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電子線(xiàn)路第3章常用放大器

教學(xué)演示文稿

主編陳振源

第3章常用放大器

放大電路在各類(lèi)電子產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用，由于其應(yīng)用場(chǎng)合和性能要求的不同，放大電路的類(lèi)型有許多，本章重點(diǎn)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(yùn)算放大器

3.3低頻功率放大器3.2負(fù)反響放大器

3.4諧振放大器3.1.1集成運(yùn)放介紹1.集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)放的常見(jiàn)封裝外形有雙列直插式和圓殼式等，集成運(yùn)放的內(nèi)部電路組成如下圖，包括輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等局部。集成運(yùn)放的常見(jiàn)封裝外形集成運(yùn)放的組成框圖3.1集成運(yùn)算放大器2．集成運(yùn)放內(nèi)部的差分放大電路差分放大電路由于它在解決零點(diǎn)漂移方面有突出的優(yōu)點(diǎn)，因而成為集成運(yùn)放的主要單元。根本差分放大電路是由兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的單管放大器組成的。圖中兩個(gè)三極管的特性及左右相對(duì)應(yīng)的電阻參數(shù)完全一致。根本差分放大電路〔1〕零點(diǎn)漂移與抑制所謂的零點(diǎn)漂移是指將直流放大器輸入端對(duì)地短路，使之處于靜態(tài)狀態(tài)時(shí)，在輸出仍然會(huì)出現(xiàn)不規(guī)那么變化的電壓。造成零漂的原因是電源電壓的波動(dòng)和三極管參數(shù)隨溫度的變化，其中溫度變化是產(chǎn)生零漂的最主要原因。零點(diǎn)漂移的檢測(cè)輸出電壓漂移曲線(xiàn)差分放大電路因左右兩個(gè)放大電路完全對(duì)稱(chēng)，因此具有零輸入時(shí)零輸出的特點(diǎn)。當(dāng)溫度變化時(shí)，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(diǎn)漂移。

〔2〕差模輸人輸入信號(hào)vI被Rl、R2分壓為大小相等、極性相反的一對(duì)輸入信號(hào)分別輸入到兩管的基極，稱(chēng)為差模信號(hào)。差分放大器的差模放大倍數(shù)為上式說(shuō)明：根本差分放大器的AVD和單個(gè)管放大電路的放大倍數(shù)AV是相等的，用多一倍的元件的代價(jià)換來(lái)了對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。〔3〕共模輸入在兩個(gè)輸入端加上一對(duì)大小相等、極性相同的信號(hào)vI1=vI2=vI，稱(chēng)為共模信號(hào)，這種輸入方式稱(chēng)為共模輸入。對(duì)于完全對(duì)稱(chēng)的差分放大器，輸出電壓vO=vO1-vO2=0，共模電壓放大倍數(shù)為：共模放大倍數(shù)AVC愈小，那么說(shuō)明抑制零漂能力愈強(qiáng)。差分放大器常用共模抑制比KCMR來(lái)衡量放大器對(duì)有用信號(hào)的放大能力及對(duì)無(wú)用漂移信號(hào)的抑制能力，其定義是：

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

CF741引腳功能

4．集成運(yùn)放的主要參數(shù)

〔1〕開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AVD指集成運(yùn)放無(wú)外加反響回路時(shí)，輸出信號(hào)電壓與輸入差模電壓之比，它表達(dá)運(yùn)放器件的放大能力，一般在103~107之間?！?〕差模輸入電阻rid是指集成運(yùn)放的兩個(gè)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(yùn)放性能好?！?〕開(kāi)環(huán)輸出電阻rod指集成運(yùn)放無(wú)外加反響回路時(shí)的輸出電阻?！?〕共模抑制比KCMR用來(lái)綜合衡量集成運(yùn)放的放大和抗零漂、抗共模干擾的能力。〔5〕輸入失調(diào)電壓VIO在輸入信號(hào)為零時(shí)，為使輸出電壓也為零，在輸入端所加的補(bǔ)償電壓值。它反映差分放大局部參數(shù)的不對(duì)稱(chēng)程度，VIO越小越好，一般為毫伏級(jí)?！?〕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(tài)功耗PD集成運(yùn)放在輸入端短路、輸出端開(kāi)路時(shí)所消耗的功率?！?〕開(kāi)環(huán)帶寬BW與放大器的幅頻特性的頻帶寬度相類(lèi)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(yùn)放的理想特性開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AVD=∞；輸入電阻rid=∞；輸出電阻rod=0；頻帶寬度BW=∞。2.理想運(yùn)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(dāng)有一個(gè)輸入端接地時(shí)，另一個(gè)輸入端非常接近地電位，稱(chēng)為“虛地〞?！?〕輸入電流等于零。理想集成運(yùn)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(yùn)算放大器的運(yùn)用

