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電子線路第3章常用放大器

教學演示文稿

主編陳振源

第3章常用放大器

放大電路在各類電子產品中有著非常廣泛的應用，由于其應用場合和性能要求的不同，放大電路的類型有許多，本章重點介紹幾種較為常用的放大器的功能、電路組成和根本工作原理。3.1集成運算放大器

3.3低頻功率放大器3.2負反響放大器

3.4諧振放大器3.1.1集成運放介紹1.集成運放的結構框圖集成運放的常見封裝外形有雙列直插式和圓殼式等，集成運放的內部電路組成如下圖，包括輸入級、中間級、輸出級和偏置電路等局部。集成運放的常見封裝外形集成運放的組成框圖3.1集成運算放大器2．集成運放內部的差分放大電路差分放大電路由于它在解決零點漂移方面有突出的優點，因而成為集成運放的主要單元。根本差分放大電路是由兩個完全對稱的單管放大器組成的。圖中兩個三極管的特性及左右相對應的電阻參數完全一致。根本差分放大電路〔1〕零點漂移與抑制所謂的零點漂移是指將直流放大器輸入端對地短路，使之處于靜態狀態時，在輸出仍然會出現不規那么變化的電壓。造成零漂的原因是電源電壓的波動和三極管參數隨溫度的變化，其中溫度變化是產生零漂的最主要原因。零點漂移的檢測輸出電壓漂移曲線差分放大電路因左右兩個放大電路完全對稱，因此具有零輸入時零輸出的特點。當溫度變化時，兩管的輸出變化(即每管的零漂)相同，從而有效地抑制了零點漂移。

〔2〕差模輸人輸入信號vI被Rl、R2分壓為大小相等、極性相反的一對輸入信號分別輸入到兩管的基極，稱為差模信號。差分放大器的差模放大倍數為上式說明：根本差分放大器的AVD和單個管放大電路的放大倍數AV是相等的，用多一倍的元件的代價換來了對零點漂移的抑制能力。〔3〕共模輸入在兩個輸入端加上一對大小相等、極性相同的信號vI1=vI2=vI，稱為共模信號，這種輸入方式稱為共模輸入。對于完全對稱的差分放大器，輸出電壓vO=vO1-vO2=0，共模電壓放大倍數為：共模放大倍數AVC愈小，那么說明抑制零漂能力愈強。差分放大器常用共模抑制比KCMR來衡量放大器對有用信號的放大能力及對無用漂移信號的抑制能力，其定義是：

3．集成運放符號與引腳功能集成運放是目前最通用的模擬集成器件，可以將它看成是一個高電壓放大倍數、低零漂的雙端輸入單端輸出式差分放大器，其符號如左以下圖所示。CF741集成運放的引腳功能見右以下圖。集成運放的電路符號

CF741引腳功能

4．集成運放的主要參數

〔1〕開環電壓放大倍數AVD指集成運放無外加反響回路時，輸出信號電壓與輸入差模電壓之比，它表達運放器件的放大能力，一般在103~107之間。〔2〕差模輸入電阻rid是指集成運放的兩個輸入端之間的交流電阻，一般在幾十千歐至幾十兆歐范圍，rid大的集成運放性能好。〔3〕開環輸出電阻rod指集成運放無外加反響回路時的輸出電阻。〔4〕共模抑制比KCMR用來綜合衡量集成運放的放大和抗零漂、抗共模干擾的能力。〔5〕輸入失調電壓VIO在輸入信號為零時，為使輸出電壓也為零，在輸入端所加的補償電壓值。它反映差分放大局部參數的不對稱程度，VIO越小越好，一般為毫伏級。〔6〕輸出峰一峰電壓VOPP指放大器在空載情況下，最大不失真輸出電壓的峰一峰值。〔7〕靜態功耗PD集成運放在輸入端短路、輸出端開路時所消耗的功率。〔8〕開環帶寬BW與放大器的幅頻特性的頻帶寬度相類似，指下限頻率與上限頻率之間的頻率范圍，一般在幾千赫至幾百千赫。1．集成運放的理想特性開環電壓放大倍數AVD=∞；輸入電阻rid=∞；輸出電阻rod=0；頻帶寬度BW=∞。2.理想運放等效電路〔1〕同相輸入端的電位等于反相輸入端的電位，即vI+=vI-當有一個輸入端接地時，另一個輸入端非常接近地電位，稱為“虛地〞。〔2〕輸入電流等于零。理想集成運放的輸入電阻rid=∞，因此輸入端不取用電流，即iI+=iI-=0

