2020年电工第十一章

R1 ui

_
uo
+
+
RP
结构特点：负反馈引到反 相输入端，信号从同相端 输入。
u-= u+= ui
虚开路
uo ui ui
R2
R1
uo

(1
R2 R1
)ui
Au

uo u1
1
R2 R1
（3）电压跟随器

_
+
ui
+
结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 uo 放大器的特例。
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0
当温度变化时： uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
3）共模电压放大倍数AC
R1 RB
RC T1
uo
RC
T2
ui1
+UCC
R1 RB
ui2
共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同） 理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 但因两侧不完全对称， uo 0
2、互补对称功率放大电路
互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。
类型：
互补对称功放的类型
无输出变压器形式 无输出电容形式
（ OTL电路）
（ OCL电路）
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
无输出电容的互补对称功放电路（OCL)
ui D2
通状态；负半周两管基极电
位降低，使T1截止，T2进入 R2
良好的导通状态。
UL iL T2 RL
-USC
11.4 集成运算放大器
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体
基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
(4-2)
11.2 差动放大电路
1、差放电路工作原理
1）结构
R1 RC
RB T1
uo
RC
T2
R1 RB
ui1
ui2
特点：结构对称。
2）抑制零漂的原理
+UCC
R1 RC
uo
RC R1
电路对称，双RB端输出TU，1 C两1 管的TU2C同2 向漂移RB受到抑制，
但每个u管i1 子的漂移仍存在。
ui2
uo u u ui
此电路的作用与分立元件的射极输出器相 同，但是电压跟随性能好。
[例 2] 求图中 uO 的大小。
Leabharlann Baidu
[解]
+15V
此图为一电压跟随器。电源
15k
+ 15 V 经两个 15 k 的电阻分压
∞ +
后，在同相输入端得到 + 7.5 V
+
＋
的输入电压。
15k
－
uO
故 uO = + 7.5 V
Ii 0 虚开路
u u
2、运放在信号运算方面的应用
1）比例运算电路
放大倍数？
（1）反相比例运算电路
i2
R2
i1 ui
R1

_ +
uo
+
RP RP =R1 // R2
平衡电阻，使输入端对地
的静态电阻相等，保证静
态时输入级的对称性。
结构特点：负反馈引到反相输 入端，信号从反相端输入。
u u 0
工作原理（设ui为正弦波）
电路的结构特点：
T1
1. 由NPN型、PNP型三 极管构成两个对称的射 极输出器对接而成。
ui
2. 双电源供电。
3. 输入输出端不加隔直电
T2
容。
+USC
iL RL
uo
-USC
静态分析：
ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V
因此，不需要隔直电容。
+USC T1
i1= i2
虚短路 虚开路
ui uo
R1
R2
Au
uo ui
R2 R1
[例 1] 求Au =?
虚短路
i2 R2 M R4 i4
u u 0
i3 R3
i1= i2
虚开路
i1 ui
R1

_
+ +
uo
uo
uM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
RP
i2

uM R2

i1

－
7.5k
可见只与电源电压和分压电阻有关，其精度和稳定性 较高，可作为基准电压。
(4-32)
[例 3] 如图所示的两级运算电路中，R1 = 50 k， RF = 100 k 。若输入电压 uI = 1 V ，试求输出电压 uO。
＋ uI
－
∞
－
R1
A1 +
R1
u O1
+
R2
RF
∞
－
A2
+
+
＋ uO
+UCC
RB
IB
ui2
IB

U EE U BE
RB 2(1 )RE
–UEE
IC1= IC2= IC= IB
UE1= UE2 =－IB×RB－UBE
UC1= UC2= UCC－IC×RC UCE1= UCE2 = UC1－UE1
RE 对差模信号作用
ui1
ib1 , ic1
ui2
ib2 , ic2
R1
R5
ui1
ui2
R2
ui3
R3
_
uo
+
+
ui4
R4
R6 R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
R1 ui1
ui2
R2
R3 ui3
ui4
R4
R5
_ +
+ R6
虚开路
u

(R3
//
R4
//
R6
)(
ui3 R3
uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1
差模电压放大倍数：
A 2uc1
d
u
d
(很大，>1)
2、双电源长尾式差放
1）结构
+UCC
RC RB
uo
RC
RB
T1
T2
ui1
ui2
RE
–UEE
特点：加入发射极电阻RE ；加入负电源UEE ， 采用正负双电源供电。
为了使左右平衡，可 设置调零电位器:
11.1 直接耦合放大电路的主要特点
R1 RC1
R2 T1
ui
RC2
+UCC
T2 uo RE2
问题 1 :前后级Q点相互影响
增加RE2 : 用于设置合适的Q点。
R1 RC1
R2 T1
ui
+UCC RC2
T2 uo RE2
有时会将 信号淹没
uo
t 0
问题 2 :零点漂移
当 ui 等于零时， uo应保持不变。
ic1 = - ic2 iRE = ie1+ ie2 = 0 uRE = 0 RE对差模信号不起作用
+UCC
RC RB
ic1 uoic2
RC RB
R ib1
T1
T2
ib2
ui R
iRE RE –UEE
11.3 互补对称式功率放大电路
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。
uo 此电路如果以 u+ 为输入 ，
则输出为：
uo