理想運(yùn)放等效電路

3．集成運(yùn)算放大器的三種輸入形式〔1〕反相放大器輸入信號(hào)vI從運(yùn)算放大器的反相輸入端參加，就構(gòu)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(shù)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(hào)vI從運(yùn)算放大器的同相輸入端參加，就構(gòu)成同相放人器。輸入電壓vI通過(guò)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(shù)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(hào)vI1通過(guò)R1加到反相輸入端，另一輸入信vI2那么通過(guò)R2加到同相輸入端，Rf為反響電阻，R3為平衡電阻。當(dāng)R1=R2，且Rf=R3時(shí)，同相放大器的電壓放大倍數(shù)為：

同相放大器的輸出電壓為：差分放大器

●不能調(diào)零電路沒(méi)有參加外接反響電阻Rf，可能產(chǎn)生該故障。假設(shè)電路已接入適宜的反響電阻Rf，還出現(xiàn)不能調(diào)零問(wèn)題，其原因可能是接線(xiàn)錯(cuò)誤、電路虛焊或集成運(yùn)放損壞。

●“堵塞〞現(xiàn)象切斷電源后再重新通電，或把集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端短路一下，這樣電路就能恢復(fù)到正常。

●產(chǎn)生“自激〞加強(qiáng)對(duì)正、負(fù)電源的濾波，調(diào)整電路板的布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，防止電路接線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)。應(yīng)用提示

3．信號(hào)運(yùn)算電路〔1〕加法運(yùn)算電路通常又稱(chēng)為加法器，其電路實(shí)際上是在反相放大器的根底上增加幾路輸入信號(hào)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(yùn)算電路根據(jù)集成運(yùn)放的理想特性有iI=0，所以

集成運(yùn)放的反相輸入端為虛地點(diǎn)，故有當(dāng)R1=R2=R3=Rf時(shí)，有

輸出電壓vo為各輸入信號(hào)電壓之和，式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓相位相反?！?〕減法運(yùn)算電路又稱(chēng)為減法器，電路構(gòu)成與差分放大器相同。

減法運(yùn)算電路當(dāng)R1=R2=R3=Rf時(shí)，由公式得：

上式說(shuō)明，該差分放大器的輸出電壓為輸入電壓vI2與vI1差，由此實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。反響是指將放大電路的輸出信號(hào)的一局部或全部返回到輸入端，并與輸入信號(hào)疊加的過(guò)程。在放大電路中引入負(fù)反響可以大大改善放大器的性能，因此得到廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)方框如以下圖所示。圖中A代表無(wú)反響的放大電路，也稱(chēng)根本放大電路，F(xiàn)代表反響電路。

反響放大器方框圖3.2負(fù)反響放大器開(kāi)心一刻：“反響〞2.反響的分類(lèi)〔1〕按反響極性分類(lèi)正反響：反響信號(hào)使凈輸入信號(hào)得到增強(qiáng)，常應(yīng)用于各種振蕩電路。負(fù)反響：反響信號(hào)使凈輸入信號(hào)得到削弱，多應(yīng)用于以改善放大電路特性為目的場(chǎng)合。正、負(fù)反響示意圖正反響常應(yīng)用于各種振蕩電路負(fù)反響常應(yīng)用于各種放大電路〔2〕按反響成分分類(lèi)交流反響：反響回來(lái)的信號(hào)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(lái)的信號(hào)是直流量，直流反響主要用于穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)?！?〕按反響信號(hào)在輸出端取樣方式分類(lèi)電壓反響：反響信號(hào)取自放大電路的輸出電壓vo，反響信號(hào)是與輸出電壓成正比。電流反響：反響信號(hào)取自放大電路的輸出電流io，反響信號(hào)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(hào)在輸入端接入方式分類(lèi)串聯(lián)反響：在放大電路的輸入回路中，反響信號(hào)vf與外輸入電壓vi串聯(lián)后加至放大器件的輸入端。串聯(lián)反響信號(hào)在輸入端以電壓形式出現(xiàn)。并聯(lián)反響：在放大電路的輸入回路中，反響信號(hào)if與輸入電流ii并聯(lián)后加至放大器的輸入端。并聯(lián)反響信號(hào)在輸入端以電流形式出現(xiàn)。串聯(lián)反響示意圖并聯(lián)反響示意圖3.2.2三極管負(fù)反響放大電路1．反響類(lèi)型的判別方法觀(guān)察放大電路有無(wú)反響元件判斷電壓和電流反響的方法判別串聯(lián)和并聯(lián)反響的方法判別反響極性找到聯(lián)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(jù)。根據(jù)反響信號(hào)在輸出端取樣方式來(lái)判斷根據(jù)反響信號(hào)在輸入端的接入方式來(lái)判斷