3.1.2集成運算放大器的運用

理想運放等效電路

3．集成運算放大器的三種輸入形式〔1〕反相放大器輸入信號vI從運算放大器的反相輸入端參加，就構成反相放大器。R1為輸入耦合電阻。Rf為反響電阻。R2為平衡電阻，取值R2=Rl∥Rf。反相電路的放大倍數為反相電路的輸出電壓為反相放大器

〔2〕同相放大器輸入信號vI從運算放大器的同相輸入端參加，就構成同相放人器。輸入電壓vI通過電阻R2接到同相輸入端，在輸出端與反相輸入端之間接有反響電阻R，為使輸入端保持平衡，R2=R1∥Rf。同相放大器的電壓放大倍數為

同相放大器的輸出電壓為同相放大器〔3〕差分放大器輸入信號vI1通過R1加到反相輸入端，另一輸入信vI2那么通過R2加到同相輸入端，Rf為反響電阻，R3為平衡電阻。當R1=R2，且Rf=R3時，同相放大器的電壓放大倍數為：

同相放大器的輸出電壓為：差分放大器

●不能調零電路沒有參加外接反響電阻Rf，可能產生該故障。假設電路已接入適宜的反響電阻Rf，還出現不能調零問題，其原因可能是接線錯誤、電路虛焊或集成運放損壞。

●“堵塞〞現象切斷電源后再重新通電，或把集成運放的兩個輸入端短路一下，這樣電路就能恢復到正常。

●產生“自激〞加強對正、負電源的濾波，調整電路板的布線結構，防止電路接線過長。應用提示

3．信號運算電路〔1〕加法運算電路通常又稱為加法器，其電路實際上是在反相放大器的根底上增加幾路輸入信號源，圖中的R1、R2、R3為輸入耦合電阻，R4為平衡電阻，R4=R1∥R2∥R3∥Rf。加法運算電路根據集成運放的理想特性有iI=0，所以

集成運放的反相輸入端為虛地點，故有當R1=R2=R3=Rf時，有

輸出電壓vo為各輸入信號電壓之和，式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。〔2〕減法運算電路又稱為減法器，電路構成與差分放大器相同。

減法運算電路當R1=R2=R3=Rf時，由公式得：

上式說明，該差分放大器的輸出電壓為輸入電壓vI2與vI1差，由此實現減法運算。反響是指將放大電路的輸出信號的一局部或全部返回到輸入端，并與輸入信號疊加的過程。在放大電路中引入負反響可以大大改善放大器的性能，因此得到廣泛的應用。3.2.1反響的根本概念1．反響放大器的組成反響放大電路的結構方框如以下圖所示。圖中A代表無反響的放大電路，也稱根本放大電路，F代表反響電路。

反響放大器方框圖3.2負反響放大器開心一刻：“反響〞2.反響的分類〔1〕按反響極性分類正反響：反響信號使凈輸入信號得到增強，常應用于各種振蕩電路。負反響：反響信號使凈輸入信號得到削弱，多應用于以改善放大電路特性為目的場合。正、負反響示意圖正反響常應用于各種振蕩電路負反響常應用于各種放大電路〔2〕按反響成分分類交流反響：反響回來的信號是交流量，交流反響能改善放大電路的交流性能。直流反響：反響回來的信號是直流量，直流反響主要用于穩定放大器的靜態工作點。〔3〕按反響信號在輸出端取樣方式分類電壓反響：反響信號取自放大電路的輸出電壓vo，反響信號是與輸出電壓成正比。電流反響：反響信號取自放大電路的輸出電流io，反響信號是與輸出電流成正比。電壓反響示意圖電流反響示意圖〔4〕按反響信號在輸入端接入方式分類串聯反響：在放大電路的輸入回路中，反響信號vf與外輸入電壓vi串聯后加至放大器件的輸入端。串聯反響信號在輸入端以電壓形式出現。并聯反響：在放大電路的輸入回路中，反響信號if與輸入電流ii并聯后加至放大器的輸入端。并聯反響信號在輸入端以電流形式出現。串聯反響示意圖并聯反響示意圖3.2.2三極管負反響放大電路1．反響類型的判別方法觀察放大電路有無反響元件判斷電壓和電流反響的方法判別串聯和并聯反響的方法判別反響極性找到聯系放大器輸出與輸入回路之間的元件，這是判斷反響存在與否的依據。根據反響信號在輸出端取樣方式來判斷根據反響信號在輸入端的接入方式來判斷