(1
RF R1
)u
流入运放输入端的电流为0（虚开路）
u

R22 R21 R22
ui1

R21 R21 R22
ui 2
uo

(1
RF R1
)( R22 R21 R22
ui1

R21 R21 R22
ui2 )
（3）单运放的加减运算电路
T1
t
ui
iL RL
uo
T2
t
-USC
t 交越失真：输入信号ui在过零前 后，输出信号出现的失真便为 交越失真。
乙类放大的特点：
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；
(2) 每管导通时间大约等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。
T1
+USC
交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，ui <uT时晶 体管截止。
集成运放的结构
（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级 一般采用差动放大器。
（2）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功 率放大，提高带负载的能力。
（3）中间级常采用共发射极放大电路，以提供足够 大的电压放大倍数。
(4-24)
运放的特点：
ri 大: 几十k 几百 k ro 小：几十 几百 Ao 很大: 104 107
ui R1
uo
uM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2

uM R2
i1

ui R1
Au

uo ui


R2
(
1 R2
1 R3 R1

1) R4


R2
(
1 R2
1 R3 R1

1) R4
R4
R4
R2 ( R4 R4 1) R1 R2 R3
（2）同相比例运算电路
虚短路
R2
－
[解]
A1 是电压跟随器 uO1 = uI = 1 V
A2 为反相比例运算电路
uO


RF R1
uO1

100 50
1V

2V
(4-33)
2）加减运算电路
（1）反相求和运算 ui1 R11
ui2
R12
R2
_
uo
+
+
RP R11 // R12 // R2
RP
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
的效率（）。
Po 100%
PE
Po :负载上得到的交流信号功率。 PE :电源提供的直流功率。
放大电路有三种工作状态。
(1) 甲类工作状态 静态工作点 Q 大致在负载
线的中点。这种工作状态下， 放大电路的最高效率为 50%。
(2) 甲乙类工作状态 静态工作点 Q 沿负载线
下移，静态管耗减小，但产 生了失真。 (3)乙类工作状态
静态工作点下移到 IC 0 处，管耗更小，但输出波 形只剩半波了。
iC
iC
Q
O
tO
uCE
甲类工作状态
iC
iC
Q
O
tO
uCE
甲乙类工作状态
iC
iC
O
tO
乙类工作状态
Q uCE
(4-14)
如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。 缺点：但又会引起截止失真。
既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用
互补对称射极输出器。
ui T2
iL RL
uo
-USC
电路的改进—— 甲乙类放大
克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。
静态时: T1、T2两管发射结
电位分别为二极管D1、D2的
+USC
正向导通压降，致使两管均 R1
处于微弱导通状态。
T1
动态时：设 ui 加入正弦信号。 D1
正半周两管基极电位提高， 使T2 截止，T1 进入良好的导
ic1
动态分析：
ui > 0V ui 0V
T1导通，T2截止 ui iL= ic1 ;
T1截止，T2导通 iL=ic2
iL RL
uo
ic2
T2
-USC
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
乙类放大的输入输出波形关系:
ui
u´o ´
u"o uo
交越失真
+USC
t 死区电压

ui4 R4
)
uo u u
虚短路
ui1 u ui2 u uo u
R1
R2
R5
虚开路
uo

R5[
ui1 R1

ui 2 R2
( 1 R1

1 R2

1 R5
)u ]

R5 (
ui1 R1

ui2 R2

ui3 R3

ui4 R4
)
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
例： 扩音系统
信
电
功
号
压
率
提
放
放
取
大
大
1、分析功放电路应注意的问题
1) 功放电路中电流、电压要求都比较大， 必须注意电路参数不能超过晶体管的极 限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。
Ic ICM
PCM
uce UCEM
2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波 形失真。
3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路

原理框图：
与uo反相
反相 输入端
u–
同相u+
输入端
与uo同相
T1 T2
输 入 级
+UCC
T4
T3
T5
uo
中
输
间
出
级
级 -UCC
(4-23)
对输入级的要求：尽量减小零点漂移, 输入阻抗 ri 尽可能大。
对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。
对输出级的要求：主要提高带负载能力，即输出阻 抗 ro小。
2）加减运算电路
R11
ui1
i11
ui2
R12
i12
iF
_ +
（1）反相求和运算
R2
u u 0
i11 i12 iF

uo
+
RP
uo

( R2 R11
ui1

R2 R12
ui2 )
（2）同相求和运算 R1 RF
u+ 与 ui1 和 ui2
-

ui1
R21
+ +
ui2 R22
的关系如何？
运放符号：

u－ u+
－
Ao
＋
＋
uo
国内符号
u－ －
u+ ＋
uo
国际符号
1、在分析信号运算电路时对运放的处理
由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻 高，输出电阻小，在分析时常将其理想化， 称其所谓的理想运放。
理想运放： Ao
ri ro 0
运放工作在线性区的特点
uo Ao( u u ) 虚短路
共模电压放大倍数： AC uo uC （很小，<1)
4）差模电压放大倍数Ad
R1 RB
RC T1
ui1
uo
RC
T2
+UCC
R1 RB
ui2
差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反） 设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。
因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2
2）静态分析 （1）RE的作用
RC RB
—— 抑制温度
T1
漂移，稳定静 态工作点。
ui1
设ui1 = ui2 = 0
uo
RC
T2
RE –UEE
+UCC RB
ui2
温度T
IC
IE = 2IC
UE
自动稳定
IC
IB
UBE
（2）Q点的计算 直流通路
ui1
RC
IC1uIoC2 RC
RB
T1
T2
IB
IE
RE