电路采用反相输入方式时的电路就是反比例放大器；当运算 放大器采用同相输入方式时的电路就是同相比例放大器。,正比例放大器,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,7.4.3 运算放大器的主要应用,2加法运算电路,加法运算电路是实现若干个输入信号求和功能的电路。具体电路如图所示。,当,时，则,上式表明，输出电压uo为各输入电压信号之和，正好完成加法运算。 式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反。,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,7.4.3 运算放大器的主要应用,减法运算电路是实现若干个输入信号相减功能的电路。 当运算放大器采用差动输入时的电路，就是减法运算电路。见图。,3减法运算电路,此时若,则有,差动输入运放的输出电压为输入电压ui2与ui1之差， 正好实现减法运算。,第7章 放大电路,7.4 运算放大器,7.4.3 运算放大器的主要应用,4电压比较器,理想集成运放工作在开环状态时，由于它的电压放大倍数趋于无穷大， 所以仅当两个输入端即使存在微小的电压差值，也会使输出电压偏向它的 饱和值，也就是输出电压接近电源电压值。电压比较器就是利用运放的这 一特性