采用瞬時極性法來判別

〔1〕判斷電壓和電流反響共射電路情況共集電路情況

〔2〕判別串聯和并聯反響

〔3〕判別反響極性假定輸入信號vi加至三極管的基極瞬時極性為“+〞。假設反響信號返回三極管基極為“+〞，那么為正反響。反之，反響信號返回三極管的基極為“-〞，那么為負反響。假設反響信號返回三極管的發射極為“+〞，為負反響。假設返回三極管的發射極為“-〞那么為正反響。反響至放大電路的基極反響至放大電路的發射極2．常見的幾種三極管反響放大電路〔1〕電壓并聯負反響放大電路〔2〕電壓串聯負反響放大電路單級電壓串聯負反響放大電路兩級電壓串聯負反響放大電路〔3〕電流串聯負反響放大電路〔4〕電流并聯負反響放大電路1．負反響使放大倍數下降，提高放大倍數的穩定性2．負反響使非線性失真減小3．負反響可展寬通頻帶4．負反響可改變輸入電阻和輸出電阻的大小3.2.3負反響放大器性能的影響多級放大電路末級的輸出信號往往都是送到負載，驅動其正常工作。負載裝置常見的有揚聲器、伺服電機、記錄儀表、繼電器、電視機的掃描偏轉線圈等。這類主要用于向負載提供低頻信號功率的放大電路稱為低頻功率放大電路。3.3.1功率放大電路的根本要求1．有足夠大的輸出功率2．效率要高3．非線性失真要小4．功放管散熱要好3.3低頻功率放大器

家用立體聲功率放大器3.3.2功率放大器的分類1．按靜態工作點設置分類：甲類、乙類、甲乙類2．按耦合方式分類：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合甲類功率放大器工作狀態乙類功率放大器工作狀態甲乙類功率放大器工作狀態3.3.3雙電源互補對稱電路〔OCL電路〕1．電路根本結構由+VCC、Vl和RL組成NPN型管射極輸出電路，由-VCC、V2和RL組成PNP型管的射極輸出電路。Vl與V2管的基極連接在一起作為信號輸入端，兩管的發射極也連接在一起作為信號的輸出端，直接與負載相連接。OCL原理電路

●當輸入信號vi為正半周時，V2管發射結反偏而截止，V1管發射結正偏而導通，產生電流iC1流經負載RL形成輸出電壓vo的正半周。

●當輸入信號vi為負半周時，V1管的發射結反偏而截止，V2管的發射結正偏而導通，產生電流iC2流經負載RL形成輸出電壓vo的負半周。

●綜上所述，V1管與V2管交替導通，分別放大信號的正、負半周，于是在負載獲得完整的輸出信號。2．工作原理OCL放大電路工作波形3．輸出功率和效率OCL電路中，負載RL上輸出的電壓和電流的最大值為:OCL電路的理想效率為:

●OCL電路的互補管V1與V2必須選用特性根本相同的配對管。

●功率放大器的功放管由于工作在大電流狀態，且溫度較高，屬易損器件，在電子設備的檢修中應注意檢查功放管是否損壞。

應用提示

4．交越失真及其消除方法OCL電路在沒有直流偏置的情況下，當輸入電壓vi低于死區電壓時，V1和V2管會產生截止，即在正、負半周的交替處出現一段死區，這種現象稱為交越失真。

交越失真波形消除交越失真的OCL電路消除交越失真的方法是在兩個功放管基極間串入二極管V4和V5，利用二極管的壓降為三極管V2、V3的發射結提供正向偏置電壓，使管子處于微導通狀態，即工作于甲乙類狀態，此時負載RL上輸出信號波形就不會出現交越失真。1.OTL根本電路OTL功率放大電路的V1管與V2管是一對導電類型不同，特性對稱的配對管。從電路連接方式上看兩管均接成射極輸出電路，工作于乙類狀態。OTL與OCL電路不同之處有兩點：第一，由雙電源供電改為單電源供電；第二，輸出端與負載RL的連接由直接耦合改為電容耦合。3.3.4單電源互補對稱電路〔OTL電路〕OTL功率放大電路實物圖OTL功率放大電路圖

2.工作原理●靜態時，V1、V1雙管都截止。●輸入交流信號vi為正半周時，V1導通，V2截止，電源VCC過V1向耦合電容C1充電，并在負載RL上輸出正半周波形。●輸入交流信號vi為負半周時，V1管截止，V2管導通，耦合電容C1放電向V2管提供電源，并在負載RL上輸出負半周波形。、綜上所述可知，V1管放大信號的正半周，V2管放大信號的負半周，兩管工作性能對稱，在負載上獲得正，負半周完整的輸出波形。3．輸出功率和效率最大輸出功率為：OTL電路的理想效率：4．典型電路分析典型OTL功率放大電路的見以下圖，它由鼓勵放大級和輸出放大級所組成。OTL實物連接圖OTL原理電路圖5．采用復合管的OTL電路把兩個或兩個以上的三極管的電極適當地連接起來，等效一個管子使用，即為復合管。它有四種連接方式，圖〔a〕、〔b〕由兩只同類型管子構成復合管，圖〔e〕、〔d〕那么由不同類型的兩只管子構成復合管。四種常見復合管形式