采用瞬時(shí)極性法來(lái)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(lián)和并聯(lián)反響

〔3〕判別反響極性假定輸入信號(hào)vi加至三極管的基極瞬時(shí)極性為“+〞。假設(shè)反響信號(hào)返回三極管基極為“+〞，那么為正反響。反之，反響信號(hào)返回三極管的基極為“-〞，那么為負(fù)反響。假設(shè)反響信號(hào)返回三極管的發(fā)射極為“+〞，為負(fù)反響。假設(shè)返回三極管的發(fā)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(fā)射極2．常見(jiàn)的幾種三極管反響放大電路〔1〕電壓并聯(lián)負(fù)反響放大電路〔2〕電壓串聯(lián)負(fù)反響放大電路單級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反響放大電路兩級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反響放大電路〔3〕電流串聯(lián)負(fù)反響放大電路〔4〕電流并聯(lián)負(fù)反響放大電路1．負(fù)反響使放大倍數(shù)下降，提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性2．負(fù)反響使非線(xiàn)性失真減小3．負(fù)反響可展寬通頻帶4．負(fù)反響可改變輸入電阻和輸出電阻的大小3.2.3負(fù)反響放大器性能的影響多級(jí)放大電路末級(jí)的輸出信號(hào)往往都是送到負(fù)載，驅(qū)動(dòng)其正常工作。負(fù)載裝置常見(jiàn)的有揚(yáng)聲器、伺服電機(jī)、記錄儀表、繼電器、電視機(jī)的掃描偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈等。這類(lèi)主要用于向負(fù)載提供低頻信號(hào)功率的放大電路稱(chēng)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(xiàn)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(lèi)1．按靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置分類(lèi)：甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)2．按耦合方式分類(lèi)：阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合甲類(lèi)功率放大器工作狀態(tài)乙類(lèi)功率放大器工作狀態(tài)甲乙類(lèi)功率放大器工作狀態(tài)3.3.3雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路〔OCL電路〕1．電路根本結(jié)構(gòu)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(hào)輸入端，兩管的發(fā)射極也連接在一起作為信號(hào)的輸出端，直接與負(fù)載相連接。OCL原理電路

●當(dāng)輸入信號(hào)vi為正半周時(shí)，V2管發(fā)射結(jié)反偏而截止，V1管發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，產(chǎn)生電流iC1流經(jīng)負(fù)載RL形成輸出電壓vo的正半周。

●當(dāng)輸入信號(hào)vi為負(fù)半周時(shí)，V1管的發(fā)射結(jié)反偏而截止，V2管的發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，產(chǎn)生電流iC2流經(jīng)負(fù)載RL形成輸出電壓vo的負(fù)半周。

●綜上所述，V1管與V2管交替導(dǎo)通，分別放大信號(hào)的正、負(fù)半周，于是在負(fù)載獲得完整的輸出信號(hào)。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(fù)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(bǔ)管V1與V2必須選用特性根本相同的配對(duì)管。

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

應(yīng)用提示

4．交越失真及其消除方法OCL電路在沒(méi)有直流偏置的情況下，當(dāng)輸入電壓vi低于死區(qū)電壓時(shí)，V1和V2管會(huì)產(chǎn)生截止，即在正、負(fù)半周的交替處出現(xiàn)一段死區(qū)，這種現(xiàn)象稱(chēng)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(gè)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(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，使管子處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即工作于甲乙類(lèi)狀態(tài)，此時(shí)負(fù)載RL上輸出信號(hào)波形就不會(huì)出現(xiàn)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(duì)導(dǎo)電類(lèi)型不同，特性對(duì)稱(chēng)的配對(duì)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(lèi)狀態(tài)。OTL與OCL電路不同之處有兩點(diǎn)：第一，由雙電源供電改為單電源供電；第二，輸出端與負(fù)載RL的連接由直接耦合改為電容耦合。3.3.4單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路〔OTL電路〕OTL功率放大電路實(shí)物圖OTL功率放大電路圖