超聲波壓焊機中的功率放大電路如以下圖所示，三極管V1組成鼓勵放大級，V2與V4管組成NPN型復合管，V3與V5管組成PNP型復合管，兩只復合管作為電路的輸出配對管，由于大功率管V4和V5都是NPN型管，因此可選用同型號、性能接近的管子。超聲波壓焊機的功率放大電路應用實例

3.3.5集成功率放大器

1．4100功放集成電路介紹4100功放集成電路屬于直接耦合的多級放大電路結構，主要由差分輸入級、中間放大級和OTL輸出級所組成。4100集成電路的14腳為雙排直插式塑料封裝結構，該集成電路帶有散熱片。

4100功放集成框圖4100功放集成電路引腳排列

用LA4100功放集成電路組成的互補對稱式功率放大器的原理電路和印刷電路板裝配圖。應用實例

〔a〕原理電路(b)印刷電路板裝配圖采用具有諧振性質的元件作負載的放大器稱為諧振放大器，又稱調諧放大器。諧振放大器具有選頻放大作用，即選擇有用信號進行放大，而對通頻帶以外的各種頻率信號根本不放大，在無線接收系統中常用作高頻、中頻放大器。3.4.1單諧振放大器輸入信號經變壓器T1加在三極管的b、e之間進行放大，三極管集電極所接的電感L與電容C組成并聯諧振回路，當諧振回路調諧在輸入信號頻率時，在并聯諧振回路獲得最大的諧振電壓，這個電壓經變壓器T2耦合到負載阻抗RL上，從而使負載得到較大的信號功率或電壓。3.4諧振放大器單諧振放大電路

3.4.2雙諧振放大器為了提高諧振放大器選頻特性或改善通頻帶，可以采用具有兩個LC選頻回路的雙諧振放大器。雙諧振放大器一般有互感耦合和電容耦合兩種形式，圖〔a〕為互感耦合雙諧振放大器，圖〔b〕為電容耦合雙諧振放大器。〔a〕互感耦合雙諧振放大電路〔b〕電容耦合雙諧振放大電路雙諧振放大器具有較好的通頻帶和選擇性，雙諧振回路的諧振曲線如以下圖所示。松耦合臨界耦合緊耦合

3.4.3集成諧振放大器1．電路組成集成諧振放大器的組成結構主要有兩種形式，一種是濾波器在寬帶放大器后面如左以下圖所示，另一種是濾波器在寬帶放大器前面如右以下圖所示。

2．陶瓷諧振放大器陶瓷濾波器是由壓電陶瓷材料制成的具有選頻特性的二端或三端器件。與一般的LC諧振回路相比，具有體積小、重量輕、耐振動、選頻特性好等優點。〔1〕二端陶瓷濾波器

濾波器在寬帶放大器后面濾波器在寬帶放大器前面外型電路圖等效電路諧振特性〔2〕三端陶瓷濾波器外型電路圖等效電路諧振特性〔3〕三端陶瓷濾波放大器

長虹彩色電視機的伴音集成中頻放大電路3．聲外表波諧振放大器聲外表波濾波器具有工作頻率高，通頻帶寬、選頻特性好、體積小等優點，并且可采用集成電路相同的生產工藝，制造簡單，本錢低，頻率特性的一致性較好，因此廣泛應用于各種電子設備中。聲外表波濾波器的符號和結構示意如下圖。它是以石英、鉭酸鋰或鈮酸鋰等壓電晶體為基片，經外表拋光后在其上蒸發一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉換功能的叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。

外表波濾波器符號聲外表波濾波器結構示意康佳T2588B彩電中頻諧振放大電路如下圖。由高頻頭的1腳輸出的中頻信號經L101、R101、R102和C104組成的帶通濾波器濾波后，送到前置放大管V102進行放大，獲得20dB左右的增益，再由聲外表波濾波器Z101形成所需的幅頻特性，然后送入集成電路TDA8362的45、46腳，在集成電路內進行中頻放大。應用實例

康佳T2588B彩電中頻諧振放大電