2.工作原理●靜態(tài)時(shí)，V1、V1雙管都截止?！褫斎虢涣餍盘?hào)vi為正半周時(shí)，V1導(dǎo)通，V2截止，電源VCC過(guò)V1向耦合電容C1充電，并在負(fù)載RL上輸出正半周波形?！褫斎虢涣餍盘?hào)vi為負(fù)半周時(shí)，V1管截止，V2管導(dǎo)通，耦合電容C1放電向V2管提供電源，并在負(fù)載RL上輸出負(fù)半周波形。、綜上所述可知，V1管放大信號(hào)的正半周，V2管放大信號(hào)的負(fù)半周，兩管工作性能對(duì)稱(chēng)，在負(fù)載上獲得正，負(fù)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(jiàn)以下圖，它由鼓勵(lì)放大級(jí)和輸出放大級(jí)所組成。OTL實(shí)物連接圖OTL原理電路圖5．采用復(fù)合管的OTL電路把兩個(gè)或兩個(gè)以上的三極管的電極適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)，等效一個(gè)管子使用，即為復(fù)合管。它有四種連接方式，圖〔a〕、〔b〕由兩只同類(lèi)型管子構(gòu)成復(fù)合管，圖〔e〕、〔d〕那么由不同類(lèi)型的兩只管子構(gòu)成復(fù)合管。四種常見(jiàn)復(fù)合管形式

超聲波壓焊機(jī)中的功率放大電路如以下圖所示，三極管V1組成鼓勵(lì)放大級(jí)，V2與V4管組成NPN型復(fù)合管，V3與V5管組成PNP型復(fù)合管，兩只復(fù)合管作為電路的輸出配對(duì)管，由于大功率管V4和V5都是NPN型管，因此可選用同型號(hào)、性能接近的管子。超聲波壓焊機(jī)的功率放大電路應(yīng)用實(shí)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(jí)放大電路結(jié)構(gòu)，主要由差分輸入級(jí)、中間放大級(jí)和OTL輸出級(jí)所組成。4100集成電路的14腳為雙排直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)，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(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大器的原理電路和印刷電路板裝配圖。應(yīng)用實(shí)例

〔a〕原理電路(b)印刷電路板裝配圖采用具有諧振性質(zhì)的元件作負(fù)載的放大器稱(chēng)為諧振放大器，又稱(chēng)調(diào)諧放大器。諧振放大器具有選頻放大作用，即選擇有用信號(hào)進(jìn)行放大，而對(duì)通頻帶以外的各種頻率信號(hào)根本不放大，在無(wú)線(xiàn)接收系統(tǒng)中常用作高頻、中頻放大器。3.4.1單諧振放大器輸入信號(hào)經(jīng)變壓器T1加在三極管的b、e之間進(jìn)行放大，三極管集電極所接的電感L與電容C組成并聯(lián)諧振回路，當(dāng)諧振回路調(diào)諧在輸入信號(hào)頻率時(shí)，在并聯(lián)諧振回路獲得最大的諧振電壓，這個(gè)電壓經(jīng)變壓器T2耦合到負(fù)載阻抗RL上，從而使負(fù)載得到較大的信號(hào)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(gè)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?！瞐〕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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(dòng)、選頻特性好等優(yōu)點(diǎn)?！?〕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(zhǎng)虹彩色電視機(jī)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(yōu)點(diǎn)，并且可采用集成電路相同的生產(chǎn)工藝，制造簡(jiǎn)單，本錢(qián)低，頻率特性的一致性較好，因此廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。聲外表波濾波器的符號(hào)和結(jié)構(gòu)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(jīng)外表拋光后在其上蒸發(fā)一層金屬膜，通過(guò)光刻工藝制成兩組具有能量轉(zhuǎn)換功能的叉指型的金屬電極，分別稱(chēng)為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。

外表波濾波器符號(hào)聲外表波濾波器結(jié)構(gòu)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(hào)經(jīng)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(jìn)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(nèi)進(jìn)行中頻放大。應(yīng)用實(shí)例

康佳T2588B彩電中頻諧振放大電